EP4522919A1 - Verfahren zur überwachung und/oder steuerung einer heizungsanlage - Google Patents

Verfahren zur überwachung und/oder steuerung einer heizungsanlage

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EP4522919A1
EP4522919A1 EP23727927.8A EP23727927A EP4522919A1 EP 4522919 A1 EP4522919 A1 EP 4522919A1 EP 23727927 A EP23727927 A EP 23727927A EP 4522919 A1 EP4522919 A1 EP 4522919A1
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EP
European Patent Office
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heating
flow
correlation value
heat source
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
EP23727927.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Eckl
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KSB SE and Co KGaA
Original Assignee
KSB SE and Co KGaA
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Filing date
Publication date
Application filed by KSB SE and Co KGaA filed Critical KSB SE and Co KGaA
Publication of EP4522919A1 publication Critical patent/EP4522919A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F24D2220/04—Sensors
    • F24D2220/042—Temperature sensors

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring and/or controlling a heating system, comprising a pipeline network with variable system resistance, at least one heat source which feeds a heating medium with a defined flow temperature into the pipeline network, and at least one circulation pump for circulating the heating medium within the pipeline network.
  • a heat source in particular a boiler, heats the medium circulating in the pipe network to a specific flow temperature before it is conveyed back to the heat source via the return line after flowing through the radiators that can be controlled using thermostatic valves.
  • a circulation pump provides the flow.
  • the target flow or return temperature of the central heating is set by the heating control, whereby setting the flow temperature based on the outside temperature has proven successful in practice.
  • the heating control typically receives the current outside temperature via a sensor signal, which serves as an indication of the expected heat requirement of the area to be heated.
  • the heating control receives the target specification for the flow or return temperature to be set from a stored heating curve, which specifies the corresponding target temperature for the flow or return depending on at least one operating parameter, here the current outside temperature.
  • a heating curve is usually building-specific and can therefore be modified by the operator of the system in order to be able to adjust the temperature control as required.
  • both the steepness of the heating curve and, optionally, a possible offset can be set.
  • a heating curve that is set too flat means that the building is not supplied with sufficient heat at low temperatures. In contrast, if the curve is set too steep, the building is supplied with sufficient heat, but energy consumption increases unnecessarily due to boiler and pipe losses.
  • the heating curve is building-specific and is usually set too steep
  • this object is achieved by a method according to the features of claim 1.
  • Advantageous versions of the process are the subject of the pending claims.
  • the invention is also achieved by a circulation pump, heat source and/or heating system according to the features of claims 15 to 16.
  • the preheating temperature is understood to be the temperature that the heating medium has immediately downstream or at least in the vicinity of the heat source before it flows through a heat exchanger or radiator.
  • the return temperature is understood to be the temperature of the heating medium that the heating medium has when it flows from the pipe network back to the heat source, i.e. preferably immediately upstream of the heat source.
  • the design of the heat source is arbitrary, for example it can include a burner, a condensing boiler, a heat pump, etc.
  • the system resistance of the pipeline network is determined, for example measured or calculated or estimated based on other operating data.
  • the system resistance of the pipe network is dynamic in heating circuits with integrated fittings, such as valves, especially thermostatic valves, and is made up of a static and dynamic component.
  • the static component is determined by the pipe resistance of the pipe network.
  • the dynamic component depends on any fitting positions, in particular valve positions within the system, and primarily on the degree of opening of installed valves, in particular thermostat valves of the individual radiators or other heat exchangers within the system. Since the degree of opening of the valves, especially thermostatic valves, is characteristic of the current heat requirement in the respective room, conclusions can be drawn about the current heat requirement based on the system resistance, in particular the dynamic component.
  • the method can be used to evaluate, for example, whether the current control of the heating system, in particular the heat source, can cover the current heating requirement without consuming energy unnecessarily. This enables, for example, extensive options for system control, for example the process can be used in addition to an outside temperature-controlled heating control. Ideally, it is even possible to forego the outside temperature as a reference variable, making the use and installation of an outside temperature sensor unnecessary.
  • the method provides an evaluation of the current flow and/or return temperature, for example to the effect that the currently set flow and/or return temperature is too high or too low in order to ensure optimally efficient heating operation.
  • the current flow or return temperature can be determined using sensors, i.e. by at least one integrated sensor in the corresponding pipe section.
  • a sensor built into the circulation pump could also be used. It is also conceivable to determine the flow and/or return temperature using an estimation algorithm or to calculate them indirectly based on other operating parameters.
  • the estimation algorithm uses in particular operating parameters of the pump, such as the current pump speed and/or the torque of the pump drive unit, and is therefore sensibly carried out on or by the circulation pump.
  • the current system resistance could theoretically be measured. However, it is preferred to calculate the system resistance using the flow rate Q and/or the hydraulic pressure of the heating medium within the Attachment.
  • the latter parameters are available, for example, in the circulation pump or the heating control, so that a calculation of the system resistance for the current operating point is possible.
  • the flow rate and delivery head of the pump can be determined using sensors, for example. However, it is also conceivable that these values are also calculated based on other operating parameters of the circulation pump, for example the current power consumption and speed of the pump drive. In this case too, the use of an estimation algorithm to determine the flow rate and head, restrictive system resistance is conceivable.
  • the correlation value is determined by the ratio of the current flow or return temperature to the current system resistance. In this context, it makes sense to determine the correlation value continuously. However, the correlation value could alternatively only be recorded at certain time periods or cyclically.
  • the heat source or the internal temperature control can take into account a heating curve which, depending on at least one parameter, in particular the outside temperature, sets a specification for the target temperature of the flow and/or return. If this is the case, an evaluation of the heating curve used can be made by evaluating the correlation value determined according to the invention.
  • the ideal flow or return temperature would always be set under all possible operating conditions, which covers the current heating requirement but does not consume energy unnecessarily.
  • the heating curve is If it is set too steeply, i.e. the flow temperature would be set too high for the current heating requirement, the thermostat valves have to throttle away the excess heat input, which increases the system resistance. The relationship and thus the correlation value between flow/return temperature and system resistance changes.
  • the slope and/or an offset value of the heating curve is assessed as too low.
  • the evaluation result can, for example, be provided in the form of a recommendation for action for adjusting the heating curve as electronic information that can be communicated to any external device.
  • a visual or acoustic information display of the result is also conceivable. Such an approach makes sense and is conceivable, for example, if the process is carried out entirely by a circulation pump.
  • the method can also provide for an automatic adjustment of the heating curve in order to increase its parameters, in particular the slope and/or offset value.
  • the slope of the heating curve can be assessed as too large. In this case, the heating curve could be automatically adjusted to reduce the slope of the curve.
  • the heating curve is optimally or at least sufficiently well adjusted. In this case, the heating curve is not adjusted.
  • the above statements refer to an adjustment of the heating curve of a heating control system.
  • the basic idea of the application that is essential to the invention can also be applied to heating controls that are not based on the outside temperature or do not control the flow temperature using a stored heating curve. Under such conditions, the method can also be used sensibly; in fact, the method may make it unnecessary to record and take the outside temperature into account. It is conceivable, for example, for the heating control to initially adjust the flow and/or return temperature to a predefined setpoint.
  • a subsequent adjustment of the flow temperature is then carried out exclusively or at least largely based on the specific correlation value, which makes it possible to make an exact statement about the current heating requirement.
  • an external sensor for detecting the outside temperature of the building could be dispensed with and instead control could be carried out exclusively on the basis of the proposed method according to the invention.
  • further parameters are taken into account for setting the flow and/or return temperature.
  • the method according to the invention is not used, or at least not only in regular operation, but instead a test procedure can be carried out, during which the flow temperature is specifically manipulated in order to determine the behavior of the system, in particular the change in the system resistance, based on this determine.
  • This approach enables, for example, a targeted optimization process or a learning function for setting the operating parameters of a heating control system.
  • the method according to the invention can also be combined with any other control functions of a heating control or can be superimposed on these already implemented control functions.
  • the type and extent of the automatic adjustment of the heating curve can be adjusted using one or more configurable parameters. In this context, a configurable risk factor is conceivable that determines the scope for change for adjusting the heating curve.
  • a resident feedback function can be implemented, which provides feedback from the resident using appropriate input means, in particular using operating means on the pump and/or the heating control and/or via external communication means, such as a smartphone or tablet with an installed application Heating buildings are recorded and taken into account for further execution of the process. This means that a manual evaluation of a previously made adjustment to the heating curve can be taken into account and included for future adjustments.
  • the invention also relates to a pump, in particular a centrifugal pump, with a pump control that is configured to carry out the method according to the invention, the pump preferably being communicatively connected to a heating control of the heat source via at least one interface in order to carry out an evaluation and/or adjustment the heating curve.
  • a heat source in particular a burner/boiler, with an internal heating control which is configured to carry out the method according to the invention, the heat source preferably being communicatively connected to a circulation pump of the heating system via at least one interface in order to carry out an evaluation and/or adjust the heating curve.
  • the invention also includes a heating system which has at least one pump and a heat source, wherein the pump and/or the heat source each have a controller and/or a central controller which are configured to carry out the method according to the invention.
  • the execution of the method or the individual method steps can be carried out entirely by the pump control or the heating control.
  • a distributed method execution is also conceivable, with substeps being carried out on both the pump control and the heating control.
  • the individual controls in particular the pump control and/or the heating control, can communicate with one another via suitable interfaces.
  • Figure 1 a diagram showing the time course of the flow temperature and the system resistance within a heating system
  • Figure 2 a diagram showing the time course of the calculated correlation value
  • Figure 3 a schematic representation of the flow chart of the method according to the invention.
  • the method according to the invention will be explained using the example of a heating system which, for example, includes a boiler as a heat source and sets the flow temperature using a heating curve.
  • the heat transfer medium is circulated in the pipeline network using a heating circulation pump, which pumps the medium in the circuit depending on the operating point, depending on a flow rate and a certain delivery head.
  • the system resistance is influenced by the valve position of individual thermostat valves on the radiators.
  • the method is largely carried out by the integral pump control of the heating circulation pump.
  • the heating pump determines the actual heat requirement in the heating system and provides the heating control of the burner with this information, for example, to adapt the flow temperature control.
  • the heating control then sets the flow temperature either only based on that determined by the pump as required or it combines the demand determined by the pump with the outside temperature signal.
  • the flow temperature is determined by the pump either through an external sensor or through an internal estimate.
  • the system resistance describes the losses of the pipes as well as the sum of the losses of all thermostatic valves. Since the losses in the pipes are constant, the position of the thermostatic valves can be determined directly from the system resistance.
  • the delivery flow Q and delivery head H are typically determined by the pump control using an internal estimation algorithm.
  • FIG. 3 shows the previously described control process again schematically.
  • the flow temperature and the system resistance are first determined.
  • the course of the correlation value is monitored over a certain period of time, in particular continuously. If this is approximately constant, the process goes to block 20, which determines the level of the correlation value. If the correlation value is above a specific limit value, the method continues with block 30.
  • the heating curve must be made steeper, which the pump communicates to the heating control via an interface. However, if the determined correlation value is low and below the limit value, the heating curve currently used is assessed as optimal and is not modified. The process returns to block 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung einer Heizungsanlage, umfassend ein Rohrleitungsnetz mit variablem Anlagenwiderstand sowie wenigstens einer Wärmequelle, die ein Heizmedium mit definierter Vorlauftemperatur in das Rohrleitungsnetz einspeist, und wenigstens einer Umwälzpumpe zur Umwälzung des Heizmediums innerhalb des Rohrleitungsnetzes mit den Verfahrensschritten Bestimmen der aktuellen Vor- und/oder Rücklauftemperatur, Bestimmen des Anlagenwiderstandes des Rohrleitungsnetzes und Berechnung eines Korrelationswertes zwischen aktueller Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur und dem aktuellen Anlagenwiderstand.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung einer Heizungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung einer Heizungsanlage, umfassend ein Rohrleitungsnetz mit variablem Anlagenwiderstand, wenigstens einer Wärmequelle, die ein Heizmedium mit definierter Vorlauftemperatur in das Rohrleitungsnetz einspeist, sowie wenigstens einer Umwälzpumpe zur Umwälzung des Heizmediums innerhalb des Rohrleitungsnetzes.
Wohnräume oder sonstige Gebäude werden üblicherweise von einer Zentralheizung beheizt. Eine Wärmequelle, insbesondere ein Heizkessel, erwärmt das im Rohrleitungsnetz zirkulierende Medium auf eine spezifische Vorlauftemperatur, bevor es nach dem Durchströmen der mittels Thermostatventile steuerbaren Heizkörper über den Rücklauf zurück zur Wärmequelle gefördert wird. Für den Förderstrom sorgt eine Umwälzpumpe.
Die Soll-Vorlauf- oder Rücklauftemperatur der Zentralheizung wird durch die Heizungssteuerung eingestellt, wobei sich in der Praxis eine Außentemperatur geführte Einstellung der Vorlauftemperatur bewährt hat. Die Heizungssteuerung empfängt typischerweise über ein Sensorsignal die aktuelle Außentemperatur, die als Indiz für den zu erwartenden Wärmebedarf der zu beheizenden Fläche dient. Die Soll-Vorgabe für die einzustellende Vorlauf- oder Rücklauftemperatur erhält die Heizungssteuerung durch eine hinterlegte Heizkurve, die in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebsparameters, hier der aktuellen Außentemperatur, die entsprechende Soll-Temperatur für den Vorlauf o- der Rücklauf vorgibt. Eine solche Heizkurve ist üblicherweise gebäudespezifisch und kann daher durch den Bediener der Anlage modifiziert werden, um die Temperatursteuerung bedarfsgerecht einstellen zu können. Unter anderem lässt sich sowohl die Steilheit der Heizkurve als auch optional ein möglicher Offset festlegen. Eine zu flach eingestellte Heizkurve führt dazu, dass das Gebäude bei geringen Temperaturen nicht ausreichend mit Wärme versorgt wird. Im Gegensatz dazu ist bei einer zu steil eingestellten Kurve die Versorgung des Gebäudes mit ausreichend Wärme zwar gesichert, allerdings steigt der Energieverbrauch aufgrund von Kessel- und Rohrleitungsverlusten unnötig stark an.
Auch bei einer perfekt auf die aktuelle Außentemperatur eingestellten Heizkurve ist davon auszugehen, dass dennoch unnötig Energie verbraucht wird, da das Signal der Außentemperatur nicht unmittelbar mit dem Heizbedarf korreliert. So ist der Wärmebedarf beispielsweise bei niedrigen Temperaturen jedoch starker Sonneneinstrahlung niedriger, als bei höheren Temperaturen und windiger bzw. bedeckter Wetterlage. Dazu können innere Wärme- und Kältequellen (elektrische Geräte, wie Bachkofen, Computer, usw., als auch größere Menschenmengen oder offene Fenster) den Bedarf weiter beeinflussen.
Zusammenfassend ergeben sich also für die bisher angewendete Heizungsregelung auf Grundlage der Außentemperatur folgende zwei Schwachpunkte:
- die Heizkurve ist gebäudespezifisch und wird meist zu steil eingestellt
- aus der Außentemperatur lässt sich der Heizbedarf nur suboptimal ableiten
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine dahingehend verbesserte Möglichkeit zur Steuerung der Temperatur des zirkulierenden Heizmediums aufzuzeigen, die die obenstehenden Nachteile zu überwinden weiß.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand der ab- hängigen Ansprüche. Darüber hinaus wird die Erfindung auch durch eine Umwälzpumpe, Wärmequelle und/oder Heizungsanlage gemäß den Merkmalen der Ansprüche 15 bis 16 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zunächst die aktuelle Vor- und/oder Rücklauftemperatur des im Rohrleitungsnetz zirkulierenden Heizmediums bestimmt wird. Unter der Vorlautemperatur wird diejenige Temperatur verstanden, die das Heizmedium unmittelbar stromabwärts oder zumindest in der Nähe der Wärmequelle vor dem Durchströmen eines Wärmetauschers bzw. Heizkörpers aufweist. Als Rücklauftemperatur wird diejenige Temperatur des Heizmediums verstanden, die das Heizungsmedium aufweist, wenn es aus dem Rohrleitungsnetz zurück zur Wärmequelle strömt, also vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts der Wärmequelle hat. Die Ausgestaltung der Wärmequelle ist beliebig, exemplarisch kann diese einen Brenner, eine Brennwertheizung, eine Wärmepumpe, usw. umfassen.
In Ergänzung zur Temperaturerfassung wird erfindungsgemäß der Anlagenwiderstand des Rohrleitungsnetzes bestimmt, bspw. gemessen oder anhand sonstiger Betriebsdaten berechnet oder geschätzt. Der Anlagenwiderstand des Rohrleitungsnetzes ist bei Heizkreisen mit integrierten Armaturen, wie beispielsweise Ventilen, insbesondere Thermostatventilen, dynamisch und setzt sich aus einem statischen und dynamischen Anteil zusammen. Der statische Anteil wird durch den Rohrleitungswiderstand des Rohrleitungsnetzes bestimmt. Der dynamische Anteil hängt von etwaigen Armaturstellungen, insbesondere Ventilstellungen innerhalb der Anlage ab, vorwiegend also vom Öffnungsgrad verbauter Ventile, insbesondere Thermostatventile der einzelnen Heizkörper oder sonstiger Wärmetauscher innerhalb der Anlage. Da der Öffnungsgrad der Ventile, insbesondere Thermostatventile charakteristisch für den aktuellen Wärmebedarf im jeweiligen Raum ist, lässt sich anhand des Anlagenwiderstandes, insbesondere des dynamischen Anteils, auf den aktuellen Wärmebedarf schlussfolgern.
Vom Erfinder wurde erkannt, dass eine gewisse Korrelation zwischen der Mediumtemperatur und dem Anlagenwiderstand existiert. Diese Erkenntnis ermöglicht es, durch Überwachung der beiden Werte festzustellen, ob die Heizungsanlage unter optimalen Bedingungen läuft, sprich ob die Anlage den erforderlichen Wärmebedarf erfüllen kann, gleichzeitig jedoch nicht unnötig Energie verbraucht. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, auf Grundlage der bestimmten Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur sowie des bestimmten Anlagenwiderstandes einen Korrelationswert zu ermitteln, der eine Bewertung der Betriebsbedingungen sowie Anlageneffizienz ermöglicht. Mit anderen Worten lässt sich mittels des Verfahrens bspw. Evaluieren, ob die aktuelle Regelung der Heizungsanlage, insbesondere der Wärmequelle, den aktuellen Heizungsbedarf abdecken kann, ohne jedoch unnötig Energie zu verbrauchen. Dies ermöglicht bspw. weitreichende Möglichkeiten zur Anlagensteuerung, bspw. lässt sich das Verfahren in Ergänzung zu einer außentemperaturgeführten Heizungsregelung einsetzen. Im Idealfall besteht sogar die Möglichkeit, auf die Außentemperatur als Führungsgröße zu verzichten, wodurch der Einsatz und die Installation eines Außentemperaturfühlers überflüssig wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Verfahren eine Bewertung der aktuellen Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur vorsieht, bspw. dahingehend, dass die aktuell eingestellte Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur zu hoch oder zu niedrig ist, um einen optimal effizienten Heizungsbetrieb zu gewährleisten.
Die Bestimmung der aktuellen Vorlauf- bzw. Rücklauftemperatur kann sensorisch erfolgen, d.h. durch wenigstens einen integrierten Sensor im entsprechenden Rohrleitungsabschnitt. Auch könnte ein in der Umwälzpumpe verbauter Sensor genutzt werden. Denkbar ist es ebenfalls, die Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur per Schätzalgorithmus zu ermitteln oder mittelbar auf Grundlage anderer Betriebsparameter zu berechnen. Der Schätzalgorithmus verwendet insbesondere Betriebsparameter der Pumpe, wie die aktuelle Pumpendrehzahl und/oder das Drehmoment des Pumpenantriebsaggregats, und wird demzufolge sinnvollerweise auf bzw. durch die Umwälzpumpe ausgeführt.
Der aktuelle Anlagenwiderstand könnte theoretisch messtechnisch erfasst werden. Bevorzugt ist jedoch eine Berechnung des Anlagenwiderstandes unter Verwendung des Förderstroms Q und/oder des hydraulischen Drucks des Heizmediums innerhalb der Anlage. Die letztgenannten Parameter liegen bspw. der Umwälzpumpe oder der Heizungssteuerung vor, so dass eine Berechnung des Anlagenwiderstands für den aktuellen Betriebspunkt möglich ist. Förderstrom und Förderhöhe der Pumpe lassen sich bspw. sensorisch ermitteln. Denkbar ist jedoch ebenfalls, dass auch diese Werte anhand anderer Betriebsparameter der Umwälzpumpe, bspw. der aktuellen Leistungsaufnahme und Drehzahl des Pumpenantriebs berechnet werden. Auch in diesem Fall ist die Verwendung eines Schätzalgorithmus zur Ermittlung von Förderstrom und Förderhöhe, restriktive Anlagenwiderstand denkbar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Korrelationswert durch das Verhältnis der aktuellen Vorlauf- oder Rücklauftemperatur zum aktuellen Anlagenwiderstand bestimmt. Sinnvoll ist in diesem Zusammenhang eine zeitkontinuierliche Ermittlung des Korrelationswertes. Der Korrelationswert könnte jedoch alternativ nur zu bestimmten Zeitabschnitten oder zyklisch wiederholend erfasst werden.
Sinnvollerweise wird der Korrelationswert laufend überwacht, um insbesondere zeitliche Änderungen feststellen zu können. Zeitliche Änderung treten insbesondere dann auf, wenn sich der Energiebedarf der zu beheizenden Räumlichkeiten oder aber der Betriebspunkt der Heizung ändert, Stichwort Nachtschaltung. Anhand dieser zeitlichen Entwicklung des Korrelationswertes kann festgestellt werden, ob die aktuelle Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur einen effizienten Anlagenbetrieb ermöglicht.
Wie bereits im einleitenden Teil der Beschreibung ausgeführt wurde, kann die Wärmequelle bzw. die interne Temperaturregelung eine Heizkurve berücksichtigen, die in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters, insbesondere der Außentemperatur, eine Vorgabe zur Soll-Temperatur des Vorlaufs und/oder Rücklaufs macht. Ist dies der Fall, kann durch Auswertung des erfindungsgemäß ermittelten Korrelationswertes eine Bewertung der verwendeten Heizkurve angestellt werden.
Im Fall einer optimalen Heizkurve würde unter allen möglichen Betriebsbedingungen stets die ideale Vorlaut- oder Rücklauftemperatur eingestellt sein, die den aktuellen Heizbedarf abdeckt, jedoch nicht unnötig Energie verbraucht. Ist die Heizkurve jedoch zu steil eingestellt, d.h. die Vorlauftemperatur wäre für den aktuellen Heizbedarf zu hoch eingestellt, müssen die Thermostatventile den überschüssigen Wärmeeintrag wegdrosseln, wodurch der Anlagenwiderstand ansteigt. Das Verhältnis und damit der Korrelationswert zwischen Vorlauf/Rücklauftemperatur und Anlagenwiderstand ändert sich.
Mit dieser Erkenntnis ist es nun möglich, die aktuell verwendete Heizkurve zu bewerten und gegebenenfalls anzupassen, um den Heizungsbetrieb weiter zu optimieren.
Wird bspw. eine Änderung des Korrelationswertes bzw. eine Änderung des Korrelationswertes um einen bestimmten Mindestbetrag festgestellt, wird die Steigung und/oder ein Offsetwert der Heizkurve als zu gering bewertet. Das Bewertungsergebnis kann bspw. in Form einer Handlungsempfehlung für die Anpassung der Heizkurve als elektronische Information bereitgestellt werden, die an ein beliebiges externes Gerät kommunizierbar ist. Vorstellbar ist auch eine visuelle oder akustische Informationsanzeige des Ergebnisses. Eine solche Vorgehensweise ist bspw. dann sinnvoll und denkbar, wenn das Verfahren vollständig durch eine Umwälzpumpe ausgeführt wird. Alternativ oder ergänzend zur Informationsausgabe kann das Verfahren jedoch auch eine automatische Anpassung der Heizkurve vorsehen, um deren Parameter, insbesondere Steigung und/oder Offsetwert zu erhöhen. Ändert sich der über eine bestimmte Dauer bestimmte Korrelationswert nicht bzw. liegt die Änderung nur innerhalb eines tolerierbaren Änderungsbereichs und der Korrelationswert ist ferner größer als ein definierbarer Grenzwert, so kann die Steigung der Heizkurve als zu groß bewertet werden. In diesem Fall könnte eine automatische Anpassung der Heizkurve zur Reduktion der Kurvensteigung erfolgen.
Bleibt hingegen der Korrelationswert konstant bzw. liegt innerhalb des Toleranzbandes, und der Betrag des Korrelationswertes unterschreitet den vorgenannten Grenzwert, so wird von einer optimal oder zumindest ausreichend gut eingestellten Heizkurve ausgegangen. Eine Anpassung der Heizkurve erfolgt in diesem Fall nicht. Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf eine Anpassung der Heizkurve einer Heizungssteuerung. Die erfindungswesentliche Grundidee der Anmeldung lässt sich jedoch auch auf solche Heizungsregelungen anwenden, die nicht Außentemperatur geführt sind bzw. keine Regelung der Vorlauftemperatur unter Verwendung einer hinterlegten Heizkurve ausführen. Unter solchen Voraussetzungen kann das Verfahren ebenfalls sinnvoll zum Einsatz kommen, vielmehr macht das Verfahren eine Erfassung und Berücksichtigung der Außentemperatur gegebenenfalls überflüssig. Denkbar ist es beispielsweise, dass die Heizungssteuerung die Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur initial auf einen vordefinierten Sollwert einregelt. Eine nachträgliche Anpassung der Vor- lauftemperatur wird dann nachfolgend ausschließlich oder zumindest maßgeblich durch den bestimmten Korrelationswert vorgenommen, der eine genaue Aussage über den aktuellen Heizungsbedarf möglich macht. In diesem Fall könnte beispielsweise auf einen externen Sensor zur Erfassung der Außentemperatur des Gebäudes verzichtet werden und stattdessen eine Regelung ausschließlich auf Grundlage des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Denkbar ist es jedoch ebenso, dass neben dem erfindungsgemäßen Verfahren weitere Parameter für die Einstellung der Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur Berücksichtigung finden.
Denkbar ist es ebenso, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht oder zumindest nicht nur im regulären Betrieb zum Einsatz kommt, sondern stattdessen eine Testprozedur ausführbar ist, während dieser die Vorlauftemperatur gezielt manipuliert wird, um darauf basierend das Verhalten der Anlage, insbesondere die Änderung des Anlagenwiderstandes zu ermitteln. Diese Vorgehensweise ermöglicht bspw. einen gezielten Optimierungsprozess bzw. eine Lernfunktion zur Einstellung der Betriebsparameter einer Heizungssteuerung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zudem mit beliebig anderen Steuerungsfunktionen einer Heizungssteuerung kombinierbar bzw. diesen bereits implementierten Steuerungsfunktionen überlagerbar. Ebenso kann über ein oder mehrere konfigurierbare Parameter Art und Umfang der automatischen Anpassung der Heizkurve einstellbar sein. Vorstellbar ist in diesem Zusammenhang ein konfigurierbarer Risikofaktor, der den Änderungsspielraum für die Anpassung der Heizkurve festlegt. Bei Konfiguration eines hohen Risikofaktors ist nach einer erfolgten Bewertung der Heizkurve eine betragsmäßig höhere Änderung der Heizkurve, insbesondere der Steigung und/oder des Offsetwertes, zulässig, während bei einem kleiner konfigurierten Risikofaktor nur eine geringere Anpassung der Heizkurve zulässig ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann eine Bewohner-Rückmeldefunktion implementiert sein, die mittels entsprechender Eingabemittel, insbesondere mittels Bedienmittel an der Pumpe und/oder der Heizungssteuerung und/oder per externes Kommunikationsmittel, wie ein Smartphone oder Tablet mit installierter Applikation, eine Rückmeldung des Bewohners des zu beheizenden Gebäudes erfasst und für die weitere Verfahrensausführung berücksichtigt. Damit kann eine manuelle Bewertung einer zuvor erfolgten Anpassung der Heizkurve berücksichtigt werden und für zukünftige Anpassungen mit einbezogen werden.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Pumpe, insbesondere Kreiselpumpe, mit einer Pumpensteuerung, die konfiguriert ist, das Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen, wobei die Pumpe vorzugsweise über wenigstens eine Schnittstelle kommunikativ mit einer Heizungssteuerung der Wärmequelle in Verbindung steht, um eine Bewertung und/oder Anpassung der Heizkurve vornehmen zu können. Ebenfalls betrifft die Erfindung eine Wärmequelle, insbesondere einen Brenner/Heizkessel, mit einer internen Heizungssteuerung, die konfiguriert ist, das Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen, wobei die Wärmequelle vorzugsweise über wenigstens eine Schnittstelle kommunikativ mit einer Umwälzpumpe der Heizungsanlage in Verbindung steht, um eine Bewertung und/oder Anpassung der Heizkurve vorzunehmen.
Von der Erfindung ist auch eine Heizungsanlage umfasst, die wenigstens eine Pumpe und eine Wärmequelle aufweist, wobei die Pumpe und/oder die Wärmequelle jeweils eine Steuerung und/oder eine zentrale Steuerung aufweisen, die konfiguriert sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Ausführung des Verfahrens bzw. der einzelnen Verfahrensschritte kann vollständig durch die Pumpensteuerung oder die Heizungssteuerung ausgeführt werden. Denkbar ist es jedoch auch eine verteilte Verfahrensausführung, wobei Teilschritte sowohl auf der Pumpensteuerung als auch auf der Heizungssteuerung ausgeführt werden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, eine gesonderte zentrale Anlagensteuerung vorzusehen, die die notwendigen Verfahrensschritte mit oder ohne Unterstützung der Pumpe und/oder Wärmequelle ganz oder zumindest teilweise ausführt. Für die verteilte Ausführung der Verfahrensschritte ist es naturgemäß notwendig, dass die einzelnen Steuerungen, insbesondere die Pumpensteuerung und/oder die Heizungssteuerung über geeignete Schnittstellen miteinander kommunizieren können.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 : eine Diagrammdarstellung des zeitlichen Verlaufs der Vorlauftemperatur sowie des Anlagenwiderstandes innerhalb einer Heizungsanlage,
Figur 2: eine Diagrammdarstellung des zeitlichen Verlaufs des berechneten Korrelationswertes und
Figur 3: eine schematische Darstellung des Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll exemplarisch am Beispiel einer Heizungsanlage erläutert werden, die zum Beispiel einen Brennkessel als Wärmequelle umfasst und die Vorlauftemperatur anhand einer Heizkurve einstellt. Der Wärmeträger wird im Rohrleitungsnetz mittels einer Heizungsumwälzpumpe zirkuliert, die das Medium betriebspunktabhängig von einem Förderstrom und einer gewissen Förderhöhe im Kreislauf fördert. Der Anlagenwiderstand wird durch die Ventilstellung einzelner Thermostatventile der Heizkörper beeinflusst.
Im Ausführungsbeispiel wird das Verfahren maßgeblich durch die integrale Pumpensteuerung der Heizungsumwälzpumpe ausgeführt. Gemäß der Kernidee der Erfindung ermittelt die Heizungspumpe den tatsächlich vorliegenden Wärmebedarf in der Heizungsanlage und stellt der Heizungssteuerung des Brenners bspw. diese Information zur Anpassung der Vorlauftemperatursteuerung zur Verfügung. Die Heizungssteuerung stellt dann die Vorlauftemperatur entweder nur anhand des von der Pumpe ermittelten Bedarfs ein oder sie kombiniert den von der Pumpe ermittelten Bedarf mit dem Signal der Außentemperatur.
Um den momentanen Wärmebedarf zu ermitteln, stehen der Pumpe folgende Größen zur Verfügung:
Vorlauftemperatur: Die Vorlauftemperatur wird von der Pumpe entweder durch einen externen Sensor oder durch eine interne Schätzung ermittelt.
Anlagenwiderstand Der Anlagenwiderstand beschreibt die Verluste der Rohrleitungen sowie die Summe der Verluste aller Thermostatventile. Da die Verluste der Rohrleitungen konstant sind, lässt sich aus dem Anlagenwiderstand direkt auf die Stellung der Thermostatventile schließen. Der Anlagenwiderstand berechnet sich wie folgt: = H / Q2
Dabei werden Förderstrom Q und Förderhöhe H typischerweise durch einen internen Schätzalgorithmus durch die Pumpensteuerung ermittelt.
Maßgebliche von Bedeutung ist die gegebene Korrelation zwischen der eingestellten Vorlauftemperatur und dem Anlagenwiderstand. Wäre die Heizkurve optimal eingestellt, so würden alle Wettereinflüsse durch die Vorlauftemperatursteuerung kompensiert und das Signal der Vorlauftemperatur wäre vollständig unabhängig vom Verlauf des Anlagenwiderstands. Ist die Heizkurve hingegen zu steil eingestellt, so werden die Thermostatventile den überschüssigen Wärmeeintrag wegdrosseln, was sich durch ein Ansteigen des Anlagenwiderstands zeigt.
Dabei konnte anhand von Laborstudien ermittelt werden, dass bei einer nur geringfügig zu steil eingestellten Heizkurve der Anlagenwiderstand der Vorlauftemperatur folgt. Zur Verdeutlichung dieses Zusammenhangs wird auf den in Figur 1 dargestellten zeitlichen Verlauf der Vorlauftemperatur und des Anlagenwiderstandes verwiesen. In dem untersuchten Gebäude wurde zwischen Tag- und Nacht-Modus umgeschaltet, was an den sprungartigen Änderungen der Vorlauftemperatur zu erkennen ist. Der Zeitraum zwischen 60 Stunden und 120 Stunden sah keine Umschaltung in den Nacht-Modus vor (bspw. am Wochenende). In der Figur 1 ist eindeutig zu erkennen, dass das Signal des Anlagenwiderstands dem Verlauf der Vorlauftemperatur folgt. Dies liegt daran, dass bei hoher Vorlauftemperatur die Thermostatventile schließen müssen, um die Raumtemperatur konstant zu halten. Geschlossene Ventile führen zu einer Erhöhung des Anlagenwiderstands. Dabei ist der Einfluss der Vorlauftemperatur auf den Anlagenwiderstand dominant gegenüber anderen Einflüssen wie bspw. ein kurzzeitig geöffnetes Fenster.
Aufgrund der hohen Korrelation zwischen Vorlauftemperatur und Anlagenwiderstand, lässt sich ein annähernd konstanter Faktor zwischen Vorlauftemperatur und Anlagenwiderstand ableiten, der bspw. wie Folgt berechnet werden kann:
Korrelationswert = Vorlauftemperatur / Anlagenwiderstand
Figur 2 zeigt exemplarisch den resultierenden Verlauf dieses Korrelationswertes für die ermittelten Messwerte der Figur 1. Die Figurendarstellung zeigt ausgenommen tolerierbarer Schwankungen einen nahezu konstanten Verlauf des Korrelationswertes. Dieser Korrelationswert ist proportional zu dem Wert, um den die Heizkurve zu steil eingestellt ist. Die Heizungssteuerung kann folglich aus dem Signal des Korrelationswertes ableiten, ob die Heizkurve zu steil oder zu flach eingestellt ist.
Hierbei kann gemäß folgendem Regelwerk vorgegangen werden:
Fall 1 : Korrelationswert nicht konstant -> Heizkurve zu flach:
Sollte der Korrelationswert nicht konstant sein, so folgen die Thermostatventile nicht der Vorlauftemperatur. Dies deutet auf eine zu flache Heizkurve hin. Die Heizkurve muss steiler werden.
Fall 2: Korrelationswert konstant, Korrekturwert groß -> Heizkurve zu steil: Wenn der Korrekturwert konstant ist, so ist die Heizkurve nicht zu flach und das Gebäude wird ausreichend mit Wärme versorgt. Ist der Korrelationswert aber betragsmäßig groß, so ist dies ein Hinweis darauf, dass das Gebäude überversorgt ist und der Energieverbrauch unnötig erhöht ist. Die Heizkurve muss flacher eingestellt werden.
Fall 3: Korrelationswert konstant, Korrekturwert klein -> Heizkurve perfekt:
Der konstante Korrelationswert bedeutet, dass keine Unterversorgung vorliegt und die Heizkurve nicht zu flach eingestellt ist. Ist der Betrag des Korrelationswertes dazu gering, so ist die Heizkurve nicht zu steil. In diesem Fall läuft die Heizung optimal.
Figur 3 zeigt den zuvor beschriebenen Ablauf der Steuerung nochmals schematisch. Im Block 10 werden zunächst die Vorlauftemperatur und der Anlagenwiderstand ermittelt. Über einen bestimmten Zeitraum, insbesondere kontinuierlich wird der Verlauf des Korrelationswertes überwacht. Ist dieser annähernd konstant, so geht das Verfahren zum Block 20 über, der die Höhe des Korrelationswertes bestimmt. Liegt der Korrelationswert über einem spezifischen Grenzwert, so wird das Verfahren mit Block 30 fortgesetzt. Hier wird festgelegt, dass die Heizkurve steiler gestellt werden muss, was die Pumpe über eine Schnittstelle an die Heizungssteuerung kommuniziert. Ist der ermittelte Korrelationswert hingegen gering und liegt unter dem Grenzwert, wird die aktuell verwendete Heizkurve als optimal bewertet und nicht modifiziert. Das Verfahren kehrt zurück zum Block 10.
Wird im Block 10 hingegen erkannt, dass der Korrelationswert nicht konstant ist, da geht das Verfahren zum Block 40 über. In diesem Fall wird eine Mitteilung an die Heizungssteuerung übertragen, wonach die Heizkurve steiler gestellt werden muss, um den Wärmebedarf im Gebäude abdecken zu können.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung einer Heizungsanlage Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung einer Heizungsanlage, umfassend ein Rohrleitungsnetz mit dynamisch veränderlichem Anlagenwiderstand, wenigstens einer Wärmequelle, die ein Heizmedium mit definierter Vorlauftemperatur in das Rohrleitungsnetz einspeist, und wenigstens einer Umwälzpumpe zur Umwälzung des Heizmediums innerhalb des Rohrleitungsnetzes, mit den Verfahrensschritten:
Bestimmen der aktuellen Vor- und/oder Rücklauftemperatur,
Bestimmen des aktuellen Anlagenwiderstandes des Rohrleitungsnetzes, Berechnen eines Korrelationswertes zwischen aktueller Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur und aktuellem Anlagenwiderstand. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass anhand des berechneten Korrelationswertes eine Bewertung der Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur erfolgt und/oder eine Anpassung eines eingestellten Sollwertes für die Vorlauf - und/oder Rücklauftemperatur vorgenommen wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlauftemperatur mittels eines Sensors und/oder per Schätzung, insbesondere per Schätzung von der Pumpe, bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenwiderstand die Verluste in den Rohrleitungen der Heizungsanlage und Verluste der Thermostatventile ein oder mehrerer Heizkörper der Heizungsanlage umfasst. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenwiderstand auf Grundlage des erfassten Förderstroms und der resultierenden Förderhöhe der Umwälzpumpe ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderstrom und/oder die Förderhöhe sensorisch und/oder durch einen Schätzalgorithmus bestimmt werden, insbesondere von der Umwälzpumpe bestimmt werden. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelationswert durch das Verhältnis der Vorlauftemperatur zum Anlagenwiderstand bestimmt ist. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Änderung des Korrelationswertes überwacht wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Wärmequelle gesteuerte Vorlauftemperatur unter Berücksichtigung einer Heizkurve eingestellt wird, die eine Vorlauftemperatur in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters, insbesondere der Außentemperatur festlegt und unter Berücksichtigung des Korrelationswertes eine Bewertung und/oder Anpassung der Heizkurve erfolgt. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer festgestellten Änderung des Korrelationswertes, insbesondere einer Änderung um mindestens einen bestimmten Betrag, eine Anpassung der Heizkurve empfohlen und/oder ausgeführt wird, insbesondere eine Anpassung der Kurvensteigung der Heizkurve und/oder eines Offsetwertes der Heizkurve empfohlen und/oder vorgenommen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Heizkurve reduziert wird, wenn der Korrelationswert konstant bleibt oder nur innerhalb eines Toleranzbandes variiert und der Korrelationswert einen definierbaren Grenzwert überschreitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der Heizkurve nicht erfolgt und/oder eine Bewertung der Heizkurve als optimal erfolgt, wenn der Korrelationswert konstant ist oder nur innerhalb eines Toleranzbandes variiert und einen definierten Grenzwert nicht überschreitet. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle die Vorlauftemperatur initial auf einen vorbestimmten Wert regelt und eine nachträgliche Anpassung der Vorlauftemperatur ausschließlich oder maßgeblich unter Berücksichtigung des Korrelationswertes erfolgt. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einer Umwälzpumpe der Heizungsanlage und/oder durch die Heizungssteuerung der Wärmequelle ausgeführt wird, wobei die Umwälzpumpe und Wärmequelle vorzugsweise über eine Kommunikationsschnittstelle zum Austausch ein oder mehrerer Parameter in Verbindung stehen. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Testprozedur wiederkehrend oder auf Anfrage ausführt, während dieser die Vorlauftemperatur gezielt manipuliert wird. Pumpe, insbesondere Heizungsumwälzpumpe, mit einer Pumpensteuerung, die konfiguriert ist, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen, wobei die Pumpe vorzugsweise über wenigstens eine Schnittstelle kommunikativ mit einer Heizungssteuerung der Wärmequelle in Verbindung steht, um eine Bewertung und/oder Anpassung der Heizkurve vorzunehmen. Wärmequelle, insbesondere Heizkessel, mit einer internen Steuerung, die konfiguriert ist, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen, wobei die Wärmequelle vorzugsweise über wenigstens eine Schnittstelle kommunikativ mit einer Umwälzpumpe in Verbindung steht, um eine Bewertung und/oder Anpassung der Heizkurve vorzunehmen. Heizungsanlage mit wenigstens einer Pumpe und einer Wärmequelle, wobei eine Pumpensteuerung der Pumpe und/oder eine Heizungssteuerung der Wärmequelle derart konfiguriert sind, um das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 auszuführen.
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