EP2369245B1 - Verfahren zum Anpassen eines Vorlauftemperatur-Sollwerts einer Heizkurve einer Heizungsanlage - Google Patents

Verfahren zum Anpassen eines Vorlauftemperatur-Sollwerts einer Heizkurve einer Heizungsanlage Download PDF

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EP2369245B1
EP2369245B1 EP10002716A EP10002716A EP2369245B1 EP 2369245 B1 EP2369245 B1 EP 2369245B1 EP 10002716 A EP10002716 A EP 10002716A EP 10002716 A EP10002716 A EP 10002716A EP 2369245 B1 EP2369245 B1 EP 2369245B1
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EP
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heating
temperature
acquisition time
curve
target value
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Rehau AG and Co
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    • F24D19/1024—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves a multiple way valve
    • F24D19/1033—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves a multiple way valve motor operated

Definitions

  • the present invention relates to a method for adjusting a flow temperature setpoint of a heating curve of a heating system during operation of the heating system
  • the required heating energy requirement of a building is not constant, but essentially depends on the prevailing outside temperature.
  • the flow temperature of a heating system is usually determined based on the outside temperature, such as from the document DE 10 2008 040 436 A9 known.
  • a so-called heating curve is used to assign an appropriate outdoor temperature to a corresponding flow temperature. Since the outside temperature is subject to constant fluctuations, the value of the outside temperature used for the heating curve is usually averaged over a period of, for example, 24 hours.
  • the setting of the heating curve is usually done in the initial commissioning by the heating contractor. Often, the heating curve is set too steeply in terms of customer satisfaction in order to prevent customer complaints due to low room temperatures. However, a too steep set heating curve has the consequence that during operation of the heating system, the heat transfer medium is heated to flow temperatures that are higher than actually required, along with a significant reduction in efficiency and energy efficiency. This is particularly problematic when a heat pump is used as the heat generator, which has a constant or substantially constant power output.
  • the pulse width modulated control signal is output by a control device, which for one or more rooms to be heated outputs pulse width modulated signal specific to the particular room.
  • the duty cycle is dependent on the deviation of a measured actual temperature value of the respective room to a predetermined temperature setpoint of the respective room.
  • the present invention has for its object to provide a method for adjusting a flow temperature setpoint of a heating curve of a heating system during operation of the heating system, which in contrast to known solution with much less technical effort to an existing heating system, in which the control of the room temperatures by means pulse width modulated control signals for the alternating opening and closing of the control valves is carried out, is feasible.
  • This object is achieved with a method for adjusting a flow temperature setpoint of a heating curve of a heating system during operation of the heating system with the features of claim 1.
  • At least one heating element of the plurality of heating elements is provided.
  • the heating element may e.g. in the form of a radiator or a heating circuit of a surface heating (eg. A floor, ceiling and / or wall heating) may be formed.
  • Each of the heating elements has at least one control valve and each heating element is in the open state of the control valve from the heat transfer medium, such. Water, permeable.
  • each control valve with a manipulated variable in the form of a pulse width modulated control signal for alternately opening and closing the Control valve controlled, wherein the duty cycle of the pulse width modulated signal depends on the deviation of a measured temperature actual value of the respective room to a predetermined temperature setpoint of the respective room.
  • the duty cycle of the pulse width modulated signal depends on the deviation of a measured actual temperature value of the respective room to a predetermined temperature setpoint of the respective room or varies depending on the deviation of a measured temperature actual value of the respective room to a predetermined temperature setpoint of the respective room.
  • At least one room temperature control device is provided, which outputs for one or more rooms to be heated the pulse width modulated signal intended for the respective actuator.
  • an actuator can be provided for each control valve, which is set up, the pulse width modulated control signal e.g. receive from the room temperature controller and to open and close the control valve alternately according to the pulse width modulated control signal.
  • the heating system further comprises a heat generator for heating the heat transfer medium.
  • a heat generator for heating the heat transfer medium.
  • a conventional piping system or pipe system In order to supply the heat transfer medium to the heating elements or to remove them from these, e.g. be provided a conventional piping system or pipe system.
  • a flow temperature control device of the heating system is adapted to regulate the flow temperature of the heating medium to be supplied or supplied heat transfer medium using a flow temperature set value, which is assigned according to the heating curve an outdoor temperature value during operation of the heating system by averaging outdoor temperatures determined during operation.
  • the means can be carried out, for example, over a fixed period of time, such as a period of 24 hours or 10 hours.
  • the flow temperature setpoint can be determined, which is assigned to the outside temperature value according to the heating curve.
  • the means can, in particular, also be carried out continuously, for example, so that the corresponding flow temperature setpoint is continually or continuously determined.
  • the flow temperature setpoint determined in this way is determined by the flow temperature control device used for control, with the aim of keeping the flow temperature to the flow temperature setpoint or to approach this.
  • the process according to the invention comprises stages A to H.
  • the heating curve is set, the temperature set values are set for each of the rooms, the heating system is operated using the predetermined heating curve and the predetermined temperature set values, and the specification of a detection time.
  • the detection time may be e.g. a few hours, e.g. 4 hours. More preferably, the detection time is within a range of 2 to 6 hours.
  • stage C measuring the outside temperature in the environment of the building at least two different times during the detection time.
  • step D the calculation of an average outside temperature T A, detection time in the vicinity of the building using outside temperatures measured in step C takes place.
  • the measurement of the outside temperature during the detection time is preferably carried out continuously or cyclically, such that, for example, at least every 5 min, preferably at least every 2 min, a measurement of the outside temperature is made. Particularly preferably, the measurement of the outside temperature takes place continuously during the detection time.
  • This provides an average outdoor temperature T A, detection time , which does not overstate short-term fluctuations in the outside temperature.
  • step E the determination of respective total opening times for each of the control valves during the detection time based on the course of the pulse width modulated control signal during the detection time.
  • the course of the pulse-width-modulated control signal during the detection time is in this case preferably removed from a room temperature control device which has output this pulse-width-modulated control signal during the detection time for regulating the room temperature.
  • the profile of the pulse-width-modulated control signal can preferably be taken from the duty cycles set during the detection time by the room temperature controller for generating the pulse width modulated control signal, which can preferably be stored on a memory unit of the room temperature control device.
  • stage G After forming an average of all total opening times in stage F, the determination of the flow temperature set value of the heating curve predetermined in stage A takes place in stage G, which according to this heating curve is assigned to the average outdoor temperature T A, detection time calculated in stage D.
  • step H the flow temperature set value determined in step G is increased when the percentage ratio of the average formed in step F to the detection time is greater than or equal to an upper limit, the upper limit being at least 55%, or decreasing in the step G determined flow temperature setpoint when the percentage ratio of the average value formed in step F is less than or equal to a lower limit, the lower limit is at most 45%, or maintaining the set flow temperature setpoint in step G, when the percentage ratio of the average value formed in step F at the detection time is in a range between the lower limit and the upper limit.
  • the method of the invention it is decided on the basis of the percentage ratio of the average value formed in stage F to the detection time, whether the set flow temperature set value of the predetermined heating curve determined in step G requires a correction in the form of an increase or decrease.
  • the percentage ratio of the mean value formed in stage F to the detection time is greater than or equal to the upper limit, this indicates a flow temperature which is too low for an optimal or sufficiently high efficiency, since the control valves are opened on average by a substantial amount of time longer than are closed, in order to provide a desired heating or temperature determined by the temperature set values of the rooms, so that an increase of the set flow temperature setpoint in step G is made, which according to the predetermined heating curve is assigned to the average outdoor temperature T A, detection time calculated in step D. ,
  • the percentage ratio of the mean value formed in stage F to the detection time is less than or equal to the lower limit, this indicates a flow temperature that is too high for an optimal or sufficiently high efficiency, since the control valves are closed on average by a substantial amount of time longer than are open, in order to provide a desired heating or tempering determined by the temperature set values of the rooms, so that a reduction of the set flow temperature setpoint determined in step G is is made, which is assigned in accordance with the predetermined heating curve of the calculated in step D average outdoor temperature T A, detection time .
  • the percentage ratio of the mean value formed in stage F lies in a range between the upper limit and the lower limit, this indicates a suitable flow temperature for optimum or sufficiently high efficiency, so that the flow temperature setpoint determined in stage G is maintained.
  • the flow temperature setpoint determined in step G is increased by a positive temperature value A when the percentage ratio of the average formed in step F is greater than or equal to the upper limit, the positive value A being preferably selected such that when operating the heating system with such a corrected or changed flow temperature setpoint and the average outside temperature T A associated with this setpoint , detection time in a further passage of the method according to the invention, the percentage ratio of the mean value formed in step F to the detection time in the range between the upper limit and would be the lower limit if the temperature set points of the rooms would have been kept unchanged.
  • the positive value A can be chosen such that, after the further passage, the percentage ratio of the mean value formed in step F to the detection time is 50% or substantially 50%. It has been shown that at this percentage ratio, a very efficient operation of the heating system is possible.
  • step H the flow temperature set value determined in step G is further decreased by a positive temperature value B when the percentage ratio of the average value formed in step F to the detection time is less than or equal to the lower limit
  • the positive value B is preferably selected in that, when the heating system is operated with a corrected or modified flow temperature set value and the average outside temperature T A, detection time in a further passage of the method according to the invention, the percentage ratio of the mean value formed in step F to the detection time in the range between the upper limit and the lower limit, provided that the temperature set points of the rooms were kept unchanged.
  • the positive value B may be particularly preferably selected such that after the further passage, the percentage ratio of the average value formed in step F to the detection time is 50% or substantially 50%.
  • the flow temperature setpoint determined in step (G) in step (H) is increased or decreased by 0.2% to 10% of the actual flow temperature in ° C, i. the values A and B are between 0.2% and 10% of the current flow temperature in ° C.
  • certain flow temperature setpoint in step (H) by 0.5% to 1.5% of the current flow temperature in ° C, more preferably by 0.5% to 1.2% of the current flow temperature in ° C and in particular by about 1.0% of the current flow temperature in ° C increased or decreased
  • the corrected by means of the values A and B flow temperature setpoints can, if they have been provided or determined according to the inventive method in each case for a plurality of average outdoor temperatures T A, detection time , serve as bases for calculating an approximation curve or interpolation curve, which a first example factory preset heating curve with a fixed predefined slope, for example.
  • the respective average outside temperatures T A, detection time of the support points for example, could have a substantially constant distance of a few degrees Celsius or one degree Celsius to one another. Due to the thus possible generation of interpolation points in connection with the determination of an approximation curve or interpolation curve, it is possible to optimally adapt the predetermined heating curve to the respective system and user behavior.
  • a corrected by the value A or B flow temperature setpoint can be assigned according to the respective average outdoor temperatures T A, detection time and a determined heating limit temperature of a Wiengradtagsiere.
  • This Bankgradtagsiere can be determined from values that are preferably the flow temperature control device available, in such a way that the heating limit temperature is specified for example in the flow temperature control device, and that the outside temperature measured and the corresponding measured values of the flow temperature control device are available , An installation of additional measuring probes is not required.
  • the degree of heating degree is a quantity generally known from heating technology, which is calculated by subtracting the average outdoor temperature of one day (for example 5 ° C.) from the heating limit temperature of the building (for example 15 ° C.) (VDI 3807), so:
  • Bankgradtagsiere Heating limit - mean outdoor temperature of a heating day ,
  • the heating limit temperature is in this case the temperature below which a heating of the rooms is necessary in order to keep the room temperature or the room temperatures at a desired value. Therefore internal gains as well as the desired room temperatures of the users are included in this heating limit temperature.
  • an optimal adaptation of the flow temperature setpoint values to the requirements according to the room control is possible, accompanied by an optimal comfort, since this adaptation can in particular also ensure that the room temperatures sufficiently approximate their predetermined temperature setpoints correspond.
  • this adaptation can effectively prevent operation of the heating system at operating points where e.g. a control valve of a heating element is permanently open without even approaching the predetermined temperature setpoint of the room in question. An undersupply of the rooms is therefore effectively avoided.
  • this adaptation can also be used to avoid oversupply, which is characterized by excessive room temperatures with associated increased energy losses or lower efficiency. Overall, a desired level of comfort can thus be achieved while reducing the losses, in particular because, according to the invention, a self-optimization can take place on the respective heating system.
  • the adaptation can preferably be carried out automatically during the operation of the heating system without the user or the installer having to intervene.
  • the method according to the invention can be applied to any system combinations in which the room temperature is regulated according to a pulse width modulation.
  • step (G) the flow temperature setpoint of the heating curve predetermined in step (A) is determined, which according to this heating curve is the difference between the mean value of the temperature setpoint values specified in step (A) and that in step (D). calculated average outdoor temperature T A, acquisition time is assigned.
  • the usage behavior of the user of the heating system predetermined by the temperature set values of the rooms is automatically taken into account in the method according to the invention.
  • the inventive method is carried out in contrast to the known solution with much less effort on the heating system.
  • the adjustment of the flow temperature setpoint takes place only on the basis of the outside temperature, preferably on the basis of the difference between the mean of the predetermined temperature setpoints and the average outside temperature, and the course of the pulse width modulated control signal, which is e.g. can be provided by an already existing room temperature control device, so that no complicated additional installations must be made to carry out the method according to the invention.
  • the upper limit is within a range of 60% to 70%, and the lower limit is within a range of 30% to 40%.
  • the upper limit may be 60% to 65%, and the lower limit may be 35% to 40%, with an upper limit of 60% or 65% and a lower limit of 35% or 40% being particularly preferred.
  • the limits provided for in this practical embodiment for the percentage ratio of the mean value formed in stage F to the detection time are particularly advantageous when there are non-systematic influences such as changing internal loads or solar radiation etc. and / or strongly fluctuating outside temperatures.
  • the interval limits of the interval provided in this practical embodiment within which no change of the flow temperature setpoint is made, the effects of unsystematic influences or strongly fluctuating outside temperatures on the operation of the heating system, which can be compensated by the pulse width modulation, can be effectively damped, along with an optimization of the efficiency.
  • a return to stage B takes place after stage H and the subsequent stages are repeated, with the aim of maintaining a further flow temperature setpoint of the predetermined heating curve or possibly to change, this flow temperature setpoint over the heating curve is now assigned to a calculated according to level D average outdoor temperature T A, detection time , which is different from that in the previous run due constantly changing environmental conditions.
  • the method is only continued if the average outside temperature T A calculated in step (D) is at least 0.5 ° C. smaller, preferably at least 0.2 ° C.
  • the associated over the heating curve mean outdoor temperatures at a distance of at least 0.5 ° C, preferably at least 0.2% to each other. This can be provided by corresponding repetition for the heating curve, a number of bases, which have a sufficient distance from each other in terms of the average outdoor temperature.
  • the heat generator is a heat pump with a constant power output.
  • the heating system may preferably have a conventional mixing device for mixing amounts of heat transfer medium, which have been removed from the heating elements, with heat transfer medium amounts to be supplied to the heating element have.
  • the flow temperature control device is adapted to control the flow temperature using a control variable for controlling the mixing device.
  • the inventive method is particularly in heating systems with a heat generator in the form of a heat pump, which has a constant power output or a substantially constant power output of advantage, since by means of the inventive method, an adjustment of a flow temperature setpoint even without a lowering mode for measuring the return temperature after a longer lowering time is possible. In a heat pump with a constant power output, such a lowering operation is generally not worthwhile or not practicable.
  • the invention further relates to a heating system for a building, wherein the heating system is adapted to carry out a method according to one of claims 1 to 8.
  • the Fig. 1 shows a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
  • the method illustrated by the flowchart includes steps A through H.
  • step A the heating curve is set, the temperature set values are set for each of the rooms, the heating system is operated using the predetermined heating curve and the predetermined temperature set values, and the specification of a detection time.
  • step C After measuring the outside temperature during the detection time according to step C, the average outside temperature is calculated in step D.
  • T A acquisition time of the building using outdoor temperatures measured in stage C
  • step E the determination of respective total opening times for each of the control valves during the detection time based on the course of the pulse width modulated control signal during the detection time.
  • stage F the determination of the flow temperature set value of the heating curve predetermined in stage A takes place in stage G, which according to this heating curve is assigned to the average outdoor temperature T A, detection time calculated in stage D.
  • step H the flow temperature set value determined in step G is increased when the percentage ratio of the average formed in step F to the detection time is greater than or equal to the upper limit or the flow temperature set value determined in step G is decreased percentage ratio of the average value formed in step F to the detection time is less than or equal to the lower limit, or maintaining the flow temperature setpoint determined in step G when the percentage ratio of the average value formed in step F to the detection time is in a range between the lower limit and the upper limit.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating possible percentage ratios of average values formed in stage F at the respective detection time in accordance with the average outdoor temperature T A, detection time .
  • the percentage ratio is plotted against the average outside temperature T A, detection time , so that the diagram shows a state image from which necessary changes in the heating curve can be derived.
  • the symbols shown in the form of a circle indicate the percentage ratios at different average outside temperatures T A calculated according to stage D , detection time at intervals of 5 ° C., where the percentage ratios are greater than 55%, so that an increase in the respective flow temperature Setpoint of the heating curve, for example, by raising the slope of the heating curve, is provided according to the inventive method. Only in the Fig. 2 rightmost circle lies within the interval provided according to stage H, so that there is no need for a change for this operating point.
  • the Fig. 3 schematically shows the course of a predetermined or originally set heating curve, together with three corrected according to the inventive method flow temperature setpoints, which are symbolized by crosses, in which case a decrease in the flow temperature setpoints has been made.
  • the flow temperature setpoints symbolized by the crosses can be used, for example, as interpolation curves or approximation curves (illustrated schematically by the dashed curve), which completely or partially replaces the originally set heating curve, this interpolation curve or approximation curve then also being the flow temperature Regulatory basis.
  • the Fig. 4 shows a schematic diagram illustrating the operation of an embodiment of a room temperature control device which is adapted to control an actuator of a heating element with a manipulated variable in the form of a pulse width modulated control signal for alternately opening and closing the control valve.
  • the duty cycle of the pulse width modulated signal in this case depends on the deviation of a measured temperature actual value of the respective room to a predetermined temperature setpoint of the respective room.
  • the measured temperature actual value lies within a band bounded by the positive temperatures T soll + and T soll- (where T soll + is greater than T soll , and where T soll- is smaller than T soll ), ie if the measured actual temperature value is greater than or equal to T soll- and none or equal to T soll + (see in FIG. 4 the second diagram from above) varies the duty cycle according to a sine curve as a function of the deviation of the measured actual temperature value from the desired value T soll . If the measured actual temperature value is above or below the limits specified by the temperatures T soll + and T soll- , the duty cycle, ie the ratio of the length of the switched-on state to the pulse width or period T (T is in FIG.
  • the period may, for example, have a length of 20 minutes. Usually, the period can be within a range of 10 to 60 minutes, preferably 20 to 30 minutes.
  • the duty cycle ie the ratio of the length of the switched-on state to the pulse width or period T, is set to zero by the room temperature controller (cf. See the corresponding waveform in the lower diagram of the Fig. 4 ), accompanied by a closing of the control valve during the entire period T.
  • the room temperature controller cf. See the corresponding waveform in the lower diagram of the Fig. 4
  • a closing of the control valve during the entire period T.
  • the duty cycle to 1 ⁇ 2 or 50% is set (see FIG. Point 2).
  • the duty ratio ie the ratio of the length of the switched-on state to the pulse width or period T, is set to 1 or 100% by the room temperature controller. accompanying opening of the control valve throughout the period.
  • the duty cycle is set to a value between 0 and 1 or between 0% and 100% according to the course of the sinusoid.
  • a predetermined temperature setpoint T soll of the room in question can be set or approximated, with the duty cycle being varied for setting or approaching this setpoint value T soll .
  • the room temperature control device for setting or approaching the desired setpoint the respective actuator or the respective control valve with a pulse width modulated signal with a duty cycle of 50% or substantially 50%, along with a very efficient operation of the heating system.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines Vorlauftemperatur-Sollwerts einer Heizkurve einer Heizungsanlage während des Betriebs der Heizungsanlage
  • Der benötigte Heizenergiebedarf eines Gebäudes ist nicht konstant, sondern im Wesentlichen abhängig von der herrschenden Außentemperatur. Je größer der Unterschied zwischen Raumtemperatur und Außentemperatur ist, desto größer ist der Transmissionswärmeverlust über die Gebäudehülle sowie der Energieverlust aufgrund von Lüftung. Bei herkömmlichen Heizungssystemen bzw. Heizungsanlagen wird auf diesen schwankenden Wärmebedarf durch Veränderung der Vorlauftemperatur reagiert. Durch eine höhere Vorlauftemperatur steigt die Temperatur der Heizfläche und somit die Wärmeabgabe der Heizfläche in den Raum. Deshalb wird üblicherweise die Vorlauftemperatur einer Heizungsanlage anhand der Außentemperatur bestimmt, wie z.B. aus der Druckschrift DE 10 2008 040 436 A9 bekannt. Über eine sogenannte Heizkurve wird einer Außentemperatur eine entsprechende Vorlauftemperatur zugeordnet. Da die Außentemperatur ständigen Schwankungen unterliegt, wird der für die Heizkurve verwendete Wert der Außentemperatur üblicherweise über einen Zeitraum von beispielsweise 24 Stunden gemittelt.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2008 040 436 A9 ist bekannt, die Heizkennlinie anzupassen, wenn eine Über- oder Unterversorgung der Räume stattfindet. Dazu wird die Steilheit der Heizkurve abhängig von einer Abweichung einer Referenzraumtemperatur von einer Sollraumtemperatur eingestellt. Die Referenzraumtemperatur wird dabei anhand der Rücklauftemperatur aus dem Raum vor Heizbeginn ermittelt. Aus der DE 100 56 453 A1 ist bekannt, bei mischerbetriebenen Heizungsanlage eine heizlastabhängige Anpassung der Vorlauftemperatur vorzunehmen.
  • In der Druckschrift DE 10 2004 020 607 B3 wird vorgeschlagen, zur Ermittlung der Heizkurve zusätzliche Werte wie Sonnenstrahlung oder Winddichtheit in die Regelung einzugeben bzw. aktuelle Werte der Sonneneinstrahlung und der Windstärke zu messen, um die Heizkurve anzupassen. In der Druckschrift DE 10 2006 013 098 B3 wird vorgeschlagen, aus Korrekturwerten eine Korrekturkurve zu ermitteln, mit der die Heizkurve angepasst wird.
  • Aus den Druckschriften EP 0 594 886 B1 und EP 1 456 727 B1 ist bekannt, Ventilstellungen von Heizkörpern bzw. den Hub von Stellventilen zu ermitteln und daraus Regelgrößen für die Beeinflussung der Vorlauftemperatur bzw. des Wärmemengenstroms abzuleiten.
  • Die Einstellung der Heizkurve erfolgt meist in der Erstinbetriebnahme durch den Heizungsinstallateur. Oft wird hierbei im Hinblick auf die Kundenzufriedenheit die Heizkurve zu steil eingestellt, um Reklamationen des Kunden wegen zu niedriger Raumtemperaturen zu verhindern. Eine zu steil eingestellte Heizkurve hat jedoch zur Folge, dass beim Betrieb der Heizungsanlage das Wärmeträgermedium auf Vorlauftemperaturen erwärmt wird, die höher sind als eigentlich erforderlich, einhergehend mit einer wesentlichen Reduzierung des Wirkungsgrads bzw. der Energieeffizienz. Dies ist insbesondere problematisch, wenn als Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe verwendet wird, die eine konstante bzw. im Wesentlichen konstante Leistungsabgabe aufweist.
  • Die in den oben genannten Druckschriften beschriebenen Maßnahmen zur Anpassung der Heizkurve bzw. zur Anpassung einzelner Vorlauftemperatur-Sollwerte derselben sind meist mit einem hohen technischen Aufwand verbunden, umfassend beispielsweise das Vorsehen zusätzlicher Messsensoren für Sonneneinstrahlung oder Windgeschwindigkeit, die Messung des Massenstroms bzw. der Wärmeleistung. Ferner sind diese oder ähnliche Maßnahmen, wie z.B. die Messung der Rücklauftemperatur der Heizkörper nach längerer Absenkzeit, nur unter bestimmten Bedingungen anwendbar. Insbesondere bei Heizungsanlagen, die als Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe verwenden, lohnt sich oftmals ein Absenkbetrieb jedoch nicht, da Wärmepumpen im Allgemeinen infolge einer knappen Auslegung keine entsprechend benötigte Leistungsreserve besitzen. Ferner ist z.B. bei einer Fußbodenheizung die Rücklauftemperatur nicht gleichbedeutend mit der Lufttemperatur des Raums.
  • Bei neueren Heizungsanlagen wird zur Regelung der Temperatur der Räume jedes Stellventil eines Heizelements mit einer Stellgröße in Form eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zum abwechselnden Öffnen und Schließen des Stellventils angesteuert, wobei das pulsweitenmodulierte Steuersignal von einer Regeleinrichtung ausgegeben wird, welche für einen oder mehrere zu erwärmende Räume ein für den jeweiligen Raum bestimmtes pulsweitenmoduliertes Signal ausgibt. Hierbei ist das Tastverhältnis abhängig von der Abweichung eines gemessenen Temperatur-Istwerts des jeweiligen Raums zu einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert des jeweiligen Raums.
    • Zugrundeliegende Aufgabe
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anpassen eines Vorlauftemperatur-Sollwerts einer Heizkurve einer Heizungsanlage während des Betriebs der Heizungsanlage anzugeben, welches im Unterschied zu bekannten Lösung mit wesentlich geringerem technischen Aufwand an einer bestehenden Heizungsanlage, bei welcher die Regelung der Raumtemperaturen mittels pulsweitenmodulierten Steuersignalen zum abwechselnden Öffnen und Schließen der Stellventile erfolgt, durchführbar ist.
    • Erfindungsgemäße Lösung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Anpassen eines Vorlauftemperatur-Sollwerts einer Heizkurve einer Heizungsanlage während des Betriebs der Heizungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Für jeden mittels der Heizungsanlage zu erwärmenden Raum ist wenigstens ein Heizelement aus der Mehrzahl von Heizelementen vorgesehen. Das Heizelement kann z.B. in Form eines Heizkörpers oder eines Heizkreises einer Flächenheizung (bspw. einer Fußboden-, Decken- und/oder Wandheizung) ausgebildet sein. Jedes der Heizelemente weist wenigstens ein Stellventil auf und jedes Heizelement ist in geöffnetem Zustand des Stellventils von dem Wärmeträgermedium, wie z.B. Wasser, durchströmbar.
  • Zur Regelung der Temperatur der Räume ist jedes Stellventil mit einer Stellgröße in Form eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zum abwechselnden Öffnen und Schließen des Stellventils ansteuerbar, wobei das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals von der Abweichung eines gemessenen Temperatur-Istwerts des jeweiligen Raums zu einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert des jeweiligen Raums abhängt. Das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals hängt hierbei von der Abweichung eines gemessenen Temperatur-Istwerts des jeweiligen Raums zu einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert des jeweiligen Raums ab bzw. variiert in Abhängigkeit von der Abweichung eines gemessenen Temperatur-Istwerts des jeweiligen Raums zu einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert des jeweiligen Raums.
  • Vorzugsweise ist hierbei wenigstens eine Raumtemperatur-Regeleinrichtung vorgesehen, welche für einen oder mehrere zu erwärmende Räume das für den jeweiligen Stellantrieb bestimmte pulsweitenmodulierte Signal ausgibt.
  • Zur Realisierung der Ansteuerbarkeit eines jeweiligen Stellventils kann für jedes Stellventil ein Stellantrieb vorgesehen sein, der eingerichtet ist, das pulsweitenmodulierte Steuersignal z.B. von der Raumtemperatur-Regeleinrichtung zu empfangen und das Stellventil gemäß dem pulsweitenmodulierten Steuersignal abwechselnden zu Öffnen und zu Schließen.
  • Die Heizungsanlage umfasst ferner einen Wärmeerzeuger zum Erwärmen des Wärmeträgermediums. Um das Wärmeträgermedium den Heizelementen zuzuführen bzw. von diesen abzuführen kann z.B. ein übliches Leitungssystem bzw. Rohrsystem vorgesehen sein.
  • Eine Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung der Heizungsanlage ist dazu eingerichtet, die Vorlauftemperatur des den Heizelementen zuzuführenden bzw. zugeführten Wärmeträgermediums unter Verwendung eines Vorlauftemperatur-Sollwerts zu regeln, welcher gemäß der Heizkurve einem Außentemperatur-Wert zugeordnet ist, der während des Betriebs der Heizungsanlage durch Mitteln von Außentemperaturen ermittelt wird, die während des Betriebs gemessen werden. Hierbei kann das Mitteln beispielsweise über einen fest vorgegebenen Zeitraum erfolgen, wie z.B. einen Zeitraum von 24 Stunden oder 10 Stunden erfolgen. Mit dem so ermittelten Außentemperatur-Wert kann dann der Vorlauftemperatur-Sollwert bestimmt werden, der gemäß der Heizkurve dem Außentemperatur-Wert zugeordnet ist. Das Mitteln kann insbesondere z.B. auch kontinuierlich erfolgen, so dass auch der entsprechende Vorlauftemperatur-Sollwert fortwährend bzw. kontinuierlich bestimmt wird. Der auf diese Weise bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert wird von der Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung zur Regelung verwendet, mit dem Ziel die Vorlauftemperatur auf dem Vorlauftemperatur-Sollwert zu halten bzw. sich diesem anzunähren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Stufen A bis H.
  • In den Stufen A und B erfolgt das Vorgeben der Heizkurve, das Vorgeben von Temperatur-Sollwerten für jeden der Räume, das Betreiben der Heizungsanlage unter Verwendung der vorgegebenen Heizkurve und der vorgegebenen Temperatur-Sollwerte, und das Vorgeben einer Erfassungszeit. Die Erfassungszeit kann hierbei z.B. einige Stunden betragen, also z.B. 4 Stunden betragen. Besonders bevorzugt liegt die Erfassungszeit innerhalb eines Bereichs von 2 bis 6 Stunden.
  • In Stufe C erfolgt das Messen der Außentemperatur in der Umgebung des Gebäudes zu wenigstens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Erfassungszeit. Hiernach erfolgt in Stufe D das Berechnen einer mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit in der Umgebung des Gebäudes unter Verwendung von in Stufe C gemessenen Außentemperaturen. Das Messen der Außentemperatur während der Erfassungszeit erfolgt hierbei vorzugsweise kontinuierlich oder zyklisch, derart, dass z.B. wenigstens alle 5 Min, vorzugsweise wenigstens alle 2 Min eine Messung der Außentemperatur vorgenommen wird. Besonders bevorzugt erfolgt die Messung der Außentemperatur während der Erfassungszeit kontinuierlich. Damit wird eine mittlere Außentemperatur TA, Erfassungszeit bereitgestellt, die kurzzeitige Schwankungen der Außentemperatur nicht überbewertet.
  • In Stufe E erfolgt das Ermitteln jeweiliger Gesamtöffnungszeiten für jedes der Stellventile während der Erfassungszeit anhand des Verlaufs des pulsweitenmodulierten Steuersignals während der Erfassungszeit. Der Verlauf des pulsweitenmodulierten Steuersignals während der Erfassungszeit ist hierbei vorzugsweise einer Raumtemperatur-Regeleinrichtung entnehmbar, welche dieses pulsweitenmodulierte Steuersignal während der Erfassungszeit zum Regeln der Raumtemperatur ausgegeben hat. Insbesondere kann der Verlauf des pulsweitenmodulierten Steuersignals vorzugsweise den während der Erfassungszeit von der Raumtemperatur-Regeleinrichtung zur Erzeugung des pulsweitenmodulierten Steuersignals eingestellten Tastverhältnissen entnommen werden, die vorzugsweise auf einer Speichereinheit der Raumtemperatur-Regeleinrichtung abgespeichert sein können.
  • Nach dem Bilden eines Mittelwerts aus allen Gesamtöffnungszeiten in Stufe F erfolgt in Stufe G das Bestimmen des Vorlauftemperatur-Sollwerts der in Stufe A vorgegebenen Heizkurve, der gemäß dieser Heizkurve der in Stufe D berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist.
  • Hiernach erfolgt in Stufe H ein Erhöhen des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit größer oder gleich einer Obergrenze ist, wobei die Obergrenze wenigstens 55 % beträgt, oder ein Erniedrigen des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit kleiner oder gleich einer Untergrenze ist, wobei die Untergrenze höchstens 45 % beträgt, oder ein Beibehalten des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit in einem Bereich zwischen der Untergrenze und der Obergrenze liegt.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf Basis des prozentualen Verhältnisses des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit entschieden, ob der in Stufe G bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert der vorgegebenen Heizkurve einer Korrektur in Form einer Erhöhung oder Erniedrigung bedarf.
  • Ist das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit größer oder gleich der Obergrenze deutet dies auf eine für einen optimalen bzw. hinreichend hohen Wirkungsgrad zu geringe Vorlauftemperatur hin, da die Stellventile im Mittel um einen wesentlichen Zeitanteil länger geöffnet als geschlossen sind, um eine erwünschte durch die Temperatur-Sollwerte der Räume bestimmten Erwärmung bzw. Temperierung bereitzustellen, so dass eine Erhöhung des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts vorgenommen wird, welcher gemäß der vorgegebenen Heizkurve der in Stufe D berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist.
  • Ist das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit kleiner oder gleich der Untergrenze deutet dies auf eine für einen optimalen bzw. hinreichend hohen Wirkungsgrad zu hohe Vorlauftemperatur hin, da die Stellventile im Mittel um einen wesentlichen Zeitanteil länger geschlossen als geöffnet sind, um eine erwünschte durch die Temperatur-Sollwerte der Räume bestimmten Erwärmung bzw. Temperierung bereitzustellen, so dass eine Erniedrigung des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts vorgenommen wird, welcher gemäß der vorgegebenen Heizkurve der in Stufe D berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist.
  • Liegt hingegen das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts in einem Bereich zwischen der Obergrenze und der Untergrenze deutet dies auf eine für einen optimalen bzw. hinreichend hohen Wirkungsgrad geeignete Vorlauftemperatur hin, so dass der in Stufe G bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert beibehalten wird.
  • Bevorzugt wird in Stufe H der in Stufe G bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert um einen positiven Temperaturwert A erhöht, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts größer oder gleich der Obergrenze ist, wobei der positive Wert A vorzugsweise derart gewählt ist, dass beim Betreiben der Heizungsanlage mit einem derart korrigierten bzw. geänderten Vorlauftemperatur-Sollwert und bei der diesem Sollwert zugeordneten mittlern Außentemperatur TA, Erfassungszeit bei einem weiteren Durchgang des erfindungsgemäßen Verfahrens das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit in dem Bereich zwischen der Obergrenze und der Untergrenze liegen würde, sofern die Temperatur Sollwerte der Räume unverändert beibehalten worden wären. Besonders bevorzugt kann der positive Wert A derart gewählt sein, dass nach dem weiteren Durchgang das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit 50 % oder im Wesentlichen 50 % beträgt. Es hat sich gezeigt, dass bei diesem prozentualen Verhältnis ein sehr effizienter Betrieb der Heizungsanlage möglich ist.
  • Bevorzugt wird ferner in Stufe H der in Stufe G bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert um einen positiven Temperaturwert B erniedrigt, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit kleiner oder gleich der Untergrenze ist, wobei der positive Wert B vorzugsweise derart gewählt ist, dass beim Betreiben der Heizungsanlage mit einem derart korrigierten bzw. geänderten Vorlauftemperatur-Sollwert und bei der diesem Sollwert zugeordneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit bei einem weiteren Durchgang des erfindungsgemäßen Verfahrens das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit in dem Bereich zwischen der Obergrenze und der Untergrenze liegen würde, sofern die Temperatur Sollwerte der Räume unverändert beibehalten worden wären. Auch hier kann der positive Wert B besonders bevorzugt derart gewählt sein, dass nach dem weiteren Durchgang das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit 50 % oder im Wesentlichen 50 % beträgt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in Stufe (G) bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert in Stufe (H) um 0,2 % bis 10 % der aktuellen Vorlauftemperatur in °C erhöht bzw. erniedrigt, d.h. die Werte A bzw. B betragen 0,2 % bis 10 % der aktuellen Vorlauftemperatur in °C. Vorzugsweise wird der in Stufe (G) bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert in Stufe (H) um 0,5 % bis 1,5 % der aktuellen Vorlauftemperatur in °C, besonders bevorzugt um 0,5 % bis 1,2 % der aktuellen Vorlauftemperatur in °C und insbesondere um etwa 1,0 % der aktuellen Vorlauftemperatur in °C erhöht bzw. erniedrigt
  • Die mittels der Werte A und B korrigierten Vorlauftemperatur-Sollwerte können, sofern sie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren jeweils für mehrere mittlere Außentemperaturen TA, Erfassungszeit vorgesehen bzw. ermittelt worden sind, als Stützpunkte zur Berechung einer Näherungskurve bzw. lnterpolationskurve dienen, welche eine zunächst z.B. werkseitig vorgegebene Heizkurve mit einer z.B. fest vorgegebenen Steigung ersetzen soll. Hierbei könnten die jeweiligen mittleren Außentemperaturen TA, Erfassungszeit der Stützpunkte z.B. einen im Wesentlichen konstanten Abstand von einigen Grad Celsius oder einem Grad Celsius zueinander aufweisen. Durch die so mögliche Generierung von Stützpunkten in Verbindung mit der Ermittlung einer Näherungskurve bzw. lnterpolationskurve ist es möglich, die vorgegebene Heizkurve diskret an das jeweilige Anlagen- und Nutzerverhalten optimal anzupassen.
  • Ein durch den Wert A bzw. B korrigierter Vorlauftemperatur-Sollwert kann entsprechend der jeweiligen mittleren Außentemperaturen TA, Erfassungszeit und einer ermittelten Heizgrenztemperatur einer Heizgradtagszahl zugeordnet werden. Diese Heizgradtagszahl kann aus Werten bestimmt werden, die vorzugsweise der Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung zur Verfügung stehen, und zwar derart, dass die Heizgrenztemperatur z.B. in der Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung vorgegeben ist, und dass die Außentemperatur gemessen und die entsprechenden Messwerte der Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung zur Verfügung stehen. Eine Installation zusätzlicher Mess-Fühler ist dann nicht erforderlich. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit insbesondere eine Kurve ermittelt werden, bei der den von der Heizanlage abhängigen Heiztagsgradzahlen eine ermittelte optimale Vorlauftemperatur zugeordnet ist, die vorzugsweise derart ist, dass das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit 50 % oder im wesentlichen 50 % beträgt.
  • Bei der Heiztagsgradzahl handelt es sich hierbei um eine allgemein aus der Heizungstechnik bekannte Größe, welche durch Subtraktion der gemittelten Außentemperatur eines Tages (bspw. 5 °C) von der Heizgrenztemperatur des Gebäudes (bspw. 15 °C) berechnet wird (VDI 3807), also: Heizgradtagszahl = Heizgrenztemperatur - mittlere Außentemperatur eines Heiztages .
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  • Die Heizgrenztemperatur ist hierbei diejenige Temperatur, unterhalb derer eine Beheizung der Räume notwendig ist, um die Raumtemperatur bzw. die Raumtemperaturen auf einem gewünschten Wert zu halten. In diese Heizgrenztemperatur gehen daher auch interne Gewinne sowie die gewünschten Raumtemperaturen der Benutzer mit ein.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine optimale Anpassung der Vorlauftemperatur-Sollwerte an den Bedarf gemäß der Raumregelung möglich, einhergehend mit einem optimalen Komfort, da durch diese Anpassung insbesondere auch gewährleistet werden kann, dass sich die Raumtemperaturen ihren vorgegebenen Temperatur-Sollwerten hinreichend annähern bzw. diesen entsprechen. Insbesondere kann durch diese Anpassung ein Betreiben der Heizungsanlage bei Betriebspunkten wirksam vermieden werden, bei denen z.B. ein Stellventil eines Heizelements dauernd geöffnet ist, ohne den vorgegebenen Temperatur-Sollwert des betreffenden Raums auch nur annähernd zu erreichen. Eine Unterversorgung der Räume wird daher wirksam vermieden. Entsprechend kann durch diese Anpassung auch eine Überversorgung vermieden werden, die gekennzeichnet ist durch zu hohe Raumtemperaturen mit einhergehenden erhöhten Energieverlusten bzw. einer geringeren Effizienz. Insgesamt kann so - bei gleichzeitiger Reduzierung der Verluste - ein erwünschter Komfortanspruch erzielt werden, insbesondere weil erfindungsgemäß eine Selbstoptimierung auf die jeweilige Heizungsanlage erfolgen kann.
  • Insbesondere kann die Anpassung vorzugsweise automatisch während des Betriebs der Heizungsanlage vorgenommen werden, ohne dass der Nutzer oder der Installateur eingreifen muss. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren auf beliebige Anlagenkombinationen anwendbar, in der die Raumtemperatur gemäß einer Pulsweitenmodulation geregelt wird.
  • Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren in Stufe (G) der Vorlauftemperatur-Sollwert der in Stufe (A) vorgegebenen Heizkurve bestimmt, der gemäß dieser Heizkurve der Differenz des Mittelwerts der in Stufe (A) vorgegebenen Temperatur-Sollwerte und der in Stufe (D) berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist. Dadurch wird das durch die Temperatursollwerte der Räume vorgegebene Nutzungsverhalten des Nutzers der Heizungsanlage in dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch berücksichtigt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Unterschied zur bekannten Lösung mit wesentlich geringerem Aufwand an der Heizungsanlage durchführbar. Die Anpassung des Vorlauftemperatur-Sollwerts erfolgt lediglich auf Basis der Außentemperatur, vorzugsweise auf Basis der Differenz des Mittelwerts der vorgegebenen Temperatur-Sollwerte und der mittleren Außentemperatur, und des Verlaufs des pulsweitenmodulierten Steuersignals, welches z.B. von einer ohnehin vorhandenen Raumtemperatur-Regeleinrichtung bereitgestellt werden kann, so dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine aufwendigen Zusatz-Installationen vorgenommen werden müssen.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform liegt die Obergrenze innerhalb eines Bereichs von 60 % bis 70 %, und die Untergrenze liegt innerhalb eines Bereichs von 30 % bis 40 %. Insbesondere kann die Obergrenze 60 % bis 65 % betragen, und die Untergrenze kann 35 % bis 40 % betragen, wobei eine Obergrenze von 60 % oder 65 % sowie eine Untergrenze von 35 % oder 40 % besonders bevorzugt sind.
  • Die gemäß dieser praktischen Ausführungsform vorgesehenen Grenzen für das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit sind insbesondere dann von Vorteil, wenn unsystematische Einflüsse, wie wechselnde innere Lasten oder solare Einstrahlung etc. und/oder stark schwankende Außentemperaturen vorhanden sind. Mit den bei dieser praktischen Ausführungsform vorgesehenen Intervallgrenzen des Intervalls, innerhalb dessen keine Änderung des Vorlauftemperatur-Sollwerts vorgenommen wird, können die Wirkungen von unsystematischen Einflüssen bzw. stark schwankenden Außentemperaturen auf den Betrieb der Heizungsanlage, welche durch die Pulsweitemodulation ausgleichbar sind, wirksam gedämpft werden, einhergehend mit einer Optimierung des Wirkungsgrads.
  • Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach Stufe H eine Rückkehr zu Stufe B und die nachfolgenden Stufen werden wiederholt, mit dem Ziel einen weiteren Vorlauftemperatur-Sollwert der vorgegebenen Heizkurve beizubehalten oder ggf. zu ändern, wobei dieser Vorlauftemperatur-Sollwert über die Heizkurve nunmehr einer gemäß Stufe D berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist, die sich von der im vorherigen Durchlauf infolge sich stetig ändernder Umgebungsbedingungen unterscheidet. Vorzugsweise erfolgt bei dieser weiteren praktischen Ausführungsform nach Stufe (D) eine Fortführung des Verfahrens nur dann, wenn die in Stufe (D) berechnete mittlere Außentemperatur TA, Erfassungszeit wenigstens 0,5 °C kleiner, vorzugsweise wenigstens 0,2 °C kleiner, oder wenigstens 0,5 °C größer, vorzugsweise wenigstens 0,2 °C größer, ist als die in dem vorherigen Durchlauf des Verfahrens in Stufe (D) berechnete mittlere Außentemperatur TA, Erfassungszeit Auf diese Weise werden von dem erfindungsgemäßen Verfahren nur Vorlauftemperatur-Sollwerte der vorgegebenen Heizkurve berücksichtigt, deren über die Heizkurve zugeordnete mittlere Außentemperaturen einen Abstand von wenigstens 0,5 °C, vorzugsweise wenigstens 0,2 % zueinander aufweisen. Hiermit können durch entsprechendes Wiederholen für die Heizkurve eine Anzahl von Stützpunkten bereitgestellt werden, die hinsichtlich der mittleren Außentemperatur einen hinreichenden Abstand zueinander aufweisen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe mit konstanter Leistungsabgabe. Hierbei kann die Heizungsanlage bevorzugt eine übliche Misch-Vorrichtung zur Mischung von Wärmeträgermedium-Mengen, die von den Heizelementen abgeführt worden sind, mit Wärmeträgermedium-Mengen, die dem Heizelement zuzuführen sind, aufweisen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung dazu eingerichtet, die Vorlauftemperatur unter Verwendung einer Stellgröße zur Ansteuerung der Misch-Vorrichtung zu regeln.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Heizungsanlagen mit einem Wärmerzeuger in Form einer Wärmepumpe, die ein konstante Leistungsabgabe bzw. eine im wesentlichen konstante Leistungsabgabe aufweist, von Vorteil, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anpassung eines Vorlauftemperatur-Sollwerts auch ohne einen Absenkbetrieb zur Messung der Rücklauftemperatur nach längerer Absenkzeit möglich ist. Bei einer Wärmepumpe mit konstanter Leistungsabgabe ist ein derartiger Absenkbetrieb in der Regel nicht lohnenswert bzw. nicht praktikabel.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Heizungsanlage für ein Gebäude, wobei die Heizungsanlage dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 2
    ein schematisches Diagram zur Veranschaulichung möglicher Mittelwerte von allen Gesamtöffnungszeiten der Stellventile in Abhängigkeit von der mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit ,
    Fig. 3
    schematisch den Verlauf einer Heizkurve, zusammen mit einigen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren korrigierten Vorlauftemperatur-Sollwerten, und
    Fig. 4
    ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise einer Raumtemperatur-Regeleinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Stellantrieb eines Heizelements mit einer Stellgröße in Form eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zum abwechselnden Öffnen und Schließen des Stellventils anzusteuern.
  • Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das mittels des Ablaufdiagramms veranschaulichte Verfahren umfasst die Stufen A bis H.
  • In den Stufen A und B erfolgt das Vorgeben der Heizkurve, das Vorgeben von Temperatur-Sollwerten für jeden der Räume, das Betreiben der Heizungsanlage unter Verwendung der vorgegebenen Heizkurve und der vorgegebenen Temperatur-Sollwerte, und das Vorgeben einer Erfassungszeit. Nach dem Messen der Außentemperatur während der Erfassungszeit gemäß Stufe C erfolgt in Stufe D das Berechnen der mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit des Gebäudes unter Verwendung von in Stufe C gemessenen Außentemperaturen. In Stufe E erfolgt das Ermitteln jeweiliger Gesamtöffnungszeiten für jedes der Stellventile während der Erfassungszeit anhand des Verlaufs des pulsweitenmodulierten Steuersignals während der Erfassungszeit. Nach dem Bilden eines Mittelwerts aus allen Gesamtöffnungszeiten in Stufe F erfolgt in Stufe G das Bestimmen des Vorlauftemperatur-Sollwerts der in Stufe A vorgegebenen Heizkurve, der gemäß dieser Heizkurve der in Stufe D berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist. Hiernach erfolgt in Stufe H ein Erhöhen des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit größer oder gleich der Obergrenze ist, oder ein Erniedrigen des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit kleiner oder gleich der Untergrenze ist, oder ein Beibehalten des in Stufe G bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe F gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit in einem Bereich zwischen der Untergrenze und der Obergrenze liegt.
  • Die Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung möglicher prozentualer Verhältnisse von in Stufe F gebildeten Mittelwerten zu der jeweiligen Erfassungszeit in Abhängigkeit von der mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit. In dem Diagramm ist das prozentuale Verhältnis über der mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit aufgetragen, so dass das Diagramm ein Zustandsbild wiedergibt, aus dem nötige Änderungen der Heizkurve abgeleitet werden können. Die in Form eines Kreises dargestellten Symbole kennzeichnen die prozentualen Verhältnisse bei verschiedenen gemäß Stufe D berechneten mittleren Außentemperaturen TA, Ertassungszeit im Abstand von jeweils 5 °C, wobei hier die prozentualen Verhältnisse größer sind als 55 %, so dass eine Erhöhung des jeweiligen Vorlauftemperatur-Sollwerts der Heizkurve, z.B. durch Anhebung der Steigung der Heizkurve, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist. Lediglich der in der Fig. 2 äußerste rechte Kreis liegt innerhalb des gemäß Stufe H vorgesehenen Intervalls, so dass für diesen Arbeitspunkt kein Änderungsbedarf besteht.
  • Die in Form eines Kreuzes dargestellten Symbole kennzeichnen prozentuale Verhältnisse die kleiner sind als 45 %, so dass eine Erniedrigung des jeweiligen Vorlauftemperatur-Sollwerts der Heizkurve, z.B. durch Parallelverschiebung der Steigung der Heizkurve hin zu niedrigeren Vorlauftemperatur-Sollwerten, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist.
  • Die Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf einer vorgegebenen bzw. ursprünglich eingestellten Heizkurve, zusammen mit drei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren korrigierten Vorlauftemperatur-Sollwerten, welche durch Kreuze symbolisiert sind, wobei hier eine Erniedrigung der Vorlauftemperatur-Sollwerte vorgenommen worden ist. Die durch die Kreuze symbolisierten Vorlauftemperatur-Sollwerte können z.B. als Stützpunkte zur Ermittlung einer Interpolationskurve bzw. Näherungskurve (schematisch durch die gestrichelte Kurve veranschaulicht ) verwendet werden, welche die ursprünglich eingestellte Heizkurve vollständig oder teilweise ersetzt, wobei diese Interpolationskurve bzw. Näherungskurve dann auch der Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung zugrunde gelegt werden kann.
  • Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise eines Ausführungsbeispiels einer Raumtemperatur-Regeleinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Stellantrieb eines Heizelements mit einer Stellgröße in Form eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zum abwechselnden Öffnen und Schließen des Stellventils anzusteuern. Das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals hängt hierbei von der Abweichung eines gemessenen Temperatur-Istwerts des jeweiligen Raums zu einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert des jeweiligen Raums ab.
  • Sofern der gemessene Temperatur-Istwert innerhalb eines durch die positiven Temperaturen Tsoll+ und Tsoll- begrenzten Bandes liegt (wobei Tsoll+ größer als Tsoll ist, und wobei Tsoll-kleiner als Tsoll ist ), also wenn der gemessene Temperatur-Istwert größer oder gleich Tsoll- ist und keiner oder gleich Tsoll+ ist, wird (vgl. in Figur 4 das zweite Diagramm von oben) das Tastverhältnis gemäß einer Sinuskurve in Abhängigkeit von der Abweichung des gemessenen Temperatur-Istwerts zu dem Sollwert Tsoll variiert. Liegt der gemessene Temperatur-Istwert oberhalb bzw. unterhalb der durch die Temperaturen Tsoll+ und Tsoll- vorgegebenen Grenzen wird das Tastverhältnis, also das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands zu der Pulsbreite bzw. Periodendauer T (T ist in Figur 4 in dem obersten Diagramm veranschaulicht) von der Raumtemperatur-Regeleinrichtung zu Null (0 %) bzw. zu eins (100 %) gesetzt, einhergehend mit einem Schließen bzw. Öffnen des Steuerventils während der gesamten Periodendauer. Die Periodendauer kann hierbei z.B. eine Länge von 20 Minuten aufweisen. Üblicherweise kann die Periodendauer innerhalb eines Bereichs von 10 bis 60 Minuten, vorzugsweise 20 bis 30 Minuten liegen.
  • Entspricht z.B. wie bei Punkt 1 in dem zweiten Diagramm von oben der gemessene Temperatur-Istwert dem Wert Tsoll+ wird das Tastverhältnis, also das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands zu der Pulsbreite bzw. Periodendauer T von der Raumtemperatur-Regeleinrichtung zu Null gesetzt (vgl. hierzu den entsprechenden Signalverlauf in dem unteren Diagramm der Fig. 4), einhergehend mit einem Schließen des Steuerventils während der gesamten Periodendauer T. Jeweils nach Ablauf der Periodendauer T erfolgt eine erneute Überprüfung des fortwährend gemessenen Temperatur-Istwerts. Entspricht dieser dann z.B. dem Sollwert Tsoll so wird das Tastverhältnis auf ½ bzw. 50 % gesetzt (vgl. Punkt 2).
  • Entspricht ferner, wie bei Punkt 3, der gemessene Temperatur-Istwert dem Wert Tsoll- wird das Tastverhältnis, also das Verhältnis der Länge des eingeschalteten Zustands zu der Pulsbreite bzw. Periodendauer T von der Raumtemperatur-Regeleinrichtung zu 1 bzw. 100 % gesetzt, einhergehend mit einem Öffnen des Steuerventils während der gesamten Periodendauer.
  • Beträgt wie bei Punkt 4 der gemessene Temperatur-Istwert einem Wert innerhalb des von Tsoll+ und Tsoll- begrenzten Bandes wird das Tastverhältnis gemäß dem Verlauf der Sinuskurve auf einen Wert zwischen 0 und 1 bzw. zwischen 0 % und 100 % gesetzt.
  • Mittels der Raumtemperatur-Regeleinrichtung kann daher ein vorgegebener Temperatur-Sollwert Tsoll des betreffenden Raums eingestellt bzw. sich diesem angenähert werden, wobei zur Einstellung bzw. Annäherung an diesen Sollwert Tsoll das Tastverhältnis variiert wird. Durch Anpassung des Vorlauftemperatur-Sollwerts mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass die Raumtemperatur-Regeleinrichtung zur Einstellung bzw. Annäherung an den erwünschen Sollwert den jeweiligen Stellantrieb bzw. das jeweilige Steuerventil mit einem pulsweitenmodulierten Signal mit einem Tastverhältnis von 50 % bzw. im Wesentlichen 50 % ansteuert, einhergehend mit einem sehr effizienten Betrieb der Heizungsanlage.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Anpassen eines Vorlauftemperatur-Sollwerts einer Heizkurve einer Heizungsanlage während des Betriebs der Heizungsanlage, wobei die Heizungsanlage eine Heizungsanlage eines Gebäudes mit einer Mehrzahl von Räumen ist, die für eine Erwärmung mittels der Heizungsanlage vorgesehen sind, wobei die Heizungsanlage folgendes umfasst:
    einen Wärmeerzeuger zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums,
    eine Mehrzahl von Heizelementen, die von dem Wärmeträgermedium durchströmbar sind,
    eine Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung, wobei die Vorlauftemperatur-Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Vorlauftemperatur des den Heizelementen zuzuführenden Wärmeträgermediums unter Verwendung eines Vorlauftemperatur-Sollwerts zu regeln, welcher gemäß der Heizkurve einem Außentemperatur-Wert zugeordnet ist, der während des Betriebs der Heizungsanlage durch Mitteln von Außentemperaturen ermittelt wird, die während des Betriebs gemessen werden,
    wobei für jeden Raum wenigstens eines der Heizelemente vorgesehen ist, wobei jedes Heizelement wenigstens ein Stellventil aufweist, und wobei jedes Heizelement in geöffnetem Zustand des Stellventils von dem Wärmeträgermedium durchströmbar ist,
    wobei zur Regelung der Temperatur der Räume jedes Stellventil mit einer Stellgröße in Form eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zum abwechselnden Öffnen und Schließen des Stellventils ansteuerbar ist, wobei das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals von der Abweichung eines gemessenen Temperatur-Istwerts des jeweiligen Raums zu einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert des jeweiligen Raums abhängt,
    wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
    (A) Vorgeben der Heizkurve, Vorgeben von Temperatur-Sollwerten für jeden der Räume und Betreiben der Heizungsanlage unter Verwendung der vorgegebenen Heizkurve und der vorgegebenen Temperatur-Sollwerte,
    (B) Vorgeben einer Erfassungszeit,
    (C) Messen der Außentemperatur in der Umgebung des Gebäudes zu wenigstens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten während der Erfassungszeit,
    (D) Berechnen einer mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit in der. Umgebung des Gebäudes unter Verwendung von in Stufe (C) gemessenen Außentemperaturen,
    (E) Ermitteln jeweiliger Gesamtöffnungszeiten für jedes der Stellventile während der Erfassungszeit anhand des Verlaufs des pulsweitenmodulierten Steuersignals während der Erfassungszeit,
    (F) Bilden eines Mittelwerts aus allen Gesamtöffnungszeiten, und
    (G) Bestimmen des Vorlauftemperatur-Sollwerts der in Stufe (A) vorgegebenen Heizkurve, der gemäß dieser Heizkurve der in Stufe (D) berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist,
    (H) Erhöhen des in Stufe (G) bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe (F) gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit größer oder gleich einer Obergrenze ist, wobei die Obergrenze wenigstens 55 % beträgt, oder
    Erniedrigen des in Stufe (G) bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe (F) gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit kleiner oder gleich einer Untergrenze ist, wobei die Untergrenze höchstens 45 % beträgt, oder
    Beibehalten des in Stufe (G) bestimmten Vorlauftemperatur-Sollwerts, wenn das prozentuale Verhältnis des in Stufe (F) gebildeten Mittelwerts zu der Erfassungszeit in einem Bereich zwischen der Untergrenze und der Obergrenze liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in Stufe (G) bestimmte Vorlauftemperatur-Sollwert in Stufe (H) um 0,2 % bis 10 % der aktuellen Vorlauftemperatur in °C erhöht bzw. erniedrigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe (G) der Vorlauftemperatur-Sollwert der in Stufe (A) vorgegebenen Heizkurve bestimmt wird, der gemäß dieser Heizkurve der Differenz des Mittelwerts der in Stufe (A) vorgegebenen Temperatur-Sollwerte und der in Stufe (D) berechneten mittleren Außentemperatur TA, Erfassungszeit zugeordnet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Stufe (H) eine Rückkehr zu Stufe (B) erfolgt und die nachfolgenden Stufen wiederholt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Stufe (D) eine Fortführung des Verfahrens nur dann erfolgt, wenn die in Stufe (D) berechnete mittlere Außentemperatur TA, Erfassungszeit wenigstens 0,5 °C kleiner oder wenigstens 0,5 °C größer ist als die in dem vorherigen Durchlauf des Verfahrens in Stufe (D) berechnete mittlere Außentemperatur TA, Erfassungszeit.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenze innerhalb eines Bereichs von 60 % bis 70 % liegt, und dass die Untergrenze innerhalb eines Bereichs von 30 % bis 40 % liegt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenze 60 % bis 65 % beträgt, und dass die Untergrenze 35 % bis 40 % beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe mit konstanter Leistungsabgabe ist.
  9. Heizungsanlage für ein Gebäude, wobei die Heizungsanlage dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
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