EP3412978A1 - Verfahren zur steuerung eines heiz- und/oder kühlsystems - Google Patents

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EP3412978A1
EP3412978A1 EP17175231.4A EP17175231A EP3412978A1 EP 3412978 A1 EP3412978 A1 EP 3412978A1 EP 17175231 A EP17175231 A EP 17175231A EP 3412978 A1 EP3412978 A1 EP 3412978A1
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EP
European Patent Office
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heating
ideal
heating circuits
circuit
flow
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EP17175231.4A
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EP3412978B1 (de
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Willi Pommer
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Rehau Automotive SE and Co KG
Original Assignee
Rehau AG and Co
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Publication date
Application filed by Rehau AG and Co filed Critical Rehau AG and Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04—Sensors
    • F24D2220/042—Temperature sensors

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a heating and / or cooling system, in which a tempering is heated or cooled in a tempering, is passed via a flow line with a flow temperature sensor to a flow-Heiznikverteiler through the flow-heating manifold on Heating circuits, each comprising a valve with an associated actuator, a flow, a consumer and a return with a return temperature sensor is distributed, the heating circuits flows through and is guided via a return heating manifold in a return line and the return line to the temperature , Moreover, the present invention also relates to a heating and / or cooling system, which comprises a tempering element; a flow line with a flow temperature sensor; a flow heating circuit manifold; Heating circuits, each comprising a valve with an associated actuator, a flow, a consumer and a return with a return temperature sensor; a return heating circuit manifold; a return line and a control unit comprises; wherein the control unit is adapted to provide the operations for performing
  • Such methods for controlling a heating and / or cooling system and corresponding heating and / or cooling systems are known from the prior art.
  • a suitable flow temperature of the temperature control medium in a tempering element for example a boiler, a condensing boiler or a heat pump, as well as by the individual adjustment of the amount of water, which is supplied to the heating circuits achieved.
  • the flow temperature is not set individually for each individual room / consumer, but rather for a group of rooms / consumers.
  • the room-specific energy supply is therefore realized by the individual room control technology, usually by in-room Room controller.
  • the detection of the return temperature of the individual heating circuits to detect the spread between flow and return temperature to a reduction used the described problems.
  • This is used in control systems in which in a control unit, the control of the room temperature by opening the valves located in the heating circuit, either in a time ratio or in a certain opening degree is performed.
  • the temperature difference occurring between the flow and return of the respective heating circuit is determined and taken into account in the control algorithm.
  • this temperature difference is only one parameter for assessing the heat output to a room.
  • the resulting flow which is another crucial parameter for heat dissipation to a room, can not be detected with this procedure.
  • the flow rate is adjusted either in time steps or by adjusting the opening degree of valves so that adjusts a calculated by the control system as appropriate temperature difference between flow and return.
  • the mutual hydraulic influence of the heating circuits is thereby only reduced in the quasi-stationary state, that is to say when the room temperature is adjusted in the vicinity of the desired value.
  • load jumps for example, when returning from reduced operation or other changes in the operating mode
  • a high temperature difference between flow temperature and return temperature arises due to the cooling of the heating surfaces, which exceeds the steady state value and can not be compensated.
  • the present invention is based, which is based on the object to provide a method for controlling a heating and / or cooling system, which overcomes the disadvantages of the prior art.
  • the method according to the invention is intended to ensure a supply of the individual heating circuits which is improved for the load case in the event of changing operating conditions of the heating system, which comprises a plurality of heating circuits.
  • the present invention is also in the provision of a heating and / or cooling system, which is designed for carrying out the method according to the invention, as well as in a computer program product of a control unit for controlling a heating and / or cooling system, which performs the operations for carrying out an inventive Method in the rule unit.
  • the period of time determined by a suitable measuring technique which is required for the complete replacement of the temperature-control medium in a heating circuit in different load cases, can also be used. While the methods of classic room temperature control can only react to the changes in room temperature and thus in heating systems with high storage mass only with considerable time delay, can be intervened with the inventive method correcting already in the energy delivery to the heating surface.
  • the period of time required to exchange the temperature control medium in a heating circuit varies with different operating states of the system.
  • a first step therefore, in an undisturbed state of the heating circuits of a room, that is, without influencing the hydraulic conditions by further heating circuits, determines the period required for the complete replacement of the temperature in a heating circuit without operation of another heating circuit. The determination of this period takes place via the evaluation of the temperature profiles of temperature sensors in the flow line and in the return of the respective heating circuit. This process is carried out one after the other for all n heating circuits individually.
  • This period which corresponds to the time interval between the occurrence of a temperature change at the flow temperature sensor after delivery of an opening signal to the actuator of the valve of a heating circuit to the occurrence of a resulting temperature change at the return temperature sensor of the heating circuit in the closed state of the valves of the other heating circuits denoted as T (circuit response, n).
  • the effect of a high-load operating state is determined to be the time required for the complete replacement of the temperature-control medium in a heating circuit.
  • a high-load operating state ie, high energy demand from multiple consumers / in multiple rooms
  • an opening signal is delivered to all actuators of the valves of the heating circuits of a heating circuit distributor at the same time.
  • the time T (circuit response max, n) is determined for each of the n heating circuits, which thus corresponds to the transit time of the temperature control medium through the respective heating circuit under full load.
  • ideal opening times T are determined for the respective valves of the n heating circuits.
  • These ideal opening times T are a percentage of a cycle time that is adapted to the characteristics of the heating system. For example, surface heating in which the heating circuits are embedded in screed typically uses a cycle time of 20 minutes. Thus, with a desired heat output of 0% to 100%, calculated opening times range from 0 minutes to 20 minutes. This method is called pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • the calculation of the ideal opening times T (open ideal, n) for the individual heating circuits takes place as a function of the amount of energy required by the respective consumer, for example a relevant room, which results inter alia from the deviation of the currently prevailing room temperature from the room temperature setpoint for this room ,
  • These ideal opening times T (open ideal, n) are then corrected, which results in an actual opening time T (open act, n) of the valve for each of the n heating circuits.
  • the prerequisite for this correction is to identify those heating circuits in which the change in the load conditions only to a lesser extent than in other heating circuits on the determined duration of the tempering through the heating circuit.
  • the heating circuits identified in this way are preferred over the rest of the heating circuits in the distribution of the available temperature control, thus disadvantaging other heating circuits. The operation of one or more of these heating circuits will therefore hinder the operation of the remaining heating circuits.
  • the correct opening times T (open ideal, n) are corrected for each of the n heating circuits as a function of the deviation of the maximum cycle time T (circuit response max, n) from the ideal cycle time T (circuit response, n) of the respective heating circuit. Finally, the valves of the individual heating circuits are opened over a period corresponding to the determined actual opening time T (open act, n) of the respective valve.
  • the present invention is to provide a heating and / or cooling system, which is a tempering; a flow line with a flow temperature sensor; a flow heating circuit manifold; Heating circuits, each comprising a valve with an associated actuator, a flow, a consumer and a return with a return temperature sensor; a return heating circuit manifold; a return line and a control unit, wherein the control unit is designed to provide the operations for carrying out the method according to the invention.
  • the present invention also provides a computer program product of a control unit for controlling a heating and / or cooling system, in which a temperature control medium is heated or cooled in a temperature control element, is conducted via a flow line with a flow temperature sensor to a flow heating manifold, is distributed by the flow-heating manifold on heating circuits each comprising a valve with an associated actuator, a flow, a consumer and a return with a return temperature sensor, flows through the heating circuits and via a return-Heiz Vietnameseverteiler in a return line and on the Return line is led to the tempering, wherein the execution of the computer program product in the control unit is adapted to provide the operations for performing the method according to the invention.
  • pulse width modulation is understood to mean the variable switch-on time of a signal, the switch-on time being repeated periodically in a fixed time frame, the cycle time.
  • This switch-on time which in the present application corresponds to the switch-on time of the flow, is referred to as "pulse width”.
  • the length of the pulse width is determined by the control algorithm integrated in the control unit on the basis of the measured room temperature and the temperature setpoint currently or at a time interval taking into account the properties of the controlled system.
  • a minimum pulse width is preferred for efficient heating.
  • the amount of the minimum pulse width is based on the characteristic properties of the system to be controlled.
  • the characteristic features of the system to be controlled also include the time behavior of the actuator, in the case of surface heating, the combination of the actuator with the valve mounted on the hydraulic distributor. Furthermore, it is advantageous that the pulse width is selected so that during this time period, the longest heating circuit is filled with the temperature control.
  • the time frame required for this purpose can, for. B. vary between 5 and 60 minutes.
  • the beginning of the switch-on of the various heating circuits can begin at the same time or preferably at different times.
  • the time offset of the switch-on reduces the load of the control system occurring at the time of switch-on by the inrush currents of the actuators used and at the same time reduces the changes in the increase of the flow of the temperature control medium due to the valve opening.
  • the heating and / or cooling system according to the invention is preferably underfloor heating / cooling.
  • the temperature control medium is supplied to the heating circuits for cooling / heating.
  • the tempering medium may be, for example, water or another suitable liquid medium.
  • the tempering z. B. glycol may be added.
  • Underfloor heating / cooling means that the heating loops, for example in the screed, run under the floor or are otherwise integrated into the floor structure.
  • the heating loops can also be installed in another suitable structure. Thus, the heating loops can also be installed in the wall or ceiling.
  • the correct opening times T (open ideal, n) are corrected by applying a correction factor K (load max, n) to the ideal opening time T (open ideal, n) for each of the n heating circuits.
  • a heating circuit should preferably be classified as a critical heating circuit if it falls below a statistical characteristic of the correction factors K (load max, n) of the n heating circuits.
  • the statistical characteristic used is preferably an average, in particular the geometric mean, the harmonic mean or the arithmetic mean, the median or another suitable statistical parameter.
  • the actual opening time T (open act, n) of the valves can also be determined such that the actual opening time T (open act, n) of the valves for the critical classified heating circuits compared to the respective ideal opening time T (open ideal, n ) is shortened just when the valve of at least one classified as critical heating circuit is opened, or the actual opening time T (open act, n) of the valves of the respective ideal opening time T (open ideal, n) corresponds, if no valve (6, 6 ', 6 ", 6"') of a classified as critical heating circuit is opened.
  • the actual opening time T (open act, n) of the heating circuits classified as non-critical preferably corresponds in both cases to the respective ideal opening time T (open ideal, n) of the relevant valve.
  • the shortening of the opening times of the valves for the heating circuits classified as critical takes place in particular by a fraction of at least approximately 20% of the relevant ideal opening time T (open ideal, n), preferably 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75% and preferably at most 80% of the respective ideal opening time T (open ideal, n) of the respective valve.
  • Such a procedure represents a further simplification for the method according to the invention.
  • the actual opening time T (open act, n) of the valves for the heating circuits classified as critical may be shortened with respect to the relevant ideal opening time T (open ideal, n) whose correction factor K (load max , n) falls below the mean value of the correction factors K (load max, n) of the n heating circuits by at least 10%, preferably by at least 30%.
  • the statistical characteristic used is preferably an average, in particular the geometric mean, the harmonic mean or the arithmetic mean, the median or another suitable statistical parameter.
  • step (ii) and (iv) are repeated several times, wherein in step (ii) the delivery of the opening signal takes place only on a selection of the actuators of the valves and the times and in following step (iv) corrections are stored so that they are applied in the presence of the equivalent requirement situation according to step (v).
  • equivalent requirement situation means that set of ideal opening time T (open ideal, n) stored in the system and correction factors K (load max, n) of the n heating circuits that most closely resembles the current request situation.
  • the selection of the actuation of the actuators of the valves is carried out in such a way that the actuation of only one of the actuators of the heating circuits is omitted, whereby the selection of the non-actuated heating circuits is performed in ascending order of the values for K (load max , n).
  • the selection of the control of the actuators of the valves is carried out so that preferably the control of more than one of Actuators of the heating circuits is omitted, with the selection of the non-driven heating circuits limited to the heating circuits, which have the lowest values for K (load max). It is particularly preferred if the corrections in step (iv) are selected such that the stored operating state is used which comes closest to the request situation that is currently present.
  • step (vi) it may also be advantageous if the opening of the valves in step (vi) takes place simultaneously. However, it is preferred if the opening of the valves in step (vi) takes place with a time offset of at least 20 seconds. In this way, sudden electrical and hydraulic loads that can occur in a simultaneous valve opening can be avoided. From a certain load request, a more uniform operation is thus ensured.
  • control unit is modularly constructed from a main unit and an auxiliary unit, wherein the auxiliary unit comprises the flow temperature sensor and the return temperature sensor and is connected to the main unit via a communication line.
  • the heating and / or cooling system according to the invention and individual parts thereof can also be produced line by line or in layers using a line-building or layer-building manufacturing method (eg 3D printing).
  • a line-building or layer-building manufacturing method eg 3D printing
  • a heating and / or cooling system 1 for carrying out a method according to an embodiment of the present invention is shown schematically.
  • a temperature control medium for example water or a water / glycol mixture
  • the flow-heating manifold 4 distributes the temperature control to a plurality of heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5"'.
  • the heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5"' guide the tempering medium through the surfaces through which the space in question is to be heated or cooled.
  • the heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5'” each include a valve 6, 6 ', 6 “, 6'” with an associated actuator, a flow, a consumer (in floor heating, for example, the screed to be heated or closed cooling space, heating system with radiators a radiator) and a return with a return temperature sensor 7, 7 ', 7 ", 7"'.
  • the heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5"' open into a return heating circuit manifold 8. From the return heating circuit manifold 8, the temperature control medium flows through a return line 9 back to a temperature control element 10 for heating or cooling of the tempering (eg Heat pump or a condensing boiler).
  • valves 6, 6 ', 6 ", 6"' and the actuators associated therewith are arranged in the return of the individual heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5'” and control the flow of the tempering medium through the individual heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5"'.
  • a control unit 11 is signal-conducting connected to the individual actuators and controls their operation.
  • the valves 6, 6 ', 6 ", 6"' and the actuators associated therewith can also be assigned to the flow of the individual heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5"'.
  • heating and / or cooling system 1 may further optionally comprise a circulation pump 16 and / or a connection 12 between the supply line 2 and the return line 9, wherein the connection 12 may be provided with a mixing valve 13.
  • the separate circulating pump and / or the connection 12 between the supply line 2 and the return line 9 are not necessarily in every embodiment of the heating and / or cooling system 1.
  • the temperature of the temperature in the flow line 2 is measured and transmitted to the control unit 11.
  • one of the return line 9 associated return temperature sensor 14 measures the temperature of the temperature control in the return line 9 and transmits it to the control unit eleventh
  • the control unit 11 can regulate the temperature of the temperature control in the flow line 2, for example, by the mixing valve 13 is controlled accordingly.
  • an outside temperature sensor 15 can determine the outside temperature and in turn pass it on to the control unit 11.
  • the piping of the flow line 2, the heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5'" and the return line 9 is typically z.
  • the heating and / or cooling system 1 distributes the amount of heat required in the individual rooms in a floor heating, characterized in that through the valves 6, 6 ', 6 ", 6'” the inflow of temperature control medium with a certain temperature in the respective heating circuit 5, 5 ', 5 ", 5"' in the ground regulated / controlled.
  • a heating circuit 5, 5 ', 5 ", 5'” per room is used, wherein the heat supply of a correspondingly large space may also require two or more heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5"'.
  • the control unit 11 sends corresponding signals to the actuators of the valves 6, 6 ', 6 ", 6"' for a corresponding period to open and close again.
  • FIG Fig. 2 illustrates a diagram of a possible time course of the flow and return temperatures exemplarily for de heating circuit 5, wherein the course shown for the initial opening of valves 6, 6 ', 6 “, 6'” applies after a sufficiently long waiting time, in the temperature of the stagnant tempering medium has largely adapted to the prevailing ambient temperature.
  • heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5'” determines the ideal cycle time T (circuit response, n), wherein always only one heating circuit (or all a room associated heating circuits) is operated.
  • the ideal cycle time T (circuit response, n) then corresponds for each of the n heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5'” respectively to the time interval between the occurrence of a temperature change at the flow temperature sensor 3 after delivery of an opening signal to the actuator of the valve 6 of the heating circuit 5 until the occurrence of a temperature change caused by the opening of the valve 6 of the heating circuit 5 at the return temperature sensor 7 of this heating circuit 5 in the closed state of the valves 6 ', 6 ", 6'” of the other heating circuits 5 ', 5 ", 5 ''.
  • This is then also carried out for the other heating circuits 5 ', 5 ", 5'".
  • the thus determined ideal cycle times T thus correspond to the respective cycle time of the temperature control medium through the heating circuit 5, 5 ', 5 ", 5'” in this operating state.
  • a regulation opening time T (for each of the heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5") is set by the control unit 11. open ideal) of the respective valve 6, 6 ', 6 ", 6'", which depends on the amount of energy required by the respective consumer, ie the space in question, which in turn depends, inter alia, on the deviation of the currently prevailing room temperature from the room temperature setpoint depends on this room.
  • the maximum cycle time T (circuit response max, n) is determined, each time the time interval between the occurrence of a temperature change at the flow temperature sensor 3 after simultaneous delivery of a Opening signal to the actuators of all valves 6, 6 ', 6 “, 6”' of the heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5"' until the occurrence of a by opening the valve 6, 6 ', 6 “, 6'” the respective heating circuit 5, 5 ', 5 “, 5"' caused temperature change at the respective return temperature sensor 7, 7 ', 7 ", 7”' of the heating circuit 5, 5 ', 5 “, 5"' corresponds.
  • circuit response max, n corresponds to the respective cycle time of the temperature control by the heating circuit 5, 5 ', 5 ", 5"' in this operating condition, ie under full load. Due to the mutual hydraulic influence changed periods T (circuit response max, n) for the respective heating circuit 5, 5 ', 5 ", 5'" determined in full load operation.
  • K load max n T circuit response max n / T circuit response n the ratio of the maximum cycle times T (circuit response max, n) to the ideal cycle times T (circuit response max, n) for each of the n heating circuits 5, 5 "'5", 5'”results in a correction factor K (load max)
  • This correction factor K (load max, n) can now be used to classify the heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5'” into critical and non-critical heating circuits.
  • the ideal opening time T (open ideal, n) of all critical heating circuits does not exceed this minimum fraction of preferably at least 60% of the largest ideal opening time T (open ideal, n) of the remaining heating circuits, the ideal opening times T (open ideal, n) become actual Opening times T (open act, n) of the respective valve 6, 6 ', 6 ", 6"' for the heating circuits 5, 5 ', 5 ", 5"' used.
  • valves of the individual heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5'” are opened over a period corresponding to the determined actual opening time T (open act, n) of the respective valve 6, 6 ', 6 “, 6”' .
  • the control unit 11 is to the actuators the signal, the valves 6, 6 ', 6 “, 6”' on the calculated for the respective heating circuit 5, 5 ', 5 ", 5"' period T (open act, n) to open.
  • These adjusted opening times T (open act, n) correspond to a percentage of the time interval T (open ideal, n) predetermined by the pulse width modulating method.
  • valves 6, 6 ', 6 ", 6"' of the individual heating circuits 5, 5 ', 5 “, 5'” thus open at the beginning of the time interval simultaneously or with a small temporal Offset and close without corrective intervention after expiration of the adjusted opening time T (open act, n).
  • the obtained ideal opening times T (open ideal, n), the actual opening times T (open act, n) and the respective correction factors K (load max, n) are stored in the control unit 11.
  • a quantity of corresponding requirement statements, that is to say load cases, for the heating and / or cooling system 1 according to the invention are thus stored.
  • control unit 11 can determine the corresponding already stored values of the actual opening times T (open act, n) for the n heating circuits 5 , 5 ', 5 ", 5'” retrieve from their memory and provide by supplying appropriate signals to the control gates of the valves 6, 6 ', 6 ", 6"' for the heat supply of the individual rooms.
  • control unit 11 is modularly constructed from a main unit and an auxiliary unit.
  • the auxiliary unit comprises the flow temperature sensor 3 and the return temperature sensor 7, 7 ', 7 ", 7"' and is connected via a communication line to the main unit. This ensures the retrofittability of a heating and / or cooling system 1 for carrying out the method according to the invention.
  • the control unit 11 may comprise a computer program whose execution in the control unit 11 is arranged to provide at least some of the functional sequences described above.
  • the software product may be downloaded to the control unit 11 from a memory or data carrier such as a USB stick, a storage disk, a hard disk, a network server or the like.
  • the execution of this software product in the processor of the control unit 11 causes functional sequences that are described in this technical description for controlling a heating and / or cooling system 1 according to the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems (1), bei dem ein Temperiermedium in einem Temperierelement (10) erwärmt oder abgekühlt wird, über eine Vorlaufleitung (2) mit einem Vorlauf-Temperaturfühler (3) zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler (4) geführt wird, durch den Vorlauf-Heizkreisverteiler (4) auf Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), die jeweils ein Ventil (6, 6', 6", 6"') mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"') umfassen, verteilt wird, die Heizkreise (5, 5', 5", 5"') durchfließt und über einen Rücklauf-Heizkreisverteiler (8) in eine Rücklaufleitung (9) und über die Rücklaufleitung (9) zum Temperierelement (10) geführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst: (i) Bestimmen der idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n), die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler (3) nach Abgabe eines Öffnungssignals an den Stellantrieb des Ventils (6) eines Heizkreises (5) bis zum Auftreten einer durch nach dem Öffnen des Ventils (6) in den Heizkreis (5) strömendes Temperiermedium verursachten Temperaturänderung am Rücklauf-Temperaturfühler (7) dieses Heizkreises (5) im geschlossenen Zustand der Ventile (6', 6", 6"') der anderen Heizkreise (5', 5", 5"') entspricht, für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), wobei die so ermittelten idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n) somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis (5, 5', 5", 5"') in diesem Betriebszustand entsprechen; (ii) Bestimmen der maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n), die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler (3) nach gleichzeitiger Abgabe eines Öffnungssignals an die Stellantriebe aller Ventile (6, 6', 6", 6"') der Heizkreise (5, 5', 5", 5"') bis zum Auftreten einer durch nach dem Öffnen der Ventile (6, 6', 6", 6"') der Heizkreise (5, 5', 5", 5"') in die Heizkreise (5, 5', 5", 5"') strömendes Temperiermedium verursachten Temperaturänderung an dem jeweiligen Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"') des Heizkreises (5, 5', 5", 5"') entsprechen, wobei die so ermittelten maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n) somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis (5, 5', 5", 5"') in diesem Betriebszustand entsprechen; (iii) Ermitteln einer idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), die zum Erreichen oder Einhalten einer Raumsolltemperatur durch den jeweiligen Heizkreis (5, 5', 5", 5"') erforderlich ist, durch eine Regeleinheit (11); (iv) Korrigieren der in Stufe (iii) ermittelten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6) in Abhängigkeit von der Abweichung der maximalen Durchlaufzeit T(circuit response max, n) von der idealen Durchlaufzeit T(circuit response, n) des jeweiligen Heizkreises (5, 5', 5", 5"') für jeden der n Heizkreise (5, 5", 5", 5"') unter Ermittlung einer tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"'); und (v) Öffnen der Ventile (6, 6', 6", '6"') über einen Zeitraum, die der in Stufe (iv) ermittelten tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') entspricht. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein entsprechendes Heiz- und/oder Kühlsystem (1) sowie ein Computerprogrammprodukt, die zur Ausführung des, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems, bei dem ein Temperiermedium in einem Temperierelement erwärmt oder abgekühlt wird, über eine Vorlaufleitung mit einem Vorlauf-Temperaturfühler zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler geführt wird, durch den Vorlauf-Heizkreisverteiler auf Heizkreise, die jeweils ein Ventil mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler umfassen, verteilt wird, die Heizkreise durchfließt und über einen Rücklauf-Heizkreisverteiler in eine Rücklaufleitung und über die Rücklaufleitung zum Temperierelement geführt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Heiz- und/oder Kühlsystem, das ein Temperierelement; eine Vorlaufleitung mit einem Vorlauf-Temperaturfühler; einen Vorlauf-Heizkreisverteiler; Heizkreise, die jeweils ein Ventil mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler umfassen; einen Rücklauf-Heizkreisverteiler; eine Rücklaufleitung und eine Regeleinheit umfasst; wobei die Regeleinheit zur Bereitstellung der Operationen zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgebildet ist. Letztlich betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt einer Regeleinheit zur Steuerung eines derartigen Heiz- und/oder Kühlsystems.
  • Die folgenden Erläuterungen beziehen sich vornehmlich auf ein Heizsystem. Für ein Kühlsystem sollen die Ausführungen aber entsprechend gelten.
  • Derartige Verfahren zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems sowie entsprechende Heiz- und/oder Kühlsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um eine an die Energiebedürfnisse unterschiedlicher Räume angepasste Leistungsabgabe eines Heiz- und/oder Kühlsystems zu erreichen, wird durch die Erzeugung einer geeigneten Vorlauftemperatur des Temperiermediums in einem Temperierelement, beispielsweise eines Heizkessels, einer Brennwerttherme oder einer Wärmepumpe, sowie durch das individuelle Einstellen der Wassermenge, die den Heizkreisen zugeführt wird, erzielt. Im Regelfall wird die Vorlauftemperatur dabei nicht individuell für jeden einzelnen Raum/Verbraucher, sondern für eine Gruppe von Räumen/Verbrauchern eingestellt. Die raumindividuelle Energiezufuhr wird deshalb durch die Einzelraum-Regelungstechnik realisiert, meist durch im Raum befindliche Raumregler. Aufgrund der systembedingten Beschränkung der Leistungsabgabe pro Zeiteinheit, der zeitlichen Verzögerung der Leistungsabgabe durch die Heizflächen an den jeweiligen Raum/Verbraucher, der unterschiedlichen Längen der einzelnen Heizkreise sowie der gegenseitigen Beeinflussung der in die Heizflächen strömenden Wassermengen kann es dabei zu unterschiedlichen Aufheizgeschwindigkeiten der einzelnen Räume, zu einem Oszillieren der Raumtemperatur oder zu längerdauernden Unter- oder Überversorgungen einzelner Räume kommen. Diese Problematik tritt im Besonderen bei Lastsprüngen in Erscheinung, also beispielsweise bei einer Rückkehr der Anlage aus dem reduzierten Betrieb in den Normalbetrieb. Bei einer unzureichenden Einstellung der hydraulischen Verhältnisse in dem Heiz- und/oder Kühlsystem insgesamt oder der unzureichenden Einregulierung der Wassermengen in die einzelnen Heizkreise können die beschriebenen Probleme nochmals verstärkt werden.
  • Um diesen Problemen entgegenzuwirken, wird in der Praxis üblicherweise versucht, die stationäre Einstellung der Drosselventile im jeweiligen Heizkreis der Heizfläche in geeigneter Weise zu ändern. Dazu wird ein nicht veränderlicher Strömungswiderstand in Form eines einstellbaren Ventils in den Heizkreis eingebracht. Dadurch stellt sich bei gleichbleibendem Differenzdruck am Heizkreisverteiler sowohl an dem betreffenden Einstellventil sowie an dem jeweiligen Heizkreis ein gleichbleibender Differenzdruck und damit ein gleichbleibender Durchfluss ein. Bei verändertem Differenzdruck am Heizkreisverteiler stellen sich jedoch veränderte Durchflüsse ein. Für die Überwindung des Strömungswiderstands des Einstellventils ist außerdem eine erhöhte Pumpenleistung notwendig.
  • Ebenso ist es möglich, die geschilderten Probleme durch eine dynamische Regulierung der Massenströme des Temperiermediums durch die einzelnen Heizkreise zu verringern. In der Praxis wird dies durch Regelventile realisiert, die den Durchfluss selbsttätig auf einen eingestellten Wert regulieren. Dadurch kann zwar der Einfluss von Druckschwankungen im Rahmen des Arbeitsbereichs der Regelventile ausgeglichen werden. Der einmal eingestellte Durchfluss kann jedoch nachträglich nur manuell korrigiert werden. Diese automatisch arbeitenden Durchflussregler benötigen jedoch Hilfsenergie, die je nach Ausführungsform auch aus dem am Durchflussregler abfallenden Druck bezogen werden kann. Auch in diesem Fall ist deshalb eine erhöhte Pumpenleistung erforderlich.
  • Letztlich kann auch die Erfassung der Rücklauftemperatur der einzelnen Heizkreise zur Erkennung der Spreizung zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur zu einer Reduktion der geschilderten Probleme genutzt werden. Dies kommt in Steuersystemen zum Einsatz, in denen in einer Regeleinheit die Steuerung der Raumtemperatur durch Öffnen der im Heizkreis befindlichen Ventile, entweder in einem Zeitverhältnis oder in einem bestimmten Öffnungsgrad, durchgeführt wird. Durch die gleichzeitige Bestimmung der Rücklauftemperaturen sowie der gemeinsamen Vorlauftemperatur, wird die zwischen Vorlauf und Rücklauf des jeweiligen Heizkreises auftretende Temperaturdifferenz ermittelt und im Regelalgorithmus berücksichtigt. Diese Temperaturdifferenz stellt jedoch nur einen Parameter für die Beurteilung der Wärmeabgabe an einen Raum dar. Der sich einstellende Durchfluss, der einen weiteren entscheidenden Parameter für die Wärmeabgabe an einen Raum darstellt, kann mit dieser Vorgehensweise nicht erfasst werden. Hilfsweise wird deshalb die Durchflussmenge entweder in zeitlichen Schritten oder durch Einstellen des Öffnungsgrades von Ventilen so eingestellt, dass sich eine vom Steuersystem als geeignet errechnete Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf einstellt. Die gegenseitige hydraulische Beeinflussung der Heizkreise wird dadurch jedoch nur im quasistationären Zustand, also bei einem Ausregeln der Raumtemperatur in der Nähe des Sollwerts, vermindert. Bei Lastsprüngen (beispielsweise bei Rückkehr aus dem reduzierten Betrieb oder anderen Änderungen des Betriebsmodus) stellt sich aufgrund der Auskühlung der Heizflächen eine hohe Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur ein, die den für den stationären Zustand geltenden Wert übersteigt und nicht ausgeregelt werden kann.
  • An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren bei wechselnden Betriebsbedingungen des Heizsystems, das mehrere Heizkreise umfasst, eine für den Lastfall verbesserte Versorgung der einzelnen Heizkreise sicherstellen. Darüber hinaus liegt die vorliegende Erfindung auch in der Bereitstelllung eines Heiz- und/oder Kühlsystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, sowie in einem Computerprogrammprodukt einer Regeleinheit zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystem, das die Operationen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Regeleinheit bereitstellt.
  • Diese und andere Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Heiz- und/oder Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruches 10 bzw. ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass zur Reduktion der genannten Probleme auch die durch eine geeignete Messtechnik ermittelte Zeitspanne, die für den vollständigen Austausch des Temperiermediums in einem Heizkreis in verschiedenen Lastfällen benötigt wird, verwendet werden kann. Während die Methoden der klassischen Raumtemperaturregelung erst auf die Änderungen der Raumtemperatur und damit bei Heizsystemen mit hoher Speichermasse erst mit erheblicher Zeitverzögerung reagieren können, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits bei der Energieabgabe an die Heizfläche korrigierend eingegriffen werden. Die Zeitspanne, die benötigt wird, um das Temperiermedium in einem Heizkreis auszutauschen, variiert bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Anlage. In einem ersten Schritt wird deshalb in einem ungestörten Zustand der Heizkreise eines Raums, also ohne Beeinflussung der hydraulischen Verhältnisse durch weitere Heizkreise, die Zeitspanne bestimmt, die für den kompletten Austausch des Temperiermediums in einem Heizkreises ohne Betrieb eines anderen Heizkreises, benötigt wird. Die Ermittlung dieser Zeitspanne erfolgt über die Auswertung der Temperaturverläufe von Temperaturfühlern in der Vorlaufleitung und im Rücklauf des jeweiligen Heizkreises. Dieser Vorgang wird nacheinander für alle n Heizkreise einzeln durchgeführt. Diese Zeitspanne die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler nach Abgabe eines Öffnungssignals an den Stellantrieb des Ventils eines Heizkreises bis zum Auftreten einer daraus resultierenden Temperaturänderung am Rücklauf-Temperaturfühler dieses Heizkreises im geschlossenen Zustand der Ventile der anderen Heizkreise entspricht, wird als T(circuit response, n) bezeichnet.
  • In einem weiteren Schritt wird die Auswirkung eines Betriebszustandes mit hoher Last (d.h. hoher Energiebedarf von mehreren Verbrauchern/in mehreren Räumen) auf die Zeitspanne bestimmt, die für den kompletten Austausch des Temperiermediums in einem Heizkreises benötigt wird. Hierzu wird an alle Stellantriebe der Ventile der Heizkreise eines Heizkreisverteilers zur gleichen Zeit ein Öffnungssignal abgegeben. Durch die wie vorher beschriebene Auswertung der Temperaturverläufe wird für jeden der n Heizkreise die Zeit T(circuit response max, n) bestimmt, die damit der Laufzeit des Temperiermediums durch den jeweiligen Heizkreis unter Volllast entspricht. Durch die gegenseitige Beeinflussung der Heizkreise in Bezug auf die Versorgung mit Temperiermedium werden die Zeiten T(circuit response max, n) die Zeiten T(circuit response, n) überschreiten. Bei einer ausreichenden Versorgung des Heizkreisverteilers und der einzelnen Heizkreise des Heizkreisverteilers ist im Idealfall jedoch auch eine für alle Heizkreise gleichmäßige Steigerung der Laufzeiten zu erwarten. Dabei werden bestimmte Heizkreise in der Praxis aber einen stärkeren Einfluss auf das Gesamtsystem ausüben als andere.
  • Um dies berücksichtigen zu können, werden zunächst ideale Öffnungszeiten T(open ideal, n) für die jeweiligen Ventile der n Heizkreise bestimmt. Diese idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) sind ein Prozentanteil einer Zykluszeit, die an die Charakteristik des Heizsystems angepasst ist. Beispielsweise wird einer Flächenheizung, bei der die Heizkreise in Estrich eingebettet sind, typischerweise eine Zykluszeit von 20 Minuten verwendet. Es ergeben sich somit bei einer gewünschten Heizleistung von 0 % bis 100 % errechnete Öffnungszeiten von 0 Minuten bis 20 Minuten. Dieses Verfahren wird als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet. Die Berechnung der idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) für die einzelnen Heizkreise erfolgt in Abhängigkeit von der vom jeweiligen Verbraucher, beispielsweise einem betreffenden Raum, benötigten Energiemenge, die sich unter anderem aus der Abweichung der gerade herrschenden Raumtemperatur vom Raumtemperatursollwert für diesen Raum ergibt. Diese idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) werden daraufhin einer Korrektur unterzogen, was im Ergebnis eine tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) des Ventils für jeden der n Heizkreise ergibt. Die Voraussetzung für diese Korrektur ist, diejenigen Heizkreise zu identifizieren, bei denen die Änderung der Lastverhältnisse sich nur in geringerem Maße als bei anderen Heizkreisen auf die ermittelte Laufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis auswirkt. Die auf diese Weise identifizierten Heizkreise sind gegenüber den restlichen Heizkreisen bei der Verteilung des zur Verfügung stehenden Temperiermediums bevorzugt, die anderen Heizkreise somit benachteiligt. Der Betrieb eines oder mehrerer dieser Heizkreise wird deshalb den Betrieb der restlichen Heizkreise behindern.
  • Das Korrigieren der idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) erfolgt für jeden der n Heizkreise in Abhängigkeit von der Abweichung der maximalen Durchlaufzeit T(circuit response max, n) von der idealen Durchlaufzeit T(circuit response, n) des jeweiligen Heizkreises. Abschließend werden die Ventile der einzelnen Heizkreise über einen Zeitraum geöffnet, die der ermittelten tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils entspricht.
  • Dementsprechend liegt die vorliegende Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahren zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems, bei dem ein Temperiermedium in einem Temperierelement erwärmt oder abgekühlt wird, über eine Vorlaufleitung mit einem Vorlauf-Temperaturfühler zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler geführt wird, durch den Vorlauf-Heizkreisverteiler auf Heizkreise, die jeweils ein Ventil mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler umfassen, verteilt wird, die Heizkreise durchfließt und über einen Rücklauf-Heizkreisverteiler in eine Rücklaufleitung und über die Rücklaufleitung zum Temperierelement geführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
    1. (i) Bestimmen der idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n), die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler nach Abgabe eines Öffnungssignals an den Stellantrieb des Ventils eines Heizkreises bis zum Auftreten einer durch nach dem Öffnen des Ventils in den Heizkreis strömendes Temperiermedium verursachten Temperaturänderung am Rücklauf-Temperaturfühler dieses Heizkreises im geschlossenen Zustand der Ventile der anderen Heizkreise entspricht, für jeden der n Heizkreise, wobei die so ermittelten idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n) somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis in diesem Betriebszustand entsprechen;
    2. (ii) Bestimmen der maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n), die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler nach gleichzeitiger Abgabe eines Öffnungssignals an die Stellantriebe aller Ventile der Heizkreise bis zum Auftreten einer durch nach dem Öffnen der Ventile der Heizkreise in die Heizkreise strömendes Temperiermedium verursachten Temperaturänderung an dem jeweiligen Rücklauf-Temperaturfühler des Heizkreises entsprechen, wobei die so ermittelten maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n) somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis in diesem Betriebszustand entsprechen;
    3. (iii) Ermitteln einer idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils für jeden der n Heizkreise, die zum Erreichen oder Einhalten einer Raumsolltemperatur durch den jeweiligen Heizkreis erforderlich ist, durch eine Regeleinheit;
    4. (iv) Korrigieren der in Stufe (iii) ermittelten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils in Abhängigkeit von der Abweichung der maximalen Durchlaufzeit T(circuit response max, n) von der idealen Durchlaufzeit T(circuit response, n) des jeweiligen Heizkreises für jeden der n Heizkreise unter Ermittlung einer tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils für jeden der n Heizkreise; und
    5. (v) Öffnen der Ventile über einen Zeitraum, die der in Stufe (iv) ermittelten tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils entspricht.
  • Darüber hinaus liegt die vorliegende Erfindung in der Bereitstellung eines Heiz- und/oder Kühlsystems, das ein Temperierelement; eine Vorlaufleitung mit einem Vorlauf-Temperaturfühler; einen Vorlauf-Heizkreisverteiler; Heizkreise, die jeweils ein Ventil mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler umfassen; einen Rücklauf-Heizkreisverteiler; eine Rücklaufleitung sowie eine Regeleinheit umfasst, wobei die Regeleinheit zur Bereitstellung der Operationen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Letztlich stellt die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt einer Regeleinheit zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems zur Verfügung, bei dem ein Temperiermedium in einem Temperierelement erwärmt oder abgekühlt wird, über eine Vorlaufleitung mit einem Vorlauf-Temperaturfühler zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler geführt wird, durch den Vorlauf-Heizkreisverteiler auf Heizkreise die jeweils ein Ventil mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler umfassen, verteilt wird, die Heizkreise durchfließt und über einen Rücklauf-Heizkreisverteiler in eine Rücklaufleitung und über die Rücklaufleitung zum Temperierelement geführt wird, wobei die Ausführung des Computerprogrammprodukt in der Regeleinheit dazu eingerichtet ist, die Operationen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen.
  • In der Steuerungs-und Regelungstechnik versteht man unter dem Begriff "Pulsweitenmodulation" die veränderliche Einschaltzeit eines Signals, wobei der Einschaltzeitpunkt in einem festen Zeitrahmen, der Zykluszeit, periodisch wiederholt wird. Diese Einschaltzeit, die im vorliegenden Anwendungsfall der Einschaltzeit des Durchflusses entspricht, wird mit "Pulsweite" bezeichnet.
  • Die Länge der Pulsweite wird durch den in der Regeleinheit integrierten Regelalgorithmus aufgrund der gemessenen Raumtemperatur und dem aktuell oder in einem zeitlichen Abstand geltenden Temperatursollwert unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Regelstrecke bestimmt. Eine Mindestpulsweite wird zur Erzielung einer effizienten Beheizung bevorzugt. Der Betrag der Mindestpulsweite orientiert sich dabei an den charakteristischen Eigenschaften des zu regelnden Systems. Zu den charakteristischen Eigenschaften des zu regelnden Systems gehört auch das zeitliche Verhalten des Stellglieds, im Falle einer Flächenheizung die Kombination des Stellantriebs mit dem am Hydraulikverteiler angebrachten Ventil. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Pulsweite so gewählt wird, dass während dieser Zeitspanne auch der längste Heizkreis mit dem Temperiermedium gefüllt wird. Der hierfür benötigte Zeitrahmen kann z. B. zwischen 5 und 60 Minuten variieren.
  • Der Beginn der Einschaltzeit der verschiedenen Heizkreise kann dabei zum gleichen Zeitpunkt oder vorzugsweise zu verschiedenen Zeitpunkten beginnen. Der Zeitversatz der Einschaltzeiten reduziert die zum Einschaltzeitpunkt auftretende Belastung des Regelsystems durch die Einschaltströme der verwendeten Stellantriebe und vermindert gleichzeitig die Veränderungen der durch die Ventilöffnung bedingte Zunahme des Stroms des Temperiermediums.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Heiz- und/oder Kühlsystem um eine Fußbodenheizung/-kühlung. In einem solchen System wird das Temperiermedium den Heizkreisen zum Kühlen/Heizen zugeführt. Bei dem Temperiermedium kann es sich beispielsweise um Wasser oder ein anderes geeignetes flüssiges Medium handeln. Dem Temperiermedium kann z. B. Glykol zugesetzt sein. Fußbodenheizung/-kühlung bedeutet, dass die Heizschleifen beispielsweise im Estrich unter dem Fußboden verlaufen oder auf andere Weise in den Fußbodenaufbau integriert sind. Die Heizschleifen können auch in einer anderen geeigneten Struktur installiert sein. So können die Heizschleifen auch in der Wand oder Decke installiert sein.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Korrigieren der idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) durch Anwendung eines Korrekturfaktors K(load max, n) auf die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) für jeden der n Heizkreise. Bevorzugt wird dieser Korrekturfaktors K(load max, n) auf die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) für jeden der n Heizkreise gemäß K load max n = T circuit response max n / T circuit response n
    Figure imgb0001
     ermittelt. Danach erfolgt bevorzugt eine Klassifizierung der Heizkreise in kritische und nichtkritische Heizkreise. Dabei soll ein Heizkreis vorzugsweise dann als kritischer Heizkreis eingestuft werden wenn er eine statistische Kenngröße der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise unterschreitet. Als statistische Kenngröße kommt dabei bevorzugt ein Mittelwert, insbesondere der geometrische Mittelwert, der harmonische Mittelwert oder der arithmetische Mittelwert, der Median oder eine andere geeignete statistische Kenngröße zum Einsatz.
  • Die tatsächlichen Öffnungszeiten T(open act, n) des jeweiligen Ventils können sich dann vorzugsweise gemäß T open act n = T open ideal n * K load max n
    Figure imgb0002
     für den Fall berechnen, dass die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) mindestens eines Heizkreises, insbesondere eines kritischen Heizkreises, einen Mindestbruchteil (insbesondere mindestens 30 %, mindestens 35 %, mindestens 40 %, mindestens 45 %, mindestens 50 %, mindestens 55 %, mindestens 60 %, mindestens 65 %, mindestens 70 %, mindestens 75 % und bevorzugt mindestens 80 %) der größten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) der übrigen Heizkreise überschreitet; oder gemäß T open act n = T open ideal n
    Figure imgb0003
     für den Fall berechnen, dass die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) aller Heizkreise, insbesondere aller kritischen, den genannten Mindestbruchteil der größten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) der übrigen Heizkreise nicht überschreitet, für jeden Heizkreis. Dies stellt eine einfache und sehr effektive Methode zur Korrektur der idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) der Heizkreise dar.
  • Alternativ dazu kann die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile auch so ermittelt werden, dass die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile für die als kritisch klassifizierten Heizkreise gegenüber der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) eben dann verkürzt ist, wenn das Ventil mindestens eines als kritisch klassifizierten Heizkreises geöffnet wird, oder die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) entspricht, wenn kein Ventil (6, 6', 6", 6"') eines als kritisch klassifizierten Heizkreises geöffnet wird. Die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der als nicht-kritisch klassifizierten Heizkreise entspricht in beiden Fällen bevorzugt der jeweiligen idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des betreffenden Ventils. Das Verkürzen der Öffnungszeiten der Ventile für die als kritisch klassifizierten Heizkreise erfolgt insbesondere um einen Bruchteil von mindestens etwa 20 % der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n), vorzugsweise 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 % und bevorzugt höchstens 80 % der jeweiligen idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des betreffenden Ventils. Eine derartige Vorgehensweise stellt eine weitere Vereinfachung für das erfindungsgemäße Verfahren dar.
  • In diesem Zusammenhang kann es jeweils besonders bevorzugt sein, dass die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile für die als kritisch klassifizierten Heizkreise gegenüber der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) verkürzt werden, deren Korrekturfaktor K(load max, n) den Mittelwert der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise um mindestens 10 %, vorzugsweise um mindestens 30 % unterschreitet. Als statistische Kenngröße kommt dabei bevorzugt ein Mittelwert, insbesondere der geometrische Mittelwert, der harmonische Mittelwert oder der arithmetische Mittelwert, der Median oder eine andere geeignete statistische Kenngröße zum Einsatz.
  • Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es weiter hilfreich sein, wenn die Schritte (ii) und (iv) mehrfach durchlaufen werden, wobei in Schritt (ii) die Abgabe des Öffnungssignals nur an eine Auswahl der Stellantriebe der Ventile erfolgt und die ermittelten Zeiten sowie die im folgenden Schritt (iv) ermittelten Korrekturen so abgespeichert werden, dass sie bei Vorliegen der äquivalenten Anforderungssituation gemäß Stufe (v) angewendet werden. Wie hierin verwendet bedeutet der Ausdruck "äquivalente Anforderungssituation" denjenigen Satz an im System gespeicherten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) und Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise, der der gerade vorliegenden Anforderungssituation am ähnlichsten ist. Hierbei ist es aus Gründen der Effizienz bevorzugt, wenn die Auswahl der Ansteuerung der Stellantriebe der Ventile so erfolgt, dass die Ansteuerung nur jeweils eines der Stellantriebe der Heizkreise unterbleibt, wobei die Auswahl der nicht angesteuerten Heizkreise in aufsteigender Reihenfolge der Werte für K(load max, n) erfolgt. Alternativ dazu kann es auch bevorzugt sein, wenn die Auswahl der Ansteuerung der Stellantriebe der Ventile so erfolgt, dass bevorzugt die Ansteuerung von mehr als einem der Stellantriebe der Heizkreise unterbleibt, wobei die Auswahl der nicht angesteuerten Heizkreise sich auf die Heizkreise beschränkt, die die niedrigsten Werte für K(load max) aufweisen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Korrekturen in Schritt (iv) so ausgewählt werden, dass der gespeicherte Betriebszustand zum Einsatz kommt, der der gerade vorliegenden Anforderungssituation am nächsten kommt.
  • Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das Öffnen der Ventile in Stufe (vi) gleichzeitig erfolgt. Bevorzugt ist es aber, wenn das Öffnen der Ventile in Stufe (vi) mit einem zeitlichen Versatz von mindestens 20 Sekunden erfolgt. Auf diese Weise können sprungartige elektrische und hydraulische Lasten, die bei einer gleichzeitigen Ventilöffnung auftreten können, vermieden werden. Ab einer bestimmten Lastanforderung ist somit ein gleichmäßigerer Betrieb gewährleistet.
  • Um eine Nachrüstbarkeit des erfindungsgemäßen Heiz- und/oder Kühlsystem zu Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn die Regeleinheit modular aus einer Haupteinheit und einer Zusatzeinheit aufgebaut ist, wobei die Zusatzeinheit den Vorlauf-Temperaturfühler und die Rücklauf-Temperaturfühler umfasst und über eine Kommunikationsleitung mit der Haupteinheit verbunden ist.
  • Das erfindungsgemäße Heiz- und/oder Kühlsystem sowie einzelne Teile davon können auch zeilenweise oder schichtweise unter Verwendung eines zeilenaufbauenden oder schichtaufbauenden Fertigungsverfahrens (z. B. 3D-Druck) hergestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Detail beschrieben, wobei die beigefügten Zeichnungen die Erfindung leichter verständlich machen sollen. Dabei versteht es sich, dass die dargestellten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung exemplarisch veranschaulichen und nicht einschränken sollen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Heiz- und/oder Kühlsystems zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    Fig. 2
    ein exemplarisches Diagramm eines möglichen zeitlichen Verlaufs der Vorlaufund Rücklauftemperaturen für einen Heizkreis bei teilweiser Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In Fig. 1 ist ein Heiz- und/oder Kühlsystem 1 zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. In dem Heiz- und/oder Kühlsystem 1 wird ein Temperiermedium (z.B. Wasser oder ein Wasser/Glycol-Gemisch) entlang einer Vorlaufleitung 2 mit einem Vorlauf-Temperaturfühler 3 zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler 4 geleitet. Der Vorlauf-Heizkreisverteiler 4 verteilt das Temperiermedium auf mehrere Heizkreise 5, 5', 5", 5"'. Die Heizkreise 5, 5', 5", 5"' führen das Temperiermedium durch die Flächen, durch die der betreffende Raum beheizt oder gekühlt werden soll.
  • Die Heizkreise 5, 5', 5", 5'" umfassen jeweils ein Ventil 6, 6', 6", 6'" mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher (bei Fußbodenheizungen beispielsweise der Estrich des zu beheizenden oder zu kühlenden Raums, bei Heizungssystem mit Heizkörpern ein Heizkörper) und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler 7, 7', 7", 7"'. Die Heizkreise 5, 5', 5", 5"' münden in einem Rücklauf-Heizkreisverteiler 8. Vom Rücklauf-Heizkreisverteiler 8 fließt das Temperiermedium durch eine Rücklaufleitung 9 zurück zu einem Temperierelement 10 zur Erwärmung oder Abkühlung des Temperiermediums (z. B. eine Wärmepumpe oder eine Brennwerttherme).
  • Die Ventile 6, 6', 6", 6"' und die diesen zugeordneten Stellantriebe sind im Rücklauf der einzelnen Heizkreise 5, 5', 5", 5'" angeordnet und steuern dort den Durchfluss des Temperiermediums durch die einzelnen Heizkreise 5, 5', 5", 5"'. Eine Regeleinheit 11 ist signalleitend mit den einzelnen Stellantrieben verbunden und steuert ihren Betrieb. Alternativ können die Ventile 6, 6', 6", 6"' und die diesen zugeordneten Stellantriebe auch dem Vorlauf der einzelnen Heizkreise 5, 5', 5", 5"' zugeordnet sein. Darüber hinaus kann das Heiz- und/oder Kühlsystem 1 weiter optional eine Umwälzpumpe 16 und/oder eine Verbindung 12 zwischen der Vorlaufleitung 2 und der Rücklaufleitung 9 umfassen, wobei die Verbindung 12 mit einem Mischventil 13 versehen sein kann. Die separate Umwälzpumpe und/oder die Verbindung 12 zwischen der Vorlaufleitung 2 und der Rücklaufleitung 9 sind nicht in jeder Ausführungsform des Heiz- und/oder Kühlsystem 1 zwingend notwendig.
  • Über den Vorlauf-Temperaturfühler 3 wird die Temperatur des Temperiermediums in der Vorlaufleitung 2 gemessen und an die Regeleinheit 11 übermittelt. Gleichermaßen misst ein der Rücklaufleitung 9 zugeordneter Rücklauf-Temperaturfühler 14 die Temperatur des Temperiermediums in der Rücklaufleitung 9 und übermittelt diese an die Regeleinheit 11.
  • Die Regeleinheit 11 kann die Temperatur des Temperiermediums in der Vorlaufleitung 2 beispielsweise regeln, indem das Mischventil 13 entsprechend gesteuert wird. Ebenso kann ein Außentemperaturfühler 15 die Außentemperatur ermitteln und diese wiederum an die Regeleinheit 11 weitergeben.
  • Die Verrohrung der Vorlaufleitung 2, der Heizkreise 5, 5', 5", 5'" sowie der Rücklaufleitung 9 besteht typischerweise z. B. aus Kunststoffrohren aus vernetztem Polyethylen, die mit einer Sauerstoffsperrschicht versehen sind.
  • Das Heiz- und/oder Kühlsystem 1 verteilt die in den einzelnen Räumen erforderliche Wärmemenge bei einer Fußbodenheizung dadurch, dass durch die Ventile 6, 6', 6", 6'" der Zufluss an Temperiermedium mit einer bestimmten Temperatur in den jeweiligen Heizkreis 5, 5', 5", 5"' im Boden geregelt/gesteuert wird. In der Regel wird ein Heizkreis 5, 5', 5", 5'" pro Raum verwendet, wobei die Wärmeversorgung eines entsprechend großen Raums auch zwei oder mehr Heizkreise 5, 5', 5", 5"' erfordern kann. Die Regeleinheit 11 sendet entsprechende Signale an die Stellantriebe der Ventile 6, 6', 6", 6"' diese für einen entsprechenden Zeitraum zu öffnen und wieder zu schließen. Man spricht von der Öffnungszeit T(open) der Ventile 6, 6', 6", 6"'.
  • Das Ermitteln der tatsächlichen Öffnungszeiten T(open act) der einzelnen Ventile 6, 6', 6", 6'" gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die ein Diagramm eines möglichen zeitlichen Verlaufs der Vorlauf- und Rücklauftemperaturen exemplarisch für de Heizkreis 5 zeigt, wobei der dargestellte Verlauf für das erstmalige Öffnen von Ventilen 6, 6', 6", 6'" nach einer ausreichend langen Wartezeit gilt, in der die Temperatur des stagnierenden Temperiermediums sich weitgehend an die herrschende Umgebungstemperatur angepasst hat.
  • Die Regeleinheit 11 verarbeitet die zu den einzelnen zu regelnden Räumen vorhandenen Informationen, also die vorgegebenen Sollwerte sowie die von Raumtemperaturfühlern gemeldeten Istwerte der Raumtemperaturen. Ein in der Regeleinheit 11 implementierter Regelungsalgorithmus erzeugt daraus ein Regelsignal, das von den Ausgängen der Regeleinheit 11 über Stellantriebe an Ventile 6, 6', 6", 6"' der Heizkreise 5, 5', 5", 5"' übermittelt wird. Hierzu wird ein an sich bekanntes Pulsweitenmodulationsverfahren eingesetzt. Dies stellt die Grundfunktion der Regeleinheit 11 dar, die an sich selbständig das Heiz- und/oder Kühlsystem 1 regeln kann. Um für eine für jeden Belastungsfall angepasste Wärmeversorgung der einzelnen Räume durch die Heizkreise 5, 5', 5", 5"' zu gewährleiten, werden diese Pulsweitenmodulationsalgorithmen der Raumtemperaturregelung einer Korrektur unterzogen. Dazu werden folgende Informationen durch die Regeleinheit 11 heranzogen (die Erläuterung erfolgt exemplarisch anhand des Heizkreises 5, gilt aber für die anderen Heizkreise 5', 5", 5'" entsprechend):
    1. (1) Temperatur des Temperiermediums in der Vorlaufleitung 2, ermittelt durch den Vorlauf-Temperaturfühler 3;
      Die gemessene Vorlauftemperatur kann für die weiteren Berechnungen einer laufenden Mittelwertbildung unterworfen werden, um ggf. auftretende Störsignale zu eliminieren.
    2. (2) Zeitspanne T(valve response) zwischen dem Ansteuern eines Stellantriebs an einem Ventil 6, 6', 6", 6'" eines Heizkreises 5, 5', 5", 5"';
      Nach dem Ansteuern des Stellantriebs des Ventils 6 zum Zeitpunkt t0 (dargestellt in Fig. 2 in der obersten Spur) ergibt sich aufgrund des zeitverzögerten Ansprechens des Stellantriebs ein Zeitversatz bis zur Ventilöffnung (dargestellt in der zweiten Spur von oben). Erst nach Beginn des Öffnens des Ventils 6 fließt Temperiermedium in den Heizkreis 5. Bei einer ausreichend hohen Vorlauftemperatur wird zum Zeitpunkt t1 ein Anstieg der am Vorlauf- Temperaturfühler 3 gemessenen Temperatur des Temperiermediums erkannt werden. Die Zeitdauer T(valve_response) errechnet sich damit aus t1-t0. Diese Zeit T(valve_response) wird als Verzögerungszeit zwischen Steuersignal und Versorgung des Heizkreises 5 für weitere Berechnungen festgehalten.
    3. (3) Temperatur an den Rücklauf-Temperaturfühlern 7, 7', 7", 7"' der Heizkreise 5, 5', 5", 5'" nach dem Öffnen des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6"';
      Ab dem Zeitpunkt t1 wird gleichzeitig am Rücklauftemperaturfühler 7 eine Temperatur des Temperiermediums gemessen, die sich im weiteren Verlauf der Temperatur der Heizfläche, im Falle einer Fußbodenheizung der Bodentemperatur (in Fig. 2 mit "floor temperature" bezeichnet) nähert. Ein beginnender Anstieg der Rücklauftemperatur ist zu einem Zeitpunkt t2 zu erkennen. Die Zeitspanne t2-t1 entspricht der Laufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis und ist durch die Länge des Heizkreises und der Strömungsgeschwindigkeit des Temperiermediums durch den Heizkreis bestimmt. Die Zeitspanne t2-t1 wird als "T(circuit_response)" bezeichnet. Im weiteren Verlauf ergibt sich ein Anstieg der Rücklauftemperatur bis zu einem quasi-stationären Zustand im Zeitpunkt t3, zu dem aufgrund einer gleichbleibenden Energieabgabe an die Heizfläche keine spürbare Änderung der Rücklauftemperatur bei gleichbleibender Vorlauftemperatur mehr zu erkennen ist. Zu diesem Zeitpunkt ergibt sich damit eine Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur. Nach Schließen des Ventils am Vorlauf-Heizkreisverteiler passen sich die gemessenen Temperaturen wieder an die in der jeweiligen Umgebung herrschende Temperatur an. Im weiteren Betrieb der Anlage (au-ßerhalb der Initialisierungssequenz) kann eine neuerliche Bestimmung der T(circuit_response) erst nach einer Betriebspause des betreffenden Heizkreises erfolgen.
    4. (4) Zeitversatz nach Ansteuern des Stellantriebs bis zum zweiten erkannten Temperaturanstieg am Rücklauf-Temperaturfühler;
    5. (5) (quasi)-stationäre Temperatur am Rücklauffühler 7 nach Ansteuern eines Stellantriebs des Ventils 6 des Heizkreises 5.
  • Im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Heiz- und/oder Kühlsystems 1 wird zunächst für jeden der in Fig. 1 dargestellten Heizkreise 5, 5', 5", 5'" die ideale Durchlaufzeit T(circuit response, n) bestimmt, wobei immer jeweils nur ein Heizkreis (bzw. alle einem Raum zugeordneten Heizkreise) betrieben wird. Die ideale Durchlaufzeit T(circuit response, n) entspricht dann für jeden der n Heizkreise 5, 5', 5", 5'" jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler 3 nach Abgabe eines Öffnungssignals an den Stellantrieb des Ventils 6 des Heizkreises 5 bis zum Auftreten einer durch das Öffnen des Ventils 6 des Heizkreises 5 verursachten Temperaturänderung am Rücklauf-Temperaturfühler 7 dieses Heizkreises 5 im geschlossenen Zustand der Ventile 6', 6", 6'" der anderen Heizkreise 5', 5", 5"'. Dies wird anschließend auch für die anderen Heizkreise 5', 5", 5'" durchgeführt. Die so ermittelten idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n) entsprechen somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis 5, 5', 5", 5'" in diesem Betriebszustand.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Heizkreislängen sowie unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten ergeben sich für jeden der n Heizkreise 5, 5', 5", 5'" unterschiedliche Zeiten T(circuit_response, n), die den alleinigen und damit ungestörten Betrieb dieses Heizkreises 5 (bzw. alle einem Raum zugeordneten Heizkreise) dieses Raums angeben. Bei mehreren Heizkreisen, die einem Raum zugeordnet sind, wird bevorzugt die längste Zeit T(circuit_response, n) aus diesen Heizkreisen zugrunde gelegt.
  • Für die so für jeden der Heizkreise 5, 5, 5", 5'" ermittelten T(circuit response, n) wird durch die Regeleinheit 11 eine für jeden der Heizkreise 5, 5', 5", 5"' ideale Öffnungszeit T(open ideal) des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6'" berechnet, die von der vom jeweiligen Verbraucher, also vom betreffenden Raum, benötigten Energiemenge abhängig ist, die wiederum unter anderem von der Abweichung der gerade herrschenden Raumtemperatur vom Raumtemperatursollwert für diesen Raum abhängt. Im regulären Betrieb der Anlage werden unterschiedliche Lastfälle auftreten, so dass für eine ausreichende Versorgung der Heizkreise 5, 5', 5", 5"' eine davon abweichende tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6"' erforderlich ist. Um zu einer tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) des Ventils 6, 6', 6", 6"' für jeden der n Heizkreise 5, 5', 5", 5"' zu gelangen, werden die idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) einer Korrektur unterzogen.
  • Das Korrigieren der idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) erfolgt für jeden der n Heizkreise 5, 5', 5", 5'" in Abhängigkeit von der Abweichung der maximalen Durchlaufzeit T(circuit response max, n) von der idealen Durchlaufzeit T(circuit response, n) des jeweiligen Heizkreises 5, 5', 5", 5"'. Dafür wird zunächst für jeden der n Heizkreise 5, 5', 5", 5"' die maximale Durchlaufzeit T(circuit response max, n) ermittelt, die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler 3 nach gleichzeitiger Abgabe eines Öffnungssignals an die Stellantriebe aller Ventile 6, 6', 6", 6"' der Heizkreise 5, 5', 5", 5"' bis zum Auftreten einer durch das Öffnen des Ventils 6, 6', 6", 6'" des jeweiligen Heizkreises 5, 5', 5", 5"' verursachten Temperaturänderung an dem jeweiligen Rücklauf-Temperaturfühler 7, 7', 7", 7"' des Heizkreises 5, 5', 5", 5"' entspricht. Die so ermittelten maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n) entsprechen somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis 5, 5', 5", 5"' in diesem Betriebszustand, also unter Volllast. Durch die gegenseitige hydraulische Beeinflussung werden im Vollastbetrieb veränderte Zeitspannen T(circuit response max, n) für den jeweiligen Heizkreis 5, 5', 5", 5'" ermittelt.
  • Gemäß K load max n = T circuit response max n / T circuit response n
    Figure imgb0004
     ergibt sich aus dem Quotienten der maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n) zu den idealen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n) für jeden der n Heizkreise 5, 5"' 5", 5'" ein Korrekturfaktor K(load max, n). Anhand dieses Korrekturfaktors K(load max, n) kann nun eine Klassifizierung der Heizkreise 5, 5', 5", 5'" in kritische und nichtkritische Heizkreise erfolgen. Dabei soll ein Heizkreis 5, 5', 5", 5'" als kritisch eingestuft werden, wenn der zum jeweiligen Heizkreis 5, 5', 5", 5'" gehörige Korrekturfaktor K(load max, n) eine statistische Kenngröße der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise 5, 5', 5", 5'" unterschreitet, wobei bevorzugt der arithmetrische Mittelwert der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise 5, 5', 5", 5'" verwendet wird.
  • Weiter lässt sich aus dem Korrekturfaktor K(load max, n) gemäß T open act n = T open ideal n * K load max n
    Figure imgb0005
     jeweils eine tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6'" für die Heizkreise 5, 5', 5", 5'" berechnen. Diese Berechnung der tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6'" findet aber nur dann Anwendung, wenn die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) mindestens eines kritischen Heizkreises einen Mindestbruchteil von vorzugsweise mindestens 60 % der größten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) der übrigen Heizkreise überschreitet. Überschreitet die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) aller kritischen Heizkreise diesen Mindestbruchteil von vorzugsweise mindestens 60 % der größten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) der übrigen Heizkreise nicht, werden die idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n) als tatsächliche Öffnungszeiten T(open act, n) des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6"' für die Heizkreise 5, 5', 5", 5"' verwendet.
  • Abschließend werden die Ventile der einzelnen Heizkreise 5, 5', 5", 5'" über einen Zeitraum geöffnet, die der ermittelten tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils 6, 6', 6", 6"' entspricht. Die Regeleinheit 11 gibt dazu an die Stellantriebe das Signal, die Ventile 6, 6', 6", 6"' über den für den jeweiligen Heizkreis 5, 5', 5", 5"' berechneten Zeitraum T(open act, n) zu öffnen. Diese angepasstem Öffnungszeiten T(open act, n) entsprichen einem Prozentsatz des durch das pulsweitenmodulierende Verfahren vorgegebenen Zeitintervalls T(open ideal, n). Die Ventile 6, 6', 6", 6"' der einzelnen Heizkreise 5, 5', 5", 5'" öffnen damit zu Beginn des Zeitintervalls gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Versatz und schließen ohne korrigierenden Eingriff nach Ablauf der angepassten Öffnungszeit T(open act, n).
  • Die erhaltenen idealen Öffnungszeiten T(open ideal, n), die tatsächlichen Öffnungszeiten T(open act, n) und die jeweiligen Korrekturfaktoren K(load max, n) werden in der Regeleinheit 11 gespeichert. Während des Betriebs des erfindungsgemäßen Heiz- und/oder Kühlsystems 1 wird so eine Menge an entsprechenden Anforderungssitutationen, also Lastfällen für das erfindungsgemäße Heiz- und/oder Kühlsystem 1 abgespeichert. Tritt nun für das erfindungsgemäße Heiz- und/oder Kühlsystem 1 eine Anforderungssitutation auf, die einer bereits abspeicherten entspricht oder sehr nahe kommt, kann die Regeleinheit 11 die entsprechenden bereits abgespeicherten Werte der tatsächlichen Öffnungszeiten T(open act, n) für die n Heizkreise 5, 5', 5", 5'" aus ihrem Speicher abrufen und durch Übermittlung entsprechender Signale an die Stellgleider der Ventile 6, 6', 6", 6"' für die Wärmeversorgung der einzelnen Räume sorgen.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heiz- und/oder Kühlsystems 1 ist die Regeleinheit 11 modular aus einer Haupteinheit und einer Zusatzeinheit aufgebaut. Dabei umfasst die Zusatzeinheit den Vorlauf-Temperaturfühler 3 und die Rücklauf-Temperaturfühler 7, 7', 7", 7"' und ist über eine Kommunikationsleitung mit der Haupteinheit verbunden. Dadurch wird die Nachrüstbarkeit eines Heiz- und/oder Kühlsystems 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet.
  • Die Regeleinheit 11 kann ein Computerprogramm umfassen, dessen Ausführung in der Regeleinheit 11 dazu eingerichtet ist, zumindest einige der vorstehend beschriebenen Funktionsabläufe bereitzustellen. Das Softwareprodukt kann aus einem Speicher oder Datenträger, wie etwa einem USB-Stick, einer Speicherplatte, einer Festplatte, einem Netzserver o. dgl. auf die Regeleinheit 11 heruntergeladen werden. Die Ausführung dieses Softwareprodukts im Prozessor der Regeleinheit 11 bewirkt Funktionsabläufe, die in dieser technischen Beschreibung zum Regeln eines erfindungsgemäßen Heiz- und/oder Kühlsystems 1 beschrieben sind.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern sich der Umfang der vorliegenden Erfindung aus den Ansprüchen ergibt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems (1), bei dem ein Temperiermedium in einem Temperierelement (10) erwärmt oder abgekühlt wird, über eine Vorlaufleitung (2) mit einem Vorlauf-Temperaturfühler (3) zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler (4) geführt wird, durch den Vorlauf-Heizkreisverteiler (4) auf Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), die jeweils ein Ventil (6, 6', 6", 6"') mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"') umfassen, verteilt wird, die Heizkreise (5, 5', 5", 5"') durchfließt und über einen Rücklauf-Heizkreisverteiler (8) in eine Rücklaufleitung (9) und über die Rücklaufleitung (9) zum Temperierelement (10) geführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfasst:
    (i) Bestimmen der idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n), die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler (3) nach Abgabe eines Öffnungssignals an den Stellantrieb des Ventils (6) eines Heizkreises (5) bis zum Auftreten einer durch nach dem Öffnen des Ventils (6) in den Heizkreis (5) strömendes Temperiermedium verursachten Temperaturänderung am Rücklauf-Temperaturfühler (7) dieses Heizkreises (5) im geschlossenen Zustand der Ventile (6', 6", 6"") der anderen Heizkreise (5', 5", 5"') entspricht, für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), wobei die so ermittelten idealen Durchlaufzeiten T(circuit response, n) somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis (5, 5', 5", 5"') in diesem Betriebszustand entsprechen;
    (ii) Bestimmen der maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n), die jeweils dem Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Temperaturänderung am Vorlauf-Temperaturfühler (3) nach gleichzeitiger Abgabe eines Öffnungssignals an die Stellantriebe aller Ventile (6, 6', 6", 6"') der Heizkreise (5, 5', 5", 5"') bis zum Auftreten einer durch nach dem Öffnen der Ventile (6, 6', 6", 6"') der Heizkreise (5, 5', 5", 5"') in die Heizkreise (5, 5', 5", 5"') strömendes Temperiermedium verursachten Temperaturänderung an dem jeweiligen Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"') des Heizkreises (5, 5', 5", 5"') entsprechen, wobei die so ermittelten maximalen Durchlaufzeiten T(circuit response max, n) somit der jeweiligen Durchlaufzeit des Temperiermediums durch den Heizkreis (5, 5', 5", 5"') in diesem Betriebszustand entsprechen;
    (iii) Ermitteln einer idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), die zum Erreichen oder Einhalten einer Raumsolltemperatur durch den jeweiligen Heizkreis (5, 5', 5", 5"') erforderlich ist, durch eine Regeleinheit (11);
    (iv) Korrigieren der in Stufe (iii) ermittelten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6) in Abhängigkeit von der Abweichung der maximalen Durchlaufzeit T(circuit response max, n) von der idealen Durchlaufzeit T(circuit response, n) des jeweiligen Heizkreises (5, 5', 5", 5"') für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') unter Ermittlung einer tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"'); und
    (v) Öffnen der Ventile (6, 6', 6", '6"') über einen Zeitraum, die der in Stufe (iv) ermittelten tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') entspricht.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrigieren der idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') in Stufe (iv) erfolgt, indem ein Korrekturfaktor K(load max, n) für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') gemäß K load max n = T circuit response max n / T circuit response n
    Figure imgb0006
     ermittelt wird, diejenigen der Heizkreise (5, 5', 5", 5'"), deren Korrekturfaktor K(load max, n) eine statistische Kenngröße der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') unterschreitet, als kritische Heizkreise klassifiziert werden; und die tatsächlichen Öffnungszeiten T(open act, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6"') gemäß T open act n = T open ideal n * K load max n
    Figure imgb0007
     ermittelt werden, wenn die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) mindestens eines kritischen Heizkreises einen Mindestbruchteil der größten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) der übrigen Heizkreise überschreitet; oder gemäß T open act n = T open ideal n
    Figure imgb0008
     ermittelt werden, wenn die ideale Öffnungszeit T(open ideal, n) aller kritischen Heizkreise einen Mindestbruchteil der größten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) der übrigen Heizkreise nicht überschreitet, für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') ermittelt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrigieren der der in Stufe (iii) ermittelten idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) des jeweiligen Ventils (6, 6', 6", 6) in Stufe (iv) erfolgt, indem ein Korrekturfaktor K(load max, n) für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') gemäß K load max n = T circuit response max n / T circuit response n
    Figure imgb0009
     ermittelt wird, diejenigen der Heizkreise (5, 5', 5", 5"'), deren Korrekturfaktor K(load max, n) eine statistische Kenngröße der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') unterschreitet, als kritische Heizkreise klassifiziert werden; und die Ermittlung der tatsächlichen Öffnungszeit T(open act, n) des Ventils (6, 6', 6", 6"') für jeden der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') erfolgt, indem die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile (6, 6', 6", 6"') für die als kritisch klassifizierten Heizkreise (5, 5', 5", 5"') gegenüber der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) verkürzt ist, wenn das Ventil (6, 6', 6", 6"') mindestens eines kritischen Heizkreises geöffnet wird, oder die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile (6, 6', 6", 6"') der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) entspricht, wenn kein Ventil (6, 6', 6", 6"') eines kritischen Heizkreises geöffnet wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Öffnungszeit T(open act, n) der Ventile (6, 6', 6", 6"') für die als kritisch klassifizierten Heizkreise (5, 5', 5", 5"') gegenüber der betreffenden idealen Öffnungszeit T(open ideal, n) verkürzt werden, deren Korrekturfaktor K(load max, n) den Mittelwert der Korrekturfaktoren K(load max, n) der n Heizkreise (5, 5', 5", 5"') um mindestens 10 %, vorzugsweise um mindestens 30 % unterschreitet.
  5. Verfahren gemäß einem der gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (ii) und (iv) mehrfach durchlaufen werden, wobei in Schritt (ii) die Abgabe des Öffnungssignals nur an eine Auswahl der Stellantriebe der Ventile erfolgt und die ermittelten Zeiten sowie die im folgenden Schritt (iv) ermittelten Korrekturen so abgespeichert werden, dass sie bei Vorliegen der äquivalenten Anforderungssituation gemäß Stufe (v) angewendet werden.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Ansteuerung der Stellantriebe der Ventile so erfolgt, dass die Ansteuerung nur jeweils eines der Stellantriebe der Heizkreise (5, 5', 5", 5"') unterbleibt, wobei die Auswahl der nicht angesteuerten Heizkreise (5, 5', 5", 5"') in aufsteigender Reihenfolge der Werte für K(load max, n) erfolgt.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Ansteuerung der Stellantriebe der Ventile (6, 6', 6", 6"') so erfolgt, dass bevorzugt die Ansteuerung von mehr als einem der Stellantriebe der Heizkreise (5, 5', 5", 5"') unterbleibt, wobei die Auswahl der nicht angesteuerten Heizkreise (5, 5', 5", 5"') sich auf die Heizkreise (5, 5', 5", 5"') beschränkt, die die niedrigsten Werte für K(load max) aufweisen.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturen in Schritt (iv) so ausgewählt werden, dass der gespeicherte Betriebszustand zum Einsatz kommt, der der gerade vorliegenden Anforderungssituation am nächsten kommt.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen der Ventile (6, 6', 6", 6"') in Stufe (vi) gleichzeitig oder mit einem zeitlichen Versatz von mindestens 20 Sekunden erfolgt.
  10. Heiz- und/oder Kühlsystem (1), das ein Temperierelement (10); eine Vorlaufleitung (2) mit einem Vorlauf-Temperaturfühler (3); einen Vorlauf-Heizkreisverteiler (4); Heizkreise (5, 5', 5", 5""), die jeweils ein Ventil (6, 6', 6", 6"') mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"') umfassen; einen Rücklauf-Heizkreisverteiler (8); eine Rücklaufleitung (9) sowie eine Regeleinheit (11) umfasst;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Regeleinheit (11) zur Bereitstellung der Operationen zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
  11. Heiz- und/oder Kühlsystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (11) modular aus einer Haupteinheit und einer Zusatzeinheit aufgebaut ist, wobei die Zusatzeinheit den Vorlauf-Temperaturfühler (3) und die Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"') umfasst und über eine Kommunikationsleitung mit der Haupteinheit verbunden ist.
  12. Computerprogrammprodukt einer Regeleinheit (11) zur Steuerung eines Heiz- und/oder Kühlsystems (1), bei dem ein Temperiermedium in einem Temperierelement (10) erwärmt oder abgekühlt wird, über eine Vorlaufleitung (2) mit einem Vorlauf-Temperaturfühler (3) zu einem Vorlauf-Heizkreisverteiler (4) geführt wird, durch den Vorlauf-Heizkreisverteiler (4) auf Heizkreise (5, 5', 5", 5"') die jeweils ein Ventil (6, 6', 6", 6"') mit einem diesem zugeordneten Stellantrieb, einen Vorlauf, einen Verbraucher und einen Rücklauf mit einem Rücklauf-Temperaturfühler (7, 7', 7", 7"") umfassen, verteilt wird, die Heizkreise (5, 5', 5", 5"') durchfließt und über einen Rücklauf-Heizkreisverteiler (8) in eine Rücklaufleitung (9) und über die Rücklaufleitung (9) zum Temperierelement (10) geführt wird, wobei die Ausführung des Computerprogrammprodukt in der Regeleinheit (11) dazu eingerichtet ist, die Operationen zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bereitzustellen.
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