EP4056916A1 - Verfahren, überwachungssystem und computerprogramm-produkt zum überwachen einer heizungsanlage und/oder einer klimaanlage - Google Patents

Verfahren, überwachungssystem und computerprogramm-produkt zum überwachen einer heizungsanlage und/oder einer klimaanlage Download PDF

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EP4056916A1
EP4056916A1 EP22157407.2A EP22157407A EP4056916A1 EP 4056916 A1 EP4056916 A1 EP 4056916A1 EP 22157407 A EP22157407 A EP 22157407A EP 4056916 A1 EP4056916 A1 EP 4056916A1
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EP
European Patent Office
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air conditioning
reference data
heating system
conditioning system
heating
Prior art date
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Pending
Application number
EP22157407.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marie Michel
Bernd Hafner
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Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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Publication date
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    • F24H15/457—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based remotely accessible using telephone networks or Internet communication

Definitions

  • the operating data of individual components of the heating system and air conditioning system must be read out and assigned to one another. In a complex analysis, a specialist can then determine errors in the regulation and control of the heating system and air conditioning system and adjust the controls and regulations of the heating system and air conditioning system accordingly.
  • the WO 2007/028938 A1 shows a thermal energy system for heating and/or cooling applications.
  • the thermal energy system includes a solar collector unit and a control unit for receiving operating variables of the thermal energy system and for processing the operating variables using a system model to predict future values of the operating variables for the system and the control unit and to determine a flow of a heat transfer fluid in a system based on the predicted values of the operational variable.
  • One aspect of the invention relates to a method for monitoring a heating system and/or an air conditioning system.
  • the method preferably includes the steps of providing reference data from a heating system and/or an air conditioning system; Acquisition of data points of the heating system and/or air conditioning system, in particular including sensor values from one or more sensors and/or control values from one or more actuators, over a predetermined period of time; determining one or more statistical parameters as a function of the recorded data points; comparing the one or more statistical parameters to the provided reference data; and determining a monitoring result depending on a result of the comparison.
  • a heating system and/or an air conditioning system can be monitored with regard to their efficiency in a particularly simple manner.
  • a heating system can include a heat generator, an actuator and a sensor, for example.
  • an air conditioner may include a cold generator, an actuator, and a sensor.
  • an actuator are a servomotor, a pump, a mixer, a valve, a blower, a fuel supply etc.
  • Non-limiting examples of a sensor are a temperature sensor, a position sensor, a speed sensor, a flow sensor, a heat meter, a cold meter, a gas sensor, a light sensor, a flow sensor, a volume flow sensor, etc.
  • a statistical parameter can be a stochastic parameter. In some embodiments, a statistical parameter can be determined from the statistics using a function. In some embodiments, a statistical parameter can be determined using a function from probability theory.
  • a comparison can, for example, include a comparison of a relative or absolute cumulative frequency, in particular a frequency distribution, with a reference value of the reference data.
  • a particular advantage of the method according to the invention is that the informative value of the monitoring result can be improved in that, on the basis of the determination of the statistical parameters, it is possible to differentiate between regularly inefficient operation and sporadically inefficient operating intervals that are difficult to rule out.
  • the method according to the invention prevents sporadically occurring inefficient operating intervals from obscuring the actually good efficiency of a heating system and/or air conditioning system.
  • a notoriously inefficient system heating system and/or air conditioning system
  • a further advantage is that the operation of a complex heating and/or air conditioning system with a large number of data points can be monitored simply and efficiently with regard to efficiency using the method.
  • a particularly further developed embodiment can include the step of outputting an error message as a function of the monitoring result.
  • This has the advantage that an inefficiency, in particular a negative change in the efficiency of the system (heating system and/or air conditioning system), can be reported to a user or a maintenance engineer, for example.
  • errors in the system for example due to defective components (pumps, temperature sensors, servomotors) and/or a control error, can be transmitted to a responsible person in a particularly targeted manner. Due to the early fault detection that takes place as a result, the repair can be accelerated and further damage or a failure of the system can be avoided.
  • the provision of reference data can include the steps of detecting reference data points of one or more further heating systems and/or air conditioning systems; and determining the reference data in Dependency of the reference data points include.
  • the provision of reference data can include the steps of detecting reference data points of one or more further heating systems and/or air conditioning systems; and determining the reference data in Dependency of the reference data points include.
  • the provision of reference data can include the steps of providing simulation data relating to operation of the heating and/or air conditioning system; and determining the reference data as a function of the simulation data. This makes it possible to provide reference data even if no reference data points can be determined from corresponding systems during operation. In addition, a theoretically optimal operation for a plant can be determined particularly easily by means of the simulation.
  • the reference data can be provided both as a function of recorded reference data points and as a function of simulation data provided. This allows the advantages of the reference data points as well as the simulation data to be used.
  • determining the reference data can include determining statistical parameters as a function of the reference data points and/or as a function of the simulation data.
  • the reliability and informative value of the reference data can be improved, particularly in the case of reference data as a function of recorded reference data points, since sporadically inefficient operating intervals can also be recognized as such in the recorded reference data.
  • this can improve the comparability between the reference data and the one or more statistical parameters that are determined as a function of the recorded data points.
  • the reference data can be provided as a function of one or more from the following group: a type of heating system and/or air conditioning system, for example a product group of a heat generator and/or a cold generator, a structure of the heating system and/or air conditioning system; a usage profile in which the heating system and/or air conditioning system is operated, in particular normal operation, energy-saving mode, demand-response operation, etc.; a building design, in particular a building size, airtightness, energy efficiency of the building supplied with heating and/or cooling by the heating and/or air conditioning system, etc.; a dimensioning of the heating system and/or air conditioning system, in particular a heating output and/or cooling output, for example depending on a building design; a climatic region; a time, e.g., a season, a day of the week, a time of day; a control method for the heating system and/or air conditioning system, in particular weather-compensated control, off-peak electricity use,
  • Assigning a heating system and/or air conditioning system to a type can include a grouping into a heat pump, a biomass boiler, a solar thermal system, a circulation pump and/or a gas boiler.
  • a type can be assigned to further subgroups so that optimal reference data can be provided.
  • a climate region can be made using a climate classification, for example a classification based on spatial criteria and/or a classification based on a cause-and-effect principle.
  • climatic regions are a Mediterranean climate, a continental climate, the polar ice zone, the subpolar zone, the cold temperate zone, the cool temperate zone, the subtropical zone and the tropical zone.
  • the reference data as a function of the geographic location, it can be ensured in a simple manner that the reference data are created under approximately the same environmental influences that the heating system and/or air conditioning system to be monitored is also subject to.
  • Providing the reference data as a function of one or more of the groups just mentioned can have the advantage that influences that influence the operation of the heating system and/or air conditioning system are taken into account. As a result, the quality of the reference data can be improved, in particular with regard to the influences and thus the monitoring.
  • the reference data can depend on time and/or the reference data points can be recorded as a function of time. This can improve the result of the comparison, since if the period from which the reference data is based matches the period in which the data points of the heating system and/or air conditioning system are recorded, the boundary conditions of the reference data match the boundary conditions of the data points particularly closely.
  • determining one or more statistical parameters can include determining one or more from the following group: a distribution function, a frequency distribution, a probability distribution, a mean value, a standard deviation and/or a variance.
  • the heating system and/or air conditioning system can include a heat pump, a biomass boiler, a gas boiler, a solar thermal system, a circulation pump and/or a gas boiler.
  • the reference data can include reference data of runtimes and/or pause times of a device of the heating and/or air conditioning system and the acquisition of data points of the heating system and/or air conditioning system can include the acquisition of runtimes and/or pause times of the device, in particular in connection with sensor values and/or actuator values of the heating and/or air conditioning system.
  • a device of the heating system and/or air conditioning system can be a pump, a servomotor, a heat generator and/or cold generator, an actuator, etc., for example
  • a run time can be a period of time in which the device is operated in a load mode.
  • a pause time can be a period of time in which the device is not operated in a load mode. For example, during a pause time, the device may are in a standby mode or switched off.
  • the reference data can include reference temperature data; and the acquisition of data points of the heating system and/or air conditioning system includes the acquisition of temperatures, in particular outside temperatures, buffer tank temperatures, hot water tank temperatures, collector temperatures, primary temperatures of heat pumps, primary temperatures of air conditioners, secondary temperatures of heat pumps, secondary temperatures of air conditioners and/or line temperatures. Since a heating system and/or an air conditioning system is used to regulate a temperature, the operation of the heating system and/or air conditioning system depends in particular on temperatures detected at sensors. It can therefore be advantageous to determine the efficiency of the heating system and/or air conditioning system as a function of the sensor temperatures, so that the monitoring result can be improved.
  • the reference data can include reference data of control values from actuators
  • the detection of data points of the heating system and/or air conditioning system can include the detection of control values from actuators.
  • data points can be recorded as a function of a heating and/or cooling circuit or hot water preparation, in particular a type of heating or cooling circuit or hot water preparation.
  • a type of a Heating circuit or cooling circuit or water heating for example, be determined by a flow temperature in a load operation.
  • the type of heating circuit or cooling circuit or hot water preparation can be determined by individual components in the heating circuit or cooling circuit, for example by radiators, hot water tanks, etc.
  • a heating circuit can be a hot water circuit that is set up for hot water preparation, in particular by means of a heat exchanger.
  • a further aspect of the invention relates to a monitoring system for monitoring a heating system and/or an air conditioning system.
  • the monitoring system includes a unit for providing reference data of a heating system and/or an air conditioning system, a detection unit for capturing data points of the heating system and/or air conditioning system, in particular including sensor values of one or more sensors and/or control values of one or more actuators, via a specified Period, and a computing unit that is set up to determine one or more statistical parameters depending on the recorded data points, to compare the one or more determined statistical parameters with the reference data provided and to determine a monitoring result depending on a result of the comparison.
  • the unit for providing reference data can include a storage unit in which the reference data is stored. In some embodiments, the unit for providing reference data can include a computing sub-unit that is set up in particular to determine the reference data as a function of simulation data and/or as a function of data points from a plurality of heating systems and/or air conditioning systems.
  • the detection unit can advantageously be connected to a communication unit for receiving sensor values and/or actuator values.
  • One Arithmetic unit can advantageously include one or more analog and/or one or more digital circuits.
  • the computing unit can be set up to output an error message as a function of a monitoring result.
  • the computing unit can be connected, for example, to a communication unit for transmitting the error message, to a display unit for visually displaying the error message and/or to an audio unit for acoustically outputting the error message.
  • a further aspect of the invention relates to a computer program product comprising instructions which, when the program is executed by a system, in particular according to claim 13 or 14, cause this to carry out a method according to one of claims 1 to 12.
  • the method can include a step S11 providing reference data of a heating system and/or an air conditioning system.
  • the reference data can depend on one or more Simulations and/or be provided as a function of data points of one or more reference heating systems and/or air conditioning systems.
  • the method includes the step S12 detecting data points of the heating system and/or the air conditioning system, in particular including sensor values of one or more sensors and/or control values of one or more actuators over a predetermined period of time.
  • one or more statistical parameters are determined as a function of the recorded data points. Examples of statistical parameters are a probability distribution, a frequency distribution, a mean, a variance, a standard deviation, a median, a modal value, a binomial distribution, an expected value, a hypergeometric distribution, etc.
  • a further step of the method is step S14, comparing the one or more statistical parameters with the reference data provided.
  • the comparing can include a qualitative and/or quantitative comparison.
  • the method also includes a step S15, determining a monitoring result depending on a result of the comparison.
  • the method can include an optional step S16 outputting an error message depending on the monitoring result.
  • an error message can also be output depending on a result of the comparison.
  • the reference data can be provided depending on one or more of the following group: a type of heating system and/or air conditioning; a usage profile in which the heating system and/or air conditioning system is operated; a building design of a building that is supplied with heat and/or cold by the heating and/or air conditioning system; a dimensioning of the heating system and/or air conditioning; a climatic region in which the heating and/or air conditioning system is installed; a season; a day of the week; a time of day; a control method for the heating system and/or air conditioning system, in particular weather-compensated control, off-peak electricity use, integration of demand forecasts, output control, speed control; one or more control parameters, in particular a target temperature, a night setback, etc.
  • a Building design can include, for example, a distinction with regard to insulation, airtightness, window surfaces, window orientation, building materials such as wood, concrete, clay, etc.
  • the reference data can depend on time and/or the reference data points can be acquired as a function of time.
  • Determining one or more statistical parameters can optionally include determining a distribution function, a frequency distribution, a probability distribution, in particular a binomial distribution, a hypergeometric distribution, etc., a mean value, a standard deviation and/or a variance.
  • the heating system and/or air conditioning system can include a heat pump, a biomass boiler, a solar thermal system, a circulation pump, a gas boiler and/or a gas boiler. Consequently, the heating system and/or air conditioning system can include one or more heat generators and/or cold generators.
  • the reference data can include reference data of running times and/or pause times of a device of the heating and/or air conditioning system; and the acquisition of data points of the heating system and/or air conditioning system includes the acquisition of running times and/or pause times of the device of the heating and/or air conditioning system.
  • the reference data may include reference temperature data; and the detection of data points of the heating system and/or air conditioning system includes the detection of temperatures, in particular outside temperatures, buffer tank temperatures, hot water tank temperatures, collector temperatures and/or line temperatures.
  • the reference data can include reference data of control values of actuators; and the acquisition of data points of the heating system and/or air conditioning system includes the acquisition of control values from actuators.
  • Step S11 can optionally include a step S111 recording reference data points of one or more other heating systems and/or air conditioning systems.
  • step S112 simulation data from a simulated operation of the heating and/or air conditioning system can be provided.
  • step S113 the reference data can be determined as a function of the reference data points and/or as a function of the simulation data. In this way, it can be ensured both that the reference data are practical and that special circumstances of the heating and/or air conditioning system are taken into account.
  • determining the reference data can include determining statistical parameters as a function of the reference data points and/or as a function of the simulation data.
  • the monitoring system 30 includes a unit for providing reference data of a heating system and/or an air conditioning system 31 and a detection unit for capturing data points of the heating system and/or the air conditioning system over a predetermined period of time.
  • the acquisition of data points can in particular include an acquisition of sensor values from one or more sensors and/or control values from one or more actuators.
  • the units 31 and 32 can be combined into one unit, which can contain further sub-units, in particular a communication unit and/or storage unit.
  • the monitoring system 30 includes a computing unit 33 which is set up to determine one or more statistical parameters as a function of the recorded data points.
  • the computing unit can be a unit for determining include statistical parameters.
  • the computing unit 33 can also be set up to compare the one or more determined statistical parameters with the reference data provided and to determine a monitoring result depending on a result of the comparison.
  • the arithmetic unit 33 can also be set up to output an error message depending on a monitoring result and possibly a comparison result.
  • the processing unit can be connected to a display unit, to an acoustic output unit and/or to a communication unit.
  • the display unit can be set up to display the error message visually, for example by means of a display, an indicator light, a projection lamp, etc.
  • the acoustic output unit can be set up to output an error message acoustically, for example by means of a loudspeaker, a mechanical bell, etc.
  • the error message can contain an error code depending on the monitoring result.
  • the error message in particular an error code, can also be output as a function of one or more comparison results.
  • a unit for outputting the error message in particular a display unit, a loudspeaker unit and/or a communication unit, can be selected depending on an error code and/or one or more comparison results.
  • a particularly advanced system can include an output unit that is set up to output an error message depending on the monitoring result and possibly depending on one or more comparison results.
  • the output unit can be set up, for example, to output the error message acoustically, in particular by means of a loudspeaker, or visually, in particular by means of a display unit.
  • the output unit can be set up to send a message to an external device using a communication unit.
  • An external device can be a PC, a mobile phone, a server, etc., for example.
  • the message may be an SMS, an email, a markup language message, and so on.
  • a message can be sent to a specialist (customer service fitter), to a user, to a maintenance service, to a heat pump operator and/or to a manufacturer etc., in particular depending on a monitoring result and/or one or more comparison results.
  • a heat pump can be operated in a particularly targeted manner in terms of safety and efficiency.
  • a message can be sent to an external device depending on a monitoring result and/or one or more comparison results.
  • This in 3 System shown can be set up in particular to a in the figures 1 and 2 carry out the procedure shown.
  • several units can be combined into one unit, one unit can be divided into several units, further units can be added to the system without affecting the core of the invention.
  • the heating system 400 comprises a solar system 401, a boiler/gas boiler/heat pump 402, a first heating circuit 403, a second heating circuit 404, a hot water circuit 405 and a buffer/hot water tank 406.
  • the heating system 400 also contains sensors, in particular temperature sensors 420 and volume flow sensors 421
  • the heating system 400 includes actuators, in particular valves 410 and pumps 411, etc.
  • Values from sensors 420, 421 and values from actuators 410, 411 can be recorded as data points, for example.
  • the detection can take place in particular as a function of time.
  • the sensor values from sensors and the actuator values from actuators which are necessary for the operation of the heating system and/or an air conditioning system, can be used to monitor the heating system and/or air conditioning system. This can have the advantage that there are no additional costs for hardware components for monitoring the heating system and/or air conditioning system. In some embodiments, however, additional actuators and Sensors are attached to the heating system and/or the air conditioning system so that monitoring is improved.
  • the system and method for monitoring the heating system and/or air conditioning is in no way related to the in 4 heating system shown is limited. Rather, the in 4 shown representation of a heating system of the exemplary illustration.
  • temperature values of a temperature sensor 420 attached to a heat or cold store 406 can be recorded as data points relating to the operation of a heat and/or cold generator 402 .
  • Statistical parameters can be determined by means of the data points, which allow a simple determination of a monitoring result of the monitoring of the heating and/or air conditioning system.
  • figure 5 shows a diagram that shows the operating hours of different solar systems depending on the average storage temperature. Operating hours are the time during which a fluid circulates through the solar system using a pump.
  • the diagram 500 shown shows the operating hours for the months of June/September of the solar system on the x-axis and the average storage temperature of a storage tank that is filled by the solar system, for example a buffer storage and/or hot water storage tank, for the months of June/September on the Y axis shown.
  • the points shown in the area 501 represent simulation points.
  • the point 502 is the result of a simulation result when the water consumption is 0 liters and the point 503 is the result of a simulation result when the water consumption is 400 liters.
  • the points in area 504 represent results of corresponding simulations. Data points 511 to 519 come from different heating systems.
  • the straight lines 521 and 522 divide the diagram into three areas.
  • the area on the right above the straight line 521 can be regarded as desirable for a solar system, for example on the basis of the simulation results.
  • an average efficiency of the solar systems can be assumed.
  • the area to the left below the straight line 522 can be regarded as an inefficient area for a solar system.
  • Figure 6a shows a diagram with the switch-on times of a solar system in load operation as a function of time.
  • the days of a year are plotted on the x-axis of the diagram.
  • the hours of the day are plotted on the y-axis of the diagram.
  • the resolution of the diagram in the y-direction is 10 minute time steps.
  • no switch-on event occurs with the solar pump.
  • the solar pump is operated for a period of less than one minute.
  • the solar pump is operated for a period of more than one minute.
  • the solar pump changes to pump operation very frequently in the time periods 602 and 603 .
  • the operating times of the solar pump were essentially summarized into a few.
  • the solar pump is often operated for short periods 612 under one minute. This can also be referred to as stuttering operation.
  • the regulation and control was optimized at the end of interval 603.
  • the solar pump runs optimally.
  • the solar pump is in pump operation relatively frequently for a longer period of time 613 .
  • the pause times 611 without a switch-on event are relatively long.
  • start-up losses and wear and tear can be reduced and the efficiency of the solar system can be increased.
  • it can also be ensured that as little heat as possible is pumped from the storage tank to the solar collectors.
  • Figure 6b shows a diagram 621 of a distribution function of the running time of the solar pump from July 2014.
  • Figure 6c shows a diagram 622 of the distribution function of the running time of the solar pump from September 2014.
  • the pause time is plotted on the x-axis and the associated operating time on the y-axis, which is attached to the pause time connects or to which the pause time connects. The number of events is plotted on the z-axis.
  • a pause time is a time when the solar pump is not pumping
  • an operating time is a time when the solar pump is pumping.
  • Figures 6d and 6e each show excerpts of the diagrams Figure 6b or 6c.
  • Diagrams 623, 624 shown were compared to those in Figures 6b and 6c Graphs 621 and 622 shown remove data with an operating time of less than 30 minutes. In diagram 623 only 5% of the events shown in diagram 621 are therefore shown. in the in 6 The diagram 624 shown, on the other hand, still shows 89% of the events shown in the diagram 622.
  • Figures 6f and 6g each show a diagram 625, 626 with a frequency distribution with regard to the operating time of the solar system.
  • the various operating times are plotted on the x-axis.
  • the number of events is shown on the y-axis.
  • the data of the diagrams 625 and 626 come from the in Figure 6a Diagram 600 shown.
  • Diagram 625 of the Fig. 6f is a frequency distribution for the month of July and in chart 626 of the 6g a frequency distribution for the month of September can be found.
  • Fig. 6f with the diagram 625 it is shown that in July 2014 the events are concentrated on operating times of less than three minutes, whereas, as in 6g shown with Chart 626 in September 2014, events are relatively evenly concentrated in periods of operation lasting up to one hour.
  • a comparison value can be determined in a particularly expedient manner.
  • the comparison value can in turn be compared with reference data and the result of the comparison can be used to determine a monitoring result.
  • Figure 7a shows a diagram with a frequency distribution of the operating times and pause times of a solar pump according to an embodiment of the invention.
  • diagram 701 of the Figure 7a it can be seen that the operating times of the solar pump range from five minutes to two hours and the pause times range from five minutes to 12 hours.
  • the frequency distribution shown in diagram 701 indicates efficient operation of the solar system.
  • Figures 7b and 7c each show a frequency distribution of events of the solar pump depending on the storage tank temperature at the start and the storage tank temperature at the stop of a pump operation of the solar pump.
  • the storage temperature when pumping is stopped is plotted on the x-axis and the storage temperature when pumping starts is plotted on the y-axis.
  • the number of events is plotted along the z-axis.
  • the efficiency of the operation and/or the dimensioning of a solar system can thus be monitored in a simple manner by means of statistical evaluation of the storage tank temperature at the start and stop of a pumping interval.
  • Figure 8a shows analogous to 4 a heating system 400.
  • heat can be emitted from the reservoir 406 through the collector 401 to the surroundings of the solar collector by convection.
  • Figure 8b shows a diagram 801 with a frequency distribution of the difference between the collector temperature and the outside temperature as a function of the storage tank temperature when the solar pump is switched off.
  • Figure 8c shows a diagram 802 with a frequency distribution of the difference between the solar temperature and the outside temperature as a function of the storage tank temperature and as a function of an additional heating system. In the system shown in Diagram 802, no convection to the solar collector could be determined.
  • diagrams 801 and 802 the difference between collector temperature and outside temperature in Kelvin is plotted on the x-axis.
  • the storage temperature in °C is plotted on the y-axis.
  • diagram 801 it can be seen that the events are concentrated on a difference between the solar temperature and the outside temperature of around 15 K and on a storage tank temperature between 20 and 35°C.
  • the point 804 with an x-value of 15 K and a y-value of 20 °C forms a maximum.
  • the points 803, on the other hand, form a minimum. This shows a clear correlation between the collector temperature and the storage tank temperature when the solar circuit pump is switched off.
  • the embodiment without convection to the solar collector a maximum of the number of events 806 at an x-value of -5°C and a y-value of 15°C can be seen. Furthermore, it can be seen in the diagram 802 that the events are concentrated at an x-value of -5°C and a y-value of between 15°C and over 60°C.
  • the method according to the invention enables a detection of a solar convection, which makes a heating system inefficient, for example by means of an evaluation of a frequency distribution.
  • the evaluation of sensor and actuator values by determining statistical parameters represents a simple and efficient method of detecting errors in a heating and/or air conditioning system.
  • faults in solar collectors such as low solar radiation, low efficiency, a reduction in efficiency, poor thermal insulation, a decrease in thermal insulation, an incorrectly connected solar collector, an unbalanced interconnection of the solar collectors, incorrect dimensioning between solar collectors and heat storage tanks, etc. can be detected .
  • errors in a solar circuit in particular an insufficient volume flow due to air in the pipe system, an insufficient volume flow due to other causes, an excessive volume flow, insufficient thermal insulation, a decrease in thermal insulation (or increase in heat losses), a decrease in the volume flow, unwanted circulation, too low a pressure, too high a pressure in the pipe system, aging of the antifreeze, and/or a leak in the pipe system, etc. can be detected.
  • errors in the memory can be detected, e.g. B.
  • errors in the sensors for example an incorrect type in terms of resistance, an incorrect type in terms of accuracy, an incorrect position of the sensor, an error in the connection to the control unit, unexpected sensor values, a defective sensor, etc., can be detected.
  • errors in the control in particular of pumps and valves, can be detected, in particular incorrect temperature settings, incorrectly stored settings with regard to a pump or a valve, an incorrect stored hydraulic system, other incorrect settings, a mechanical defect in a pump or valve, a faulty software version, a fault in a circuit, a defective communication unit, etc.
  • Errors for example in the dimensioning of the heating system itself or of heat consumers, can also be detected as a result.
  • the faults can be detected for solar systems, for gas boilers, gas boilers, biomass boilers, heat pumps, etc.
  • the error detections described in the figures are purely exemplary and in no way limiting, but only represent a small part of the potential of the invention.
  • FIG. 9 shows a diagram with a frequency distribution of the operating times and pause times of a heat pump according to an embodiment of the invention.
  • the pause duration in hours is plotted on the x-axis, the runtime duration in hours on the y-axis and the number of events in the z-direction.
  • the events of the heat pump are concentrated around a running time of 1.5 hours and a pause time of 1.5 hours.
  • the heat pump is usually operated with a relatively low power of between 500 and 1500 watts (not shown in the figure).
  • sensor data and actuator data in particular such as a pressure, a temperature, a volume flow, a control signal, etc., can be used to monitor a heat pump.

Abstract

Verfahren, System und Computerprogramm-Produkt zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen von Referenzdaten einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage; Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, insbesondere umfassend Sensorwerte einer oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerte eines oder mehrerer Aktuatoren, über einen vorgegebenen Zeitraum; Ermitteln eines oder mehrerer statistischer Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte; Vergleichen der einen oder mehreren statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten; und Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs.

Description

    Technischer Hintergrund
  • Im Laufe der letzten Jahre nahm die Komplexität von Heizungsanlagen und Klimaanlagen stetig zu. Zum einen ist dies den Anforderungen, insbesondere den Komfortanforderungen der Nutzer geschuldet. So werden immer mehr Räume mit Heizkörpern und mit Kühlkörpern ausgestattet. Die Heizkörper und Kühlkörper werden vorzugsweise entsprechend Sensordaten und Nutzervorgaben mit Wärme bzw. Kälte versorgt. Zum anderen spielen Energiesparmaßnahmen eine wesentliche Rolle. So gilt es die Heizungsanlage und die Klimaanlage besonders effizient zu betreiben.
  • Häufig dominieren die Anforderungen, insbesondere die Komfortanforderungen der Nutzer den Betrieb der Heizungsanlagen und Klimaanlagen derart, sodass das Überwachen der Heizungsanlage, insbesondere hinsichtlich eines effizienten und anlagenschonenden Betriebs zurückgestellt wird. Dies ist auch dem geschuldet, dass das Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage mit großem Aufwand verbunden ist. So gilt es die Betriebsdaten einzelner Komponenten der Heizungsanlage und Klimaanlage auszulesen und zueinander zuzuordnen. Ein Fachmann kann dann in aufwändiger Analyse Fehler in der Regelung und Steuerung der Heizungsanlage und Klimaanlage feststellen und die Steuerungen und Regelungen der Heizungsanlage und der Klimaanlage entsprechend anpassen.
  • Die WO 2007/028938 A1 zeigt dazu ein thermisches Energiesystem für Heiz- und/oder Kühlanwendungen. Das thermische Energiesystem umfasst eine Solarkollektoreinheit und eine Steuereinheit zum Empfangen von Betriebsvariablen des thermischen Energiesystems und zum Verarbeiten der Betriebsvariablen unter Verwendung eines Systemmodells, um zukünftige Werte der Betriebsvariablen für das System und die Steuereinheit vorherzusagen und um einen Fluss eines Wärmeträgerfluids in einem System basierend auf den vorhergesagten Werten der Betriebsvariablen zu steuern.
  • Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und effizientes Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage zu ermöglichen, insbesondere mittels eines Verfahrens eines Systems oder eines Computerprogramm-Produkts.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besondere Ausführungsformen der Erfindung.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage. Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte Bereitstellen von Referenzdaten einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage; Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, insbesondere umfassend Sensorwerte einer oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerte eines oder mehrerer Aktuatoren, über einen vorgegebenen Zeitraum; Ermitteln eines oder mehrerer statistischer Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte; Vergleichen der einen oder mehreren statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten; und Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs. Dadurch kann eine Heizungsanlage und/oder eine Klimaanlage besonders einfach bezüglich ihrer Effizienz überwacht werden.
  • Eine Heizungsanlage kann beispielsweise einen Wärmeerzeuger, einen Aktuator und einen Sensor umfassen. Eine Klimaanlage kann beispielsweise einen Kälteerzeuger, einen Aktuator und einen Sensor umfassen. Nichtlimitierende Beispiele für einen Aktuator sind ein Stellmotor, eine Pumpe, ein Mischer, ein Ventil, ein Gebläse, eine Brennstoffzufuhr etc. Nichtlimitierende Beispiele für einen Sensor sind ein Temperatursensor, ein Positionssensor, ein Drehzahlsensor, ein Durchflusssensor, ein Wärmemengenzähler, ein Kältemengenzähler, ein Gassensor, ein Lichtsensor, ein Strömungssensor, ein Volumenstromsensor etc. Ein statistischer Parameter kann ein stochastischer Parameter sein. In manchen Ausführungsformen kann ein statistischer Parameter mittels einer Funktion aus der Statistik ermittelt werden. In manchen Ausführungsformen kann ein statistischer Parameter mittels einer Funktion aus der Wahrscheinlichkeitstheorie ermittelt werden.
  • Ein Vergleichen kann beispielsweise ein Vergleichen einer relativen oder absoluten Summenhäufigkeit, insbesondere einer Häufigkeitsverteilung, mit einem Referenzwert der Referenzdaten umfassen.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Aussagekraft des Überwachungsergebnisses dadurch verbessert werden kann, dass auf Grund des Ermittelns der statistischen Parameter zwischen einem regelmäßig ineffizienten Betrieb und sporadisch ineffizienten Betriebsintervallen, die schwierig auszuschließen sind, unterschieden werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert, dass sporadisch auftretende ineffiziente Betriebsintervalle über die eigentlich gute Effizienz einer Heizungsanlage und/oder Klimaanlage hinwegtäuschen. Gleichzeitig kann jedoch auch eine notorisch ineffiziente Anlage (Heizungsanlage und/oder Klimaanlage) auf einfache Art und Weise als solche ermittelt werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass mittels des Verfahrens der Betrieb einer komplexen Heizungs- und/oder Klimaanlage mit einer großen Anzahl an Datenpunkten einfach und effizient hinsichtlich der Effizienz überwacht werden kann.
  • Eine besonders weiterentwickelte Ausführungsform kann den Schritt Ausgeben einer Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses umfassen. Dies hat den Vorteil, dass eine Ineffizienz, insbesondere eine negative Änderung der Effizienz der Anlage (Heizungsanlage und/oder Klimaanlage) beispielsweise einem Nutzer bzw. einem Wartungsmonteur mitgeteilt werden kann. Dadurch können Fehler in der Anlage beispielsweise auf Grund defekter Bauteile (Pumpen, Temperatursensoren, Stellmotoren) und/oder einem Regelungsfehler besonders zielführend an eine zuständige Person übermittelt werden. Aufgrund der dadurch erfolgten frühzeitigen Fehlerdetektion kann die Instandsetzung beschleunigt und weitere Schäden bzw. ein Ausfall der Anlage vermieden werden.
  • In einer besonders zielführenden Ausführungsform kann das Bereitstellen von Referenzdaten die Schritte Erfassen von Referenzdatenpunkten einer oder mehrerer weiterer Heizungsanlagen und/oder Klimaanlagen; und Ermitteln der Referenzdaten in Abhängigkeit der Referenzdatenpunkte umfassen. Dadurch können besonders realitätsnahe und aussagekräftige Referenzdaten bereitgestellt werden.
  • In einer besonders flexiblen Ausführungsform kann das Bereitstellen von Referenzdaten die Schritte Bereitstellen von Simulationsdaten bezüglich eines Betriebs der Heizungs- und/oder Klimaanlage; und Ermitteln der Referenzdaten in Abhängigkeit der Simulationsdaten umfassen. Dies ermöglicht ein Bereitstellen von Referenzdaten selbst dann, wenn keine Referenzdatenpunkte von entsprechenden Anlagen im Betrieb ermittelt werden können. Außerdem kann mittels der Simulation ein theoretisch optimaler Betrieb für eine Anlage besonders einfach ermittelt werden.
  • In manchen Ausführungsformen können die Referenzdaten sowohl in Abhängigkeit von erfassten Referenzdatenpunkten als auch in Abhängigkeit von bereitgestellten Simulationsdaten bereitgestellt werden. Dadurch können die Vorteile der Referenzdatenpunkte als auch der Simulationsdaten genutzt werden.
  • In manchen Ausführungsformen kann das Ermitteln der Referenzdaten ein Ermitteln von statistischen Parametern in Abhängigkeit der Referenzdatenpunkte und/oder in Abhängigkeit der Simulationsdaten umfassen. Dadurch kann, insbesondere bei Referenzdaten in Abhängigkeit von erfassten Referenzdatenpunkten, die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Referenzdaten verbessert werden, da sporadisch ineffiziente Betriebsintervalle bei den erfassten Referenzdaten auch als solche erkannt werden können. Des Weiteren kann dadurch die Vergleichbarkeit zwischen den Referenzdaten und den einen oder mehreren statistischen Parametern, die in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte ermittelt werden, verbessert werden.
  • In einem besonders differenzierten Verfahren können die Referenzdaten in Abhängigkeit eines oder mehrerer aus der folgenden Gruppe bereitgestellt werden: eines Typs der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, beispielsweise einer Produktgruppe eines Wärmeerzeugers und/oder eines Kälteerzeugers, eines Aufbaus der Heizungsanlage und/oder der Klimaanlage; eines Nutzungsprofils, in dem die Heizungsanlage und/oder Klimaanlage betrieben wird, insbesondere einem Normalbetrieb, einem Energiesparmodus, einem Demand-Response Betrieb etc.; einer Gebäudeausführung, insbesondere einer Gebäudegröße, einer Luftdichtigkeit, einer Energieeffizienz des Gebäudes, das von der Heizungs- und/oder Klimaanlage mit Wärme bzw. Kälte versorgt wird, etc.; einer Dimensionierung der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, insbesondere einer Heizleistung und/oder Kälteleistung beispielsweise in Abhängigkeit einer Gebäudeausführung; einer Klimaregion; einer Zeit, beispielsweise einer Jahreszeit, eines Wochentags, einer Tageszeit; einem Regelungsverfahren der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, insbesondere einer witterungsgeführten Regelung, einer Nachtstromnutzung, einer Integration von Bedarfsprognosen, einer Leistungsregelung, einer Drehzahlregelung; eines oder mehrerer Regelungsparameter, insbesondere einer Solltemperatur, einer Nachtabsenkung; einer geographischen Lage; etc.
  • Eine Zuordnung einer Heizungsanlage und/oder Klimaanlage zu einem Typ kann eine Gruppierung in eine Wärmepumpe, ein Biomassekessel, eine Solarthermie, eine Zirkulationspumpe und/oder eine Gastherme umfassen. In manchen Ausführungsformen kann ein Typ weiteren Untergruppen zugeordnet werden, sodass optimale Referenzdaten bereitgestellt werden können.
  • In manchen Ausführungsformen kann eine Klimaregion mittels einer Klimaklassifikation, beispielsweise einer Klassifikation nach räumlichen Kriterien und/oder einer Klassifikation nach einem Ursache-Wirkungs-Prinzip erfolgen. Beispiele für Klimaregionen sind ein mediterranes Klima, ein kontinentales Klima, die Polareis-Zone, die subpolare Zone, die kaltgemäßigte Zone, die kühlgemäßigte Zone, die subtropische Zone und die tropische Zone.
  • Durch das Bereitstellen der Referenzdaten in Abhängigkeit der geographischen Lage kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die Referenzdaten in etwa unter denselben Umwelteinflüssen entstehen, denen auch die zu überwachende Heizungsanlage und/oder Klimaanlage unterliegt.
  • Das Bereitstellen der Referenzdaten in Abhängigkeit eines oder mehrerer der eben genannten Gruppe kann den Vorteil haben, dass Einflüsse, die den Betrieb der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage beeinflussen, berücksichtigt werden. Dadurch kann die Qualität der Referenzdaten insbesondere hinsichtlich der Einflüsse und somit die Überwachung verbessert werden.
  • In einem besonders angepassten Verfahren können die Referenzdaten von der Zeit abhängen und/oder die Referenzdatenpunkte in Abhängigkeit der Zeit erfasst werden. Dadurch kann das Ergebnis des Vergleichs verbessert werden, da, wenn der Zeitraum aus dem die Referenzdaten basieren mit dem Zeitraum in dem die Datenpunkte der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage erfasst werden übereinstimmt, die Randbedingungen der Referenzdaten mit den Randbedingungen der Datenpunkte besonders stark übereinstimmen.
  • In einem besonders vorteilhaften Verfahren kann das Ermitteln eines oder mehrerer statistischer Parameter ein Ermitteln eines oder mehrerer aus der folgenden Gruppe umfassen: einer Verteilungsfunktion, einer Häufigkeitsverteilung, einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, eines Mittelwerts, einer Standardabweichung und/oder einer Varianz. Dadurch können auf einfache Art und Weise Parameter zur Verfügung gestellt werden, mit denen ein aussagekräftiger Vergleich zum Ermitteln einer Effizienz mit geringem Aufwand möglich ist. Insbesondere kann dadurch eine Datenauswertung für ein Überwachungsergebnis besonders einfach und zielführend ausgeführt werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Heizungsanlage und/oder Klimaanlage eine Wärmepumpe, einen Biomassekessel, einen Gaskessel, eine Solarthermie, eine Zirkulationspumpe und/oder eine Gastherme umfassen.
  • In einer besonders flexiblen Ausführungsform können die Referenzdaten Referenzdaten von Laufzeiten und/oder Pausenzeiten eines Geräts der Heizungs- und/oder Klimaanlage umfassen und das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Laufzeiten und/oder Pausenzeiten des Geräts, insbesondere in Verbindung mit Sensorwerten und/oder Aktuatorwerten der Heizungs- und/oder Klimaanlage beinhaltet.
  • Ein Gerät der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage kann beispielsweise eine Pumpe, ein Stellmotor, ein Wärmeerzeuger und/oder Kälteerzeuger, ein Aktuator etc. sein
  • Eine Laufzeit kann ein Zeitraum, in dem das Gerät in einem Lastbetrieb betrieben wird, sein. Eine Pausenzeit kann eine Zeitspanne, in der das Gerät nicht in einem Lastbetrieb betrieben wird, sein. Beispielsweise kann sich das Gerät während einer Pausenzeit in einem Standby Modus befinden oder ausgeschaltet sein. In manchen Ausführungsformen kann eine Wechselwirkung zwischen einer Effizienz und den Laufzeiten und/oder Pausenzeiten der Geräte einer Heizungsanlage und/oder Klimaanlage vorliegen. Auf Grund dessen kann beispielsweise durch Vergleichen von statistischen Parametern der Pausenzeiten verschiedener Heizungs- und/oder Klimaanlagen bzw. durch Vergleichen von statistischen Parametern der Laufzeiten verschiedener Heizungs- und/oder Klimaanlagen ein Vergleichen der Effizienz der verschiedenen Heizungs- und/oder Klimaanalgen besonders einfach und Zielführend erfolgen. Somit lässt sich eine Heizungsanlage und/oder Klimaanlage besonders einfach bezüglich der Effizienz überwachen.
  • In einer besonders zielführenden Ausführungsform können die Referenzdaten Referenztemperaturdaten umfassen; und das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Temperaturen, insbesondere, Außentemperaturen, Pufferspeichertemperaturen, Warmwasserspeichertemperaturen, Kollektortemperaturen, Primärtemperaturen von Wärmepumpen, Primärtemperaturen von Klimageräten, Sekundärtemperaturen von Wärmepumpen, Sekundärtemperaturen von Klimageräten und/oder Leitungstemperaturen beinhalten. Da eine Heizungsanlage und/oder eine Klimaanlage zum Regeln einer Temperatur verwendet wird, hängt der Betrieb der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage besonders von an Sensoren erfassten Temperaturen ab. Deshalb kann es Vorteilhaft sein, die Effizienz der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage in Abhängigkeit von den Sensortemperaturen zu ermitteln, sodass das Überwachungsergebnis verbessert werden kann.
  • In manchen Ausführungsformen können die Referenzdaten Referenzdaten von Steuerwerten von Aktuatoren umfassen und das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Steuerwerten von Aktuatoren beinhalten. Dadurch kann die Überwachung genauer erfolgen und somit das Überwachungsergebnis verbessert werden.
  • In besonders weiterentwickelten Ausführungsformen kann das Erfassen von Datenpunkten in Abhängigkeit eines Heiz- und/oder Kühlkreises oder einer Warmwasserbereitung, insbesondere einer Art des Heiz- bzw. Kühlkreises bzw. der Warmwasserbereitung erfolgen. In manchen Ausführungsformen kann eine Art eines Heizkreises oder Kühlkreises oder Warmwasserbereitung beispielsweise durch eine Vorlauftemperatur in einem Lastbetrieb bestimmt sein. In manchen Ausführungsformen kann die Art eines Heizkreises oder Kühlkreises oder Warmwasserbereitung durch einzelne Komponenten im Heizkreis bzw. Kühlkreis, beispielsweise durch Radiatoren, Warmwasserspeicher etc., bestimmt sein. Dadurch kann zum einen die Effizienz einzelner Geräte besser überwacht werden und zum anderen können dadurch ineffiziente Steuerungen/Regelungen und/oder Geräte der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage einfach ausfindig gemacht werden. Als Konsequenz kann bereits mit der Überwachung ein Hinweis zur Verbesserung der Effizienz bereitgestellt werden. In manchen Ausführungsformen kann ein Heizkreis ein Warmwasserkreis sein, der zur Warmwasserbereitung, insbesondere mittels eines Wärmetauschers, eingerichtet ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungssystem zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage. Vorteilhafterweise umfasst das Überwachungssystem eine Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage, eine Erfassungseinheit zum Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, insbesondere umfassend Sensorwerte einer oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerte einer oder mehrerer Aktuatoren, über einen vorgegebenen Zeitraum, und eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere statistische Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte zu ermitteln, die einen oder mehreren ermittelten statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten zu vergleichen und ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs zu ermitteln.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten eine Speichereinheit, in der die Referenzdaten gespeichert sind, umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten eine Rechenuntereinheit umfassen, die insbesondere dazu eingerichtet ist, die Referenzdaten in Abhängigkeit von Simulationsdaten und/oder in Abhängigkeit von Datenpunkten einer Mehrzahl an Heizungsanlagen und/oder Klimaanlagen zu ermitteln.
  • Vorteilhafterweise kann die Erfassungseinheit mit einer Kommunikationseinheit zum Empfangen von Sensorwerten und/oder von Aktuatorwerten verbunden sein. Eine Recheneinheit kann vorteilhafterweise eine oder mehrere analoge und/oder eine oder mehrere digitale Schaltungen umfassen.
  • In besonders weiterentwickelten Ausführungsformen kann die Recheneinheit dazu eingerichtet sein, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses auszugeben. Dazu kann die Recheneinheit beispielsweise mit einer Kommunikationseinheit zum Übertragen der Fehlermeldung, mit einer Anzeigeeinheit zum visuellen Anzeigen der Fehlermeldung und/oder eine Audioeinheit zur akustischen Ausgabe der Fehlermeldung verbunden sein.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogramm-Produkt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein System, insbesondere gemäß einem der Anspruch 13 oder 14, dieses Veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.
    • Beschreibung der Figuren
    • Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 2 zeigt schematisch den Schritt Bereitstellen von Referenzdaten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 3 zeigt schematisch ein Überwachungssystem zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 4 zeigt schematisch eine Heizungsanlage zum besseren Verständnis der Erfindung.
    • Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Betriebsstunden verschiedener Solaranlagen in Abhängigkeit der durchschnittlichen Speichertemperatur darstellt.
    • Fig. 6a zeigt ein Diagramm mit den Einschaltzeitpunkten einer Solaranlage in einem Lastbetrieb in Abhängigkeit der Zeit.
    • Fig. 6b zeigt ein Diagramm einer Verteilungsfunktion der Laufzeit der Solarpumpe vom Juli 2014.
    • Fig. 6c zeigt ein Diagramm der Verteilungsfunktion der Laufzeit der Solarpumpe vom September 2014.
    • Fig. 6d und 6e zeigen jeweils Ausschnitte der Diagramme der Fig. 6b bzw. 6c.
    • Fig. 6f und 6g zeigen jeweils ein Diagramm mit einer Häufigkeitsverteilung bezüglich der Betriebszeit der Solaranlage.
    • Fig. 7a zeigt ein Diagramm mit einer Häufigkeitsverteilung der Betriebszeiten und Pausenzeiten einer Solarpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • Fig. 7b und Fig. 7c zeigen jeweils eine Häufigkeitsverteilung von Ereignissen der Solarpumpe in Abhängigkeit der Speichertemperatur beim Start und der Speichertemperatur beim Stop eines Pumpbetriebs der Solarpumpe.
    • Fig. 8a zeigt analog zu Fig. 4 eine Heizungsanlage.
    • Fig. 8b und 8c zeigen jeweils ein Diagramm einer Häufigkeitsverteilung in Abhängigkeit der Differenz zwischen Kollektortemperatur und Außentemperatur und in Abhängigkeit der Speichertemperatur bei abgeschalteter Solarpumpe und Einschränkung der Auswertung auf die Daten in der Nacht.
    • Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit einer Häufigkeitsverteilung der Betriebszeiten und Pausenzeiten einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren kann einen Schritt S11 Bereitstellen von Referenzdaten einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage umfassen. Die Referenzdaten können in Abhängigkeit einer oder mehrerer Simulationen und/oder in Abhängigkeit von Datenpunkten einer oder mehrerer Referenz-Heizungsanlagen und/oder -Klimaanlagen bereitgestellt sein.
  • Das Verfahren umfasst den Schritt S12 Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder der Klimaanlage, insbesondere umfassend Sensorwerte eines oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerte eines oder mehrerer Aktuatoren über einen vorgegebenen Zeitraum. In einem Schritt S13 werden eine oder mehrere statistische Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte ermittelt. Beispiele für statistische Parameter sind eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, eine Häufigkeitsverteilung, ein Mittelwert, eine Varianz, eine Standardabweichung, ein Median, ein Modalwert, eine Binomialverteilung, ein Erwartungswert, eine hypergeometrische Verteilung etc.
  • Ein weiterer Schritt des Verfahrens ist Schritt S14, Vergleichen der einen oder mehreren statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten. Das Vergleichen kann einen qualitativen und/oder quantitativen Vergleich umfassen. Das Verfahren umfasst zudem einen SchrittS15, Ermitteln eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs.
  • In manchen Ausführungsformen kann das Verfahren einen optionalen Schritt S16 Ausgeben einer Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses umfassen. In manchen Ausführungsformen kann eine Fehlermeldung zusätzlich in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs ausgegeben werden.
  • Optional können die Referenzdaten in Abhängigkeit eines oder mehrerer aus der folgenden Gruppebereitgestellt werden: eines Typs der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage; eines Nutzungsprofils, in dem die Heizungsanlage und/oder Klimaanlage betrieben wird; einer Gebäudeausführung eines Gebäudes, das durch die Heizungs- und/oder Klimaanlage mit Wärme und/oder Kälte versorgt wird; einer Dimensionierung der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage; einer Klimaregion, in der die Heizungs- und/oder Klimaanlage aufgestellt ist; einer Jahreszeit; eines Wochentags; einer Tageszeit; einem Regelungsverfahren der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage, insbesondere einer witterungsgeführten Regelung, einer Nachtstromnutzung, einer Integration von Bedarfsprognosen, einer Leistungsregelung, einer Drehzahlregelung; eines oder mehrerer Regelungsparameter, insbesondere einer Solltemperatur, einer Nachtabsenkung etc. Eine Gebäudeausführung kann beispielsweise eine Unterscheidung bezüglich der Dämmung, der Luftdichtigkeit, den Fensterflächen, der Ausrichtung der Fenster, der Baustoffe, wie Holz, Beton, Lehm etc. umfassen.
  • In manchen Ausführungsformen können die Referenzdaten von der Zeit abhängen und/oder die Referenzdatenpunkte in Abhängigkeit der Zeit erfasst werden.
  • Optional kann das Ermitteln eines oder mehrerer statistischer Parameter ein Ermitteln einer Verteilungsfunktion, einer Häufigkeitsverteilung, einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, insbesondere einer Binomialverteilung, einer Hypergeometrischen Verteilung etc., eines Mittelwerts, einer Standardabweichung und/oder einer Varianz umfassen.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Heizungsanlage und/oder Klimaanlage eine Wärmepumpe, einen Biomassekessel, eine Solarthermie, eine Zirkulationspumpe, einen Gaskessel und/oder eine Gastherme umfassen. Folglich kann die Heizungsanlage und/oder Klimaanlage einen oder mehrere Wärmeerzeuger und/oder Kälteerzeuger beinhalten.
  • Optional können die Referenzdaten Referenzdaten von Laufzeiten und/oder Pausenzeiten eines Geräts der Heizungs- und/oder Klimaanlage umfassen; und das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Laufzeiten und/oder Pausenzeiten des Geräts der Heizungs- und/oder Klimaanlage beinhalten.
  • In manchen Ausführungsformen können die Referenzdaten Referenztemperaturdaten umfassen; und das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Temperaturen, insbesondere Außentemperaturen, Pufferspeichertemperaturen, Warmwasserspeichertemperaturen, Kollektortemperaturen und/oder Leitungstemperaturen beinhalten.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können die Referenzdaten Referenzdaten von Steuerwerten von Aktuatoren umfassen; und das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Steuerwerten von Aktuatoren beinhalten.
  • Fig. 2 zeigt schematisch den Schritt S11 Bereitstellen von Referenzdaten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Schritt S11 kann optional einen Schritt S111 Erfassen von Referenzdatenpunkten einer oder mehrerer weiterer Heizungsanlagen und/oder Klimaanlagen umfassen. In einem optionalen Schritt S112 können Simulationsdaten von einem simulierten Betrieb der Heizungs- und/oder Klimaanlage bereitgestellt werden. In einem Schritt S113 können die Referenzdaten in Abhängigkeit der Referenzdatenpunkte und/oder in Abhängigkeit der Simulationsdaten ermittelt werden. Dadurch kann sowohl gewährleistet werden, dass die Referenzdaten praxisnah sind, als auch, dass auf besondere Gegebenheiten der Heizungs- und/oder Klimaanlage Rücksicht genommen wird.
  • In manchen Ausführungsformen kann das Ermitteln der Referenzdaten ein Ermitteln von statistischen Parametern in Abhängigkeit der Referenzdatenpunkte und/oder in Abhängigkeit der Simulationsdaten umfassen.
  • In den Verfahren, die in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt sind, können Verfahrensschritte hinzugefügt, weggelassen, in mehrere Schritte aufgeteilt, zu einem Schritt zusammengefasst, in der Reihenfolge vertauscht etc. werden, ohne den Kern der Erfindung zu beeinflussen.
  • Fig. 3 zeigt schematisch ein Überwachungssystem zum Überwachen einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Überwachungssystem 30 umfasst eine Einheit zum Bereitstellen von Referenzdaten einer Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage 31 und eine Erfassungseinheit zum Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage und/oder der Klimaanlage über einen vorgegebenen Zeitraum. Das Erfassen von Datenpunkten kann insbesondere ein Erfassen von Sensorwerten eines oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerten eines oder mehrerer Aktuatoren umfassen. In manchen Ausführungsformen können die Einheiten 31 und 32 zu einer Einheit zusammengefasst werden, die weitere Untereinheiten, insbesondere eine Kommunikationseinheit und/oder Speichereinheit, beinhalten können.
  • Zudem umfasst das Überwachungssystem 30 eine Recheneinheit 33, die dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere statistische Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte zu ermitteln. Dazu kann die Recheneinheit eine Einheit zum Ermitteln statistischer Parameter umfassen. Die Recheneinheit 33 kann zudem dazu eingerichtet sein, die einen oder mehreren ermittelten statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten zu vergleichen und ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs zu ermitteln.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Recheneinheit 33 außerdem dazu eingerichtet sein, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls eines Vergleichsergebnisses auszugeben. Die Recheneinheit kann dazu mit einer Darstellungseinheit, mit einer akustischen Ausgabeeinheit und/oder mit einer Kommunikationseinheit verbunden sein. Die Darstellungseinheit kann dazu eingerichtet sein, die Fehlermeldung visuell darzustellen, beispielsweise mittels eines Displays, einer Kontrollleuchte, einer Projektionslampe etc. Die akustische Ausgabeeinheit kann dazu eingerichtet sein, eine Fehlermeldung akustisch auszugeben, beispielsweise mittels eines Lautsprechers, einer mechanischen Klingel etc.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Fehlermeldung einen Fehlercode in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses beinhalten. In manchen Ausführungsformen kann die Fehlermeldung, insbesondere ein Fehlercode, zusätzlich in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse ausgegeben werden. In manchen Ausführungsformen kann eine Einheit zur Ausgabe der Fehlermeldung, insbesondere eine Anzeigeeinheit, eine Lautsprechereinheit und/oder eine Kommunikationseinheit, in Abhängigkeit eines Fehlercodes und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse gewählt werden.
  • Ein besonders weiterentwickeltes System kann eine Ausgabeeinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses und gegebenenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse auszugeben. Die Ausgabeeinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Fehlermeldung akustisch, insbesondere mittels eines Lautsprechers, visuell, insbesondere mittels einer Anzeigeeinheit auszugeben. In manchen Ausführungsformen kann die Ausgabeeinheit dazu eingerichtet sein, eine Nachricht mittels einer Kommunikationseinheit an ein externes Gerät zu senden. Ein Externes Gerät kann beispielsweise ein PC, ein Handy, ein Server etc. sein.
  • In manchen Ausführungsformen kann die Nachricht eine SMS, eine E-Mail, eine Nachricht in einer Markup-Language etc. sein. In manchen Ausführungsformen kann eine Nachricht, insbesondere in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse, an einen Fachmann (Kundendienstmonteur), an einen Benutzer, an einen Wartungsdienst, einen Wärmepumpenbetreiber und/oder an einen Hersteller etc. gesendet werden. Dadurch kann eine Wärmepumpe besonders zielführend hinsichtlich der Sicherheit und Effizienz betrieben werden. In manchen Ausführungsformen kann eine Nachricht in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses und/oder eines oder mehrerer Vergleichsergebnisse an ein externes Gerät gesendet werden.
  • Das in Fig. 3 gezeigte System kann insbesondere dazu eingerichtet sein, ein in den Figuren 1 und 2 gezeigtes Verfahren auszuführen.
  • In manchen Ausführungsformen können mehrere Einheiten zu einer Einheit zusammengefasst, eine Einheit in mehrere Einheiten aufgeteilt, dem System weitere Einheiten hinzugefügt werden, ohne den Kern der Erfindung zu beeinflussen.
  • Fig. 4 zeigt schematisch eine Heizungsanlage zum besseren Verständnis der Erfindung. Die Heizungsanlage 400 umfasst eine Solaranlage 401, einen Heizkessel/Gastherme/Wärmepumpe 402, einen ersten Heizkreis 403, einen zweiten Heizkreis 404, einen Warmwasserkreis 405 und einen Puffer/Warmwasserspeicher 406. Des Weiteren beinhaltet die Heizungsanlage 400 Sensoren, insbesondere Temperatursensoren 420 und Volumenstromsensoren 421. Außerdem umfasst die Heizungsanlage 400 Aktuatoren, insbesondere Ventile 410 und Pumpen 411, etc.
  • Werte der Sensoren 420, 421 und Werte der Aktuatoren 410, 411 können beispielsweise als Datenpunkte erfasst werden. Das Erfassen kann insbesondere in Abhängigkeit der Zeit erfolgen. Vorteilhafterweise können die Sensorwerte von Sensoren und die Aktuatorwerte von Aktuatoren, die für den Betrieb der Heizungsanlage und/oder einer Klimaanlage notwendig sind, zur Überwachung der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage herangezogen werden. Dies kann den Vorteil haben, dass keine zusätzlichen Kosten für Hardware-Komponenten für die Überwachung der Heizungsanlage und/oder Klimaanlage anfallen. In manchen Ausführungsformen können jedoch auch zusätzliche Aktuatoren und Sensoren an der Heizungsanlage und/oder an der Klimaanlage angebracht werden, so dass die Überwachung verbessert wird.
  • Das System und das Verfahren zum Überwachen der Heizungsanlage und/oder der Klimaanlage ist in keiner Weise auf die in Fig. 4 gezeigte Heizungsanlage beschränkt. Vielmehr dient die in Fig. 4 gezeigte Darstellung einer Heizungsanlage der beispielhaften Veranschaulichung. So können beispielsweise Temperaturwerte eines an einem Wärme- oder Kältespeicher 406 angebrachten Temperatursensors 420 als Datenpunkte bezüglich des Betriebs eines Wärme- und/oder Kälteerzeugers 402 erfasst werden. Mittels der Datenpunkte können statistische Parameter ermittelt werden, die ein einfaches Ermitteln eines Überwachungsergebnisses der Überwachung der Heizungs- und/oder Klimaanlage ermöglichen.
  • Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Betriebsstunden verschiedener Solaranlagen in Abhängigkeit der durchschnittlichen Speichertemperatur darstellt. Betriebsstunden sind die Zeit, während der ein Fluid mittels einer Pumpe durch die Solaranlage zirkuliert. In dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm 500 sind die Betriebsstunden für die Monate Juni/September der Solaranlage auf der X-Achse aufgetragen und die durchschnittliche Speichertemperatur eines Speichers, der von der Solaranlage befüllt wird, beispielsweise eines Pufferspeichers und/oder Warmwasserspeichers, für die Monate Juni/September auf der Y-Achse dargestellt. Die im Bereich 501 gezeigten Punkte stellen Simulationspunkte dar. Der Punkt 502 ist das Ergebnis eines Simulationsergebnisses bei einem Wasserverbrauch von 0 Liter und der Punkt 503 das Ergebnis eines Simulationsergebnisses bei einem Wasserverbrauch von 400 Litern. Analog stellen die Punkte im Bereich 504 Ergebnisse von entsprechenden Simulationen dar. Die Datenpunkte 511 bis 519 stammen von verschiedenen Heizungsanlagen.
  • Die Geraden 521 und 522 unterteilen das Diagramm in drei Bereiche. Der Bereich rechts oberhalb der Gerade 521 kann beispielsweise aufgrund der Simulationsergebnisse als wünschenswert für eine Solaranlage angesehen werden. In dem Bereich zwischen den Geraden 521 und 522 kann von einer durchschnittlichen Effizienz der Solaranlagen ausgegangen werden. Der Bereich links unterhalb der Geraden 522 kann hingegen als ineffizienter Bereich für eine Solaranlage erachtet werden.
  • Folglich kann es hilfreich sein, Datenpunkte, beispielsweise mittels einer mathematischen Funktion zusätzlich zur Ermittlung eines Überwachungsergebnisses heranzuziehen, um optimale Überwachungsergebnisse zu erhalten.
  • Fig. 6a zeigt ein Diagramm mit den Einschaltzeitpunkten einer Solaranlage in einem Lastbetrieb in Abhängigkeit der Zeit. Auf der x-Achse des Diagramms sind die Tage eines Jahres aufgetragen. Auf der y-Achse des Diagramms sind die Tagesstunden aufgetragen. Die Auflösung des Diagramms in y-Richtung beträgt 10 Minuten-Zeitschritte. In den Teilabschnitten 601 liegen keine Daten vor. In den Bereichen 611 tritt kein Einschaltereignis bei der Solarpumpe auf. In den Bereichen 612 wird die Solarpumpe für einen Zeitraum kürzer einer Minute betrieben. An den Punkten 613 wird die Solarpumpe für einen Zeitraum größer einer Minute betrieben.
  • Der Fig. 6a ist zu entnehmen, dass die Solarpumpe in den Zeiträumen 602 und 603 sehr häufig in den Pumpenbetrieb wechselt. Im Zeitraum 605 wurden die Betriebszeiten der Solarpumpe im Wesentlichen auf einige wenige zusammengefasst. Im Zeitraum 603 wird die Solarpumpe häufig für kurze Zeiträume 612 unter einer Minute betrieben. Dies kann auch als Stotterbetrieb bezeichnet werden. Die Regelung und Steuerung wurde am Ende des Intervalls 603 optimiert.
  • Im Zeitraum 605 läuft die Solarpumpe optimal. Die Solarpumpe befindet sich relativ häufig für einen längeren Zeitraum 613 in einem Pumpbetrieb. Die Pausenzeiten 611, ohne Einschaltereignis, sind hingegen relativ lang. Dadurch können Anfahrverluste und Abnutzungen reduziert und die Effizienz der Solaranlage erhöht werden. Zudem kann in Folge dessen sichergestellt werden, dass möglichst wenig Wärme vom Speicher zu den Solarkollektoren gepumpt wird.
  • Diese manuell vorgenommene Analyse Bedarf jedoch das Wissen eines Fachmanns und ist relativ aufwändig, um zu den entsprechenden Überwachungsergebnissen zu gelangen.
  • Fig. 6b zeigt ein Diagramm 621 einer Verteilungsfunktion der Laufzeit der Solarpumpe vom Juli 2014. Fig. 6c zeigt ein Diagramm 622 der Verteilungsfunktion der Laufzeit der Solarpumpe vom September 2014. In den Diagrammen 621 und 622 ist auf der x-Achse die Pausenzeit aufgetragen und auf der y-Achse die zugehörige Betriebszeit, die an die Pausenzeit anschließt oder an die die Pausenzeit anschließt. Auf der z-Achse ist die Anzahl der Ereignisse aufgetragen. Eine Pausenzeit ist eine Zeit, in der die Solarpumpe nicht pumpt, eine Betriebszeit eine Zeit, in der die Solarpumpe pumpt. Aus Fig. 6b ist zu entnehmen, dass die Solarpumpe vorrangig für in etwa vier Minuten pumpt und für in etwa vier Minuten pausiert. Die Abweichung von diesen Werten ist hingegen relativ gering. In Fig. 6c hingegen konzentrieren sich die Pausenzeiten auf einen Zeitraum von zwischen sechs Minuten und 45 Minuten und die Betriebszeiten auf einen Zeitraum von etwa vier Minuten bei einer deutlichen Reduktion der Einschaltungen. Die Abweichungen insbesondere hinsichtlich der Betriebszeiten sind relativ groß. So lässt sich auch eine Häufung bei einer Betriebszeit von drei Stunden finden.
  • Die Fig. 6d und 6e zeigen jeweils Ausschnitte der Diagramme der Fig. 6b bzw. 6c. In den in Fig. 6d und 6e gezeigten Diagrammen 623, 624 wurden im Vergleich zu den in Fig. 6b und 6c gezeigten Diagrammen 621 und 622 Daten mit einer Betriebszeit von kürzer als 30 Minuten entfernt. Im Diagramm 623 werden somit nur noch 5% der im Diagramm 621 gezeigten Ereignisse dargestellt. In dem in Fig. 6 gezeigten Diagramm 624 werden hingegen noch 89% der im Diagramm 622 gezeigten Ereignisse dargestellt.
  • Fig. 6f und 6g zeigen jeweils ein Diagramm 625, 626 mit einer Häufigkeitsverteilung bezüglich der Betriebszeit der Solaranlage. Auf der x-Achse sind die verschiedenen Betriebszeiten aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Anzahl der Ereignisse dargestellt. Die Daten der Diagramme 625 und 626 entstammen dem in Fig 6a gezeigten Diagramm 600. Im Diagramm 625 der Fig. 6f ist eine Häufigkeitsverteilung für den Monat Juli und im Diagramm 626 der Fig. 6g ist eine Häufigkeitsverteilung für den Monat September zu finden. In Fig. 6f mit dem Diagramm 625 wird gezeigt, dass sich im Juli 2014 die Ereignisse auf Betriebszeiten von unter drei Minuten konzentrieren, wohingegen, wie in Fig. 6g gezeigt, mit dem Diagramm 626 im September 2014 sich die Ereignisse auf Betriebszeiten mit einer Dauer von bis zu einer Stunde relativ gleichmäßig konzentrieren. Somit kann durch das Ermitteln von statistischen Parametern, wie einer Häufigkeitsverteilung oder durch bilden eines Integrals über einen Bereich der Häufigkeitsverteilung (Aufsummieren der Ereignisse eines Bereichs der Häufigkeitsverteilung) ein Vergleichswert besonders zielführend ermittelt. Der Vergleichswert kann wiederum mit Referenzdaten verglichen werden und das Ergebnis des Vergleichs zur Bestimmung eines Überwachungsergebnisses herangezogen werden.
  • Somit kann, wie anhand der Fig. 6a bis 6e gezeigt, beispielsweise durch Ermitteln einer Verteilungsfunktion ein effizienter Betrieb von einem ineffizienten Betrieb unterschieden werden.
  • Fig. 7a zeigt ein Diagramm mit einer Häufigkeitsverteilung der Betriebszeiten und Pausenzeiten einer Solarpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Diagramm 701 der Fig. 7a ist ersichtlich, dass sich die Betriebszeiten der Solarpumpe auf Werte zwischen fünf Minuten und zwei Stunden und die Pausenzeiten sich auf Werte zwischen fünf Minuten und 12 Stunden konzentrieren. Die im Diagramm 701 gezeigte Häufigkeitsverteilung lässt auf einen effizienten Betrieb der Solaranlage schließen.
  • Fig. 7b und Fig. 7c zeigen jeweils eine Häufigkeitsverteilung von Ereignissen der Solarpumpe in Abhängigkeit der Speichertemperatur beim Start und der Speichertemperatur beim Stopp eines Pumpbetriebs der Solarpumpe. Auf der x-Achse ist die Speichertemperatur bei einem Stopp des Pumpbetriebs und auf der y-Achse die Speichertemperatur beim Start des Pumpbetriebs aufgetragen. Entlang der z-Achse ist die Anzahl der Ereignisse aufgetragen.
  • Beim Vergleich des Diagramms 702 der Fig. 7b im Vergleich zum Diagramm 703 der Fig. 7c ist zu erkennen, dass sich im Diagramm 702 die Ereignisse in Richtung einer Speichertemperatur beim Start von mehr als 65°C und einer Speichertemperatur beim Stopp von mehr als 55°C konzentriert. Im Diagramm 7c hingegen konzentriert sich die Ereignisverteilung auf eine Diagonale, bei der die Speichertemperatur beim Stopp geringfügig höher ist als die Speichertemperatur beim Start des Pumpbetriebs der Solarpumpe.
  • Bei der im Diagramm 703 gezeigten Ereignisverteilung wird eine im Solarkollektor erzeugte Wärme optimal genutzt, da bereits ein geringfügiger Wärmegewinn des Solarkollektors in den Speicher transportiert wird. Hingegen wird im Diagramm 702 meist erst bei Temperaturen über 50 °C Wärme vom Solarkollektor in den Speicher transportiert. Dies hat zur Folge, dass, wenn diese magische Schwelle von 50°C nicht überschritten wird, die Wärme im Solarkollektor verbleibt und an die Umgebung des Solarkollektors abgegeben wird.
  • Somit lässt sich auf einfache Weise mittels statistischer Auswertung der Speichertemperatur beim Start und beim Stopp eines Pumpintervalls die Effizienz des Betriebs und/oder der Dimensionierung einer Solaranlage überwachen.
  • Fig. 8a zeigt analog zu Fig. 4 eine Heizungsanlage 400. Wie in Fig. 8a ersichtlich, kann durch Konvektion Wärme vom Speicher 406 durch den Kollektor 401 an die Umgebung des Solarkollektors abgegeben werden. Fig. 8b zeigt ein Diagramm 801 mit einer Häufigkeitsverteilung der Differenz zwischen Kollektortemperatur und Außentemperatur in Abhängigkeit der Speichertemperatur bei abgeschalteter Solarpumpe. Bei dem in Fig. 8b gezeigten Betriebsverhalten der Solarpumpe konnte eine Konvektion zum Solarkollektor festgestellt werden. Fig. 8c zeigt ein Diagramm 802 mit einer Häufigkeitsverteilung der Differenz zwischen Solartemperatur und Außentemperatur in Abhängigkeit der Speichertemperatur und in Abhängigkeit einer weiteren Heizungsanlage. Bei der in Diagramm 802 dargestellten Anlage konnte keine Konvektion zum Solarkollektor festgestellt werden. In den Diagrammen 801 und 802 sind jeweils auf der x-Achse die Differenz zwischen Kollektortemperatur und Außentemperatur in Kelvin aufgetragen.
  • Auf der y-Achse ist die Speichertemperatur in °C aufgetragen. Im Diagramm 801 ist ersichtlich, dass sich die Ereignisse auf einer Differenz zwischen der Solartemperatur und der Außentemperatur von etwa 15 K konzentriert und auf eine Speichertemperatur zwischen 20 und 35°C. Der Punkt 804 mit einem x-Wert von 15 K und einem y-Wert von 20 °C bildet dabei ein Maximum. Die Punkte 803 bilden hingegen ein Minimum. Dies zeigt eine deutliche Korrelation von Kollektortemperatur zur Speichertemperatur bei abgeschalteter Solarkreispumpe.
  • Im Diagramm 802, der Ausführungsform ohne Konvektion zum Solarkollektor, ist ein Maximum der Anzahl an Ereignissen 806 bei einem x-Wert von -5°C und einem y-Wert von 15°C ersichtlich. Des Weiteren ist im Diagramm 802 ersichtlich, dass sich die Ereignisse auf einem x-Wert von -5°C und einen y-Wert von zwischen 15°C bis über 60°C konzentriert.
  • Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise mittels einer Auswertung einer Häufigkeitsverteilung eine Detektion einer Solarkonvektion, die eine Heizungsanlage ineffizient macht.
  • Zusammenfassend stellt die Auswertung von Sensor- und Aktuatorwerten durch Ermitteln von statistischen Parametern eine einfache und effiziente Methode dar, Fehler in einer Heizungs- und/oder Klimaanlage zu detektieren. Dadurch können Fehler von Solarkollektoren, beispielsweise einer geringen Sonneneinstrahlung, einer geringen Effizienz, eine Effizienzverringerung, eine geringe Wärmedämmung, eine Abnahme der Wärmedämmung, ein falsch angeschlossener Solarkollektor, eine unausgeglichene Verschaltung der Solarkollektoren, eine falsche Dimensionierung zwischen Solarkollektoren und Wärmespeichern, etc. erfasst werden. Des Weiteren können beispielsweise Fehler in einem Solarkreis, insbesondere ein zu geringer Volumenstrom aufgrund von Luft im Leitungssystem, ein zu geringer Volumenstrom aufgrund anderer Ursachen, ein zu großer Volumenstrom, eine zu geringe Wärmedämmung, eine Abnahme der Wärmedämmung (bzw. Zunahme der Wärmeverluste), eine Abnahme des Volumenstroms, ungewollte Zirkulationen, ein zu niedriger Druck, ein zu hoher Druck im Rohrsystem, eine Alterung des Frostschutzmittels, und/oder ein Leck im Rohrsystem, etc. detektiert werden. Des Weiteren können Fehler im Speicher detektiert werden, z. B. zu große Verluste, insbesondere an den Verbindungen, eine zu geringe Wärmedämmung, eine Abnahme der Wärmedämmung, eine ineffiziente Schichtung der Wärme im Speicher, ein falsch angeschlossener Speicher, eine Verschmutzung, insbesondere eines Warmwasserspeichers oder Wärmeübertragers, ein zu geringer Druck, ein zu hoher Druck, eine falsche Dimensionierung des Speichers, eine Undichtigkeit des Speichers, etc. detektiert werden.
  • Außerdem können Fehler an den Sensoren, beispielsweise ein falscher Typ hinsichtlich des Widerstands, ein falscher Typ bezüglich der Genauigkeit, eine fehlerhafte Position des Sensors, ein Fehler in der Verbindung zum Steuergerät, unerwartete Sensorwerte, ein defekter Sensor, etc., detektiert werden.
  • Des Weiteren können Fehler in der Steuerung, insbesondere von Pumpen und Ventilen detektiert werden, insbesondere fehlerhafte Temperatureinstellungen, fehlerhaft hinterlegte Einstellungen bezüglich einer Pumpe oder eines Ventils, ein fehlerhaft hinterlegtes hydraulisches System, sonstige weitere falsche Einstellungen, ein mechanischer Defekt einer Pumpe oder eines Ventils, eine fehlerhafte Software-Version, Fehler in einem Schaltkreis, eine defekte Kommunikationseinheit, etc.
  • Auch können dadurch Fehler, beispielsweise in der Dimensionierung der Heizungsanlage an sich bzw. von Wärmeverbrauchern, erfasst werden. Das Detektieren der Fehler kann dabei sowohl für Solaranlagen, für Gaskessel, Gasthermen, Biomasse-Kessel, Wärmpumpen, etc. erfolgen. Die in den Figuren beschriebenen Fehlerdetektionen sind rein beispielhaft und in keiner Weise begrenzend, sondern stellen nur einen kleinen Ausschnitt des Potentials der Erfindung dar.
  • Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit einer Häufigkeitsverteilung der Betriebszeiten und Pausenzeiten einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Im Diagramm der Fig. 9 ist auf der x-Achse die Pausenzeitdauer in Stunden, auf der y-Achse die Laufzeitdauer in Stunden und in z-Richtung die Anzahl der Ereignisse aufgetragen.
  • Der Fig. 9 ist zu entnehmen, dass sich die Ereignisse der Wärmepumpe um eine Laufzeitdauer von 1,5 Stunden und eine Pausenzeitdauer von 1,5 Stunden konzentriert. Zudem wird die Wärmepumpe zumeist mit einer relativ niedrigen Leistung von zwischen 500 und 1500 Watt betrieben (nicht in der Figur gezeigt).
  • Da der Verschleiß einer Wärmepumpe bei Laufzeiten von über 1 h mit anschließenden Pausenzeiten von über 1 h gering ist und die Einschalt- und Ausschaltverluste dann nur noch einen verhältnismäßig kleinen Teil der Gesamtverluste im Vergleich zu ineffizienten Wärmepumpen ausmachen, kann der Wärmepumpenbetrieb mit dem in Fig. 9 dargestellten Diagramm als effizient erachtet werden.
  • Wie im Diagramm der Fig. 9 ersichtlich treten auch bei einer effizienten Wärmepumpe Ereignisse mit Laufzeiten von einer Dauer unter 30 Minuten und Pausenzeiten mit einer Dauer von unter 30 Minuten auf. Folglich können jedoch auch bei einer Wärmepumpe mit hoher Effizienz kurze Laufzeiten und kurze Pausenzeiten nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Zur Vermeidung von Fehlalarm bei der Überwachung der Wärmepumpe mittels Überwachung der Laufzeit und/oder der Pausenzeit ist es deshalb hilfreich, in Abhängigkeit erfasster Laufzeiten/Pausenzeiten statistische Parameter, insbesondere eine Verteilungsfunktion, eine Häufigkeitsverteilung, eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, einen Mittelwert, eine Standardabweichung, eine Varianz etc. zu ermitteln und die Wärmepumpe mittels der statistischen Parameter zu überwachen.
  • Zur Überwachung einer Wärmepumpe können alternativ oder zudem weitere Datenpunkte, wie Sensordaten und Aktuatordaten, insbesondere wie ein Druck, eine Temperatur, ein Volumenstrom, ein Steuersignal etc. herangezogen werden.
  • Die in den Figuren 4 bis 9 beschriebenen Methoden sind in keiner Weise limitierend, sondern stellen vielmehr beispielhafte Anwendungsfälle der Erfindung dar. Die Erfindung kann ebenso für Gasbrennwertkessel, Ölbrennwertkessel, Gasthermen, Biomassekesseln und insbesondere für Heizungsanlagen oder Klimaanlagen mit einer Vielzahl an Energiequellen, mittels entsprechend angepassten Datenpunkten, Referenzdaten und Vergleichen angewendet werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Überwachen einer Heizungsanlage (400) und/oder einer Klimaanlage umfassend die Schritte:
    Bereitstellen (S11) von Referenzdaten einer Heizungsanlage (400) und/oder einer Klimaanlage;
    Erfassen (S12) von Datenpunkten der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage, umfassend Sensorwerte einer oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerte eines oder mehrerer Aktuatoren, über einen vorgegebenen Zeitraum;
    Ermitteln (S13) eines oder mehrerer statistischer Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte, umfassend Ermitteln einer Verteilungsfunktion, einer Häufigkeitsverteilung, einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, einer Standardabweichung und/oder einer Varianz;
    Vergleichen (S14) der einen oder mehreren statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten; und
    Ermitteln (S15) eines Überwachungsergebnisses in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 umfassend den Schritt:
    Ausgeben (S16) einer Fehlermeldung in Abhängigkeit des Überwachungsergebnisses.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bereitstellen (S11) von Referenzdaten die Schritte umfasst:
    Erfassen (S111) von Referenzdatenpunkten einer oder mehrerer weiterer Heizungsanlagen und/oder Klimaanlagen und/oder Bereitstellen S(112) von Simulationsdaten bezüglich eines Betriebs der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage; und
    Ermitteln (S113) der Referenzdaten in Abhängigkeit der Referenzdatenpunkte und/oder in Abhängigkeit der Simulationsdaten.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei
    das Ermitteln (S113) der Referenzdaten ein Ermitteln statistischer Parameter in Abhängigkeit der Referenzdatenpunkte und/oder in Abhängigkeit der Simulationsdaten umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
    die Referenzdaten in Abhängigkeit eines oder mehrerer aus der folgenden Gruppe bereitgestellt werden:
    eines Typs der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage;
    eines Nutzungsprofils, in dem die Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage betrieben wird;
    einer Gebäudeausführung;
    einer Dimensionierung der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage;
    einer Klimaregion;
    einer Jahreszeit;
    eines Wochentags;
    einer Tageszeit;
    einem Regelungsverfahren der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage, wobei das Regelungsverfahren eine witterungsgeführte Regelung, eine Nachtstromnutzung, eine Integration von Bedarfsprognosen, eine Leistungsregelung oder eine Drehzahlregelung ist;
    eines oder mehrerer Regelungsparameter einer Solltemperatur einer Nachtabsenkung.
  6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei
    die Referenzdaten von der Zeit abhängen und/oder
    die Referenzdatenpunkte in Abhängigkeit der Zeit erfasst werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
    die Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage eine oder mehrere Wärmepumpen, einen oder mehrere Biomassekessel, einen oder mehrere Solarkollektoren eine oder mehrere Zirkulationspumpe und/oder eine oder mehrere Gasthermen/Gaskessel umfasst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
    die Referenzdaten Referenzdaten von Laufzeiten und/oder Pausenzeiten eines Geräts der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage umfassen; und
    das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Laufzeiten und/oder Pausenzeiten des Geräts der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage beinhaltet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
    die Referenzdaten Referenztemperaturdaten umfassen; und
    das Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Außentemperaturen, Pufferspeichertemperaturen, Warmwasserspeichertemperaturen, Kollektortemperaturen, Wärmepumpentemperaturen, Kesseltemperaturen und/oder Leitungstemperaturen beinhaltet.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
    die Referenzdaten Referenzdaten von Steuerwerten von Aktuatoren umfassen; und
    das Erfassen von Datenpunkten (S12) der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage ein Erfassen von Steuerwerten von Aktuatoren beinhaltet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei
    das Erfassen von Datenpunkten (S12) in Abhängigkeit einer Art des Heiz- bzw. Kühlkreises erfolgt.
  12. Überwachungssystem (30) zum Überwachen einer Heizungsanlage (400) und/oder einer Klimaanlage umfassend:
    eine Einheit (31) zum Bereitstellen von Referenzdaten einer Heizungsanlage (400) und/oder einer Klimaanlage,
    eine Erfassungseinheit (32) zum Erfassen von Datenpunkten der Heizungsanlage (400) und/oder Klimaanlage, umfassend Sensorwerte einer oder mehrerer Sensoren und/oder Steuerwerte einer oder mehrerer Aktuatoren, über einen vorgegebenen Zeitraum, und
    eine Recheneinheit (33), die dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere statistische Parameter in Abhängigkeit der erfassten Datenpunkte zu ermitteln, die einen oder mehreren ermittelten statistischen Parameter mit den bereitgestellten Referenzdaten zu vergleichen und ein Überwachungsergebnis in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs zu ermitteln,
    wobei die Recheneinheit (33) eingerichtet ist, den einen oder die mehreren statistischen Parameter durch Ermitteln einer Verteilungsfunktion, einer Häufigkeitsverteilung, einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, einer Standardabweichung und/oder einer Varianz zu ermitteln.
  13. Überwachungssystem (30) nach Anspruch 12, wobei
    die Recheneinheit (33) dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung in Abhängigkeit eines Überwachungsergebnisses auszugeben.
  14. Computerprogramm-Produkt umfassend Befehle, die beim Ausführen des Programms durch ein Überwachungssystem (30) gemäß einem der Anspruch 12 oder 13, dieses veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.
EP22157407.2A 2021-03-10 2022-02-18 Verfahren, überwachungssystem und computerprogramm-produkt zum überwachen einer heizungsanlage und/oder einer klimaanlage Pending EP4056916A1 (de)

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