EP4617573A1 - Verfahren zum betreiben einer heizungsanlage, computerprogramm und heizungsanlage - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer heizungsanlage, computerprogramm und heizungsanlage

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Publication number
EP4617573A1
EP4617573A1 EP25162099.3A EP25162099A EP4617573A1 EP 4617573 A1 EP4617573 A1 EP 4617573A1 EP 25162099 A EP25162099 A EP 25162099A EP 4617573 A1 EP4617573 A1 EP 4617573A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
heating circuit
heating
temperature
heating system
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP25162099.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schlösser
Holger Sommer
Arnd Beitzer
Lars Heinen
David Eichholtz
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
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4617573A1 publication Critical patent/EP4617573A1/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
    • F24D19/1012—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating by regulating the speed of a pump
    • 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
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/156—Reducing the quantity of energy consumed; Increasing efficiency
    • 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
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/219—Temperature of the water after heating
    • 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
    • F24H15/254—Room temperature
    • 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
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/335—Control of pumps, e.g. on-off control
    • 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
    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based
    • 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
    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/486—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using timers

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heating system, a computer program and a heating system.
  • Such heating systems feature a heat generator that generates heat to heat rooms in a building or to provide hot water.
  • the heating system also typically features one or more heating circuits that supply heat to various rooms or sections of the building.
  • the heat provided by the heat generator is distributed, for example, using a heating circuit distributor, which connects the heating circuits to a primary heating circuit of the heating system and distributes the heat.
  • the heat generator and the heating circuits are controlled, particularly their flow temperatures and flow rates, with a view to user comfort and energy efficiency. This can result in the heat generator being cycled, which is switched on and off depending on heat requirements. This can occur particularly during transitional periods with mild outside temperatures and the associated low heat requirements. Cyclic control of a heat generator can negatively impact its service life or lifespan.
  • the heater supplies a quantity of heat via the primary heating circuit corresponding to the heating circuit with the maximum heat requirement and all other heating circuits adjust the demand through admixture.
  • a reference variable for the flow temperature to be supplied by the heater can be the heating curve in conjunction with a determined outside temperature and/or a determined room temperature of one or more control rooms. The heater then supplies the flow temperature required for this reference variable.
  • a circulation pump for each heating circuit can usually operate with differential pressure control and supply the necessary volume flow depending on the opening width of the valves of the consumers involved (surface heating, radiators). The return flow admixture regulates the flow temperature of the respective heating circuit to a target temperature. Operating the heating system in this way can lead to short cycle times for the heat generator, which can reduce its service life.
  • the DE 10 2014 203 760 A1 describes a method for operating a heating system without a buffer storage tank, in which the heating circuit can be used as a buffer storage tank by controlling at least one controllable valve, thus providing heat energy for defrosting a heat pump, for example.
  • a minimum operating time for the heat generator can also be included.
  • this method requires at least one controllable valve and negatively impacts the energy efficiency of the heating system.
  • the DE 196 01 130 A1 discloses a method for controlling a space heating system with a central heat generator, in which the heat generator is operated at a low temperature level. A possibility for reducing the cycle time of the heat generator is not specified.
  • the object of the invention is to propose a method for operating a heating device, a computer program and a heating device that at least partially overcome the described problems of the prior art.
  • the aim is to maximize the service life of a heat generator in the heating system while ensuring high user comfort and energy efficiency.
  • the heat pump can be designed as a so-called split heat pump, with an outdoor unit, usually containing the evaporator, and an indoor unit that can transfer heat to a heating circuit.
  • the heat pump can also be designed as a monoblock, in which the evaporator and condenser are arranged in a single unit.
  • the heat generator has a minimum runtime as a parameter that ensures that a specified minimum runtime of the heat transfer medium is achieved with a specified usage intensity.
  • the minimum runtime specifies a minimum period, i.e., a length of time that should not be undercut, for which the heat generator must run or operate after commissioning or switching on before it can be switched off, for example, due to a lack of heat demand.
  • the minimum runtime may specify the shortest cycle time of the heat generator.
  • the minimum runtime can prevent increased wear on the heat generator due to frequent switching on and off.
  • the minimum running time can be calculated or predicted during the design and planning of the heat generator or can also be determined in laboratory tests.
  • a minimum operating time is particularly relevant for heat pumps as heat generators. Short cycle times below the minimum operating time can cause damage to heat pumps.
  • the heat transfer medium flow rate in at least one heating circuit can be increased when heat demand increases.
  • Operating the heat generator at a low flow temperature is particularly energy-efficient.
  • the flow rate can be increased in a manner that ensures a heat flow corresponding to the heat demand.
  • the heat generator When the heat generator is commissioned due to a heat demand, detected, for example, by a room temperature sensor, it can initially be operated at minimum power, and the heat transfer medium flow rate in at least one heating circuit can be increased to meet the heat demand.
  • the minimum flow temperature of the heat generator can be set first, with which the current heat requirement can be met.
  • the flow temperature can be increased when a maximum flow rate is reached.
  • the maximum flow rate can be Specify the maximum flow rate that the circulation pump can pump through at least one heating circuit or the primary heating circuit.
  • the maximum flow rate may also be subject to further restrictions, for example, a limitation due to the occurrence of disturbing flow noise that impairs user comfort.
  • the maximum heat transfer fluid flow rate can be maintained when the flow temperature is increased.
  • an increased heat demand is met by increasing the flow temperature at the maximum flow rate.
  • the heating system can comprise multiple heating circuits, including a low-temperature heating circuit.
  • the heating system can have a primary circuit and heating circuits connected to it, including at least one low-temperature heating circuit.
  • at least one additional high-temperature heating circuit can be present.
  • a control system can be provided, which can be implemented in particular in conjunction with a heating circuit distributor. This control system can be configured to supply the low-temperature heating circuit during continued operation before the minimum operating time is reached with a reduced volume flow of the heat transfer medium.
  • the heating system can include a heat storage tank that can accommodate heated heat transfer medium (domestic water or heat transfer medium from the heating circuit) and thus store thermal energy for later use. If the system continues to operate at a reduced flow rate before the minimum operating time is reached, the generated heat can advantageously be transferred to the heat storage tank.
  • heated heat transfer medium domestic water or heat transfer medium from the heating circuit
  • a computer program is also proposed which is set up to (at least partially) carry out a method presented here
  • this relates in particular to a computer program (product) comprising instructions which, when executed by a computer of the heating system, cause the computer to execute a method proposed here.
  • the computer program can be executed in particular on a control and regulation device of a heating system.
  • a machine-readable storage medium on which the computer program is stored is also proposed.
  • the machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
  • a control and regulating device configured to carry out a method proposed here.
  • the control and regulating device can, for example, have and/or possess a processor.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the control and regulating device).
  • the control and regulating device can, in particular, be connected to the heat generator, a pump assembly or a control and regulating device thereof, and/or a circulation pump.
  • data relevant for carrying out a method proposed here such as a minimum running time and/or a maximum volume flow, can be stored in a memory of the control and regulating device.
  • a heating system comprising a control and regulation device as proposed here.
  • the heating system can have a heat generator, which can be designed, in particular, as a heat pump.
  • the heating system can, in particular, comprise a primary heating circuit that can be connected to a plurality of heating circuits.
  • the plurality of heating circuits can, in particular, comprise at least one low-temperature and at least one high-temperature heating circuit.
  • a heating circuit distributor can also be provided.
  • a method for operating a heating system, a computer program, and a heating system are provided that at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method for operating a heating system, the computer program, and the heating system at least contribute to enabling efficient operation of a heating system in conjunction with an increase in the service life of the heat generator. This is achieved without compromising user comfort.
  • the invention can be implemented particularly easily using a computer program.
  • the invention can generally also be implemented in existing heating systems via a software update.
  • Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a heating system 1 proposed here.
  • a heat generator 2 of the heating system 1 is designed here as a heat pump, with an indoor part arranged inside a building and an outdoor part arranged outside the building.
  • the indoor part and outdoor part can transport heat absorbed by an evaporator arranged in the outdoor part to a condenser arranged in the indoor part by means of a cooling circuit 6 and there transfer it to a primary heating circuit 3 with a flow 16 and a return 15 by means of a heat exchanger.
  • the primary heating circuit 3 can also have a circulation pump 22.
  • the heating system 1 can also comprise a control and regulation device 17 that is configured to carry out a method proposed here and can be arranged, for example, in the heat generator 2.
  • a control or an implementation of a method proposed here can be stored in a network and carry out a method proposed here by means of a network connection of the heating device 2 and/or the heating system 1.
  • the primary heating circuit 3 can be connected to a high-temperature heating circuit 4 and a low-temperature heating circuit 5 via a high-temperature heating circuit pump assembly 7 and a low-temperature heating circuit pump assembly 8.
  • the high-temperature heating circuit 4 can supply radiators 10
  • the low-temperature heating circuit 5 can supply surface heating systems 9, for example, a wall or underfloor heating system.
  • the pump assembly 7 of the high-temperature heating circuit 4 can have a circulation pump 20 and a return flow mixer 18 as well as temperature sensors for measuring the temperatures of a flow 12 and a return 11 of the high-temperature heating circuit 4.
  • the pump assembly 8 of the low-temperature heating circuit 5 can have a circulation pump 21 and a return flow mixer 19 as well as temperature sensors for measuring the temperatures of a flow 14 and a return 13 of the low-temperature heating circuit 5.
  • the design of the pump assemblies 7, 8 enables independent control or regulation of the volume flow and the flow temperature of the low-temperature heating circuit 5 and the high-temperature heating circuit 4.
  • pump assembly 7 of high-temperature heating circuit 4 If pump assembly 7 of high-temperature heating circuit 4 has no heat demand, it transmits this information to heat generator 2, which throttles the heat output to the value required by pump assembly 8 of low-temperature heating circuit 5. Thus, pump assembly 7 of high-temperature heating circuit 4 is not supplied, and pump assembly 8 of low-temperature heating circuit 5 operates without return flow mixing. This avoids unnecessary energy consumption.
  • a heat request may initially occur, for example, which causes the control unit 17 to start up the heat generator 2.
  • the outdoor part of the heat generator 2 extracts heat from an ambient medium and transfers it to the refrigerant circulating in the refrigeration circuit 6, which evaporates under the influence of the heat and absorbs evaporation heat.
  • This heat is transferred to a heat exchanger in the condenser and transferred to the primary heating circuit 3, via which the heat is made available to the low-temperature heating circuit 5, the high-temperature heating circuit 4, and/or, if appropriate, a hot water supply not shown here.
  • the flow rate in the low-temperature heating circuit 5, the high-temperature heating circuit 4 and, accordingly, the primary heating circuit 3 can be set so high that the flow temperature in the primary heating circuit 3 can be reduced to a minimum in order to meet the heat demand.
  • the flow rate in the primary heating circuit 3 and, accordingly, the heat demand in the low-temperature heating circuit 5 and/or the high-temperature heating circuit 4 can be increased.
  • the flow temperature of the primary heating circuit 3 and, thus, of the heat generator 2 can be largely be kept constant. If the maximum flow rate of heating circuit 3, 4, or 5 is reached when increasing the flow rate, the flow temperature of the heat generator can be increased until the heat demand can be met. The maximum flow rate can be maintained.
  • heat generator 2 will continue to operate until the end of the minimum running time.
  • a minimum output of the heat generator can be set, as well as a minimum required volume flow in primary heating circuit 3 at which heat generator 2 can be operated.
  • circulation pump 21 of low-temperature heating circuit 4 can be put into operation, and heat can be introduced into surface heating 9.
  • heat generator 2 can be switched off. Adhering to the minimum running time also advantageously increases the likelihood of a renewed heat request before the end of the minimum running time, thereby preventing cycles of heat generator 2.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1). Die Heizungsanlage (1) umfasst einen Wärmeerzeuger (2) mit einer Mindestlaufzeit sowie mindestens einem Heizkreis (3, 4, 5), in dem ein Wärmeträger zirkuliert, der vom Wärmeerzeuger (2) erwärmt wird, und mindestens einer Umwälzpumpe (20, 21, 22), eingerichtet zur Förderung eines Volumenstromes Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis (3, 4, 5). Dabei wird vor einem Erreichen der Mindestlaufzeit des Wärmeerzeugers (2) dieser bis zu einem Erreichen der Mindestlaufzeit mit einem derart reduziertem Volumenstrom des Wärmeträgers in dem mindestens einen Heizkreis (3, 4, 5) weiter betrieben, bei dem der Wärmeerzeuger (2) mit minimaler Vorlauftemperatur betrieben werden kann. Das Verfahren ermöglicht die Standzeit eines Wärmeerzeugers (2) zu erhöhen. Zudem wird ein Computerprogramm sowie eine Heizungsanlage (1) vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, ein Computerprogramm und eine Heizungsanlage.
  • Derartige Heizungsanlagen weisen einen Wärmeerzeuger auf, der Wärme zu Erwärmung von Räumen eines Gebäudes oder zur Bereitstellung von Warmwasser erzeugt. Die Heizungsanlage weist zudem in der Regel einen oder mehrere Heizkreise auf, die verschiedene Räume oder Gebäudeabschnitt mit Wärme versorgen. Eine Verteilung der vom Wärmeerzeuger bereitgestellten Wärme kommt beispielsweise mit einem Heizkreisverteiler zum Einsatz, der die Heizkreise mit einem Primärheizkreis der Heizungsanlage verbindet und die Wärme verteilt.
  • Bei einem Betreiben einer Heizungsanlage erfolgt ein Regeln des Wärmeerzeugers und der Heizkreise, hierbei insbesondere deren Vorlauftemperaturen und Volumenströme im Hinblick auf Nutzerkomfort und Energieeffizienz. Hierbei kann es zu einer Taktung des Wärmeerzeugers kommen, der in Abhängigkeit der Wärmeanforderungen an- bzw. ausgeschaltet wird. Dies kann insbesondere in Übergangszeiten mit milden Außentemperaturen und damit verbundenen geringen Wärmeanforderungen auftreten. Eine Taktung eines Wärmeerzeugers kann sich negativ auf eine Standzeit oder Lebensdauer desselben auswirken.
  • In der Regel liefert das Heizgerät über den Primärheizkreis eine Wärmemenge entsprechend dem Heizkreis mit dem maximalen Wärmebedarf und alle weiteren Heizkreise passen den Bedarf durch Beimischung an. Eine Führungsgröße für die vom Heizgerät zu liefernde Vorlauftemperatur kann dabei die Heizungskurve in Verbindung mit einer ermittelten Außentemperatur und/oder einer ermittelten Raumtemperatur einer oder mehrerer Führungsräume sein. Das Heizgerät liefert dann die für diese Führungsgröße notwendige Vorlauftemperatur. Eine Umwälzpumpe eines jeden Heizkreises kann in der Regel differenzdruckgesteuert arbeiten und in Abhängigkeit der Öffnungsweite der Ventile beteiligter Verbraucher (Flächenheizungen, Heizkörper) den notwendigen Volumenstrom liefern. Die Rücklaufbeimischung regelt dabei die Vorlauftemperatur des jeweiligen Heizkreises auf eine Solltemperatur. Ein derartiges Betreiben der Heizungsanlage kann zu kurzen Taktzeiten des Wärmeerzeugers führen, die dessen Standzeit mindern können.
  • Die DE 10 2014 203 760 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer pufferspeicherlosen Heizungsanlage, bei dem der Heizkreis durch Ansteuerung mindestens eines ansteuerbaren Ventils als Pufferspeicher genutzt und somit beispielsweise Wärmenergie zum Abtauen einer Wärmepumpe bereitstellgestellt werden kann. Dabei kann auch eine Mindestlaufzeit des Wärmeerzeugers einbezogen werden. Allerdings erfordert das Verfahren mindestens ein ansteuerbares Ventil und beeinflusst die Energieeffizienz der Heizungsanlage negativ.
  • Die DE 196 01 130 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung einer Raumheizungsanlage mit einem zentralen Wärmerzeuger, bei dem der Wärmeerzeuger auf einem niedrigen Temperaturniveau betrieben wird. Eine Möglichkeit zur Minderung der Taktzeit des Wärmerzeugers wird nicht angegeben.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm als auch ein Heizgerät vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll die Standzeit eines Wärmeerzeugers der Heizungsanlage maximiert werden, bei gleichzeitig hohem Nutzerkomfort und Energieeffizienz.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität einer Heizungsanlage zumindest nicht wesentlich erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen an einer Heizungsanlage erfordern.
  • 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 umfasst einen Wärmeerzeuger mit einer Mindestlaufzeit sowie mindestens einen Heizkreis, indem ein Wärmeträger zirkuliert, der vom Wärmeerzeuger erwärmt wird, und mindestens einer Umwälzpumpe, eingerichtet zur Förderung eines Volumenstromes Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis, wobei vor einem Erreichen der Mindestlaufzeit des Wärmeerzeugers dieser bis zu einem Erreichen der Mindestlaufzeit mit einem derart reduziertem Volumenstrom des Wärmeträgers weiter betrieben wird, bei dem der Wärmeerzeuger mit minimaler Vorlauftemperatur betrieben werden kann.
  • Das Verfahren kann vorteilhaft insbesondere (vollständig) automatisiert und dauerhaft bzw. permanent bei einem Betreiben einer Heizungsanlage ausgeführt werden. Die Erfindung kann die Standzeit eines Wärmeerzeugers durch Minderung der Taktung desselben erheblich steigern, ohne den Nutzerkomfort oder die Energieeffizienz wesentlich einzuschränken.
  • Die Heizungsanlage kann mindestens einen Wärmeerzeuger aufweisen, beispielsweise einen Gasbrennwertkessel, eine Wärmepumpe oder eine Kombination von beiden. Vom Wärmeerzeuger erzeugte Wärme kann über einen Wärmetauscher vom Wärmeerzeuger auf den mindestens einen Heizkreis übertragen werden. Die Heizungsanlage kann auch mehrere Heizkreise umfassen. Dabei kann ein Primärheizkreis vorgesehen sein, in den der Wärmeerzeuger Wärme überträgt, der mit einem oder insbesondere mehreren weiteren Heizkreisen verbunden sein kann. Bei den mehreren Heizkreisen kann es sich um Hochtemperaturheizkreise oder Niedertemperaturheizkreise handeln.
  • Beispielsweise über einen Heizkreisverteiler können die weiteren Heizkreise mit dem Primärheizkreis verbunden sein. Dabei kann jeder Heizkreis jeweils eine Umwälzpumpe und eine Einrichtung zur Rücklaufbeimischung aufweisen. Die Einrichtung zur Rücklaufbeimischung kann dabei insbesondere mittels eines Schrittmotorventils gesteuert werden. Die Einrichtung zur Rücklaufbeimischung kann einen Volumenstrom vom Wärmeträger aus dem Rücklauf in den Vorlauf steuern und so eine Vorlauftemperatur des jeweiligen Heizkreises einstellen. Die Umwälzpumpe, die Einrichtung zur Rücklaufbeimischung und Temperatursensoren für Rücklauf und Vorlauf des Heizkreises können dabei in einer sogenannten Pumpenbaugruppe angeordnet sein, die auch ein Regel- und Steuergerät umfassen kann.
  • Die Heizkreise können dabei Hochtemperatur- oder Niedertemperaturheizkreise sein. Ein Hochtemperaturheizkreis kann zur Versorgung von Heizkörpern eingerichtet sein und benötigt hierfür hohe Vorlauftemperaturen von mehr als 50 °C [Grad Celsius], häufig sogar mehr als 60°C. Niedertemperaturheizkreise versorgen zumeist Flächenheizungen, wie Fußboden- oder Wandheizungen, die eine deutlich geringere Vorlauftemperatur erlauben, in der Regel weniger als 40°C. Bei einer Heizungsanlage, die sowohl Hoch- als auch Niedertemperaturheizkreise umfasst, sollte der Primärheizkreis eine für einen Hochtemperaturheizkreis ausreichende Vorlauftemperatur liefern, die dann durch eine Rücklaufbeimischung der Niedertemperaturheizkreise geeignete Temperatur gesenkt werden kann.
  • Eine Wärmepumpe als Wärmeerzeuger oder Teil desselben kann einen Kältekreis umfassen, in dem ein Kältemittel zirkuliert und dabei Wärme transportiert. Dabei kann das Kältemittel in einem Verdampfer Wärme aufnehmen und vom flüssigen Zustand (Phase) in einen gasförmigen Zustand (Phase) übergehen. In einem Kondensator kann das Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand überführt werden und dabei Wärme zur Nutzung abgeben. Der Verdampfer kann dabei einem Umgebungsmedium (Erdwärme, Außenluft, Grundwasser) Wärme entziehen. In den Leitungen zwischen Verdampfer und Verflüssiger kann ein Kompressor und ein Expansionsventil angeordnet sein, die dem Betriebszustand entsprechende Drücke in Verdampfer und Verflüssiger sowie einen Volumenstrom einstellen/ einregeln können. Die Wärmepumpe kann als sogenannte Split-Wärmepumpe ausgeführt sein, mit einem Außenteil, in Regel umfassend den Verdampfer, und einen Innenteil, dass die Wärme auf einen Heizkreis übertragen kann. Die Wärmepumpe kann auch in Monoblock-Bauweise ausgeführt sein, bei der Verdampfer und Verflüssiger in einer Geräteeinheit angeordnet sind.
  • Der Wärmeerzeuger weist eine Mindestlaufzeit als Parameter auf, die das Erreichen einer vorgegebenen Mindestlaufzeit des Wärmeträgers mit einer vorgegebenen Nutzungsintensität sicherstellt. Die Mindestlaufzeit gibt eine Mindestzeitraum, also eine Zeitdauer, die nicht unterschritten werden sollte, an die der Wärmeerzeuger nach der Inbetriebnahme, dem Einschalten laufen bzw. betrieben werden muss, bevor dieser, beispielsweise aufgrund nicht vorhandener Wärmeanforderung, ausgeschaltet werden kann. Insofern gibt die Mindestlaufzeit ggf. eine kürzeste Taktung des Wärmeerzeugers an. Die Mindestlaufzeit kann dabei einen erhöhten Verschleiß des Wärmeerzeugers durch häufiges An- und Abschalten verhindern. Die Mindestlaufzeit kann im Rahmen der Auslegung und Planung des Wärmeerzeugers rechnerisch ermittelt oder prognostiziert werden oder auch im Rahmen von Laborversuchen ermittelt werden.
  • Eine Mindestlaufzeit ist insbesondere bei einer Wärmepumpe als Wärmeerzeuger relevant. So können bei einer Wärmepumpe durch kurze Taktzeiten unterhalb der Mindestlaufzeit Schäden auftreten.
  • Durch Einhaltung einer solchen Mindestlaufzeit des Wärmeerzeugers kann dessen Standzeit verlängert werden. Zudem können Maßnahmen vorgesehen sein, die ein energieeffizientes Durchführen des Verfahrens begünstigen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einer steigenden Wärmeanforderung der Volumenstrom Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis erhöht werden. Das Betreiben des Wärmeerzeugers mit einer geringen Vorlauftemperatur ist besonders energieeffizient. Dabei kann der Volumenstrom in einer Weise erhöht werden, die einen der Wärmeanforderung entsprechenden Wärmestrom sicherstellt. Dabei kann bei einer Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers aufgrund einer Wärmeanforderung, die beispielsweise mit einem Raumtemperaturfühler erkannt wurde, dieser zunächst mit minimaler Leistung in Betrieb genommen werden und der Volumenstrom Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis erhöht werden, um der Wärmeanforderung zu entsprechen.
  • So kann bei einem Betreiben des Wärmeerzeugers zunächst die minimale Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers eingestellt werden, mit der der aktuellen Wärmeanforderung entsprochen werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Erreichen eines maximalen Volumenstromes die Vorlauftemperatur gesteigert werden. Der maximale Volumenstrom kann dabei den maximalen Volumenstrom angeben, der von der Umwälzpumpe durch den mindestens einen Heizkreis bzw. den Primärheizkreis gefördert werden kann. Der maximale Volumenstrom kann zudem weiteren Restriktionen unterliegen, beispielsweise eine Begrenzung aufgrund eines Auftretens von störenden, den Nutzerkomfort einschränkenden, Strömungsgeräuschen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann bei dem Erhöhen der Vorlauftemperatur der maximale Volumenstrom Wärmeträger beibehalten werden. Somit wird einer erhöhten Wärmeanforderung mittels der Erhöhung der Vorlauftemperatur bei dem maximalen Volumenstrom entsprochen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Heizungsanlage mehrere Heizkreise, darunter einen Niedertemperaturheizkreis, umfassen. Insbesondere kann die Heizungsanlage einen Primärkreis und mit diesem verbundene Heizkreise, darunter mindestens einen Niedertemperaturheizkreis aufweisen. Dabei kann insbesondere mindestens ein weiterer Hochtemperaturheizkreis vorhanden sein. Es kann eine Ansteuerung vorgesehen sein, die insbesondere in Verbindung mit einem Heizkreisverteiler verwirklicht sein kann. Diese kann bei dem Weiterbetreiben vor dem Erreichen der Mindestlaufzeit mit reduziertem Volumenstrom des Wärmeträgers dazu eingerichtet sein, den Niedertemperaturheizkreis zu versorgen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Heizungsanlage einen Wärmespeicher umfassen, der erwärmten Wärmeträger (Brauchwasser oder Wärmeträger Heizkreis) aufnehmen kann und so Wärmeenergie für eine spätere Nutzung speichern kann. Bei einem Weiterbetreiben vor dem Erreichen der Mindestlaufzeit mit reduziertem Volumenstrom kann vorteilhaft die erzeugte Wärme in den Wärmespeicher eingetragen werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer der Heizungsanlage, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Regel- und Steuergerät einer Heizungsanlage durchgeführt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Das Regel- und Steuergerät kann hierfür insbesondere mit dem Wärmeerzeuger, einer Pumpenbaugruppe bzw. einem Regel- und Steuergerät derselben und/ oder einer Umwälzpumpe verbunden sein. Zudem können für eine Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens relevante Daten, wie eine Mindestlaufzeit und/ oder ein maximaler Volumenstrom auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes hinterlegt sein.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Heizungsanlage vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Die Heizungsanlage kann einen Wärmeerzeuger aufweisen, der insbesondere als Wärmepumpe ausgeführt sein kann. Die Heizungsanlage kann insbesondere einen Primärheizkreis umfassen, der mit mehreren Heizkreisen verbunden sein kann. Die mehreren Heizkreise können insbesondere mindestens einen Niedertemperatur- sowie mindestens einen Hochtemperaturheizkreis umfassen. Zudem kann ein Heizkreisverteiler vorgesehen sein.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm 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 und eine Heizungsanlage angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, das Computerprogramm und die Heizungsanlage zumindest dazu bei, ein effizientes Betreiben einer Heizungsanlage in Verbindung mit einer Steigerung der Standzeit des Wärmeerzeugers zu ermöglichen. Dies gelingt ohne den Nutzerkomfort einzuschränken.
  • Zudem kann die Erfindung besonders einfach durch ein Computerprogramm umgesetzt werden. In der Regel kann die Erfindung auch durch ein Softwareupdate in bestehende Heizungsanlagen implementiert werden.
  • 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:
    eine hier vorgeschlagene Heizungsanlage.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch eine hier vorgeschlagene Heizungsanlage 1. Ein Wärmeerzeuger 2 der Heizungsanlage 1 ist hier als Wärmepumpe ausgebildet, mit einem im Inneren eines Gebäudes angeordneten Innenteil und eines außerhalb des Gebäudes angeordneten Außenteil. Innenteil und Außenteil können mittels eines Kältekreises 6 von einem im Außenteil angeordneten Verdampfer aufgenommene Wärme zu einem im Innenteil angeordneten Verflüssiger (Kondensator) transportieren und dort mittels eines Wärmetauschers auf einen Primärheizkreis 3, mit einem Vorlauf 16 und einem Rücklauf 15 übertragen. Der Primärheizkreis 3 kann zudem eine Umwälzpumpe 22 aufweisen. Die Heizungsanlage 1 kann zudem ein Regel- und Steuergerät 17 umfassen, dass zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist und beispielsweise im Wärmeerzeuger 2 angeordnet sein kann. Alternativ kann eine Regelung bzw. eine Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens in einem Netzwerk gespeichert sein und mittels einer Netzwerksverbindung des Heizgerätes 2 und/ oder der Heizungsanlage 1 ein hier vorgeschlagenes Verfahren durchführen.
  • Der Primärheizkreis 3 kann mit einem Hochtemperaturheizkreis 4 und einem Niedertemperaturheizkreis 5, über eine Pumpenbaugruppe Hochtemperaturheizkreis 7 und eine Pumpenbaugruppe Niedertemperaturheizkreis 8 verbunden sein. Der Hochtemperaturheizkreis 4 kann dabei Heizkörper 10 versorgen, und der Niedertemperaturheizkreis 5 Flächenheizungen 9, beispielsweise eine Wand- oder Fußbodenheizung.
  • Die Pumpenbaugruppe 7 des Hochtemperaturheizkreises 4 kann eine Umwälzpumpe 20 und eine Rücklaufbeimischung 18 sowie Temperatursensoren zur Messung der Temperaturen eines Vorlaufs 12 und eines Rücklaufs 11 des Hochtemperaturheizkreises 4 aufweisen.
  • Die Pumpenbaugruppe 8 des Niedertemperaturheizkreis 5 kann eine Umwälzpumpe 21 und eine Rücklaufbeimischung 19 sowie Temperatursensoren zur Messung der Temperaturen eines Vorlaufs 14 und eines Rücklaufs 13 des Niedertemperaturheizkreis 5 aufweisen. Die Ausgestaltung der Pumpenbaugruppen 7, 8 ermöglicht eine unabhängige Steuerung bzw. Regelung des Volumenstromes und der Vorlauftemperatur des Niedertemperaturheizkreises 5 und des Hochtemperaturheizkreises 4.
  • Wenn die Pumpenbaugruppe 7 des Hochtemperaturheizkreises 4 keine Wärmeanforderung hat, gibt sie diese Information an den Wärmeerzeuger 2 weiter und dieser drosselt die Wärmeabgabe auf den von Pumpenbaugruppe 8 des Niedertemperaturheizkreis 5 benötigten Wert. Somit wird die Pumpenbaugruppe 7 des Hochtemperaturheizkreises 4 nicht versorgt und die Pumpenbaugruppe 8 des Niedertemperaturheizkreis 5 arbeitet ohne Rücklaufbeimischung. Somit wird unnötiger Energieverbrauch vermieden.
  • Im Rahmen der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens kann beispielhaft zunächst eine Wärmeanforderung erfolgen, die das Regel- und Steuergerät 17 dazu veranlasst den Wärmeerzeuger 2 in Betrieb zu nehmen. Der Außenteil des Wärmeerzeugers 2 entzieht einem Umgebungsmedium Wärme und überträgt diese auf das im Kältekreis 6 zirkulierende Kältemittel, welches durch die Einwirkung der Wärme verdampft und Verdampfungswärme aufnimmt. Diese wird im Verflüssiger an einen Wärmetauscher abgegeben und auf den Primärheizkreis 3 übertragen über den die Wärme dem Niedertemperaturheizkreis 5, dem Hochtemperaturheizkreis 4 und/oder gegebenenfalls einer hier nicht gezeigten Warmwasserbereitstellung zur Verfügung gestellt wird.
  • Dabei kann der Volumenstrom im Niedertemperaturheizkreis 5, des Hochtemperaturheizkreis 4 und entsprechend des Primärheizkreis 3 derart hoch eingestellt werden, dass die Vorlauftemperatur im Primärheizkreis 3 auf ein Minimum reduziert werden kann, um der Wärmeanforderung zu entsprechen. Bei einer steigenden Wärmeanforderung kann der Volumenstrom im Primärheizkreis 3 und entsprechend der Wärmeanforderung im Niedertemperaturheizkreis 5 und/ oder im Hochtemperaturheizkreis 4 erhöht werden. Die Vorlauftemperatur des Primärheizkreises 3 und damit des Wärmeerzeugers 2 kann dabei weitestgehend konstant gehalten werden. Wenn bei der Steigerung des Volumenstromes ein maximaler Volumenstrom eines Heizkreises 3, 4, 5 erreicht wird, kann die Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers erhöht werden bis der Wärmeanforderung entsprochen werden kann. Hierbei kann der maximale Volumenstrom beibehalten werden.
  • Sollte die Wärmeanforderung vor dem Ende der Mindestlaufzeit des Wärmeerzeugers 2 beendet werden, wird der Wärmeerzeuger 2 weiter betrieben bis zu einem Ende der Mindestlaufzeit. Hierbei kann eine minimale Leistung des Wärmeerzeugers eingestellt werden, und ein minimal notwendiger Volumenstrom im Primärheizkreis 3, mit dem der Wärmeerzeuger 2 betreibbar ist. Insbesondere kann hierbei die Umwälzpumpe 21 des Niedertemperaturheizkreises 4 in Betrieb genommen werden und die Wärme in die Flächenheizung 9 eingetragen werden. Nach der Beendigung der Mindestlaufzeit kann der Wärmeerzeuger 2 ausgeschaltet werden. Vorteilhaft erhöht die Einhaltung der Mindestlaufzeit auch die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Wärmeanforderung vor dem Ende der Mindestlaufzeit, wodurch ein Takten des Wärmeerzeugers 2 vermieden werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizungsanlage
    2
    Wärmeerzeuger
    3
    Primärheizkreis
    4
    Hochtemperaturheizkreis
    5
    Niedertemperaturheizkreis
    6
    Kältekreis
    7
    Pumpenbaugruppe Hochtemperaturheizkreis
    8
    Pumpenbaugruppe Niedertemperaturheizkreis
    9
    Flächenheizung
    10
    Heizkörper
    11
    Rücklauf Hochtemperaturheizkreis
    12
    Vorlauf Hochtemperaturheizkreis
    13
    Rücklauf Niedertemperaturheizkreis
    14
    Vorlauf Niedertemperaturheizkreis
    15
    Rücklauf Primärheizkreis
    16
    Vorlauf Primärheizkreis
    17
    Regel- und Steuergerät
    18
    Rücklaufbeimischung Hochtemperaturheizkreis
    19
    Rücklaufbeimischung Niedertemperaturheizkreis
    20
    Umwälzpumpe Hochtemperaturheizkreis
    21
    Umwälzpumpe Niedertemperaturheizkreis
    22
    Umwälzpumpe Primärheizkreis

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1), umfassend einen Wärmeerzeuger (2) mit einer Mindestlaufzeit sowie mindestens einem Heizkreis (3, 4, 5), in dem ein Wärmeträger zirkuliert, der vom Wärmeerzeuger (2) erwärmt wird, und mindestens einer Umwälzpumpe (20, 21, 22), eingerichtet zur Förderung eines Volumenstromes Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis (3, 4, 5), wobei vor einem Erreichen der Mindestlaufzeit des Wärmeerzeugers (2) dieser bis zu einem Erreichen der Mindestlaufzeit mit einem derart reduziertem Volumenstrom des Wärmeträgers in dem mindestens einen Heizkreis (3, 4, 5) weiter betrieben wird, bei dem der Wärmeerzeuger (2) mit minimaler Vorlauftemperatur betrieben werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wärmerzeuger (2) der Heizungsanlage (1) eine Wärmepumpe ist.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vor dem Erreichen der Mindestlaufzeit bei einer steigenden Wärmanforderung der Volumenstrom Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis (3, 4, 5) erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei einem Erreichen eines maximalen Volumenstromes die Vorlauftemperatur gesteigert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei dem Steigern der Vorlauftemperatur der maximale Volumenstrom des Wärmeträgers beibehalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Heizungsanlage (1) mehrere Heizkreise (3, 4, 5) darunter einen Niedertemperaturheizkreis (5), sowie eine Ansteuerung der mehreren Heizkreise (3, 4, 5) umfasst und bei dem Weiterbetreiben vor dem Erreichen der Mindestlaufzeit mit reduziertem Volumenstrom des Wärmeträgers der Niedertemperaturheizkreis (5) versorgt wird.
7. Heizungsanlage (1), umfassend einen Wärmeerzeuger (2) mit einer Mindestlaufzeit sowie mindestens einem Heizkreis (3, 4, 5), indem ein Wärmeträger zirkuliert, der vom Wärmeerzeuger (2) erwärmt wird, und mindestens eine Umwälzpumpe (20, 21, 22), eingerichtet zur Förderung eines Volumenstromes Wärmeträger in dem mindestens einen Heizkreis (3, 4, 5), und einen mit einem Regel- und Steuergerät (17) sowie Mitteln, die die Heizungsanlage (1) dazu einrichten, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
9. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Heizungsanlage (1) des Patentanspruchs 7 ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
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