EP4549822A1 - Verfahren zum betreiben einer heizungsanlage, heizungsanlage und computerprogramm - Google Patents

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EP4549822A1
EP4549822A1 EP24210458.6A EP24210458A EP4549822A1 EP 4549822 A1 EP4549822 A1 EP 4549822A1 EP 24210458 A EP24210458 A EP 24210458A EP 4549822 A1 EP4549822 A1 EP 4549822A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit
heating
volume flow
heat generator
heating circuit
Prior art date
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Pending
Application number
EP24210458.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jonas Hens
Martin Lebernegg
Michael Sietmann
Stefan Rauscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP4549822A1 publication Critical patent/EP4549822A1/de
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
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1012—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating by regulating the speed of a pump
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F24D19/1036—Having differential pressure measurement facilities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/242—Pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heating system, a heating system and a computer program.
  • Heating systems typically have one or more heating circuits to heat or cool the rooms they supply.
  • Various options are available for implementing multiple heating circuits within a heating system.
  • the appropriate heat transfer medium flow rate can be set independently and separately for each heating circuit.
  • hydraulic decoupling is complex; for example, a system with one heat generator circuit and two heating circuits requires a hydraulic separator, three circulation pumps, and at least one flow rate sensor.
  • a heating system with two heating circuits and one heat generator circuit requires only one overflow valve, two circulation pumps, and two flow rate sensors. Hydraulic balancing in such systems can be achieved using the overflow valve. Two dedicated flow rate sensors are required for status detection, i.e., the distribution of heat transfer fluid flow rates between the two heating circuits, because the heating circuits influence each other.
  • an overflow valve is a mechanical and statically adjustable component that cannot respond to dynamic, variable heat demand. Furthermore, an overflow valve must be manually adjusted and thus positioned within the heater so that it is accessible from the outside, which limits the design freedom of a heater. Last but not least, an overflow valve can become clogged or fail, which is associated with high (maintenance) costs.
  • the invention should not increase the complexity of a heating system and require only minor structural changes, and possibly also reduce the necessary installation work for a heating system.
  • steps a) and b) are carried out at least once in the specified order.
  • Step a) can be carried out at least once after commissioning of the heating system and serves to determine the required differential pressure for the design case.
  • Step a) can also be repeated periodically or as needed.
  • Step b) is used to adjust/find a first setting position of the balancing valve, in which the volume flow delivered by the first circulation pump is distributed between the first and second heating circuits according to the design state.
  • the proposed method serves for a particularly precise and energy-efficient operation of a heating system according to the generic term.
  • the heating system can heat or cool a building.
  • the heating system can be connected to a heating circuit in which a heat transfer medium can circulate.
  • the heat transfer medium can, in particular, be heating water.
  • the heating system can include a heat generator that can transfer heat to or extract heat from a heat generator circuit.
  • the heat generator may, in particular, be a heat pump capable of heating or cooling the heat carrier circulating in the heat generator circuit.
  • the heat generator may also be a heating device designed to Combustion of a fuel.
  • the fuel to be burned can be, for example, natural gas or hydrogen.
  • the heat generator circuit of the heating system can have a first circulation pump that can pump the heat transfer medium.
  • a volume flow sensor can also be present to measure the volume flow of heat transfer medium pumped in the heat generator circuit.
  • the flow of the heat generator circuit can be connected to a flow of a first heating circuit and to the flow of a second heating circuit.
  • the return of the heat generator circuit can be connected to a return of the first heating circuit and a return of the second heating circuit.
  • the first heating circuit and the second heating circuit are two heating circuits arranged in parallel.
  • Heat consumers such as radiators or surface heating systems can be arranged in the first and second heating circuits.
  • one or more radiators controlled by a thermostatic valve can be arranged in the first heating circuit, which can also be referred to as a direct heating circuit.
  • at least one surface heating system can be present in the second heating circuit, which can also be referred to as a mixed heating circuit.
  • the first heating circuit can exclusively contain radiators controlled by a thermostatic valve, and the second heating circuit can exclusively contain one or more surface heating systems.
  • the second heating circuit also contains a balancing valve that can be controlled electrically or electronically and moved by an actuator into a setting position of the balancing valve, which ranges, in particular continuously, from complete closing to complete opening of the balancing valve.
  • the electrically controllable balancing valve can be connected to a process-executing device, such as a control and regulation device.
  • the second heating circuit also includes a three-way mixing valve that can flow through a bypass located between the flow and return of the second heating circuit.
  • the three-way mixing valve can therefore set a flow temperature of the second heating circuit.
  • the three-way mixing valve can also be electrically or electronically controlled and connected to a process-executing device such as a control unit.
  • the second heating circuit includes a temperature sensor for detecting a flow temperature of the second heating circuit, which enables the flow temperature set by the three-way mixing valve to be detected.
  • the second heating circuit can include a second circulation pump configured to circulate the heat transfer medium in the second heating circuit.
  • the balancing valve can be arranged upstream of the three-way mixing valve, and the three-way mixing valve can be arranged upstream of the temperature sensor for measuring the flow temperature.
  • the second circulation pump can be arranged downstream of the three-way mixing valve in the flow direction.
  • the first and/or second circulation pump can, in particular, be a controllable circulation pump, which can also be connected to the control unit as a process-executing device.
  • the first circulation pump can be configured to output a generated differential pressure, for example, via a data transmission connection.
  • the transmission can, for example, be made to a control unit that executes the process.
  • the heating system is therefore a system without hydraulic decoupling with two parallel heating circuits, which is underdetermined in terms of measurement technology.
  • a necessary first differential pressure can be determined, which is required to operate the first heating circuit in the design state.
  • the first differential pressure indicates a differential pressure (a residual head) that is necessary to operate the first heating circuit in the design state.
  • a first setting position of the balancing valve corresponding to the first differential pressure this results in a volume flow in the first heating circuit corresponding to the design state, which, with a specified temperature spread between the supply and return lines, can transfer the heat flow required for supply and thus meet the heating requirement in the first heating circuit.
  • the volume flow in the second heating circuit can be adjusted by the dedicated second circulation pump (circulation pump) and the three-way mixing valve or bypass, independently of the volume flow flowing through the balancing valve.
  • the volume flow flowing through the balancing valve must be at least large enough to provide a sufficient heat flow in the design state with the three-way mixing valve fully open (and thus the bypass closed).
  • the required heat flows and the associated required volume flows may have been determined in advance as part of a heating load calculation.
  • the balancing valve in particular, may be completely closed.
  • design state refers to a state in which the heating system must transfer maximum heat and, therefore, all consumers are fully open.
  • the required flow rates in the first and second heating circuits should be set when performing steps a) and b) by adjusting the balancing valve and thus by dividing the flow rate of the heat generator circuit between the first and second heating circuits.
  • a heating system When planning a heating system, it should be designed to ensure that the heating system is sufficiently dimensioned to supply a building. This usually involves taking into account data relating to the specific climatic conditions at the location and the structural requirements of the specific building/the specific rooms to be supplied. During the design process, for example, a nominal output of a heat generator and the size of a consumer (convector, radiator, underfloor heating, etc.) for each room to be supplied can be determined in order to ensure a reliable supply of the building by the heating system. Based on the design of the heating system (in particular its dimensions, equipment and/or operating mode), a specified heating and/or cooling output can be set or ensured under the predetermined conditions.
  • a (maximum) output of a heat generator can be determined and the consumers to be connected via a heating circuit (radiators, convectors, surface heating (underfloor or wall heating elements)) can be dimensioned in order to ensure a reliable heat supply under the specific climatic conditions at the location and the structural characteristics of the building to be supplied (particularly its thermal insulation).
  • a heating circuit radiatators, convectors, surface heating (underfloor or wall heating elements)
  • Various design methods are known. For example, the specific wall, window, ceiling and/or floor areas for each room to be supplied can be used to determine the specific (output) requirement and then select a specific consumer (e.g. radiators).
  • the floor area of all rooms to be supplied and approximate information on the structural characteristics of the building can be taken into account to determine the requirement and dimension the heating system.
  • the design state is characterized by the maximum heat flow to be transferred, with which the building or the rooms to be supplied can be heated to a specified temperature.
  • a temperature spread between the flow and return of the heat generator circuit as well as a second target volume flow for the heat generator circuit and/or a first target volume flow for the first heating circuit can be specified.
  • the second target volume flow in the heat generator circuit can be made up of the (target) volume flow in the first and second heating circuits and the volume flow that flows via the bypass of the second heating circuit:
  • the second target volume flow can take the heat requirement of the second heating circuit into account and the second heating circuit can be operated in a self-regulating manner.
  • the second circulating pump can be operated to regulate the differential pressure and a flow temperature can be regulated/set via the three-way mixing valve.
  • the process steps a1) to e1) can be carried out at least once in the specified order.
  • the balancing valve can be completely closed. This closes the flow of the second heating circuit, and the entire volume flow of the heat generator circuit flows through the first heating circuit.
  • a predetermined first target volume flow of the design state for the first heating circuit can be regulated by means of the first circulation pump and the volume flow sensor in the heat generator circuit.
  • a first pump operating parameter of the first circulation pump can be detected, which is characteristic of the pump operating state adjusted in step b1).
  • the first pump operating parameter can, in particular, be a PWM signal with which the first circulation pump is controlled, or a pump speed.
  • the detected first pump operating parameter is thus characteristic of the first target volume flow adjusted in step b1) with the balancing valve fully closed.
  • a first pump differential pressure (a delivery head) of the first circulation pump for the first pump operating parameter determined in step c1) can be determined using a predefined pump characteristic.
  • the predefined pump characteristic can be a predefined pump characteristic curve that establishes a relationship between the pumped volume flow, the generated pump differential pressure, and the pump operating parameter (a PWM signal or a pump speed).
  • the first pump differential pressure is thus determined at the time at which the pump operating state of step b1) was adjusted.
  • the first pump differential pressure of the first circulation pump refers to the pressure difference generated by it between the flow and return in the heat generator circuit at a time when the pump operating state of step b1) has been adjusted.
  • the pump differential pressure is made up of the pressure drop in the heat generator circuit and the first differential pressure required to operate the first heating circuit in the design state, or represents a sum of both in the steady state.
  • the pressure drop in the heat generator circuit is given by a predetermined pressure loss characteristic, so that in step e1) the first differential pressure (residual delivery head) for operating the first heating circuit in the design state can be determined.
  • the first differential pressure dp in the design state can be used to determine the hydraulic resistance R hyd of the first heating circuit.
  • Steps a2) and b2) can, in particular, be carried out in parallel and identically. Steps a2) and b2) can be carried out continuously in order to operate the heating system in the design state. If a largely steady state has been established during the execution of steps a2) and b2), according to one embodiment, a first setting position of the circuit regulating valve and, if applicable, the hydraulic resistance of the first heating circuit can be recorded and, if applicable, stored and/or stored in a control system. For example, the first setting position can be stored in a memory of a control and regulation device executing the process.
  • a predetermined second target volume flow in the heat generator circuit can be adjusted using the heat generator circuit's volume flow sensor and the first circulation pump.
  • the second target volume flow can correspond to the target volume flow of the heat generator circuit in the design state.
  • the differential pressure determined in step a) can be adjusted at the specified first target flow rate, with the opening position of the balancing valve serving as a control variable.
  • the balancing valve (which is closed after performing steps a1) to e1) is opened until the differential pressure determined in step a) is set.
  • the pressure loss of the first heating circuit should be greater than the pressure loss of the second heating circuit with the balancing valve fully open.
  • a first setting position is now set on the circuit regulating valve; with the set target volume flow of the design state in the heat generator circuit, the desired volume flows necessary for heat supply in accordance with the design state can be set in the first and second heating circuits.
  • steps a) and b) or a1) to e1) as well as a2) and b2) can be carried out entirely with computer support. Adjusting an overflow valve is thus unnecessary, and in fact, the presence of an overflow valve can be advantageously dispensed with entirely.
  • the first circulation pump when carrying out step b), can be adjusted to a target volume flow by means of the volume flow sensor and the second heating circuit can be adjusted to a constant, predetermined flow temperature and a constant predetermined volume flow by means of the second circulation pump, the three-way mixing valve and the temperature sensor, which is configured to detect a flow temperature of the second heating circuit.
  • radiators with a thermostatic valve are arranged in the first heating circuit
  • operating the valve with a constant, regulated differential pressure is particularly advantageous, since even after individual thermostatic valves are closed, the remaining open radiators are each operated with a constant flow rate.
  • radiators arranged in the first heating circuit are always supplied with the same flow rate even after one or more thermostatic valves are closed.
  • hydraulic balancing of the radiators arranged in the first heating circuit can ensure that the desired flow rate is achieved in each (open) radiator at a constant differential pressure.
  • This flow rate can This corresponds to the volume flow of the heating load calculation (the design), which, at a given temperature difference between the flow and return, provides a volume flow corresponding to the heating load in the design state. If the first heating circuit were operated with a constant volume flow, closing individual thermostatic valves would lead to an increase in the volume flow in the remaining open radiators, which could be accompanied by unpleasant noise.
  • the first circulation pump can regulate a constant volume flow of the design state using the volume flow sensor
  • the second heating circuit can be regulated to a constant, predetermined flow temperature in the second heating circuit using the second circulation pump, the three-way mixing valve, and a temperature sensor configured to detect a flow temperature of the second heating circuit.
  • the volume flow to be regulated can be reduced as needed, and the balancing valve can remain in the first setting position.
  • the flow pumped by the first circulation pump can The volume flow can be reduced as needed.
  • regulation of the pressure difference with the circuit regulating valve as the actuator is ended and the circuit regulating valve is moved to the first setting position and left there. This can advantageously meet a reduced heat demand.
  • a heat pump as the heat generator could detect the decreasing temperature difference between the supply and return lines and reduce the value of the target volume flow to be adjusted in order to increase the temperature difference.
  • a lower return temperature can lead to a lower condensation temperature in the condenser, which can have a positive effect on the efficiency of the heat pump.
  • the absolute value of the volume flow in the heat generator circuit as well as in the first and second heating circuits would decrease.
  • the distribution of the volume flow from the heat generator circuit to the first and second heating circuits remains approximately constant.
  • the volume flow in the heat generator circuit can be reduced as needed, and based on the subsequently reduced volume flow in the first heating circuit, a required second differential pressure can be determined using the largely constant hydraulic resistance of the first heating circuit, and the circuit regulating valve can be controlled to the second differential pressure.
  • This can represent a more comprehensive control strategy that uses the volume flow proportionally reduced in the first heating circuit when the volume flow in the heat generator circuit is reduced. With this reduced volume flow setpoint of the first heating circuit, a new required second differential pressure can be determined using the hydraulic resistance approach described above, at which the reduced volume flow in the first heating circuit will occur.
  • Steps a3) to c3) can be performed at least once in the specified order.
  • the first heating circuit should be completely blocked.
  • a corresponding zone valve could, for example, be closed automatically.
  • the balancing valve should be opened sufficiently to ensure that the minimum flow rate can be delivered at the maximum speed (power) of the first circulation pump.
  • the second setting position of the balancing valve is known, which can ensure the circulation of a minimum flow rate in the heating circuits.
  • the minimum flow rate is particularly necessary to be able to react when heating requirements are detected, for example by opening a thermostatic valve, to be able to cope with a sudden drop in the return temperature by extracting heat, and also to create a possibility for extracting heat from the heating system.
  • a heating system which comprises means for carrying out a method proposed here.
  • the heating system can also have a heat generator circuit with a first circulation pump and a volume flow sensor.
  • the heat generator circuit can also be provided with a first heating circuit and a second heating circuit.
  • a second circulation pump and a 3-way mixing valve can be installed in the second heating circuit, which can flow through a bypass between the flow and return of the second heating circuit.
  • a balancing valve and a temperature sensor for detecting a flow temperature of the second heating circuit can be installed in the second heating circuit.
  • a control and regulating device in particular of a heating system, configured to carry out a method presented here.
  • the control and regulating device can, for example, have or have a processor.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the control and regulating device).
  • Data necessary for carrying out a method proposed here for example data of the design state, a pump characteristic curve of the first circulating pump, a pressure loss characteristic of the heat generator circuit, as well as data acquired during the implementation of the method, such as a first and second setting position of the circuit regulating valve and a recorded or determined differential pressure, can advantageously also be stored in the memory (of the control and regulating device).
  • a computer program (product) is also proposed, comprising instructions that cause a computer to perform a method presented here.
  • the computer program can, in particular, perform all or part of the proposed method steps.
  • 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.
  • volume flow this refers to a flow rate.
  • mass flow which can be converted into a volume flow, and vice versa, given the density and temperature of the circulating heat transfer medium.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, quantities, or processes, and therefore do not necessarily specify any interdependence and/or sequence of these objects, quantities, or processes. Should a dependence and/or sequence be required, this is explicitly stated here or will be obvious to the person skilled in the art upon studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components may apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • a method for operating a heating system, a computer program, a control device, and a heating system are provided that at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method, the computer program, the control device, and the heating system at least contribute to proposing a particularly precise and energy-efficient operation of a heating system with at least two heating circuits that are not hydraulically decoupled and are metrologically underdetermined.
  • the invention can be implemented particularly easily since no structural changes to a heating system are required and a purely software-based implementation of the invention appears possible.
  • Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a sequence of a method proposed here.
  • the method serves for efficient and precise operation of the heating system 1.
  • the sequence of steps a) and b) shown in blocks 110 and 120 can occur in a regular method sequence.
  • the shown sequence of the sub-steps a1), b1), c1), d1) and e1) to be carried out according to an embodiment of step a), which are shown in blocks 130, 140, 150, 160 and 170 can result.
  • step b) can result by carrying out sub-steps a2) and b2), which are shown in blocks 180 and 190.
  • Fig. 2 shows, by way of example and schematically, a heating system 1 proposed here.
  • This comprises a heat generator 2, which can be designed here as a heat pump with an outdoor unit 3 and a condenser 4.
  • the condenser 4 can be configured to transfer heat to a heat generator circuit 13.
  • a first circulating pump 8 and a volume flow sensor 5 are arranged in the heat generator circuit 13.
  • a flow line 6 and a return line 7 of the heat generator circuit 13 can be connected to a first heating circuit 10 and a second heating circuit 11, wherein the first heating circuit 10 and the second heating circuit 11 are arranged in parallel.
  • the first heating circuit 10 can supply several radiators arranged in parallel with thermostatic valves.
  • a circuit regulating valve 16 can be arranged upstream of the second heating circuit 11.
  • a second circulation pump 19 and a three-way mixing valve 17, as well as a bypass 18 between the balancing valve 16 and the return of the heat generator circuit 13, can be arranged in the second heating circuit 11. Furthermore, a temperature sensor 20 can be arranged in the second heating circuit 11, which can measure the flow temperature of the second heating circuit 11.
  • the heating system 1 can also include a domestic hot water supply 14, which can be coupled to the heat generator circuit 13 by means of a three-way valve 9 and a storage tank 15.
  • the heating system 1 can comprise a control and regulation device 29, which can be configured to carry out a method proposed here.
  • the control and regulation device 29 can be electrically connected at least to the circuit regulating valve 16, the three-way mixing valve 17, the temperature sensor 20, the first circulation pump 8, the second circulation pump 19, and the volume flow sensor 5. It is understood that the control and regulation device 29 can be electrically connected to further sensors of the heat generator 2, the domestic water supply 14, and other devices of the heating system 1 in order to regulate and control them.
  • Fig. 3 shows exemplary parameter curves that can be achieved when performing steps a) and b) of a method proposed here.
  • a PWM signal 21 pulse width modulated signal
  • the course of the volume flow 22 detected by the volume flow sensor 5 the course of the setting position 25 of the circuit regulating valve 16 and the differential pressure 26 are shown.
  • a first differential pressure 27 can be determined, which is required to operate the first heating circuit 10 in the design state.
  • the following substeps a1), b1), c1), d1, and e1) shown in blocks 130, 140, 150, 160, and 170 can be performed for this purpose.
  • step a1) the circuit regulating valve 16 can be completely closed, whereby the entire volume flow 22 pumped by the first circulation pump 8 flows from the heat generator circuit 13 into the first heating circuit 10. This can be seen in the course of the setting position 25 of the circuit regulating valve 16 by setting the closing position 30.
  • a predetermined first target volume flow 23 for the first heating circuit 10 can be adjusted using the first circulation pump 8 and the volume flow sensor 5 in the heat generator circuit 13.
  • the first target volume flow 23 can be the target volume flow of the first heating circuit 10 in the design state, which was determined according to a heating load calculation.
  • the first target volume flow 23 is established as recognizable by the profile of the volume flow 22.
  • the corresponding PWM signal 21 of the first circulation pump 8 can be detected as the first pump operating parameter 31 in block 150 according to step c1) and stored in a memory.
  • a pump differential pressure 12 between the inlet and outlet of the first circulation pump 8 can be determined based on the first pump operating parameter 31 determined in step c1) and a predetermined pump characteristic.
  • the pump characteristic is a characteristic curve specific to the specific pump, which establishes a relationship between the volume flow 22, the PWM signal 21, and the delivery head or the pump differential pressure generated by the pump.
  • a first differential pressure 27 (i.e., a value of the pump differential pressure 12) can be determined based on the pump differential pressure 12 (delivery head) determined in step d1) (block 160) and a pressure loss determined by the predetermined pressure loss characteristic of the heat generator circuit 13.
  • the first differential pressure 27 can be determined, which is composed of the pump differential pressure and the pressure loss of the heat generator circuit 13.
  • a second predetermined target volume flow 24 in the heat generator circuit 13 can be adjusted by means of the volume flow sensor 5, and the first differential pressure 27 determined in step a) can be adjusted by means of the circuit regulating valve 16.
  • Two control circuits can be used for this purpose.
  • step b) can be executed according to one embodiment by performing the substeps a2) and b2) shown in blocks 180 and 190.
  • Substeps a2) and b2) can be executed in particular in parallel or simultaneously.
  • a predetermined second target volume flow 24 in the heat generator circuit 13 can be adjusted by means of the volume flow sensor 5 of the heat generator circuit 13 and the first circulation pump 8.
  • Fig. 3 is a corresponding increase in the PWM signal 21 of the first circulation pump 8 and an increase in the volume flow 22.
  • the first differential pressure 27 determined in step a) can be adjusted using the balancing valve 16 as the actuator.
  • the setting position 25 of the balancing valve 16 is changed so that it opens until a first setting position 32 has been adjusted, at which the course of the differential pressure 26 is adjusted to the first differential pressure 27.
  • FIG. 3 A design condition of 500 liters per hour was realized in the first heating circuit 10 and potentially in the second heating circuit 11.
  • the heating system 1 can now be operated energy-efficiently with the volume flows 22 provided for in the design condition.
  • Fig. 3 also shows a tested volume flow 28 of the first heating circuit, which corresponds to the first target volume flow 23 set in step a1), thus confirming the success of the process.
  • the tested volume flow 28 was determined externally as part of a laboratory test.
  • the second heating circuit 11 can set a flow temperature by means of the three-way mixing valve 17 and a volume flow by means of the second circulation pump 19.
  • the first setting position 32 on the circuit regulating valve 16 can be fixed and the power of the first circulation pump 8 can be reduced.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1) vorgeschlagen. Die Heizungsanlage (1) weist einen Wärmeerzeugerkreis (13) mit einer ersten Umwälzpumpe (8) und einem Volumenstromsensor (5) auf, wobei der Wärmeerzeugerkreis (13) mit einem ersten Heizkreis (10) und einem zweiten Heizkreis (11) hydraulisch verbunden ist und im zweiten Heizkreis (11) eine zweite Umwälzpumpe (19) sowie ein 3-Wege-Mischventil (17), das einen Bypass (18) zwischen Vorlauf und Rücklauf des zweiten Heizkreises (11) durchströmen kann, sowie ein Strangregulierventil (16) angeordnet sind und das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
a) Bestimmen eines notwendigen ersten Differenzdruckes (27), um den ersten Heizkreis (10) im Auslegungszustand zu betreiben, und
b) Einregeln eines zweiten vorgegebenen Sollvolumenstromes (24) im Wärmeerzeugerkreis (13) und Einregeln des in Schritt a) ermittelten ersten Differenzdruckes (27) mit der
Stellposition (25) des Strangregulierventils (16) als Stellglied.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, eine Heizungsanlage und ein Computerprogramm.
  • Heizungsanlagen weisen in der Regel einen oder mehrere Heizkreise auf, um die zu versorgenden Räumlichkeiten zu wärmen oder zu kühlen. Für die Realisierung mehrerer Heizkreise in einer Heizungsanlage sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. Bei Systemen mit einer hydraulischen Entkopplung kann für jeden Heizkreis unabhängig und separat der passende Volumenstrom Wärmeträger eingestellt werden. Nachteilig ist eine hydraulische Entkopplung aufwendig, so sind hierfür beispielsweise für eine Anlage mit einem Wärmeerzeugerkreis und zwei Heizkreisen eine hydraulische Weiche, drei Umwälzpumpen und mindestens ein Volumenstromsensor notwendig.
  • Demgegenüber sind Systeme ohne hydraulische Entkopplung erheblich einfacher aufgebaut und somit kostengünstiger. So benötigt eine Heizungsanlage mit zwei Heizkreisen und einem Wärmeerzeuger Kreis lediglich ein Überströmventil, zwei Umwälzpumpen und zwei Volumenstromsensoren. Der hydraulische Abgleich kann bei derartigen Anlagen durch das Überströmventil umgesetzt werden. Für eine Zustandserkennung, also die Verteilung der Volumenströme Wärmeträger auf die beiden Heizkreise, sind zwei dezidierte Volumenstromsensoren notwendig, da sich die Heizkreise gegenseitig beeinflussen.
  • Auch bekannt sind Systeme ohne hydraulische Entkopplung, die lediglich einen Volumenstromsensor nutzen. Derartige Systeme sind allerdings messtechnisch unterbestimmt. Nach dem Stand der Technik wird eine passende Wärmeverteilung zwischen den beiden Heizkreisen durch die Einstellung des Überströmventils gewährleistet. Allerdings kann, aufgrund der Verwendung von nur einem Volumenstromsensor im Wärmeerzeugerkreis, das Überströmventil nicht anhand von Messwerten eingestellt werden. So erfolgt nach dem Stand der Technik das Einstellen des Überströmventils anhand eines Pumpenleistungsdiagramms. Hierzu wird vom Installateur ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal an der Umwälzpumpe vorgegeben und durch Ausprobieren ein vorgegebener Volumenstrom eingestellt. Über die dadurch bekannte Kombination von Volumenstrom und PWM-Signal der Umwälzpumpe kann der Druckverlust bestimmt und am Überströmventil eingestellt werden. Anschließend kann das pulsweitenmodulierte Signal an der Umwälzpumpe erhöht werden, bis der gewünschte Systemvolumenstrom erreicht ist.
  • Diese Methode ist für den Installateur aufwändig und zudem häufig ungenau. So existiert keine Rückmeldung des Systems über die genaue Verteilung der Volumenströme, und damit der Wärmeverteilung. Zudem gibt es keine Rückmeldung, an der ein Installateur ein reguläres Funktionieren des Überströmventils erkennen könnte.
  • Zudem handelt es sich bei einem Überströmventil um eine mechanische und statisch einstellbare Komponente, die nicht auf einen dynamischen, variablen Wärmebedarf reagieren kann. Zudem muss ein Überströmventil händisch eingestellt werden und damit von außen erreichbar im Heizgerät angeordnet werden, wodurch die Gestaltungsfreiheit beim Design eines Heizgerätes eingeschränkt wird. Nicht zuletzt kann sich ein Überströmventil zusetzen oder ausfallen, was mit hohen (Wartungs-) Aufwänden verbunden ist.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch nicht entkoppelten Heizungsanlage mit zwei Heizkreisen vorzuschlagen, das mit lediglich einem Volumenstromsensor, zwei Umwälzpumpen und ohne die Nutzung eines Überströmventils eine bedarfsgerechte Versorgung der beiden Heizkreise in einem Vollast- und Teillastbestrieb gewährleisten kann. Zudem soll das Verfahren es ermöglichen, den Umlauf eines Mindestvolumenstroms im Wärmeerzeugerkreis sicherzustellen und auf unterschiedliche Wärmeanforderungen zu reagieren.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität einer Heizungsanlage nicht erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen erfordern, und gegebenenfalls auch notwendige Installationsarbeiten für eine Heizungsanlage reduzieren.
  • 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 zum Betreiben einer Heizungsanlage bei. Die Heizungsanlage weist einen Wärmeerzeugerkreis mit einem Vorlauf und einem Rücklauf, einer ersten Umwälzpumpe und einem Volumenstromsensor zum Bestimmen des von der ersten Umwälzpumpe geförderten Volumenstromes auf. Der Wärmeerzeugerkreis ist mit einem ersten Heizkreis und einem zweiten Heizkreis hydraulisch verbunden, wobei im zweiten Heizkreis eine zweite Umwälzpumpe sowie ein 3-Wege-Mischventil, das einen Bypass zwischen Vorlauf und Rücklauf des zweiten Heizkreises durchströmen kann, sowie ein Strangregulierventil angeordnet ist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Bestimmen eines notwendigen ersten Differenzdruckes (auch als Restförderhöhe bezeichnet), um den ersten Heizkreis im Auslegungszustand zu betreiben, und
    2. b) Einregeln eines zweiten vorgegebenen Sollvolumenstromes im Wärmeerzeugerkreis mittels des Volumenstromsensors und Einregeln des in Schritt a) ermittelten Differenzdruckes durch das Strangregulierventil.
  • Die Schritte a) und b) werden bei einem regulären Verfahrensablauf mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Dabei kann der Schritt a) zumindest einmalig nach Inbetriebnahme der Heizungsanlage durchgeführt werden und dient dem Ermitteln des nötigen Differenzdruckes des Auslegungsfalles. Dabei kann eine Durchführung des Schrittes a) auch periodisch oder bedarfsorientiert wiederholt werden. Der Schritt b) dient einem Einregeln/ Auffinden einer ersten Stellposition des Strangregulierventils, in dem eine Aufteilung des von der ersten Umwälzpumpe geförderten Volumenstromes auf den ersten und zweiten Heizkreis gemäß Auslegungszustand erfolgt.
  • Das vorgeschlagene Verfahren dient einem besonders präzisen und energieeffizienten Betreiben einer Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff.
  • Die Heizungsanlage kann ein Gebäude heizen oder kühlen. Hierfür kann die Heizungsanlage mit einem Heizkreis verbunden sein, in dem ein Wärmeträger zirkulieren kann. Bei dem Wärmeträger kann es ich insbesondere um Heizungswasser handeln. Die Heizungsanlage kann einen Wärmeerzeuger umfassen, der Wärme auf einen Wärmeerzeugerkreis übertragen oder diesem entziehen kann.
  • Bei dem Wärmeerzeuger kann es sich insbesondere um eine Wärmepumpe handeln, die in der Lage ist, den im Wärmeerzeugerkreis zirkulierenden Wärmträger zu wärmen oder zu kühlen. Bei dem Wärmeerzeuger kann es sich auch um ein Heizgerät, eingerichtet zur Verbrennung eines Brennstoffes handeln. Der zu verbrennende Brennstoff kann beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff sein.
  • Der Wärmeerzeugerkreis der Heizungsanlage kann über eine erste Umwälzpumpe verfügen, die den Wärmeträger fördern kann. Zudem kann ein Volumenstromsensor zum Erfassen des im Wärmeerzeugerkreis geförderten Volumenstromes Wärmeträger vorhanden sein. Der Vorlauf des Wärmeerzeugerkreises kann mit einem Vorlauf eines ersten Heizkreises und mit dem Vorlauf eines zweiten Heizkreises verbunden sein. Analog kann der Rücklauf des Wärmeerzeugerkreises mit einem Rücklauf des ersten Heizkreises und einem Rücklauf des zweiten Heizkreises verbunden sein. Insofern sind der erste Heizkreis und der zweite Heizkreis zwei parallel angeordnete Heizkreise.
  • Im ersten und zweiten Heizkreis können Wärmeverbraucher wie Heizkörper oder Flächenheizungen angeordnet sein. Insbesondere können im ersten Heizkreis, der auch als direkter Heizkreis bezeichnet werden kann, ein oder mehrere, mit einem Thermostatventil zu regulierende, Heizkörper angeordnet sein. Im zweiten Heizkreis, der auch als gemischter Heizkreis bezeichnet werden kann, kann insbesondere mindestens eine Flächenheizung vorhanden sein. Insbesondere können im ersten Heizkreis ausschließlich mit einem Thermostatventil zu regulierende, Heizkörper und im zweiten Heizkreis ausschließlich ein oder mehrere Flächenheizungen angeordnet sein.
  • Im zweiten Heizkreis ist zudem ein Strangregulierventil angeordnet, das elektrisch bzw. elektronisch ansteuerbar ist und mittels eines Aktors in eine Stellposition des Strangregulierventils verfahren werden kann, die, insbesondere stufenlos, von einem vollständigen Schließen bis zu einem vollständigen Öffnen des Strangregulierventils reicht. Das elektrisch ansteuerbare Strangregulierventil kann mit einer verfahrensdurchführenden Einrichtung, wie einem Regel- und Steuergerät, verbunden sein.
  • Im zweiten Heizkreis umfasst zudem ein Dreiwege-Mischventil, das einen zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des zweiten Heizkreises angeordneten Bypass durchströmen kann. Insofern kann das Dreiwege-Mischventil eine Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises einstellen. Auch das Dreiwege-Mischventil kann elektrisch bzw. elektronisch ansteuerbar und mit einer verfahrensdurchführenden Einrichtung wie einem Regel- und Steuergerät verbunden sein. Zudem ist im zweiten Heizkreis ein Temperatursensor zum Erfassen einer Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises vorhanden, der es ermöglicht, die vom Dreiwege-Mischventil eingestellte Vorlauftemperatur zu erfassen. Nicht zuletzt kann der zweite Heizkreis eine zweite Umwälzpumpe umfassen, dazu eingerichtet den Wärmeträger im zweiten Heizkreis zu zirkulieren.
  • In einer Durchströmungsrichtung des Wärmeträgers durch den zweiten Heizkreis gesehen, kann im zweiten Heizkreis das Strangregulierventil vor dem Dreiwege-Mischventil, und das Dreiwege-Mischventil vor dem Temperatursensor zum Erfassen der Vorlauftemperatur angeordnet sein. Die zweite Umwälzpumpe kann in der Durchströmungsrichtung gesehen dem Dreiwege-Mischventil nachgeordnet sein.
  • Bei der ersten und/ oder zweiten Umwälzpumpe kann es sich insbesondere um eine regelbare Umwälzpumpe handeln, die gleichfalls mit dem Regel- und Steuergerät als verfahrensdurchführende Einrichtung verbunden sein kann. Dabei kann die erste Umwälzpumpe dazu eingerichtet sein, einen erzeugten Differenzdruck auszugeben, beispielsweise über eine Verbindung zur Datenübertragung. Die Übertragung kann dabei beispielsweise an ein verfahrensdurchführendes Regel- und Steuergerät erfolgen.
  • Bei der Heizungsanlage handelt es sich somit um ein System ohne hydraulische Entkopplung mit zwei parallel angeordneten Heizkreisen, das messtechnisch unterbestimmt ist.
  • Gemäß einem Schritt a) kann ein Bestimmen eines notwendigen ersten Differenzdruckes erfolgen, der notwendig ist, um den ersten Heizkreis im Auslegungszustand zu betreiben. Der erste Differenzdruck kennzeichnet dabei einen Differenzdruck (eine Restförderhöhe), der zum Betreiben des ersten Heizkreises im Auslegungszustand notwendig ist. Bei einer, dem erstem Differenzdruck entsprechenden, ersten Stellposition des Strangregulierventils ergeben sich somit im ersten Heizkreis ein Volumenstrom entsprechend des Auslegungszustandes, der bei einer vorgesehen Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf den zur Versorgung notwendigen Wärmestrom übertragen und somit die Heizungsanforderung im ersten Heizkreis erfüllen kann. Der Volumenstrom in zweiten Heizkreis kann durch die dedizierte zweite Umwälzpumpe (Zirkulationspumpe) und das Dreiwege-Mischventil bzw. den Bypass unabhängig von dem Volumenstrom, der über das Strangregulierventil fließt, eingestellt werden. Der Volumenstrom, der über das Strangregulierventil fließt, muss jedoch mindestens groß genug sein, um im Auslegungszustand bei voll geöffnetem Dreiwege-Mischventil (und damit geschlossenem Bypass) einen ausreichenden Wärmestrom zur Verfügung zu stellen. Die notwendigen Wärmeströme und die damit verbundenen notwendigen Volumenströme können im Vorfeld im Rahmen einer Heizlastberechnung ermittelt worden sein. Bei der Durchführung des Schrittes a) kann insbesondere das Strangregulierventil vollständig geschlossen sein.
  • Der Begriff Auslegungszustand bezeichnet dabei einen Zustand, in dem die Heizungsanlage die maximale Wärme übertragen muss und insofern alle Verbraucher vollständig geöffnet sind. Die hierfür notwendigen Volumenströme im ersten und zweiten Heizkreis sollen bei der Durchführung der Schritte a) und b) durch Einstellung des Strangregulierventils und damit durch Einstellung einer Aufteilung des Volumenstromes des Wärmeerzeugerkreises auf den ersten und den zweiten Heizkreis eingestellt werden.
  • Im Rahmen der Planung einer Heizungsanlage sollte eine Auslegung desselben erfolgen, die sicherstellt, dass die Heizungsanlage ausreichend dimensioniert ist, um ein Gebäude zu versorgen. Hierzu werden in der Regel Daten hinsichtlich der konkreten klimatischen Gegebenheiten am Standort und zu den baulichen Voraussetzungen des konkreten Gebäudes/ der konkreten zu versorgenden Räume herangezogen. Im Rahmen der Auslegung kann beispielsweise eine Nennleistung eines Wärmeerzeugers und für jeden zu versorgenden Raum eine Größe eines Verbrauchers (Konvektor, Heizkörper, Flächenheizung etc.) bestimmt werden, um eine sichere Versorgung des Gebäudes durch die Heizungsanlage zu gewährleisten. Anhand der Auslegung der Heizungsanlage (insbesondere anhand deren Dimensionierung, Ausstattung und/oder Betriebsweise) kann insbesondere eine vorgegebene Wärme- und/oder Kühlleistung unter den vorbestimmten Gegebenheiten eingestellt bzw. sichergestellt werden.
  • So kann bei einer Heizungsanlage im Rahmen der Auslegung eine (Maximal-)Leistung eines Wärmeerzeugers festgelegt und die über einen Heizkreislauf zu verbindenden Verbraucher (Heizkörper, Konvektoren, Flächenheizungen (Fußboden- oder Wandheizungselemente)) dimensioniert werden, um unter den konkreten klimatischen Bedingungen am Standort und den baulichen Gegebenheiten des zu versorgenden Gebäudes (insbesondere dessen Wärmedämmung) eine sichere Wärmversorgung 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 Grundfläche aller zu versorgender Räume und näherungsweise Angaben zu den baulichen Gegebenheiten des Gebäudes (Wärmedämmung bzw. Wärmeverluste) einbezogen werden, um den Bedarf zu ermitteln und die Heizungsanlage zu dimensionieren. Der Auslegungszustand ist dabei durch den maximal zu übertragenden Wärmestrom gekennzeichnet, mit dem das Gebäude bzw. die zu versorgenden Räumlichkeiten auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden kann. Im Auslegungszustand kann eine Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf des Wärmeerzeugerkreises sowie ein zweiter Sollvolumenstrom für den Wärmeerzeugerkreis und/ oder ein erster Sollvolumenstrom für den ersten Heizkreis, vorgegeben sein. Der zweite Sollvolumenstrom im Wärmeerzeugerkreis kann sich im Auslegungszustand aus dem (Soll-)Volumenstrom im ersten und zweiten Heizkreis und dem Volumenstrom, der über den Bypass des zweiten Heizkreises fließt, zusammensetzen: Dabei kann der zweite Sollvolumenstrom den Wärmebedarf des zweiten Heizkreises berücksichtigen und der zweite Heizkreis kann selbstregelnd betrieben werden. Dabei kann die zweite Umwälzpumpe den Differenzdruck regelnd betrieben werden und über das Dreiwege-Mischventil eine Vorlauftemperatur eingeregelt/ eingestellt werden.
  • Zur Durchführung des Schrittes a) kann insbesondere ein Verfahren umfassend die folgenden Verfahrensschritte genutzt werden:
    • a1) vollständiges Schließen des Strangregulierventils, wodurch der gesamte, von der ersten Umwälzpumpe geförderte, Volumenstrom aus dem Wärmeerzeugerkreis in den ersten Heizkreis strömt,
    • b1) Einregeln eines vorgegebenen ersten Sollvolumenstromes für den ersten Heizkreis mittels der ersten Umwälzpumpe und dem Volumenstromsensor im Wärmeerzeugerkreis,
    • c1) Erfassen eines ersten Pumpenbetriebsparameters der ersten Umwälzpumpe, der charakteristisch für den in Schritt b1) eingeregelten Pumpenbetriebszustand ist,
    • d1) Ermitteln eines ersten Pumpendifferenzdruckes (Förderhöhe) der ersten Umwälzpumpe anhand des in Schritt c1) ermittelten ersten Pumpenbetriebsparameters und einer vorgegebenen Pumpencharakteristik der ersten Umwälzpumpe, und
    • e1) Ermitteln eines ersten Differenzdruckes (Restförderhöhe) anhand des in Schritt d1) ermittelten ersten Pumpendifferenzdruckes und einer vorgegebenen Druckverlustcharakteristik des Wärmeerzeugerkreises.
  • Die Verfahrensschritte a1) bis e1) können dabei mindestens einmal in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
  • Gemäß einem Schritt a1) kann das Strangregulierventil vollständig geschlossen werden. Dadurch wird der Vorlauf des zweiten Heizkreises geschlossen und der gesamte Volumenstrom des Wärmeerzeugerkreises strömt durch den ersten Heizkreis.
  • Gemäß einem Schritt b1) kann ein vorgegebener erster Sollvolumenstrom des Auslegungszustandes für den ersten Heizkreis mittels der ersten Umwälzpumpe und dem Volumenstromsensor im Wärmeerzeugerkreis eingeregelt werden.
  • Gemäß einem Schritt c1) kann ein erster Pumpenbetriebsparameter der ersten Umwälzpumpe erfasst werden, der charakteristisch für den in Schritt b1) eingeregelten Pumpenbetriebszustand ist. Bei dem ersten Pumpenbetriebsparameter kann es sich insbesondere um ein PWM-Signal handeln, mit der die erste Umwälzpumpe angesteuert wird, oder eine Pumpendrehzahl handeln. Der erfasste erste Pumpenbetriebsparameter ist somit charakteristisch für den in Schritt b1) eingeregelten ersten Sollvolumenstrom bei vollständig geschlossenem Strangregulierventil.
  • Gemäß einem Schritt d1) kann ein erster Pumpendifferenzdruck (eine Förderhöhe) der ersten Umwälzpumpe für den in Schritt c1) ermittelten ersten Pumpenbetriebsparameter unter Zuhilfenahme einer vorgegebenen Pumpencharakteristik ermittelt werden. Die vorgegebene Pumpencharakteristik kann dabei eine vorgegebene Pumpenkennlinie sein, die einen Zusammenhang zwischen gefördertem Volumenstrom, dem erzeugten Pumpendifferenzdruck und dem Pumpenbetriebsparameter (einem PWM-Signal oder einer Pumpendrehzahl) herstellt. Der erste Pumpendifferenzdruck wird damit zu dem Zeitpunkt bestimmt, in dem der Pumpenbetriebszustand des Schrittes b1) eingeregelt wurde. Der erste Pumpendifferenzdruck der ersten Umwälzpumpe bezeichnet dabei die von dieser erzeugte Druckdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf im Wärmerzeugerkreis zu einem Zeitpunkt in dem der Pumpenbetriebszustand des Schrittes b1) eingeregelt wurde. Der Pumpendifferenzdruck, setzt sich dabei aus dem Druckabfall des Wärmeerzeugerkreises und dem zum Betreiben des ersten Heizkreises im Auslegungszustand notwendigen ersten Differenzdruck zusammensetzt, bzw. stellt im stationären Zustand eine Summe derselben dar. Der Druckabfall des Wärmeerzeugerkreises ist dabei durch eine vorgegebene Druckverlustcharakteristik gegeben, so dass in Schritt e1) ein Ermitteln des ersten Differenzdruckes (Restförderhöhe) zum Betreiben des ersten Heizkreises im Auslegungszustand erfolgen kann. Weiterhin kann der erste Differenzdruck dp im Auslegungszustand dazu dienen, den hydraulischen Widerstand Rhyd des ersten Heizkreises zu ermitteln. Das Modell eines hydraulischen Widerstands beschreibt den Zusammenhang zwischen Druckverlust (Differenzdruck) und dem durch den Differenzdruck aufgeprägtem Volumenstrom V̇HK im ersten Heizkreis, auch bei vom Auslegungszustand abweichenden Volumenströmen. Der Zusammenhang kann wie folgt beschrieben werden: R hyd = dp V ˙ HK 1 2
    Figure imgb0001
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Schritt b) mittels Durchführung zumindest der nachfolgen Teilschritte ausgeführt werden:
    • a2) Einregeln eines vorgegebenen zweiten Sollvolumenstromes im Wärmeerzeugerkreis mittels des Volumenstromsensors des Wärmeerzeugerkreises und der ersten Umwälzpumpe, und
    • b2) Einregeln des in Schritt a) ermittelten ersten Differenzdruckes bei dem vorgegebenen ersten Sollvolumenstrom, wobei das Strangregulierventil ein Stellglied ist.
  • Die Schritte a2) und b2) können dabei insbesondere parallel und zweitgleich ausgeführt werden. Die Schritte a2) und b2) können dauerhaft ausgeführt werden, um die Heizungsanlage im Auslegungszustand zu betreiben. Wenn bei der Durchführung der Schritte a2) und b2) sich ein weitestgehend stationärer Zustand eingestellt hat, kann gemäß einer Ausgestaltung eine erste Stellposition des Strangregulierventils und gegebenenfalls der hydraulische Widerstand des ersten Heizkreises erfasst, sowie gegebenenfalls abgespeichert und/ oder in einer Regelung hinterlegt werden. Beispielsweise kann die erste Stellposition auf einem Speicher eines verfahrensausführenden Regel- und Steuergerätes hinterlegt werden.
  • Gemäß Schritt a2) kann ein Einregeln eines vorgegebenen zweiten Sollvolumenstromes im Wärmeerzeugerkreis mittels des Volumenstromsensors des Wärmeerzeugerkreises und der ersten Umwälzpumpe erfolgen. Der zweite Sollvolumenstrom kann dabei dem Sollvolumenstrom des Wärmeerzeugerkreises im Auslegungszustand entsprechen.
  • Gemäß Schritt b2) kann ein Einregeln des in Schritt a) ermittelten Differenzdruckes bei dem vorgegebenen ersten Sollvolumenstrom erfolgen, wobei eine Öffnungsposition des Strangregulierventils eine Stellgröße ist. In der Regel wird hierfür das Strangregulierventil (das nach Durchführung der Schritte a1) bis e1) geschlossen ist, geöffnet, bis der in Schritt a) ermittelte Differenzdruck eingestellt ist. Dabei sollte bei Nennvolumenstrom der Druckverlust des ersten Heizkreises größer dem Druckverlust des zweiten Heizkreises bei vollständig geöffnetem Strangregulierventil sein.
  • Dabei kann sich ein weitestgehend statischer Zustand einstellen, der durch eine ersten Stellposition des Strangregulierventils gekennzeichnet sein kann.
  • Im Ergebnis der Durchführung der Schritte a) und b) ist nunmehr am Strangregulierventil eine erste Einstellposition eingestellt, bei eingestelltem Sollvolumenstrom des Auslegungszustandes im Wärmeerzeugerkreis kann sich im ersten und zweiten Heizkreis die gewünschten, und für eine Wärmeversorgung gemäß dem Auslegungszustand notwendigen, Volumenströme einstellen.
  • Besonders vorteilhaft können die Schritte a) und b) bzw. a1) bis e1) sowie a2) und b2) vollständig computergestützt durchgeführt werden. Eine Einstellung eines Überströmventils ist somit nicht notwendig und es kann vielmehr vorteilhaft auf das Vorhandensein eines Überströmventils vollständig verzichtet werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann im Rahmen der Durchführung des Schrittes b) die erste Umwälzpumpe mittels des Volumenstromsensors auf einen Sollvolumenstrom eingeregelt und der zweite Heizkreis mittels der zweiten Umwälzpumpe, des Dreiwege-Mischventils und des Temperatursensors, eingerichtet zum Erfassen einer Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises, auf eine konstante, vorgegebene Vorlauftemperatur, und einen konstanten vorgegebenen Volumenstrom geregelt werden.
  • In der Annahme, dass im ersten Heizkreis mehrere Heizkörper mit einem Thermostatventil angeordnet sind, ist ein Betreiben desselben mit einem konstanten, geregelten Differenzdruck besonders vorteilhaft, da auch nach einem Schließen einzelner Thermostatventile die verbleibenden geöffneten Heizkörper jeweils mit konstantem Volumenstrom betrieben werden. So werden im ersten Heizkreis angeordnete Heizkörper auch nach Schließen einer oder mehrerer Thermostatventile immer mit dem gleichen Volumenstrom versorgt. Zudem kann ein hydraulischer Abgleich der im ersten Heizkreis angeordneten Heizkörper untereinander dafür sorgen, dass sich bei einem anliegenden konstanten Differenzdruck in jedem (geöffneten) Heizkörper der gewünschte Volumenstrom einstellt. Dieser Volumenstrom kann dabei dem Volumenstrom der Heizlastberechnung (der Auslegung) entsprechen, der bei einer vorgegebenen Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf einen, der Heizlast im Auslegungszustand entsprechenden, Volumenstrom bereitstellt. Würde der erste Heizkreis mit einem konstanten Volumenstrom betrieben werden, würde dieser bei einem Schlie-ßen einzelner Thermostatventile zu einem Ansteigen des Volumenstromes in den verbleibenden geöffneten Heizkörpern führen, der mit unangenehmer Geräuschentwicklung einhergehen kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann während der Durchführung des Schrittes b) die erste Umwälzpumpe mittels des Volumenstromsensors einen konstanten Volumenstrom des Auslegungszustandes einregeln und der zweite Heizkreis mittels der zweiten Umwälzpumpe, des Dreiwege-Mischventils und eines Temperatursensors, eingerichtet zum Erfassen einer Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises, auf eine konstante, vorgegebene Vorlauftemperatur im zweiten Heizkreis, geregelt werden. So kann, wenn ein vorgegebener Mindestvolumenstrom in Durchströmungsrichtung hinter dem Strangregulierventil zur Verfügung steht, der zweite Heizkreis entsprechend der obigen Beschreibung betrieben werden. Bei vorhandenem überschüssigem Volumenstrom, beispielsweise durch Schließen einzelner Thermostatventile im ersten Heizkreis, kann dieser durch ein Durchströmen des Bypasses vom Strangregulierventil direkt in den Rücklauf des zweiten Heizkreises bzw. Wärmeerzeugerkreises, ohne Beeinflussung des zweiten Heizkreises abgeführt werden. So kann eine, für Flächenheizungen notwendige, konstante Vorlauftemperatur im zweiten Heizkreis gewährleistet werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann in einem Schritt c) der einzuregelnde Volumenstrom bedarfsorientiert abgesenkt werden und das Strangregulierventil auf der ersten Einstellposition verbleiben. Mit anderen Worten kann bei einem Erkennen einer geminderten Wärmeanforderung, beispielsweise durch ein Absinken einer erfassten Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf des Wärmeerzeugerkreises, der von der ersten Umwälzpumpe geförderte Volumenstrom bedarfsorientiert abgesenkt werden. Hierbei wird eine Regelung der Druckdifferenz mit dem Strangregulierventil als Stellglied beendet und das Strangregulierventil auf die erste Stellposition verfahren und dort belassen. Vorteilhaft kann so einem geminderten Wärmebedarf entsprochen werden. Eine Wärmepumpe als Wärmeerzeuger könnte die sinkende Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf erkennen und den Wert des einzuregelnden Sollvolumenstroms mindern, um die Temperaturspreizung zu erhöhen. Eine niedriger Rücklauftemperatur kann zu einer niedrigeren Kondensationstemperatur im Verflüssiger führen, die sich positiv auf die Effizienz der Wärmepumpe auswirken kann. Infolge würde der absolute Wert des Volumenstroms im Wärmeerzeuger Kreis sowie im ersten und im zweiten Heizkreis sinken. Die Aufteilung des Volumenstroms aus dem Wärmeerzeugerkreis auf den ersten und den zweiten Heizkreis bleibt dabei näherungsweise konstant.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann alternativ in einem Schritt c) der Volumenstrom im Wärmeerzeugerkreis bedarfsorientiert abgesenkt werden und anhand des in Folge geminderten Volumenstromes im ersten Heizkreis mittels des weitestgehend konstanten hydraulischen Widerstandes des ersten Heizkreises ein hierfür erforderlicher zweiter Differenzdruck ermittelt werden und eine Regelung des Strangregulierventils auf den zweiten Differenzdruck erfolgen. Dies kann eine umfassendere Regelungsstrategie darstellen, die den bei Reduktion des Volumenstroms im Wärmeerzeugerkreis, den im ersten Heizkreis anteilmäßig verringerten Volumenstrom heranzieht. Mit diesem verringerten Volumenstromsollwert des ersten Heizkreises kann über den oben beschriebenen Ansatz des hydraulischen Widerstands eine neuer erforderlicher zweiter Differenzdruck ermittelt werden, bei dem sich der verringerte Volumenstrom im ersten Heizkreis einstellen wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann in einem Schritt d) eine zweite Stellposition des Strangregulierventils, die eine mindeste Öffnungsweite des Strangregulierventils angibt, mittels einer Durchführung zumindest der folgenden Schritte ermittelt werden:
    • a3) Einstellen einer vorgegebenen minimalen Leistung der ersten Umwälzpumpe;
    • b3) Schließen des Strangregulierventils bis an der Einrichtung zur Bestimmung des Volumenstromes im Wärmerzeugerkreis ein vorgegebener Mindestvolumenstrom ermittelt wird, und
    • c3) Erfassen der zweiten Stellposition des Strangregulierventils, als minimale Öffnungsposition.
  • Die Schritte a3) bis c3) können dabei mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Bei der Durchführung sollte der erste Heizkreis vollständig gesperrt sein. Hierfür könnte beispielsweise automatisiert ein entsprechendes Zonenventil geschlossen werden. Bei der Durchführung des Schrittes b3) sollte das Strangregulierventil so weit geöffnet werden, dass bei maximaler Drehzahl (Leistung) der ersten Umwälzpumpe der Mindestvolumenstrom gefördert werden kann. Nach der Durchführung ist die zweite Stellposition des Strangregulierventils bekannt, die eine Zirkulation eines Mindestvolumenstroms in den Heizkreisen sicherstellen kann. Der Mindestvolumenstrom ist insbesondere notwendig, um bei einem Erkennen von Heizungsanforderungen, beispielsweis durch Öffnen eines Thermostatventils, reagieren zu können, einem schlagartigen Absenken der Rücklauftemperatur durch Auskopplung von Wärme entsprechen zu können und auch eine Möglichkeit zum Auskoppeln von Wärme aus der Heizungsanlage zu schaffen. Diese ist notwendig, beispielsweise, um einen Enteisungsvorgang an einem Verdampfer einer Wärmepumpe als Wärmeerzeuger einzuleiten und durchführen zu können. Der Mindestvolumenstrom kann im Vorfeld anhand von Versuchen ermittelt oder berechnet werden. Auch muss eine Umwälzung vom Wärmeträger sichergestellt sein, wenn ein gegebenenfalls vorhandenes (elektrisches) Zusatzheizelement Wärme in einen Heizkreis einkoppelt.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Heizungsanlage vorgeschlagen, die Mittel umfasst, ein hier vorgeschlagenes Verfahren durchzuführen. Die Heizungsanlage kann zudem einen Wärmeerzeugerkreis mit einer ersten Umwälzpumpe und einem Volumenstromsensor, aufweisen. Der Wärmeerzeugerkreis kann zudem mit einem ersten Heizkreis und einem zweiten Heizkreis hydraulisch verbunden sein. Im zweiten Heizkreis kann eine zweite Umwälzpumpe sowie ein 3-Wege-Mischventil angeordnet sein, das einen Bypass zwischen Vorlauf und Rücklauf des zweiten Heizkreises durchströmen kann. Zudem kann im zweiten Heizkreis ein Strangregulierventil und ein Temperatursensor zum Erfassen einer Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises angeordnet sein.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät, insbesondere einer Heizungsanlage, vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen bzw. über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Auf dem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) können vorteilhaft auch Daten, die für die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens notwendig sind, beispielsweise Daten des Auslegungszustandes, eine Pumpenkennlinie der ersten Umwälzpumpe, eine Druckverlustcharakteristik des Wärmeerzeugerkreises, als auch im Rahmen der Durchführung des Verfahrens erfasste Daten, wie eine erste und zweite Stellposition des Strangregulierventils als auch ein erfasster bzw. ermittelter Differenzdruck, hinterlegt sein.
  • 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.
  • 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 Steuergerätes) eines Klimagerätes aufbauen.
  • Klarstellend wird angemerkt, dass wenn hier von einem Volumenstrom die Rede ist, dies eine Durchflussmenge bezeichnet. Insofern kann auch ein Massestrom gemeint sein, der in Kenntnis der Dichte und der Temperatur des umgewälzten Wärmträgers in einen Volumenstrom überführt werden kann und umgekehrt.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgeschlagenen Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät und/ oder der Heizungsanlage auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und eine Heizungsanlage angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät, sowie die Heizungsanlage zumindest dazu bei, ein besonders präzises und energieeffizientes Betreiben einer Heizungsanlage mit mindestens zwei Heizkreisen, die nicht hydraulisch entkoppelt messtechnisch unterbestimmt sind, vorzuschlagen.
  • Zudem kann die Erfindung besonders einfach umgesetzt werden, da keine baulichen Veränderungen an einer Heizungsanlage vorzunehmen sind und eine rein softwareseitige Implementation der Erfindung möglich erscheint.
  • 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: eine hier vorgeschlagene Heizungsanlage, und
    • Fig. 3: Parameterverläufe, die sich bei einem hier vorgeschlagenen Verfahren einstellen können.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient einem effizienten und präzisen Betreiben der Heizungsanlage 1. Die mit den Blöcken 110 und 120 dargestellte Reihenfolge der Schritte a) und b) kann sich bei einem regulären Verfahrensablauf einstellen. Gleichfalls kann sich bei einem regulären Verfahrensablauf die gezeigte Reihenfolge der, gemäß einer Ausgestaltung des Schrittes a), durchzuführenden Teilschritte a1), b1), c1), d1) und e1), die mit Blöcken 130, 140, 150, 160 und 170 gezeigt sind, ergeben. Analog kann gemäß einer Ausgestaltung der Schritt b) mittels einer Durchführung der Teilschritte a2) und b2), die mit Blöcken 180 und 190 dargestellt sind, ergeben.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematische eine hier vorgeschlagene Heizungsanlage 1. Diese umfasst einen Wärmerzeuger 2, der hier als Wärmepumpe mit einer Außeneinheit 3 und einem Verflüssiger 4 ausgebildet sein kann. Der Verflüssiger 4 kann dazu eingerichtet sein, Wärme auf einen Wärmeerzeugerkreis 13 zu übertragen. Im Wärmeerzeugerkreis 13 ist eine erste Umwälzpumpe 8 und ein Volumenstromsensor 5 angeordnet. Ein Vorlauf 6 und ein Rücklauf 7 des Wärmeerzeugerkreises 13 kann mit einem ersten Heizkreis 10 und einem zweiten Heizkreis 11 verbunden sein, wobei erster Heizkreis 10 und zweiter Heizkreis 11 parallel angeordnet sind. Der erste Heizkreis 10 kann mehrere parallel angeordnete Heizkörper mit Thermostatventilen versorgen. Vor dem zweiten Heizkreis 11 kann ein Strangregulierventil 16 angeordnet sein. Im zweiten Heizkreis 11 kann eine zweite Umwälzpumpe 19 und ein Dreiwege-Mischventil 17, sowie ein Bypass 18 zwischen dem Strangregulierventil 16 und dem Rücklauf des Wärmeerzeugerkreises 13 angeordnet sein. Zudem kann im zweiten Heizkreis 11 ein Temperatursensor 20 angeordnet sein, der die Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises 11 erfassen kann. Die Heizungsanlage 1 kann zudem eine Brauchwasserbreitstellung 14 umfassen, die mittels eines Dreiwege-Ventils 9 und eines Speichers 15 mit dem Wärmerzeugerkreis 13 gekoppelt sein kann.
  • Die Heizungsanlage 1 kann ein Regel- und Steuergerät 29 umfassen, das zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein kann. Hierfür kann das Regel- und Steuergerät 29 zumindest mit dem Strangregulierventil 16, dem Dreiwege-Mischventil 17, dem Temperatursensor 20, der ersten Umwälzpumpe 8, der zweiten Umwälzpumpe 19 und dem Volumenstromsensor 5 elektrisch verbunden sein. Dabei versteht sich, dass das Regel- und Steuergerät 29 mit weiteren Sensoren des Wärmeerzeugers 2, der Brauchwasserbereitstellung 14 und anderen Einrichtungen der Heizungsanlage 1 elektrisch verbunden sein kann, um diese zu regeln und zu steuern.
  • Fig. 3 zeigt beispielhafte Parameterverläufe, die sich bei Durchführung der Schritte a) und b) eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können. So wird der Verlauf eines PWM-Signals 21 (pulsweitenmoduliertes Signal) der ersten Umwälzpumpe 8, der Verlauf des vom Volumenstromsensor 5 erfassten Volumenstromes 22, der Verlauf der Stellposition 25 des Strangregulierventils 16 sowie des Differenzdruckes 26 gezeigt.
  • In Block 110 kann gemäß Schritt a) ein Bestimmen eines ersten Differenzdruckes 27 erfolgen, der erforderlich ist, um den ersten Heizkreis 10 im Auslegungszustand zu betreiben. Hierzu können gemäß einer Ausgestaltung die folgenden, in mit Blöcken 130, 140, 150, 160 und 170 gezeigten Teilschritte a1), b1), c1), d1 und e1) durchgeführt werden.
  • In Block 130 kann gemäß Schritt a1) ein vollständiges Schließen des Strangregulierventils 16 erfolgen, wodurch der gesamte, von der ersten Umwälzpumpe 8 geförderte, Volumenstrom 22 aus dem Wärmeerzeugerkreis 13 in den ersten Heizkreis 10 strömt. Dies ist im Verlauf der Stellposition 25 des Strangregulierventils 16 durch Einstellen der Schließposition 30 erkennbar.
  • In Block 140 kann gemäß Schritt b1) ein Einregeln eines vorgegebenen ersten Sollvolumenstromes 23 für den ersten Heizkreis 10 mittels der ersten Umwälzpumpe 8 und dem Volumenstromsensor 5 im Wärmeerzeugerkreis 13 erfolgen. Der erste Sollvolumenstrom 23 kann der Sollvolumenstrom des ersten Heizkreises 10 im Auslegungszustand sein, der gemäß einer Heizlastberechnung ermittelt wurde. Erkennbar am Verlauf des Volumenstromes 22 stellt sich der erste Sollvolumenstrom 23 ein.
  • Das entsprechende PWM-Signal 21 der ersten Umwälzpumpe 8 kann als erster Pumpenbetriebsparameter 31 in Block 150 gemäß Schritt c1) erfasst und auf einem Speicher hinterlegt werden.
  • In Block 160 kann gemäß Schritt d1) ein Ermitteln eines Pumpendifferenzdruckes 12 zwischen Einlass und Auslass der ersten Umwälzpumpe 8 anhand des in Schritt c1) ermittelten ersten Pumpenbetriebsparameters 31 und einer vorgegebenen Pumpencharakteristik erfolgen. Die Pumpencharakteristik ist eine für die konkrete Pumpe charakteristische Kennlinie, die einen Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom 22, dem PWM-Signal 21 und der Förderhöhe bzw. dem von der Pumpe erzeugten Pumpendifferenzdruck herstellt.
  • In Block 170 kann gemäß Schritt e1) ein Ermitteln eines ersten Differenzdruckes 27 (also eines Wertes des Pumpendifferenzdruckes 12) anhand des in Schritt d1) (Block 160) ermittelten Pumpendifferenzdruckes 12 (Förderhöhe) und eines, durch die vorgegebene Druckverlustcharakteristik des Wärmeerzeugerkreises 13, ermittelten Druckverlustes erfolgen. Somit kann der erste Differenzdruck 27 ermittelt werden, der sich aus dem Pumpendifferenzdruck und dem Druckverlust des Wärmerzeugerkreises 13 zusammensetzt.
  • In Block 120 kann gemäß Schritt b) ein Einregeln eines zweiten vorgegebenen Sollvolumenstromes 24 im Wärmeerzeugerkreis 13 mittels des Volumenstromsensors 5 und ein Einregeln des in Schritt a) ermittelten ersten Differenzdruckes 27 durch das Strangregulierventil 16 erfolgen. Hierfür können zwei Regelkreise eingesetzt werden.
  • In Block 120 kann Schritt b) gemäß einer Ausgestaltung mittels einer Durchführung der in den Blöcken 180 und 190 dargestellten Teilschritte a2) und b2) ausgeführt werden. Die Teilschritte a2) und b2) können dabei insbesondere parallel bzw. zeitgleich durchgeführt werden.
  • In Block 180 kann gemäß Schritt a2) ein Einregeln eines vorgegebenen zweiten Sollvolumenstromes 24 im Wärmeerzeugerkreis 13 mittels des Volumenstromsensors 5 des Wärmeerzeugerkreises 13 und der ersten Umwälzpumpe 8 erfolgen. In der Fig. 3 ist eine entsprechende Erhöhung des PWM-Signals 21 der ersten Umwälzpumpe 8 und ein Ansteigen des Volumenstromes 22 erkennen.
  • Zeitgleich kann in Block 190 gemäß Schritt b2) ein Einregeln des in Schritt a) ermittelten ersten Differenzdruckes 27 mittels des Strangregulierventils 16 als Stellglied erfolgen. In Fig. 3 erkennbar wird die Stellposition 25 des Strangregulierventils 16 geändert, so dass sich dieses öffnet, bis eine erste Stellposition 32 eingeregelt wurde, bei der sich der Verlauf des Differenzdruckes 26 auf den ersten Differenzdruck 27 einstellt.
  • Im Beispiel gemäß Fig. 3 wurde ein Auslegungszustand von je 500 Litern pro Stunde im ersten Heizkreis 10 und potenziell im zweiten Heizkreis 11 realisiert. Die Heizungsanlage 1 kann nun energieeffizient mit den gemäß Auslegungszustand vorgesehenen Volumenströmen 22 betrieben werden. Fig. 3 zeigt zudem einen getesteten Volumenstrom 28 des ersten Heizkreises, der dem Schritt a1) eingestellten ersten Sollvolumenstrom 23 entspricht und somit den Erfolg der Verfahrensdurchführung bestätigt. Der getestete Volumenstrom 28 wurde dabei im Rahmen eines Labortests extern ermittelt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann hierbei der zweite Heizkreis 11 mittels dem Dreiwege-Mischventil 17 eine Vorlauftemperatur und mittels der zweiten Umwälzpumpe 19 einen Volumenstrom einstellen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann gemäß einem optionalen Schritt c) bei einem Erkennen einer geminderten Wärmeanforderung die erste Einstellposition 32 am Strangregulierventil 16 fixiert und die Leistung der ersten Umwälzpumpe 8 gemindert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizungsanlage
    2
    Wärmeerzeuger
    3
    Außeneinheit
    4
    Verflüssiger
    5
    Volumenstromsensor
    6
    Vorlauf
    7
    Rücklauf
    8
    erste Umwälzpumpe
    9
    Dreiwege-Ventil
    10
    erster Heizkreis
    11
    zweiter Heizkreis
    12
    Pumpendifferenzdruck
    13
    Wärmeerzeugerkreis
    14
    Brauchwasserbereitstellung
    15
    Speicher
    16
    Strangregulierventil
    17
    Dreiwege-Mischventil
    18
    Bypass
    19
    Zweite Umwälzpumpe
    20
    Temperatursensor
    21
    PWM-Signal erste Umwälzpumpe
    22
    Volumenstrom
    23
    erster Sollvolumenstrom
    24
    zweiter Sollvolumenstrom
    25
    Stellposition Strangregulierventil
    26
    Differenzdruck
    27
    erster Differenzdruck
    28
    getesteter Volumenstrom erster Heizkreis
    29
    Regel- und Steuergerät
    30
    Schließposition
    31
    erster Pumpenbetriebsparameter
    32
    erste Stellposition

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1), aufweisend einen Wärmeerzeugerkreis (13) mit einer ersten Umwälzpumpe (8) und einem Volumenstromsensor (5), wobei der Wärmeerzeugerkreis (13) mit einem ersten Heizkreis (10) und einem zweiten Heizkreis (11) hydraulisch verbunden ist und im zweiten Heizkreis (11) eine zweite Umwälzpumpe (19), ein 3-Wege-Mischventil (17), das einen Bypass (18) zwischen Vorlauf und Rücklauf des zweiten Heizkreises (11) durchströmen kann, sowie ein Strangregulierventil (16) angeordnet sind, und das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
    a) Bestimmen eines notwendigen ersten Differenzdruckes (27), um den ersten Heizkreis (10) im Auslegungszustand zu betreiben, und
    b) Einregeln eines zweiten vorgegebenen Sollvolumenstromes (24) im Wärmeerzeugerkreis (13) und Einregeln des in Schritt a) ermittelten ersten Differenzdruckes (27) mit der Stellposition (25) des Strangregulierventils (16) als Stellglied.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Durchführung des Schrittes a) mittels einer Durchführung zumindest der folgenden Teilschritte erfolgt:
    a1) vollständiges Schließen des Strangregulierventils (16), wodurch der gesamte Volumenstrom (22) aus dem Wärmeerzeugerkreis (13) durch den ersten Heizkreis (10) strömt,
    b1) Einregeln eines vorgegebenen ersten Sollvolumenstromes (23) mittels der ersten Umwälzpumpe (8) im Wärmeerzeugerkreis (13),
    c1) Erfassen eines ersten Pumpenbetriebsparameters (31) der ersten Umwälzpumpe (8), der charakteristisch für den in Schritt b1) eingeregelten Pumpenbetriebszustand ist,
    d1) Ermitteln eines ersten Pumpendifferenzdruckes (12) der ersten Umwälzpumpe (8) anhand des in Schritt c1) ermittelten ersten Pumpenbetriebsparameters (31) und einer vorgegebenen Pumpencharakteristik, und
    e1) Ermitteln eines ersten Differenzdruckes (27) mittels des in Schritt d1) ermittelten ersten Pumpendifferenzdruckes (12) und einer vorgegebenen Druckverlustcharakteristik des Wärmeerzeugerkreises (13).
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt b) mittels Durchführung zumindest der folgenden Teilschritte ausgeführt werden kann:
    a2) Einregeln eines vorgegebenen zweiten Sollvolumenstromes (24) im Wärmeerzeugerkreis (13) mittels dem Volumenstromsensor (5) des Wärmeerzeugerkreises (13) und der ersten Umwälzpumpe (8), und
    b2) Einregeln des in Schritt a) ermittelten ersten Differenzdruckes (27), mit der Stellposition (25) des Strangregulierventils (16) als Stellglied, so dass sich eine erste Stellposition (32) des Strangregulierventils (16) ergibt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Durchführung des Schrittes b) der einzuregelnde erste Differenzdruck (27) mittels eines von der ersten Umwälzpumpe (8) ausgegebenen erzeugten Pumpendifferenzdruckes (12) und einer vorgegebenen Druckverlustcharakteristik des Wärmeerzeugerkreises (13) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei während der Durchführung des Schrittes b) die erste Umwälzpumpe (8) mittels des Volumenstromsensors (5) einen konstanten zweiten Sollvolumenstrom (24) im zweiten Heizkreis (11) einregelt und der zweite Heizkreis (11) mittels der zweiten Umwälzpumpe (19) und des Dreiwege-Mischventils (17) und eines Temperatursensors (20), eingerichtet zum Erfassen einer Vorlauftemperatur des zweiten Heizkreises (11), eine konstante, vorgegebene Vorlauftemperatur und einen vorgegebenen Volumenstrom im zweiten Heizkreis (11) einstellt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt c) der im Wärmeerzeugerkreis (13) einzuregelnde Volumenstrom (22) bedarfsorientiert abgesenkt wird und das Strangregulierventil (16) auf der ersten Einstellposition (32) verbleibt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einem Schritt c) der im Wärmeerzeugerkreis (13) einzuregelnde Volumenstrom (22) bedarfsorientiert abgesenkt wird und anhand des in Folge geminderten Volumenstromes im ersten Heizkreis (10) mittels des hydraulischen Widerstandes ein hierfür erforderlicher zweiter Differenzdruck ermittelt wird und eine Regelung des Strangregulierventils (16) auf den zweiten Differenzdruck erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt d) eine zweite Stellposition des Strangregulierventils (16), die eine mindeste Öffnungsweite des Strangregulierventils (16) angibt, mittels einer Durchführung zumindest der folgenden Schritte ermittelt wird:
    a2) Einstellen einer vorgegebenen minimalen Leistung der ersten Umwälzpumpe (8);
    b2) Schließen des Strangregulierventils (16) bis der Volumenstromsensor (5) im Wärmerzeugerkreis (13) ein vorgegebener Mindestvolumenstrom erfasst, und
    c2) Erfassen der zweiten Stellposition des Strangregulierventils (16), als minimale Öffnungsposition, die nicht unterschritten wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schritte a2) bis c2) einmalig ausgeführt werden und die erfasste zweite Stellposition gespeichert und/ oder in einer Regelung hinterlegt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im ersten Heizkreis (10) mindestens ein Heizkörper mit jeweils einem Thermostatventil versorgt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im zweiten Heizkreis (11) mindestens eine Flächenheizung versorgt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeerzeuger (2) eine Wärmepumpe ist.
  13. Heizungsanlage (1), umfassend:
    - einen Wärmerzeuger (2), angeordnet in einen Wärmeerzeugerkreis (13) mit einer ersten Umwälzpumpe (8) und einem Volumenstromsensor (5),
    - einen ersten Heizkreis (10) und einen zweiten Heizkreis (11), die parallel angeordnet und mit dem Wärmeerzeugerkreis (13) hydraulisch verbunden sind,
    - eine zweite Umwälzpumpe (19), angeordnet im zweiten Heizkreis (11), und ein Dreiwege-Mischventil (17), eingerichtet zur Steuerung einer Durchströmung eines Bypasses (18) zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf des zweiten Heizkreises (11),
    - ein elektrisch ansteuerbares Strangregulierventil (16) angeordnet im zweiten Heizkreis (11),
    - einen Temperatursensor (20), eingerichtet zur Erfassung einer Temperatur des Vorlaufs (6) des zweiten Heizkreises (11),
    - sowie Mittel, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Computerprogramm, umfassend Befehle, die eine Heizungsanlage (1) nach Anspruch 13 dazu veranlassen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
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