EP4491951A1 - Verfahren zur einstellung eines bypassventils eines heizkreises eines klimasystems, klimasystem und computerprogramm - Google Patents

Verfahren zur einstellung eines bypassventils eines heizkreises eines klimasystems, klimasystem und computerprogramm Download PDF

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EP4491951A1
EP4491951A1 EP24187382.7A EP24187382A EP4491951A1 EP 4491951 A1 EP4491951 A1 EP 4491951A1 EP 24187382 A EP24187382 A EP 24187382A EP 4491951 A1 EP4491951 A1 EP 4491951A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air conditioning
heating circuit
bypass valve
conditioning system
computer program
Prior art date
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Pending
Application number
EP24187382.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Niklas Schäfer
Moritz Mohr
Jörg Kohlhage
Stefan Sobotta
Lena Frank
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
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    • F24D19/1021—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves a by pass valve
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    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a bypass valve of a heating circuit of an air conditioning system, an air conditioning system and a computer program.
  • Air conditioning systems are used to heat or cool buildings. These systems usually have one or more heating circuits to enable heat to be transported into or out of the building's rooms.
  • a heat carrier often heating water, circulates in a heating circuit.
  • a heating circuit can include several consumers, such as radiators, surface heating or fan convectors. Heating devices that are designed to burn a fuel or heat pumps can be used as heat generators in the air conditioning system. Heat pumps can be used advantageously for both heating and cooling by reversing the cooling circuit.
  • Air conditioning systems also usually have a bypass valve, also known as an overflow valve, which is to be arranged in a bypass line between the flow and return of a heating circuit.
  • the bypass valve opens when a set pressure loss is reached and thus ensures a minimum or nominal volume flow, especially when a large number or all of the valves of the consumers in the heating circuit are closed.
  • the maximum pressure loss to be set for opening the valve can be of considerable relevance to the functionality and efficiency of the air conditioning system.
  • Such bypass valves are used, for example, in the DE 40 39 644 A1 , in the DE 10 20177 010 891 A1 or even in the DE 10 2012 013 334 B4 A pressure loss that is set too low can lead to consumers in the heating circuit not being adequately supplied.
  • a bypass valve is usually set to a theoretically calculated value or an empirical value.
  • a differential pressure valve as a bypass valve is used as an example in the EP 0 001 826 A1 described. Setting the differential pressure to a theoretically determined or empirical value is very imprecise and, if there are deviations from the optimum pressure for the heating circuit, can reduce the efficiency of the air conditioning system and also cause unpleasant noise in the area of the consumer valves.
  • the object of the invention is to propose a method for adjusting a bypass valve of a heating circuit of an air conditioning system, an air conditioning system and a computer program that at least partially overcomes the problems of the prior art described.
  • the bypass valve should be able to be adjusted as precisely as possible with little effort.
  • the configuration process of an air conditioning system should at least not be significantly complicated for the implementation of the proposed method.
  • Steps a), b) and c) are carried out at least once in the order given in a regular procedure.
  • the method is used in particular to determine and set a precise setting value for a bypass valve of a heating circuit.
  • the method can be carried out in particular as part of an air conditioning system installation.
  • the air conditioning system is a system for air conditioning, in particular for air conditioning at least one building.
  • the air conditioning system is characterized in particular by an air conditioning unit and a connected heating circuit (supply circuit) for heat transport, which requires hydraulic balancing for efficient operation.
  • the heating circuit comprises in particular a liquid medium as a heat transfer medium, to which heat can be added and removed or which can transport added heat.
  • the heat transfer medium is often water.
  • the heat transfer medium can circulate as required in the preferably closed heating circuit by means of a circulation pump.
  • the term heating circuit does not imply any restriction to heating operation, but a heating circuit can also be suitable for cooling operation.
  • the air conditioning system can be a heating system, usually having a heating circuit with a circulation pump.
  • a heating system usually comprises a heating device having a heat generator, such as a burner for oil, gas or hydrogen as fuel or a heat pump.
  • the heat flow generated by the heat generator can be transferred to the heat carrier in the heating circuit and thus supplied to consumers (e.g. radiators, surface heating or fan convectors) in the heating circuit.
  • the consumers can comprise adjustment valves for adjusting the flow rate as required and thus the heat to be emitted (or absorbed).
  • the adjustment valves are often designed as thermostat valves that independently regulate a room temperature.
  • Electronically controllable adjustment valves are also known, which can be integrated into a home network, for example, and enable remote transmission of control signals.
  • the consumers also usually have a pre-setting valve, the permanent setting of which takes place as part of a static hydraulic balancing.
  • the pre-setting valves also allow a flow rate or flow resistance to be set.
  • Pre-setting valves and adjustment valves are often designed as one piece, so a well-known thermostat valve usually allows for a pre-setting option (as part of the static hydraulic balancing) and an adjustment valve to control the heat transport during operation of the air conditioning system.
  • the pre-setting valve can specify a window as the adjustment range of the adjustment valve.
  • the circulation pump in the heating circuit can be considered the most important actuator of a heating circuit, alongside the heat generator.
  • the circulation pump can generate a volume flow in the heating circuit and thus supply a heat flow provided by the heat generator to the connected consumers in the heating circuit.
  • the circulation pump can be arranged in the flow line between the bypass valve and the heat generator.
  • the circulation pump is integrated into the heating device.
  • the volume flow is realized by the circulation pump by building up a pressure (also known as the differential pressure between the pressure and suction side of the circulation pump).
  • the pressure realized by the circulation pump acts a pressure loss in the heating circuit.
  • the pressure loss depends on the current degree of opening of the heating circuit, whereby the degree of opening is a measure of the number of consumers integrated into the heating circuit in connection with the opening state of their adjustment valves.
  • the circulation pump can usually be operated in various pump operating modes and should be adjusted to the individual requirements of the specific heating circuit as part of the configuration of an air conditioning system.
  • the air conditioning system can have a bypass valve (overflow valve) that is arranged between a flow and a return of the heating circuit, in particular within a housing of an air conditioning unit.
  • the bypass valve is designed to open when an opening condition is met, which can consist of a differential pressure between the flow and return.
  • an opening condition can consist of a differential pressure between the flow and return.
  • a maximum differential pressure can be set, and when this is exceeded, the bypass valve opens.
  • the maximum differential pressure usually occurs when heat consumption is low, and the adjustment valves (thermostatic valves) of the consumers are largely or completely closed. In this way, a minimum volume flow can be set that flows through the heat generator and the differential pressure acting on the consumers is reduced.
  • the system When planning an air conditioning system, the system should be designed to ensure that it is sufficiently dimensioned to supply a building with heat. For this purpose, data on the specific climatic conditions at the location and the structural requirements of the specific building are used. As part of the design, for example, a nominal output of an air conditioning unit and a consumer size for each room to be supplied, the room size and the consumer's heating output can be recorded in order to ensure that the building is reliably supplied by the air conditioning system. Based on the design of the air conditioning system (in particular based on its dimensions, equipment and/or In particular, a predetermined heating and/or cooling output can be set or ensured under predetermined conditions.
  • the (maximum) output of a heat generator can be specified during the design process and the consumers to be connected via a heating circuit can be dimensioned in order to ensure a reliable heat supply under the specific climatic conditions at the location and the structural conditions of the building to be supplied (in particular its thermal insulation).
  • Various methods are known for carrying out the design process.
  • the specific wall, window, ceiling and/or floor areas can be used for each room to be supplied in order to determine the specific (output) requirement and then select a specific consumer (for example radiators).
  • a specific consumer for example radiators
  • the floor areas of all rooms to be supplied and approximate information on the structural conditions of the building thermal insulation or heat losses
  • the heating system can be installed. After installation and before initial commissioning, the heating system should be configured. In particular, a static hydraulic balancing of the heating system should be carried out.
  • the static hydraulic balancing is usually carried out manually by a specialist, especially in smaller air conditioning systems, for example in a single-family home.
  • a specialist especially in smaller air conditioning systems, for example in a single-family home.
  • the pre-setting valves of the consumers are set, if necessary in different branches (zones) of the heating circuit, in such a way that an optimal or even volume flow of the heat transfer medium through the consumer can be set.
  • Newer air conditioning units or circulation pumps can have software solutions to support the specialist in carrying out a static hydraulic balancing.
  • a wireless connection can be established between a mobile device (such as a smartphone) and the circulation pump and/or the air conditioning unit, and the specialist can be informed when an optimal volume flow has been reached when the pre-setting valves are being set.
  • the invention is based on the idea of calculating/determining a setting value for the bypass valve based on data from the static hydraulic balancing.
  • a static hydraulic balancing can be carried out.
  • the presetting valves of the consumers are set in such a way that the respective consumer is flowed through by an optimal volume flow.
  • data from a pipe network calculation i.e. a computational implementation of a hydraulic balancing, can also be recorded.
  • a maximum pressure loss of the heating circuit can be determined as a setting value for the bypass valve.
  • the maximum pressure loss can also be understood as the required residual delivery head when the consumer's setting valves are fully open. The determination can be made in particular using measurement technology.
  • Steps b1), b2) and b3) can be carried out at least once in the order given.
  • the maximum pressure loss can be measured in accordance with step b3) in particular by the control electronics of the circulation pump, or read out from the control electronics of the circulation pump by a process-executing control and regulation device. Alternatively, the maximum pressure loss can also be determined by pressure sensors arranged in the heating circuit before and after the circulation pump.
  • the maximum pressure loss can also be calculated as part of a pipe network calculation.
  • the effort for a Pipe network calculation is high and values and parameters are determined by estimates and assumptions.
  • the maximum pressure loss when carrying out a procedure with steps b1), b2) and b3) is measured under real conditions and is therefore advantageous.
  • the bypass valve can now be set to the setting value determined in step b).
  • the setting valve can be set to a value that is 5 percent to 15 percent greater than the maximum pressure loss determined in step b). This ensures that the circulation pump can be operated at rated power when the heating circuit is fully open (all setting valves of all consumers in the heating circuit are fully open).
  • the bypass valve can be set manually by a specialist or automatically by an actuator on the bypass valve.
  • the method in particular the implementation of steps b1), b2) and b3), can advantageously be automated or computer-aided, for example by a control and regulation device of the air conditioning unit. If the (adjustment) valves of the consumers cannot be opened electronically by the executing computer when implementing step b), an instruction to open all (adjustment) valves can be issued. After all (adjustment) valves have been opened (manually), the opening can be confirmed and the method can be continued by the computer.
  • the method described can be carried out as part of or following the implementation of a computer-aided static hydraulic balancing.
  • the use of the computer can relate to an automated recording of data and an automated creation of the hydraulic balancing protocol.
  • the computer can also support the recording of measured values. by bringing the air conditioning system into an operating state to be measured, for example a computer can cause the circulation pump to build up a certain pressure or to switch to a certain pump operating mode.
  • an air conditioning system comprises at least one air conditioning unit, a heating circuit with at least one consumer and a circulation pump for circulating a heat transfer medium in the heating circuit and a control and regulating device.
  • the control and regulating device can be electrically connected at least to the circulation pump and the air conditioning unit, so that an exchange of signals and/or data is possible.
  • a computer program comprising commands that cause a computer to carry out a method presented here.
  • the computer program can in particular carry out all or part of the proposed method steps:
  • steps a) and b) can be carried out by a computer.
  • the bypass valve can only be adjusted using a computer program if the bypass valve is equipped with an actuator and adjustment is therefore possible using a computer control.
  • the computer program can output the setting value for the bypass valve determined in step b) or with a method with steps b1) to b3) on a display device and this is set on the bypass valve by a specialist.
  • the computer program may establish a connection to a network, such as the Internet, and/or a data connection to a mobile device and/or to a (regulation and control device) of an air conditioning unit.
  • a network such as the Internet
  • a data connection to a mobile device and/or to a (regulation and control device) of an air conditioning unit.
  • the computer program can be executed in particular on a control and regulating device of the air conditioning system.
  • the computer program can also be executed on a mobile device (mobile phone), in particular in conjunction with software to support the implementation of a hydraulic balancing.
  • a method for adjusting a bypass valve of a heating circuit of an air conditioning system, an air conditioning system and a computer program are therefore specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method, the computer program and the air conditioning system at least contribute to making a particularly precise adjustment of the bypass valve and can thus enable energy efficiency, operational reliability and user comfort, in particular by avoiding noise pollution at particularly high differential pressures.
  • the invention can be implemented particularly easily, since no structural changes to an air conditioning system may need to be made.
  • Fig. 1 shows an example and schematically a sequence of a method proposed here.
  • the method is used to adjust a bypass valve 5 of an air conditioning system 1, in particular before initial commissioning.
  • the sequence of steps a), b) and c) shown in blocks 110, 120 and 130 can be set in a regular method sequence.
  • Fig. 2 also shows, by way of example and schematically, an air conditioning system 1 proposed here, which in the example is designed as a heating system.
  • the air conditioning system 1 can comprise an air conditioning unit 11, here designed as a heating unit with a heat generator 10 which is operatively connected to a heat exchanger and can thus transfer heat to a heat carrier circulating in the heating circuit 2.
  • the heating circuit 2 has a flow line 3 and a return line 4.
  • a circulation pump 14 can be provided, which can be arranged in the flow line 3 between the heat generator 10 and a bypass valve 5. Heat carrier can be supplied to consumers 9 via the flow line 3 of the heating circuit 2 and returned to the air conditioning unit 11 via a return line 4.
  • Each consumer 9 can have an adjustment valve 6, comprising a pre-setting valve for setting a flow resistance as part of a static hydraulic balancing.
  • the adjustment valve enables the heat to be released to be adjusted and can in particular be designed as a thermostatic valve.
  • the presetting valves of the Adjustment valves 6 can be equipped with actuators that can be controlled, for example, via a radio connection.
  • the consumers 9 can be radiators, convectors or surface heating systems, such as underfloor or wall heating.
  • the bypass valve 5 can be arranged between the flow 3 and the return 4 of the heating circuit 2. When the bypass valve 5 is open, heat transfer medium can flow from the flow 3 into the return 4 and thus ensure the circulation of a minimum volume flow through the heat generator 10.
  • a control and regulating device 8 can be set up to regulate and control the operation of the heat generator 10 or the air conditioning unit 11.
  • the control and regulating device 8 can be electrically connected to the circulation pump 7 and the heat generator 10 as well as to other devices, for example temperature sensors in the flow 3 and return 4 or, if necessary, also actuators of the adjustment valves 6.
  • a static hydraulic balancing of the heating circuit 2 of the air conditioning system 1 can be carried out in a step a).
  • a radio connection of a mobile device for example a smartphone
  • the circulation pump 7 and/or the air conditioning unit 11 can be established and a specialist can be informed when an optimal volume flow has been reached when setting the presetting valves of the adjustment valves 6.
  • the maximum pressure loss of the heating circuit 2 i.e. an opening condition or a setting value for the bypass valve 5
  • all setting valves 6 of the heating circuit 2 can be fully opened and the circulation pump 7 can be operated with maximum flow.
  • a maximum pressure loss of the circulation pump 7 can now be determined, in particular measured.
  • the setting value determined in step b) can now be set on the bypass valve 5.
  • the value can be stored manually on a setting device of the bypass valve 5 or, if available, set by controlling an actuator of the bypass valve 5.
  • a value 5 percent to 15 percent higher than the maximum pressure loss determined in step b) can be set.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Einstellung eines Bypassventils (5) zwischen einem Vorlauf (3) und einem Rücklauf (4) eines Heizkreises (2) eines Klimasystems (1), wobei der Heizkreis (2) zudem einen oder mehrere Verbraucher (9) einbindet, und mit einem Klimagerät (11) verbunden ist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
a) Durchführen eines statischen hydraulischen Abgleichs des Heizkreises (2),
b) Ermitteln eines maximalen Druckverlustes des Heizkreises (2) als Einstellwert für das Bypassventil (5).
c) Einstellen des Bypassventils (5) entsprechend dem in Schritt b) ermittelten Einstellwert.
Das Verfahren ermöglicht eine besonders präzise Berechnung eines Einstellwertes für ein Bypassventil (5) und so einen besonders energieeffizienten und komfortablen Betrieb des Klimasystems (1). Zudem werden ein Computerprogramm und ein Klimagerät (11).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Bypassventils eines Heizkreises eines Klimasystems, ein Klimasystem und ein Computerprogramm.
  • Zur Wärmeversorgung oder Kühlung von Gebäuden kommen Klimasysteme zum Einsatz, die in der Regel einen oder mehrere Heizkreise aufweisen, um einen Wärmetransport in oder aus Räumen des Gebäudes zu ermöglichen. In einem Heizkreis zirkuliert ein Wärmeträger, häufig Heizungswasser. Ein Heizkreis kann mehrere Verbraucher, wie Radiatoren, Flächenheizungen oder Gebläse-Konvektoren, umfassen. Als Wärmeerzeuger des Klimasystems können Heizgeräte, die zur Verbrennung eines Brennstoffes eingerichtet sind, oder auch Wärmepumpen zum Einsatz kommen. Dabei können Wärmepumpen durch eine Umkehr des Kältekreises vorteilhaft sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden.
  • Klimasysteme weisen zudem zumeist ein Bypassventil, auch als Überströmventil bezeichnet, auf, die in einer Bypassleitung zwischen Vorlauf und Rücklauf eines Heizkreises anzuordnen sind. Das Bypassventil öffnet bei Erreichen eines eingestellten Druckverlustes und stellt somit einen Mindest- oder Nennvolumenstroms sicher, insbesondere wenn eine Vielzahl oder alle Ventile der im Heizkreis vorhandenen Verbraucher geschlossen sind. Der einzustellende maximale Druckverlust für eine Öffnung des Ventils kann von erheblicher Relevanz für die Funktionalität und Effizienz des Klimasystems sein. Derartige Bypassventile werden beispielsweise in der DE 40 39 644 A1 , in der DE 10 20177 010 891 A1 oder auch in der DE 10 2012 013 334 B4 beschrieben. So kann ein zu niedrig eingestellter Druckverlust dazu führen, dass Verbraucher des Heizkreises nicht ausreichend versorgt werden. Ein zu hoher eingestellter Druckverlust führt dazu, dass das Bypassventil zu spät oder gar nicht öffnet und somit die erforderlichen Mindest- bzw. Nennvolumenströme nicht aufrechterhalten werden können. Ein Bypassventil wird in der Regel auf einen theoretisch berechneten Wert oder einen Erfahrungswert eingestellt. Ein Differenzdruckventil als Bypassventil wird beispielhaft in der EP 0 001 826 A1 beschrieben. Die Einstellung des Differenzdruckes auf einen theoretisch bestimmten oder Erfahrungswert ist sehr ungenau und kann bei Abweichungen von einem für den Heizkreis optimalen Druck die Effizienz des Klimasystems mindern und zudem eine unangenehme Geräuschentwicklung im Bereich der Ventile der Verbraucher verursachen.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Einstellung eines Bypassventils eines Heizkreises eines Klimasystems, ein Klimasystem und ein Computerprogramm vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll eine möglichst exakte Einstellung des Bypassventils bei geringem Aufwand ermöglicht werden. Zudem sollen für die Durchführung des vorzuschlagenden Verfahrens eines Konfigurationsvorgangs eines Klimasystems zumindest nicht wesentlich verkompliziert werden.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zur Einstellung eines Bypassventils bei, wobei das Bypassventil zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf eines Heizkreises eines Klimasystems angeordnet ist und der Heizkreis zudem einen oder mehrere Verbraucher aufweist und mit einem Klimagerät verbunden ist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Durchführen eines statischen hydraulischen Abgleichs des Heizkreises,
    2. b) Ermitteln eines maximalen Druckverlustes des Heizkreises als Einstellwert für das Bypassventil,
    3. c) Einstellen des Bypassventils entsprechend dem in Schritt b) ermittelten Einstellwert.
  • Die Schritte a), b) und c) werden bei einem regulären Verfahrensablauf mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Das Verfahren dient insbesondere einer Ermittlung und Einstellung eines präzisen Einstellwertes eines Bypassventils eines Heizkreises. Das Verfahren kann insbesondere im Rahmen einer Installation eines Klimasystems durchgeführt werden.
  • Bei dem Klimasystem handelt es sich um ein System zur Klimatisierung, insbesondere zur Klimatisierung mindestens eines Gebäudes. Das Klimasystem ist insbesondere gekennzeichnet durch ein Klimagerät und einen verbundenen Heizkreis (Versorgungskreislauf) zum Wärmetransport, der einen hydraulischen Abgleich für einen effizienten Betrieb erfordert. Der Heizkreis umfasst insbesondere ein flüssiges Medium als Wärmeträger, dem Wärme zu- und abgeführt werden kann bzw. welches zugegebene Wärme transportieren kann. Bei dem Wärmeträger handelt es sich häufig um Wasser. Der Wärmeträger kann in dem, bevorzugt geschlossenen, Heizkreis mittels einer Umwälzpumpe bedarfsgerecht zirkulieren. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass der Begriff Heizkreis keine Beschränkung auf einen Heizbetrieb beinhaltet, sondern ein Heizkreis auch für einen Kühlbetrieb geeignet sein kann.
  • Insbesondere kann das Klimasystem eine Heizungsanlage sein, in der Regel aufweisend einen Heizkreis mit einer Umwälzpumpe. Zumeist umfasst eine Heizungsanlage ein Heizgerät aufweisend einen Wärmeerzeuger, wie einen Brenner für Öl, Gas oder Wasserstoff als Brennstoff oder einer Wärmepumpe. Der vom Wärmeerzeuger erzeugte Wärmestrom kann auf den Wärmeträger in dem Heizkreislauf übertragen und so Verbrauchern (z. B. Radiatoren, Flächenheizungen oder Gebläse-Konvektoren) im Heizkreis zugeführt werden. Die Verbraucher können Einstellventile zur bedarfsgerechten Einstellung der Durchflussmenge und damit der abzugebenden (bzw. aufzunehmenden) Wärme umfassen. Die Einstellventile sind häufig als Thermostatventile ausgebildet, die selbstständig eine Raumtemperatur regeln. Es sind auch elektronisch ansteuerbare Einstellventile bekannt, die beispielsweise in ein Heimnetzwerk eingebunden werden können und eine Fernübertragung von Ansteuersignalen ermöglichen. Die Verbraucher weisen zudem in der Regel ein Voreinstellventil auf, deren dauerhafte Einstellung im Rahmen eines statischen hydraulischen Abgleichs erfolgt. Auch die Voreinstellventile ermöglichen eine Durchflussmenge bzw. einen Strömungswiderstand einzustellen. Häufig sind Voreinstellventile und Einstellventile einteilig ausgeführt, so ermöglicht ein bekanntes Thermostatventil in der Regel eine Möglichkeit zur Voreinstellung (im Rahmen des statischen hydraulischen Abgleichs) und ein Einstellventil zur Steuerung des Wärmetransportes im Betrieb des Klimasystems. Insofern kann das Voreinstellventil ein Fenster als Einstellbereich des Einstellventils vorgeben.
  • Die Umwälzpumpe im Heizkreis kann neben dem Wärmeerzeuger als wichtigster Aktor eines Heizkreises angesehen werden. Die Umwälzpumpe kann einen Volumenstrom im Heizkreis erzeugen und damit einen vom Wärmeerzeuger bereitgestellten Wärmestrom den angeschlossenen Verbrauchern im Heizkreis zuführen. Hierfür kann die Umwälzpumpe im Vorlauf zwischen Bypassventil und Wärmeerzeuger angeordnet sein. Bei einigen Heizgeräten ist die Umwälzpumpe in das Heizgerät integriert. Der Volumenstrom wird durch die Umwälzpumpe realisiert, indem diese einen Druck (auch als Differenzdruck zwischen Druck- und Saugseite der Umwälzpumpe bezeichnet) aufbaut. Dem von der Umwälzpumpe realisierten Druck wirkt ein Druckverlust des Heizkreises entgegen. Der Druckverlust ist dabei vom aktuellen Öffnungsgrad des Heizkreises abhängig, wobei der Öffnungsgrad ein Maß für die Anzahl, der in den Heizkreis eingebundenen Verbraucher in Verbindung mit einem Öffnungszustand derer Einstellventile ist. Die Umwälzpumpe kann in der Regel in verschiedenen Pumpenbetriebsarten betrieben werden und sollte im Rahmen einer Konfiguration eines Klimasystems auf den individuellen Bedarf des konkreten Heizkreises abgestimmt werden.
  • Das Klimasystem kann ein Bypassventil (Überströmventil) aufweisen, das zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf des Heizkreises angeordnet ist, insbesondere innerhalb eines Gehäuses eines Klimagerätes. Das Bypassventil ist dazu eingerichtet, bei einer Öffnungsbedingung zu öffnen, die in einem Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf bestehen kann. Im Rahmen einer Einstellung des Bypassventils kann somit ein maximaler Differenzdruck eingestellt werden, bei dessen Überschreiten das Bypassventil öffnet. Der maximale Differenzdruck tritt in der Regel bei geringer Wärmeabnahme auf, bei der die Einstellventile (Thermostatventile) der Verbraucher weitestgehend oder vollständig geschlossen sind. So kann ein Mindestvolumenstrom festgelegt werden, der den Wärmeerzeuger durchströmt und der auf die Verbraucher wirkende Differenzdruck abgebaut wird.
  • Im Rahmen der Planung eines Klimasystems soll eine Auslegung desselben erfolgen, die sicherstellt, dass das Klimasystem ausreichend dimensioniert ist, um ein Gebäude mit Heizwärme zu versorgen. Hierzu werden Daten hinsichtlich der konkreten klimatischen Gegebenheiten am Standort und zu den baulichen Voraussetzungen des konkreten Gebäudes herangezogen. Im Rahmen der Auslegung kann beispielsweise eine Nennleistung eines Klimagerätes und für jeden zu versorgenden Raum eine Größe eines Verbrauchers die Raumgröße sowie eine Heizleistung des Verbrauchers erfasst werden, um eine sichere Versorgung des Gebäudes durch das Klimasystem zu gewährleisten. Anhand der Auslegung des Klimasystems (insbesondere anhand dessen Dimensionierung, Ausstattung und/oder Betriebsweise) kann insbesondere eine vorgegebene Wärme- und/oder Kühlleistung unter den vorbestimmten Gegebenheiten eingestellt bzw. sichergestellt werden.
  • Am Beispiel einer Heizungsanlage können im Rahmen der Auslegung eine (Maximal-)Leistung eines Wärmeerzeugers festgelegt und die über einen Heizkreislauf zu verbindenden Verbraucher dimensioniert werden bzw. sein, um unter den konkreten klimatischen Bedingungen am Standort und den baulichen Gegebenheiten des zu versorgenden Gebäudes (insbesondere dessen Wärmedämmung) eine sichere Wärmeversorgung zu gewährleisten. Für die Auslegung sind verschiedene Verfahren zur Durchführung bekannt, beispielsweise können für jeden zu versorgenden Raum die konkreten Wand-, Fenster-, Decken- und/oder Fußbodenflächen herangezogen werden, um den konkreten (Leistungs-)Bedarf zu ermitteln und daraufhin einen konkreten Verbraucher (beispielsweise Heizkörper) auszuwählen. Gemäß eines anderen (Näherungs-)Verfahrens können (nur) die Grundflächen aller zu versorgender Räume und näherungsweise Angaben zu den baulichen Gegebenheiten des Gebäudes (Wärmedämmung bzw. Wärmeverluste) einbezogen werden, um den Bedarf zu ermitteln und das Klimasystem zu dimensionieren.
  • Nach der Auslegung kann die Heizungsanlage installiert werden. Nach der Installation und vor der ersten Inbetriebnahme sollte die Heizungsanlage konfiguriert werden. Insbesondere soll ein statischer hydraulischer Abgleich der Heizungsanlage durchgeführt werden.
  • Bei einer Konfiguration eines Klimasystems können eine Vielzahl von Parametern hinterlegt werden, die einer Konfiguration und Abstimmung von Wärmeerzeuger, Heizkreis und Regelung des Klimasystems dienen. Durch den statischen hydraulischen Abgleich wird gewährleistet, dass die Verbraucher des Heizkreises von den erforderlichen Volumenströmen Wärmträger durchströmt werden, die für eine optimale Versorgung der einzelnen Räume notwendig sind.
  • Die Durchführung des statischen hydraulischen Abgleichs erfolgt zumeist, insbesondere bei kleineren Klimasystemen, beispielsweise eines Einfamilienhauses, manuell durch eine Fachkraft. Hierzu werden die Voreinstellventile der Verbraucher, gegebenenfalls in unterschiedlichen Verzweigungen (Zonen) des Heizkreises derart eingestellt, dass sich ein optimaler bzw. gleichmäßiger Volumenstrom des Wärmeträgers durch den Verbraucher einstellen kann. Neuere Klimageräte oder Umwälzpumpen können Softwarelösungen zur Unterstützung der Fachkraft bei der Durchführung eines statischen hydraulischen Abgleich aufweisen. Hierzu kann beispielsweise eine Funkverbindung eines mobilen Endgerätes (beispielsweise eines Smartphones) mit der Umwälzpumpe und/oder dem Klimagerät hergestellt werden und der Fachkraft bei der Einstellung der Voreinstellventile mitgeteilt werden, wenn ein optimaler Volumenstrom erreicht ist.
  • Ein statischer hydraulischer Abgleich kann auch mittels einer Rohrnetzberechnung durchgeführt werden. Die Art der Berechnung des hydraulischen Abgleichs und damit der notwendigen Volumenströme der einzelnen Verbraucher ist bei einer Rohrnetzberechnung oder einer softwaregestützten Durchführung prinzipiell ähnlich und umfasst die folgenden Punkte:
    • Erfassung von Raumdaten der zu versorgenden Räume, insbesondere Raumgröße und Daten des installierten Verbrauchers,
    • Durchführung einer Heizlastberechnung,
    • Ermittlung der Wärmleistung der Verbraucher,
    • Ermittlung eines benötigten Volumenstromes des Wärmeträgers für jeden Verbraucher, und
    • Einstellung der Voreinstellventile der Verbraucher für den ermittelten Volumenstrom.
  • Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, anhand von Daten des statischen hydraulischen Abgleichs, einen Einstellwert für das Bypassventil zu berechnen/ zu ermitteln.
  • Gemäß Schritt a) kann ein Durchführen eines statischen hydraulischen Abgleichs erfolgen. Im Ergebnis sind die Voreinstellventile der Verbraucher derart eingestellt, dass der jeweilige Verbraucher von einem optimalen Volumenstrom durchströmt wird. Alternativ können auch Daten einer Rohrnetzberechnung, also einer rechnerischen Durchführung eines hydraulischen Abgleichs erfasst werden.
  • Gemäß Schritt b) kann ein Ermitteln eines maximalen Druckverlustes des Heizkreises als Einstellwert für das Bypassventil erfolgen. Der maximale Druckverlust kann auch als die die benötigte Restförderhöhe bei vollständig geöffneten Einstellventilen der Verbraucher verstanden werden. Das Ermitteln kann insbesondere messtechnisch erfolgen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Ermitteln des maximalen Druckverlustes in Schritt b) zumindest die folgenden Schritte umfassen:
    • b1) Vollständiges Öffnen aller Einstellventile der Verbraucher des Heizkreises,
    • b2) Betreiben der Umwälzpumpe mit Nennleistung,
    • b3) Messen des maximalen Druckverlustes.
  • Dabei können die Schritte b1), b2) und b3) mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Das Messen des maximalen Druckverlustes gemäß Schritt b3) kann dabei insbesondere durch eine Steuerelektronik der Umwälzpumpe erfolgen, bzw. durch ein verfahrensausführendes Regel- und Steuergerät aus der Steuerelektronik der Umwälzpumpe ausgelesen werden. Alternativ kann der maximale Druckverlust auch durch, im Heizkreis vor und hinter der Umwälzpumpe angeordnete, Drucksensoren ermittelt werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der maximale Druckverlust auch im Rahmen einer Rohrnetzberechnung berechnet werden. Jedoch is der Aufwand für eine Rohrnetzberechnung hoch und es zudem Werte und Parameter durch Schätzungen und Annahmen ermittelt. Demgegenüber wird der maximale Druckverlust bei Durchführung eines Verfahrens mit den Schritten b1), b2) und b3) unter realen Bedingungen gemessen und ist insofern vorteilhaft.
  • Gemäß einem Schritt c) kann nunmehr ein Einstellen des Bypassventils auf den in Schritt b) ermittelten Einstellwert erfolgen. Insbesondere kann das Einstellventil auf einen Wert eingestellt werden, der 5 Prozent bis 15 Prozent größer dem in Schritt b) ermittelten maximalen Druckverlust ist. So kann sichergestellt werden, dass die Umwälzpumpe bei vollständig geöffnetem Heizkreis (vollständiger Öffnung aller Einstellventile aller Verbraucher des Heizkreises mit Nennleistung betrieben werden kann. Das Einstellen des Bypassventils kann manuell durch eine Fachkraft oder automatisiert durch einen Stellantrieb am Bypassventil durchgeführt werden.
  • Das Verfahren, insbesondre die Durchführung der Schritte b1), b2) und b3), kann vorteilhaft automatisiert bzw. computergestützt erfolgen, beispielsweise durch ein Regel- und Steuergerät des Klimagerätes. Sofern die (Einstell-)Ventile der Verbraucher bei der Durchführung des Schrittes b) vom ausführenden Computer nicht elektronisch öffenbar sind, kann hierfür eine Anweisung zum Öffnen aller (Einstell-)Ventile ausgegeben werden. Nach dem (manuellen) Öffnen aller (Einstell-)Ventile kann eine Bestätigung des Öffnens erfolgen und das Verfahren durch den Computer fortgesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das beschriebene Verfahren im Rahmen einer bzw. im Anschluss an die Durchführung eines computergestützten statischen hydraulischen Abgleichs erfolgen. Der Einsatz des Computers kann sich dabei auf ein automatisiertes Erfassen von Daten und ein automatisiertes Erstellen des Protokolls des hydraulischen Abgleichs beziehen. Gleichfalls kann der Computer die Aufnahme von Messwerten unterstützen durch ein Verbringen des Klimasystems in einen zu messenden Betriebszustand, beispielsweise kann ein Computer hierzu die Umwälzpumpe dazu veranlassen einen bestimmten Druck aufzubauen oder in eine bestimmte Pumpenbetriebsart zu wechseln.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Klimasystem vorgeschlagen. Das Klimasystem umfasst zumindest ein Klimagerät, einen Heizkreis mit mindestens einem Verbraucher und eine Umwälzpumpe zum Zirkulieren eines Wärmeträgers im Heizkreis und ein Regel- und Steuergerät. Das Regel- und Steuergerät kann zumindest mit der Umwälzpumpe und dem Klimagerät elektrisch verbunden sein, dass ein Austausch von Signalen und/ oder Daten ermöglicht wird.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm (-produkt) vorgeschlagen, umfassend Befehle, die einen Computer dazu veranlassen, ein hier vorgestelltes Verfahren durchzuführen. Das Computerprogramm kann bei Ausführung durch einen Computer insbesondere alle oder einen Teil der vorgeschlagenen Verfahrensschritte durchführen: Insbesondere können die Schritte a) und b) durch einen Computer durchgeführt werden. Eine Einstellung des Bypassventils kann nur mittels eines Computerprogrammes erfolgen, wenn das Bypassventil mit einem Stellantrieb ausgerüstet und somit eine Einstellung mittels einer Ansteuerung eines Computers möglich ist. Alternativ kann das Computerprogramm den in Schritt b) bzw. mit einem Verfahren mit den Schritten b1) bis b3) ermittelten Einstellwert für das Bypassventil auf einer Anzeigeeinrichtung ausgeben und dieser wird von einer Fachkraft am Bypassventil eingestellt.
  • Hierfür kann das Computerprogramm gegebenenfalls eine Verbindung zu einem Netzwerk, wie dem Internet, herstellen und/ oder einer Datenverbindung zu einem mobilen Endgerät und/ oder zu einem (Regel- und Steuergerät) eines Klimagerätes aufbauen.
  • Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Regel- und Steuergerät des Klimasystems ausgeführt werden. Alternativ kann das Computerprogramm auch auf einem mobilen Endgerät (Mobiltelefon), insbesondere in Verbindung mit einer Software zur Unterstützung der Durchführung eines hydraulischen Abgleichs, ausgeführt werden.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgeschlagenen Klimasystem und Computerprogramm auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit ein Verfahren zur Einstellung eines Bypassventils eines Heizkreises eines Klimasystems, ein Klimasystem und ein Computerprogramm angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm sowie das Klimasystem zumindest dazu bei, eine besonders präzise Einstellung des Bypassventils vorzunehmen und kann so die Energieeffizienz, die Betriebssicherheit und den Nutzerkomfort, insbesondere durch Vermeidung von Geräuschbelastungen bei besonders hohen Differenzdrücken, ermöglichen.
  • Zudem kann die Erfindung besonders einfach umgesetzt werden, da gegebenenfalls keine baulichen Veränderungen an einem Klimasystem vorzunehmen sind.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens,
    Fig. 2:
    ein hier vorgeschlagenes Klimasystem, und
    Fig. 3:
    Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum Einstellen eines Bypassventils 5 eines Klimasystems 1, insbesondere vor einer ersten Inbetriebnahme. Die mit den Blöcken 110,120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) kann sich bei einem regulären Verfahrensablauf einstellen.
  • Fig. 2 zeigt gleichfalls beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Klimasystem 1, das im Beispiel als Heizungsanlage ausgeführt ist. Das Klimasystem 1 kann ein Klimagerät 11 umfassen, hier als Heizgerät ausgeführt mit einem Wärmeerzeuger 10 der mit einem Wärmetauscher in Wirkverbindung steht und so Wärme auf einen im Heizkreis 2 zirkulierenden Wärmeträger übertragen kann. Der Heizkreis 2 hat einen Vorlauf 3 und einen Rücklauf 4. Zur Förderung des Wärmeträgers im Heizkreis 2 kann eine Umwälzpumpe 14 vorgesehen sein, die im Vorlauf 3 zwischen Wärmeerzeuger10 und einem Bypassventil 5 angeordnet sein kann. Über den Vorlauf 3 des Heizkreises 2 kann Verbrauchern 9 Wärmeträger zugeführt und über einen Rücklauf 4 zurück zum Klimagerät 11 gelangen. Jeder Verbraucher 9 kann ein Einstellventil 6 aufweisen, umfassend ein Voreinstellventil zur Einstellung eines Strömungswiderstandes im Rahmen eines statischen hydraulischen Abgleichs. Zudem ermöglicht das Einstellventil eine Einstellung der abzugebenden Wärme und kann insbesondere als Thermostatventil ausgeführt sein. Um eine automatisierte Durchführung eines statischen hydraulischen Abgleichs zu ermöglichen, können die Voreinstellventile der Einstellventile 6 mit Stellantrieben ausgerüstet sein, die beispielsweise mittels einer Funkverbindung ansteuerbar sein können. Bei den Verbrauchern 9 kann es sich um Radiatoren, Konvektoren oder Flächenheizungen, wie Fußboden- oder Wandheizungen handeln.
  • Das Bypassventil 5 kann zwischen Vorlauf 3 und Rücklauf 4 des Heizkreises 2 angeordnet sein. Bei geöffnetem Bypassventil 5 kann Wärmeträger vom Vorlauf 3 in den Rücklauf 4 strömen und so das Zirkulieren eines Mindestvolumenstromes durch den Wärmeerzeuger 10 gewährleisten.
  • Ein Regel- und Steuergerät 8 kann dazu eingerichtet sein, den Betrieb des Wärmeerzeugers 10 bzw. des Klimagerätes 11 zu regeln und zu steuern. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 8 mit der Umwälzpumpe 7 und dem Wärmeerzeuger 10 sowie mit anderen Einrichtungen, beispielsweise Temperatursensoren in Vorlauf 3 und Rücklauf 4 oder gegebenenfalls auch Stellantrieben der Einstellventile 6, elektrisch verbunden sein.
  • In Block 110 kann in einem Schritt a) ein statischer hydraulischen Abgleich des Heizkreises 2 des Klimasystems 1 durchgeführt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Funkverbindung eines mobilen Endgerätes (beispielsweise eines Smartphones) mit der Umwälzpumpe 7 und/oder dem Klimagerät 11 hergestellt werden und einer Fachkraft bei der Einstellung der Voreinstellventile der Einstellventile 6 mitgeteilt werden, wenn ein optimaler Volumenstrom erreicht ist.
  • In Block 120 kann gemäß einem Schritt b) ein Ermitteln des maximalen Druckverlustes des Heizkreises 2, also einer Öffnungsbedingung bzw. eines Einstellwertes für das Bypassventil 5 erfolgen. Hierfür können insbesondere alle Einstellventile 6 des Heizkreises 2 vollständig geöffnet werden und die Umwälzpumpe 7 mit maximalem Durchfluss betrieben werden. Nunmehr kann ein maximaler Druckverlust des Umwälzpumpe 7 ermittelt, insbesondere gemessen werden.
  • In Block 130 kann gemäß einem Schritt c) nunmehr der in Schritt b) ermittelte Einstellwert am Bypassventil 5 eingestellt werden. Hierfür kann der Wert manuell an einer Einstelleinrichtung des Bypassventils 5 hinterlegt oder, sofern vorhanden mittels einer Ansteuerung eines Stellantriebes des Bypassventils 5 eingestellt werden. Insbesondere kann ein 5 Prozent bis 15 Prozent höherer Wert als der in Schritt b) ermittelte maximale Druckverlust eingestellt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Klimasystem
    2
    Heizkreis
    3
    Vorlauf
    4
    Rücklauf
    5
    Bypassventil
    6
    Einstellventil
    7
    Umwälzpumpe
    8
    Regel- und Steuergerät
    9
    Verbraucher
    10
    Wärmeerzeuger/ Wärmetauscher
    11
    Klimagerät

Claims (7)

  1. Verfahren zur Einstellung eines Bypassventils (5) zwischen einem Vorlauf (3) und einem Rücklauf (4) eines Heizkreises (2) eines Klimasystems (1), wobei der Heizkreis (2) zudem einen oder mehrere Verbraucher (9) einbindet, und mit einem Klimagerät (11) verbunden ist, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Durchführen eines statischen hydraulischen Abgleichs des Heizkreises (2),
    b) Ermitteln eines maximalen Druckverlustes des Heizkreises (2) als Einstellwert für das Bypassventil (5),
    c) Einstellen des Bypassventils (5) entsprechend dem in Schritt b) ermittelten Einstellwert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die das Ermitteln des maximalen Druckverlustes in Schritt b) die folgenden Schritte umfasst:
    b1) Vollständiges Öffnen aller Einstellventile der Verbraucher (9) des Heizkreises (2),
    b2) Betreiben der Umwälzpumpe (14) mit Nennleistung,
    b3) Messen des maximalen Druckverlustes.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) das Bypassventil (5) auf einem Wert in einem Bereich von 5 Prozent bis 15 Prozent größer dem in Schritt b) ermittelten maximalen Druckverlust eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchführung des statischen hydraulischen Abgleichs des Heizkreises (2) in Schritt a) computergestützt durchgeführt wird.
  5. Klimasystem (1) umfassend ein Klimagerät (11), einen Heizkreis (2) mit mindestens einem Verbraucher (9) und eine Umwälzpumpe (14) zum Zirkulieren eines Wärmeträgers im Heizkreis (2) und ein Regel- und Steuergerät (13) sowie Mitteln, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 2.
  6. Computerprogramm umfassend Befehle, die einen Computer dazu veranlassen die Schritte b1) bis b3) eines Verfahrens nach Anspruch 2 mit einem Klimasystem (1) nach Anspruch 5 auszuführen.
  7. Computerprogramm nach Anspruch 6, wobei das Computerprogramm dazu eingerichtet ist, die Durchführung des Schrittes a) eines Verfahrens nach Anspruch 1 zu unterstützen.
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