EP3367005B1 - Heizsystem - Google Patents

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EP3367005B1
EP3367005B1 EP18155484.1A EP18155484A EP3367005B1 EP 3367005 B1 EP3367005 B1 EP 3367005B1 EP 18155484 A EP18155484 A EP 18155484A EP 3367005 B1 EP3367005 B1 EP 3367005B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
consumer
flow
fluid
heating system
heater
Prior art date
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Active
Application number
EP18155484.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3367005A1 (de
Inventor
Gerald Holtz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3367005A1 publication Critical patent/EP3367005A1/de
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Publication of EP3367005B1 publication Critical patent/EP3367005B1/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04Sensors
    • F24D2220/044Flow sensors

Definitions

  • the invention relates to a heating system with a heater, several consumer circuits, each consumer circuit being assigned a control device.
  • a heating system for heating a house.
  • the heating system comprises a heater and at least one consumer circuit, with a fluid circulating between the heater and the consumer circuits.
  • the fluid is heated in the heater, flows through a flow into the consumer circuit, cools down there and flows back into the heater through a return.
  • a flow temperature can be assigned to the consumer circuit, which is permanently preset or can be determined using parameters such as an inside and an outside temperature. In particular, if several consumer circuits are operated on the same heating device, the consumer circuit can be assigned a control device which issues a request for the flow temperature of the consumer circuit.
  • the heater is then controlled in such a way that the highest of the required flow temperatures of all consumer circuits is set in the flow. If the consumer circuit requires a lower flow temperature than this, it can mix cooler fluid from the return with the hot fluid that is provided by the heater.
  • the DE 10 2011 001 223 A1 discloses a heating system and an operating method and control device for a heating system.
  • the DE 10 2012 208 994 A1 discloses a device for controlling room temperature.
  • the DE 10 2012 101 850 A1 discloses a method for needs-based control of a heat generator in a heating system.
  • the DE 10 2013 105 786 A1 discloses a method for controlling a central heating system.
  • the EP 2 775 370 A2 discloses a heating system according to the preamble of claim 1.
  • An object underlying the invention is to provide an improved technique for controlling such a heating system.
  • the invention solves this problem by means of the subject matter of the independent claims. Subclaims reflect preferred embodiments.
  • a heating system includes a heater and several consumer circuits between which a fluid circulates for heat transfer.
  • a method for controlling a heating system comprises the steps of determining a requirement for a flow temperature of the consumer circuit; and providing the request to the heater. The request is only made available if there is a heat demand in the consumer circuit.
  • the heater can reduce or stop heating the fluid. Energy consumption can thus be reduced. If the heater is operated with fuel, fuel can be saved. If the heating device includes a heat pump, the efficiency can be increased. Under certain conditions, a return temperature at the heater can be lowered, which means that the heater can be operated in a more favorable temperature range.
  • the heat requirement is determined if a volume flow through the consumer circuit is above a predetermined threshold value.
  • this threshold value can be a small fraction of a maximum volume flow, for example approx. 1-2%, or otherwise very small, close to zero or practically or actually correspond to zero.
  • a control device for the above-mentioned heating system comprises a scanning device for determining the presence of a heat requirement in the consumer circuit; and a processing device that is set up to provide a request for a predetermined flow temperature to the heater only when there is a heat requirement.
  • the control device can be set up to carry out the method described above in whole or in part.
  • the control device can include a processing device, which is designed, for example, as a programmable microcomputer.
  • the method can be in the form of a computer program product and can include program code means that are suitable for carrying out the method when the computer program product runs on the processing device.
  • the method and the controller or system described below may correspond in part or in full, such that features or advantages of the method may be applied to the controller or system, or vice versa.
  • the scanning device is set up to determine the volume flow of fluid through the consumer circuit. The determined volume flow can then be compared with a threshold value. In another embodiment, the scanning device is set up to determine the presence of the heat requirement when a volume flow of the fluid through the consumer circuit exceeds a predetermined threshold value.
  • the threshold is in both Cases preferably essentially zero, as described in more detail above.
  • the heating system can include several consumer circuits, each consumer circuit being assigned a device for requesting a predetermined flow temperature.
  • the heater is preferably set up to heat the fluid to the highest of the requested flow temperatures. If there is no request for a flow temperature from one of the consumer circuits, the heating device can be controlled in an improved manner so that the requirements of the one or more remaining consumer circuits with regard to the flow temperature are met.
  • Different flow temperatures can be assigned to two consumer circuits.
  • the heater can lower the flow temperature when requested by the other consumer circuit.
  • One of the consumer circuits can include a mixing device for mixing fluid from the supply line with fluid from the return line in order to achieve the required flow temperature. If the required flow temperatures of the consumer circuits connected to the heater are similar or even the same, then mixing can be dispensed with.
  • a low loss header can be arranged between the heater and the consumer circuits.
  • the hydraulic separator is used for hydraulic decoupling of the various consumer circuits, especially if they require different flow rates or different flow temperatures. Under certain circumstances, however, heated fluid can flow back through the low loss header into the return, so that a temperature difference between the flow and the return is reduced. This can reduce the efficiency of the heater, particularly if it is a condensing boiler or a heat pump.
  • a heating system includes a heater and several consumer circuits between which a fluid circulates for heat transfer, as well as the control devices described above.
  • FIG 1 shows a heating system 100, which is preferably set up for use in a building such as a one- or multi-party house.
  • the heating system 100 includes a heater 105, which is preferably implemented as a condensing boiler by burning gas or another fuel.
  • the heating device 105 can also be based on a different principle, for example on that of a heat pump.
  • the heating system 100 also includes one or more consumer circuits 110.
  • a first consumer circuit 110 is shown on the left and a second consumer circuit 110 is shown on the right.
  • the load circuits 110 can dissipate heat in different ways.
  • the first consumer circuit 110 shown on the left can include a radiator 115 and the second consumer circuit 110 shown on the right can include underfloor heating 125 .
  • similarly constructed load circuits 110 can also be provided.
  • the heater 105 is set up to heat a fluid 125, usually water, and to make it available at a flow 130.
  • the fluid 125 then flows through the at least one consumer circuit 110 and returns to the heater 105 via a return 135.
  • a pump 140 can be provided, which is usually controlled by a control device that a heat output of the heater 105 also controls.
  • a hydraulic switch 145 is then usually provided.
  • the hydraulic switch 145 is designed as a vertical pipeline with a preferably large cross section and, as a result, a small pressure loss between the flow 130 and the return 135 .
  • Temperature stratification forms in the hydraulic separator 145 due to the Density difference of warm and cold fluid 125. In the upper area there is warm fluid of the flow 130 and in the lower area there is colder fluid 125 of the return 135.
  • the volume flows of the fluid 125 through the heater 105 and through the consumer circuits 110 are not the same, compensation takes place in the hydraulic separator 145 by mixing fluid 125 from the flow 130 and the return 135. If the current volume flow through the heater 105 is greater than which is through the consumer circuits 160, a subset of the warm fluid 125 of the flow 130 is added to the returning fluid 125 from the consumer circuit 160. If, on the other hand, a larger volume flow is circulated in the consumer circuits 160 than through the heater 105, the warmer fluid 125 flowing into the consumer circuit 160 is mixed with colder, returning fluid 125, so that the flow temperature of the consumer circuits 110 is reduced.
  • the volume flow flowing through a consumer circuit 110 can be controlled individually, for example by means of a consumer pump 150.
  • the volume flow can be controlled, for example, as a function of the flow temperature or a return temperature and an inside temperature of the house.
  • the consumer circuit 110 can comprise a control device 155 .
  • the control device 155 is preferably set up to provide a request for a flow temperature to the heating device 105 or its controller as a function of a quantity of heat to be emitted.
  • the control devices 155 are also designed to be integrated with the control of the heating device 105 .
  • the consumer circuits 110 may require different temperatures of the fluid 125 in the supply line 130 .
  • the flow temperature at the design point e.g. at an outside temperature of -15 °C
  • the flow temperature of the second consumer circuit 110 with the underfloor heating 120 is between 30°C and 45°C.
  • the heater 105 is usually controlled to the flow temperature to the maximum of to control the flow temperatures requested by the consumer circuits 110 or their control devices 155 .
  • a consumer circuit 110 that requires a lower flow temperature can be equipped with a mixer 160, which mixes fluid 125 returning from the consumer circuit 110 into the return 135 with fluid 125 flowing in from the flow 130 in such a way that the fluid entering the heat exchanger 115, 120 Fluid 125 has a predetermined temperature.
  • first consumer circuit 110 requests a flow temperature of 50° C. and second consumer circuit 110 requests a flow temperature of 70° C.
  • fluid 125 in flow 130 is heated to 50° C. by heater 105 .
  • the pump 140 delivers the fluid 125 to the hydraulic separator 145 and the consumer pumps 150 deliver it through the heat exchangers 115 and 120.
  • the mixer 160 mixes the warm fluid 125 in the flow 130 with cooler fluid 125, for example at 25 °C, which comes from the underfloor heating 120 exits, so that the underfloor heating 120 has a flow temperature of 30 °C.
  • one of the consumer circuits 110 has no heat requirement because the associated volume flow is zero. For example, all radiators of the first consumer circuit 110 can be closed. However, a predetermined flow temperature that is higher than the requested flow temperature of another consumer circuit 110 is usually requested.
  • the volume flow through the first consumer circuit 110 is zero and that through the second consumer circuit 110 is 10 l/min after the mixer 160.
  • the flow rate through the heater 105 is 14 l/min, so that fluid 125 flows from the flow 130 through the hydraulic switch 145 into the return 135 and mixes there with fluid 125 that flows back from the underfloor heating 120 at, for example, 25 °C.
  • the return temperature to the heating device 105 is approx. 43 °C.
  • a demand from a consumer circuit 110 to provide a flow temperature is only given if a volume flow through the consumer circuit 110 exceeds a predetermined threshold value, in particular if it is above zero.
  • the heater 105 is preferably set up not to provide any heating output and preferably also to deactivate the pump 140 if there is no requirement to provide a flow temperature. If there are several requests, the flow temperature is controlled to the maximum of the requested temperatures. If there is only one request, the flow temperature is controlled based on this request.
  • the requirement (50° C.) of the first consumer circuit 110 is omitted and only the requirement (35° C.) of the second consumer circuit 110 is present.
  • the flow temperature is therefore set to 35 °C.
  • the mixer 160 of the second consumer circuit 110 adjusts the admixture of fluid 125 flowing back, and volumetric flows upstream and downstream of the mixer 160 are the same at approximately 10 l/min.
  • the volume flow through the heater 105 is unchanged at 14 l/min, but that through the low loss header 145 is significantly smaller, so that the return temperature is only 28 °C.
  • a flow sensor 170 can only be provided in the consumer circuits 110 whose predetermined flow temperature is higher than that of another consumer circuit 110 .
  • flow sensors 170 can be installed on all with radiators 115 equipped consumer circuits 110 may be provided, while heating circuits 110 with underfloor heating 120 remain unchanged.
  • the flow sensor 170 can determine a volumetric flow rate, which is then compared to a predetermined threshold value.
  • a flow switch 170 can be provided which only provides a two-value signal as to whether the volume flow exceeds the threshold value or not.
  • the threshold value can be predetermined mechanically, for example.
  • the threshold value at the flow switch 170 is adjustable.
  • the request for a flow temperature by a consumer circuit 110 can be suppressed independently of the type, number and composition of consumer circuits 110 . Operation of the heater 105 can thereby be minimized. In particular, a reduction in the efficiency of the heater 105 can be avoided by raising the return temperature.
  • figure 2 shows an example of a further heating system 100 with two consumer circuits 110 with radiators 115 and two further consumer circuits 110 with underfloor heating 120.
  • a flow sensor 170 is provided on each consumer circuit 110 and the provision of a request for a flow temperature of a consumer circuit 170 is suppressed if the specific volume flow predetermined threshold value, in particular zero, falls below.
  • FIG 3 shows a flowchart of a method 300 for controlling a heating system 100.
  • the method 300 begins in a step 305.
  • a step 310 a required flow temperature is determined for each existing consumer circuit 110.
  • a step 320 carried out for each consumer circuit 110 the specific requirement is only provided if the associated need is also given.
  • the order of steps 310 to 320 can be varied and, for example, a required one can be omitted To determine the flow temperature if the heat demand is zero.
  • Steps 310 to 320 of the individual consumer circuits 110 can be carried out independently of one another in terms of time, and also at different times.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizsystem mit einem Heizgerät, mehreren Verbraucherkreisen, wobei jedem Verbraucherkreis eine Steuervorrichtung zugeordnet ist.
  • Stand der Technik
  • Zum Heizen eines Hauses ist ein Heizsystem vorgesehen. Das Heizsystem umfasst ein Heizgerät und wenigstens einen Verbraucherkreis, wobei zwischen dem Heizgerät und den Verbraucherkreisen ein Fluid zirkuliert. Das Fluid wird im Heizgerät erwärmt, strömt durch einen Vorlauf in den Verbraucherkreis, kühlt dort ab und strömt durch einen Rücklauf wieder zurück ins Heizgerät. Dem Verbraucherkreis kann eine Vorlauftemperatur zugeordnet sein, die fest voreingestellt ist oder anhand von Parametern wie einer Innen- und einer Außentemperatur bestimmt werden kann. Insbesondere wenn mehrere Verbraucherkreise am gleichen Heizgerät betrieben werden kann dem Verbraucherkreis eine Steuervorrichtung zugeordnet sein, die eine Anforderung für die Vorlauftemperatur des Verbraucherkreises abgibt. Das Heizgerät wird dann so gesteuert, dass sich im Vorlauf die höchste der angeforderten Vorlauftemperaturen aller Verbraucherkreise einstellt. Benötigt der Verbraucherkreis eine geringere als diese Vorlauftemperatur, kann er kühleres Fluid aus dem Rücklauf mit dem heißen Fluid mischen, dass durch das Heizgerät bereitgestellt ist.
  • Die DE 10 2011 001 223 A1 offenbart eine Heizungsanlage sowie ein Betriebsverfahren und Steuereinrichtung für eine Heizungsanlage.
  • Die DE 10 2012 208 994 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Regeln der Raumtemperatur.
  • Die DE 10 2012 101 850 A1 offenbart ein Verfahren zur bedarfsgeführten Regelung eines Wärmeerzeugers in einer Heizungsanlage.
  • Die DE 10 2013 105 786 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung einer Zentral-Heizungsanlage. Die EP 2 775 370 A2 offenbart ein Heizsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zur Steuerung eines solchen Heizsystems bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Heizsystem umfasst ein Heizgerät und mehrere Verbraucherkreise, zwischen denen ein Fluid zur Wärmeübertragung zirkuliert. Ein Verfahren zum Steuern eines Heizsystems umfasst Schritte des Bestimmens einer Anforderung für eine Vorlauftemperatur des Verbraucherkreises; und des Bereitstellen der Anforderung an das Heizgerät. Dabei wird die Anforderung nur bereitgestellt, falls im Verbraucherkreis ein Wärmebedarf vorliegt.
  • Liegt kein Wärmebedarf im Verbraucherkreis vor, so wird auch keine Anforderung für die Vorlauftemperatur bereitgestellt. In diesem Fall kann das Heizgerät das Erhitzen des Fluids verringern oder einstellen. Ein Energieverbraucht kann so verringert werden. Wird das Heizgerät mit Brennstoff betrieben, so kann Brennstoff eingespart werden. Umfasst das Heizgerät eine Wärmepumpe, so kann ein Wirkungsgrad erhöht sein. Unter bestimmten Bedingungen kann eine Rücklauftemperatur am Heizgerät abgesenkt sein, wodurch das Heizgerät in einem günstigeren Temperaturbereich betrieben werden kann.
  • Es ist bevorzugt, dass der Wärmebedarf bestimmt wird, falls ein Volumenstrom durch den Verbraucherkreis über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
  • Dieser Schwellenwert kann insbesondere einen kleinen Bruchteil eines maximalen Volumenstroms betragen, beispielsweise ca. 1 - 2 %, oder anderweitig sehr klein sein, nahe null liegen oder praktisch oder tatsächlich null entsprechen.
  • Eine Steuervorrichtung für das oben genannte Heizsystem umfasst eine Abtastvorrichtung zur Bestimmung des Vorliegens eines Wärmebedarfs im Verbraucherkreis; und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Anforderung für eine vorbestimmte Vorlauftemperatur nur dann an das Heizgerät bereitzustellen, wenn ein Wärmebedarf vorliegt. Die Steuervorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das oben beschriebene Verfahren ganz oder teilweise durchzuführen. Dazu kann die Steuervorrichtung eine Verarbeitungseinrichtung umfassen, die beispielsweise als programmierbarer Mikrocomputer ausgeführt ist.
  • Das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen und Programmcodemittel umfassen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Verarbeitungseinrichtung abläuft. Das Verfahren und die Steuervorrichtung bzw. das weiter unten beschriebene System können einander in Teilen oder vollständig entsprechen, sodass Merkmale oder Vorteile des Verfahrens auf die Steuervorrichtung oder das System angewandt werden können oder umgekehrt.
  • Erfindungsgemäß ist die Abtastvorrichtung dazu eingerichtet, den Volumenstrom von Fluid durch den Verbraucherkreis zu bestimmen. Der bestimmte Volumenstrom kann dann mit einem Schwellenwert verglichen werden. In einer anderen Ausführungsform ist die Abtastvorrichtung dazu eingerichtet, das Vorliegen des Wärmebedarfs zu bestimmen, wenn ein Volumenstrom des Fluids durch den Verbraucherkreislauf einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Dabei kann die Abtastvorrichtung einfach und kostengünstig aufgebaut sein. Es kann beispielsweise genügen, die Abtastvorrichtung als Strömungsschalter aufzubauen, der lediglich ein binäres (=zweiwertiges) Signal bereitstellt, ob der Volumenstrom einen beispielsweise durch die Bauart des Strömungsschalters bedingten Schwellenwert übersteigt oder nicht. Der Schwellenwert ist in beiden Fällen bevorzugt im Wesentlichen null, wie oben genauer beschrieben ist.
  • Das Heizsystem kann mehrere Verbraucherkreise umfassen, wobei jedem Verbraucherkreis eine Vorrichtung zur Anforderung einer vorbestimmten Vorlauftemperatur zugeordnet ist. Dabei ist das Heizgerät bevorzugt dazu eingerichtet, das Fluid auf die höchste der angeforderten Vorlauftemperaturen zu erwärmen. Bleibt die Anforderung einer Vorlauftemperatur eines der Verbraucherkreise aus, so kann das Heizgerät verbessert so gesteuert werden, dass die Anforderungen der einen oder mehreren verbleibenden Verbraucherkreise bezüglich der Vorlauftemperatur erfüllt werden.
  • Zwei Verbraucherkreisen können unterschiedliche Vorlauftemperaturen zugeordnet sein. Insbesondere dann, wenn der Wärmebedarf des Verbraucherkreises mit der höheren zugeordneten Vorlauftemperatur nicht besteht, kann das Heizgerät die Vorlauftemperatur auf die Anforderung des anderen Verbraucherkreises absenken.
  • Einer der Verbraucherkreise kann eine Mischeinrichtung zur Mischung von Fluid des Vorlaufs mit Fluid des Rücklaufs umfassen, um die angeforderte Vorlauftemperatur zu erreichen. Sind die angeforderten Vorlauftemperaturen der an das Heizgerät angeschlossenen Verbraucherkreise ähnlich oder sogar gleich, so kann auf das Mischen verzichtet werden.
  • Zwischen dem Heizgerät und den Verbraucherkreisen kann eine hydraulische Weiche angeordnet sein. Die hydraulische Weiche dient der hydraulischen Entkoppelung der verschiedenen Verbraucherkreise, insbesondere wenn sie unterschiedliche Volumenströme oder unterschiedliche Vorlauftemperaturen erfordern. Unter bestimmten Umständen kann jedoch ein Rückfluss von erwärmtem Fluid durch die hydraulische Weiche in den Rücklauf erfolgen, sodass ein Temperaturunterschied zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf verringert ist. Ein Wirkungsgrad des Heizgeräts kann dadurch absinken, insbesondere falls es sich um ein Brennwertgerät oder eine Wärmepumpe handelt.
  • Ein Heizsystem umfasst ein Heizgerät und mehrere Verbraucherkreise, zwischen denen ein Fluid zur Wärmeübertragung zirkuliert, sowie die oben beschriebenen Steuervorrichtungen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
  • Fig. 1
    ein erstes Heizsystem;
    Fig. 2
    ein zweites Heizsystem; und
    Fig. 3
    ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Heizsystems darstellt.
  • Figur 1 zeigt ein Heizsystem 100, das bevorzugt zum Einsatz in einem Gebäude wie einem Ein- oder Mehrparteienhaus eingerichtet ist. Das Heizsystem 100 umfasst ein Heizgerät 105, das bevorzugt als Brennwertheizung durch das Verfeuern von Gas oder einem anderen Brennstoff realisiert ist. In einer weiteren Ausführungsform kann das Heizgerät 105 jedoch auch auf einem anderen Prinzip basieren, beispielsweise auf dem einer Wärmepumpe.
  • Das Heizsystem 100 umfasst ferner einen oder mehrere Verbraucherkreise 110. In Figur 1 sind ein erster Verbraucherkreis 110 links und ein zweiter Verbraucherkreis 110 rechts dargestellt. Die Verbraucherkreise 110 können Wärme auf unterschiedliche Weisen abgeben. Beispielsweise kann der links dargestellte erste Verbraucherkreis 110 einen Radiator 115 und der rechts dargestellte zweite Verbraucherkreis 110 eine Fußbodenheizung 125 umfassen. Es können jedoch auch gleichartig aufgebaute Verbraucherkreise 110 vorgesehen sein.
  • Das Heizgerät 105 ist dazu eingerichtet, ein Fluid 125, üblicherweise Wasser, zu erwärmen und an einem Vorlauf 130 bereitzustellen. Das Fluid 125 strömt dann durch den wenigstens einen Verbraucherkreis 110 und gelangt über einen Rücklauf 135 zurück zum Heizgerät 105. Zur Steuerung eines zirkulierten Volumenstroms von Fluid 125 durch das Heizgerät 105 kann eine Pumpe 140 vorgesehen sein, die üblicherweise von einer Steuervorrichtung angesteuert wird, die auch eine Wärmeleistung des Heizgeräts 105 steuert.
  • In der Ausführungsform von Figur 1 sind mehrere Verbraucherkreise 110 zueinander parallel an den Vorlauf 130 und den Rücklauf 135 angeschlossen. Um das Heizgerät 105 hydraulisch von den Verbraucherkreisen 110 zu entkoppeln ist dann üblicherweise eine hydraulische Weiche 145 vorgesehen. Die hydraulische Weiche 145 ist im einfachsten Fall als vertikale Rohrleitung mit vorzugsweise großem Querschnitt und dadurch kleinem Druckverlust zwischen dem Vorlauf 130 und dem Rücklauf 135 ausgebildet. In der hydraulischen Weiche 145 bildet sich eine Temperaturschichtung aufgrund des Dichteunterschiedes von warmem und kaltem Fluid 125. Im oberen Bereich befindet sich warmes Fluid des Vorlaufs 130 und im unteren Bereich kälteres Fluid 125 des Rücklaufs 135.
  • Sind Volumenströme des Fluids 125 durch das Heizgerät 105 und durch die Verbraucherkreise 110 nicht gleich groß, so erfolgt in der hydraulischen Weiche 145 ein Ausgleich durch Mischen von Fluid 125 des Vorlaufs 130 und des Rücklaufs 135. Wenn der momentane Volumenstrom durch das Heizgerät 105 größer als der durch die Verbraucherkreise 160 ist, so wird dem rücklaufenden Fluid 125 aus dem Verbraucherkreis 160 eine Teilmenge des warmen Fluids 125 des Vorlaufs 130 beigemischt. Wird hingegen in den Verbraucherkreisen 160 ein größerer Volumenstrom umgewälzt als durch das Heizgerät 105, so wird das in den Verbraucherkreis 160 fließende wärmere Fluid 125 mit kälterem, rückfließendem Fluid 125 gemischt, sodass die Vorlauftemperatur der Verbraucherkreise 110 reduziert wird.
  • Der durch einen Verbraucherkreis 110 fließende Volumenstrom kann individuell gesteuert werden, beispielsweise mittels einer Verbraucherpumpe 150. Der Volumenstrom kann beispielsweise in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur oder einer Rücklauftemperatur sowie einer Innentemperatur des Hauses gesteuert werden. Der Verbraucherkreis 110 kann hierzu eine Steuervorrichtung 155 umfassen. Die Steuervorrichtung 155 ist bevorzugt dazu eingerichtet, in Abhängigkeit einer abzugebenden Wärmemenge eine Anforderung für eine Vorlauftemperatur an das Heizgerät 105 bzw. dessen Steuerung bereitzustellen. In einer weiteren Ausführungsform sind die Steuervorrichtungen 155 auch mit der Steuerung des Heizgeräts 105 integriert ausgeführt.
  • Die Verbraucherkreise 110 können unterschiedliche Temperaturen des Fluids 125 im Vorlauf 130 erfordern. Beispielsweise kann im ersten Heizkreis 110 mit dem Radiator 115 die Vorlauftemperatur im Auslegungspunkt (z. B. bei einer Außentemperatur von -15 °C) bei ca. 50 °C bis 70 °C liegen, während die Vorlauftemperatur des zweiten Verbraucherkreises 110 mit der Fußbodenheizung 120 bei 30 °C bis 45 °C liegt. Das Heizgerät 105 wird üblicherweise dazu angesteuert, die Vorlauftemperatur auf das Maximum der von den Verbraucherkreisen 110 bzw. deren Steuervorrichtungen 155 angeforderten Vorlauftemperaturen zu steuern.
  • Ein Verbraucherkreis 110, der eine geringere Vorlauftemperatur benötigt, kann mit einem Mischer 160 ausgestattet sein, der aus dem Verbraucherkreis 110 in den Rücklauf 135 rücklaufendes Fluid 125 mit aus dem Vorlauf 130 einströmendem Fluid 125 derart mischt, dass das in den Wärmetauscher 115, 120 eintretende Fluid 125 eine vorbestimmte Temperatur aufweist.
  • Fordert beispielsweise der erste Verbraucherkreis 110 eine Vorlauftemperatur von 50 °C und der zweite Verbraucherkreis 110 eine Vorlauftemperatur von 70 °C an, so wird das Fluid 125 im Vorlauf 130 durch das Heizgerät 105 auf 50 °C aufgeheizt. Die Pumpe 140 fördert das Fluid 125 zur hydraulischen Weiche 145 und die Verbraucherpumpen 150 fördern es durch die Wärmetauscher 115 bzw. 120. Der Mischer 160 mischt zum warmen Fluid 125 im Vorlauf 130 kühleres Fluid 125 von beispielsweise 25 °C, das aus der Fußbodenheizung 120 austritt, hinzu, sodass sich für die Fußbodenheizung 120 eine Vorlauftemperatur von 30 °C ergibt.
  • Es kann vorkommen, dass einer der Verbraucherkreise 110 keinen Wärmebedarf hat, weil der zugeordnete Volumenstrom null ist. Beispielsweise können alle Radiatoren des ersten Verbraucherkreises 110 geschlossen sein. Üblicherweise wird trotzdem eine vorbestimmte Vorlauftemperatur angefordert, die höher als die angeforderte Vorlauftemperatur eines anderen Verbraucherkreises 110 ist.
  • Im vorliegenden Beispiel liegt der Volumenstrom durch den ersten Verbraucherkreis 110 bei null und der durch den zweiten Verbraucherkreis 110 bei 10 l/min nach dem Mischer 160. Bei den beispielhaft angegebenen Temperaturen und Volumenströmen stellt sich vor dem Mischer 160 des zweiten Verbraucherkreises 110 ein Volumenstrom von 4 l/min ein. Das Heizgerät 105 wird jedoch mit 14 l/min durchströmt, sodass Fluid 125 vom Vorlauf 130 durch die hydraulische Weiche 145 in den Rücklauf 135 strömt und sich dort mit Fluid 125 mischt, das von der Fußbodenheizung 120 mit beispielsweise 25 °C zurückströmt. Die Rücklauftemperatur ins Heizgerät 105 beträgt dadurch ca. 43 °C.
  • Es wird vorgeschlagen, dass eine Anforderung eines Verbraucherkreises 110 zur Bereitstellung einer Vorlauftemperatur nur dann gegeben wird, wenn ein Volumenstrom durch den Verbraucherkreis 110 einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, insbesondere wenn er über null liegt. Das Heizgerät 105 ist bevorzugt dazu eingerichtet, keine Heizleistung zu erbringen und bevorzugt auch die Pumpe 140 zu deaktivieren, falls keine Anforderung zur Bereitstellung einer Vorlauftemperatur vorliegt. Liegen mehrere Anforderungen vor, so wird die Vorlauftemperatur auf das Maximum der angeforderten Temperaturen gesteuert. Liegt nur eine Anforderung vor, so wird die Vorlauftemperatur auf diese Anforderung gesteuert.
  • Im oben gegebenen Beispiel fällt die Anforderung (50 °C) des ersten Verbraucherkreises 110 weg und nur noch die Anforderung (35 °C) des zweiten Verbraucherkreises 110 liegt vor. Die Vorlauftemperatur wird daher auf 35 °C eingestellt. Der Mischer 160 des zweiten Verbraucherkreises 110 stellt das Beimischen von rückströmendem Fluid 125 ein und Volumenströme vor und hinter dem Mischer 160 sind mit ca. 10 l/min gleich groß. Der Volumenstrom durch das Heizgerät 105 liegt unverändert bei 14 l/min, der durch die hydraulische Weiche 145 ist aber signifikant kleiner, sodass die Rücklauftemperatur nur noch 28 °C beträgt.
  • Gegenüber der oben beschriebenen herkömmlichen Vorgehensweise ist das eine Verringerung von 15 K. Beim einem Gas-Brennwert-Heizgerät 105 wirkt sich eine solche Rücklauftemperaturreduzierung mit einer Effizienzsteigerung von ca. 5%-Punkten aus. Wärmepumpen reagieren bezüglich Effizienz noch viel sensibler auf sich verändernde Vor- und Rücklauftemperaturen. Hier ist in einem solchen Fall mit einer um eine vielfaches verbesserten Effizienz zu rechnen.
  • Es ist bevorzugt, dass die Bestimmung, ob der Volumenstrom durch einen Verbraucherkreis 110 einen vorbestimmten Wert unterschreitet, mittels eines Strömungssensors 170 durchgeführt wird. Der Strömungssensor 170 kann nur in den Verbraucherkreisen 110 vorgesehen sein, deren vorbestimmte Vorlauftemperatur höher als die eines anderen Verbraucherkreises 110 liegt. Beispielsweise können Strömungssensoren 170 an allen mit Radiatoren 115 ausgestatteten Verbraucherkreisen 110 vorgesehen sein, während Heizkreise 110 mit Fußbodenheizung 120 unverändert bleiben. Der Strömungssensor 170 kann einen Volumenstrom bestimmen, der dann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. In einer kostengünstigeren Alternative kann ein Strömungsschalter 170 vorgesehen sein, der lediglich ein zweiwertiges Signal bereitstellt, ob der Volumenstrom den Schwellenwert übersteigt oder nicht. Dazu kann der Schwellenwert beispielsweise mechanisch vorbestimmt sein. In einer Variante ist der Schwellenwert am Strömungsschalter 170 einstellbar.
  • Es ist zu beachten, dass das Unterdrücken der Anforderung einer Vorlauftemperatur durch einen Verbraucherkreis 110 unabhängig von Art, Anzahl und Zusammenstellung von Verbraucherkreisen 110 erfolgen kann. Ein Betrieb des Heizgeräts 105 kann dadurch minimiert werden. Insbesondere kann eine Reduktion des Wirkungsgrads des Heizgeräts 105 durch Anheben der Rücklauftemperatur vermieden werden.
  • Figur 2 zeigt ein beispielhaftes weiteres Heizsystem 100 mit zwei Verbraucherkreisen 110 mit Radiatoren 115 und zwei weiteren Verbraucherkreisen 110 mit Fußbodenheizungen 120. Hier ist an jedem Verbraucherkreis 110 ein Strömungssensor 170 vorgesehen und die Bereitstellung einer Anforderung einer Vorlauftemperatur eines Verbraucherkreises 170 wird unterdrückt, falls der bestimmte Volumenstrom einen vorbestimmten Schwellenwert, insbesondere null, unterschreitet.
  • Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Steuern eines Heizsystems 100. Das Verfahren 300 beginnt in einem Schritt 305. Anschließend wird für jeden vorhandenen Verbraucherkreis 110 in einem Schritt 310 eine benötigte Vorlauftemperatur bestimmt. Außerdem wird für jeden Verbraucherkreis 110 in einem Schritt 315 bestimmt, ob ein Heizbedarf überhaupt vorliegt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Volumenstrom an Fluid 125 durch den Verbraucherkreis 110 einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. In einem für jeden Verbraucherkreis 110 durchgeführten Schritt 320 wird die bestimmte Anforderung nur dann bereitgestellt, falls der zugeordnete Bedarf auch gegeben ist. Die Reihenfolge der Schritte 310 bis 320 kann variiert werden und es kann beispielsweise darauf verzichtet werden, eine erforderliche Vorlauftemperatur zu bestimmen, falls der Wärmebedarf null ist. Die Schritte 310 bis 320 der einzelnen Verbraucherkreise 110 können zeitlich unabhängig voneinander durchgeführt werden, auch unterschiedlich oft.

Claims (5)

  1. Heizsystem, umfassend ein Heizgerät (105) und mehrere Verbraucherkreise (110), wobei zwischen dem Heizgerät (105) und den Verbraucherkreisen (110) ein Fluid (125) zur Wärmeübertragung zirkuliert,
    wobei jedem Verbraucherkreis (110) eine Steuervorrichtung (155) zugeordnet ist, wobei jede Steuervorrichtung (155) folgendes umfasst:
    - eine Abtastvorrichtung (170) zur Bestimmung des Vorliegens eines Wärmebedarfs im Verbraucherkreis (110), wobei die Abtastvorrichtung (170) dazu eingerichtet ist, das Vorliegen des Wärmebedarfs zu bestimmen, wenn ein Volumenstrom des Fluids (125) durch den Verbraucherkreis (110) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt;
    dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuervorrichtung (155) eine Verarbeitungseinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Anforderung für eine vorbestimmte Vorlauftemperatur nur dann an das Heizgerät (105) bereitzustellen, wenn ein Wärmebedarf vorliegt;
    und dass das Heizgerät (105) dazu eingerichtet ist, das Fluid (125) auf die höchste der angeforderten Vorlauftemperaturen zu erwärmen.
  2. Heizsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, der Schwellenwert im Wesentlichen null ist.
  3. Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verbraucherkreisen (110) unterschiedliche Vorlauftemperaturen zugeordnet sind.
  4. Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Verbraucherkreise (110) eine Mischeinrichtung (160) zur Mischung von Fluid (125) des Vorlaufs (130) mit Fluid (125) des Rücklaufs (135) umfasst, um die angeforderte Vorlauftemperatur zu erreichen.
  5. Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizgerät (105) und den Verbraucherkreisen (110) eine hydraulische Weiche (145) angeordnet ist.
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