EP4671639A1 - Energieverbrauchsüberwachungssystem, optimierungsverfahren und dezentrale wasserversorgungsstation - Google Patents

Energieverbrauchsüberwachungssystem, optimierungsverfahren und dezentrale wasserversorgungsstation

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EP4671639A1
EP4671639A1 EP24191103.1A EP24191103A EP4671639A1 EP 4671639 A1 EP4671639 A1 EP 4671639A1 EP 24191103 A EP24191103 A EP 24191103A EP 4671639 A1 EP4671639 A1 EP 4671639A1
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EP
European Patent Office
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water
supply station
water supply
decentralized
user
Prior art date
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Pending
Application number
EP24191103.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Linda-Sabrina Bartsch
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Uponor Innovation AB
Original Assignee
Uponor Innovation AB
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Filing date
Publication date
Application filed by Uponor Innovation AB filed Critical Uponor Innovation AB
Priority to PCT/EP2025/067625 priority Critical patent/WO2026002915A1/de
Publication of EP4671639A1 publication Critical patent/EP4671639A1/de
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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
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1081—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water counting of energy consumption
    • 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
    • F24D10/00—District heating systems
    • F24D10/003—Domestic delivery stations having a heat exchanger
    • 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
    • F24H15/144—Measuring or calculating energy consumption
    • F24H15/148—Assessing the current energy consumption
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H15/45—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based remotely accessible
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Definitions

  • the application concerns an energy consumption monitoring system for a user unit, an optimization procedure for a user installation of a user unit, and a decentralized water supply station for a single user unit.
  • Decentralized water supply stations for individual units are known from the prior art. For example, it is known from the EP 2 369 243 A2 A so-called apartment station for a building services system is known, which very efficiently provides domestic hot water for apartments, offices, shops, and building units. Such decentralized water supply stations represent an interface between a building installation and a user installation within a single unit, in particular for connecting installations within an apartment with the installation outside the apartment to a central heating system.
  • the object of the present invention is to further improve the energy efficiency of such building technology systems and decentralized supply stations. In particular, it should make it easier for users to minimize the energy consumption of their user installation.
  • an energy consumption monitoring system for a user unit comprising a data acquisition component, an evaluation component, and a configuration component.
  • the data acquisition component is configured to regularly acquire operating data from a decentralized water supply station, wherein the operating data includes sensor data regarding the consumption of heating energy and domestic hot water, in particular potable hot water, for the user unit.
  • the evaluation component is configured to generate a recommendation for action based on the acquired operating data, wherein the recommendation for action includes at least one suggestion for reducing the consumption of heating energy and/or domestic hot water in the user unit.
  • the configuration component is configured to configure at least one component of a user installation of the user unit according to the at least one suggestion.
  • the data acquisition component and the configuration component are integrated into the decentralized water supply station.
  • a data acquisition component and a configuration component of an energy consumption monitoring system into a decentralized water supply station enables user-centric monitoring and optimization of thermal energy consumption. Energy for a single unit. This gives users extensive control over their own energy consumption without requiring access to a central building system. Furthermore, integrating key components of the energy consumption monitoring system into the decentralized water supply station provides a comprehensive overview of thermal energy flows within the user's installation. In particular, this eliminates the need to record heat energy consumption at each individual tap or for each heating circuit. This allows for a reduction in thermal energy consumption while maintaining or even increasing user comfort.
  • the energy consumption monitoring system also includes a user interface component configured to display at least one suggested setting to a user of the user unit.
  • This configuration component is designed to configure at least one component of the user installation according to the suggested setting only if the user accepts it via the user interface component.
  • Such user involvement via a user interface component provides the user with better insight into their individual energy consumption and simultaneously increases the acceptance of suggestions from the energy consumption monitoring system.
  • the user interface component can be designed as an app that runs on the user's device, particularly a smartphone.
  • This approach requires no additional hardware from the user.
  • it allows for particularly simple and convenient integration into other components of so-called smart home solutions.
  • the evaluation component can be designed as a web service that is connected to the decentralized water supply station via at least one data network.
  • an external, potentially high-performance web service can handle the optimization of numerous user units.
  • Such a web service can be offered, in particular, via the internet or, if applicable, via the intelligent building management system of a larger building.
  • the evaluation component can be integrated into a control device of the decentralized water supply station. In this case, data exchange outside the water supply station is unnecessary. This solution is particularly suitable in scenarios where the exchange of individual consumption data by the user is not desired.
  • the data acquisition component and/or the configuration component is integrated into a central electronic control unit of the decentralized water supply station.
  • This central electronic control unit is further configured to manage the demand-based provision of domestic hot water.
  • Such integration into a central control system reduces the number of components required. If a decentralized water supply station already has an electronic control component, the The data acquisition component and/or the configuration component can often be implemented without additional hardware requirements by integrating further program code. This can be done, for example, by updating existing control software or by adding corresponding functionality to newly developed control software. In both cases, it is advantageous that such a central control device or control software typically already has access to suitable sensor data.
  • the data acquisition component and/or the configuration component are provided by a primary control device within the decentralized water supply station.
  • This primary control device operates independently of a secondary control device within the decentralized water supply station, which controls the demand-based provision of domestic hot water.
  • retrofitting existing stations is possible without interfering with their existing, potentially mechanical, control systems.
  • a relatively simple microcontroller with a number of connected sensors can be retrofitted into a decentralized water supply station and execute corresponding program code to implement the data acquisition component and/or the configuration component.
  • the data acquisition component is configured to monitor one or, preferably, a plurality of the following parameters: a primary flow and return temperature of heating water supplied to the decentralized water supply station by a building installation; a secondary flow and return temperature of heating water supplied to a heating circuit of the user installation by the decentralized water supply station; where applicable, an inlet temperature of fresh water, in particular potable cold water, supplied to the decentralized water supply station; in the case of multi-stage heating, where applicable, a temperature of preheated fresh water preheated by a water-to-water heat exchanger of the decentralized water supply station; a domestic hot water temperature of the domestic hot water supplied by the decentralized water supply station to the user installation; a flow rate and/or a water pressure of primary heating water; a flow rate and/or a water pressure of secondary heating water; where applicable, a flow rate and/or a water pressure of supplied fresh water; a flow rate and/or a water pressure of supplied domestic hot water; and/or a switching state and/or a speed of an
  • the configuration component is set up to configure at least one of the following parameters of components in the user installation: a speed and/or a start-up cycle of an internal pump, in particular a circulation pump, of the decentralized water supply station; a speed and/or a start-up cycle of an external pump, in particular a circulation pump, of the user installation; a flow temperature and/or a start-up cycle of a heating circuit of the user installation; and/or a setpoint temperature for domestic hot water.
  • parameters for configuring circulation pumps and setpoint temperatures are often only set by an installer during the initial installation of a decentralized water supply station. This means that the behavior of an individual user cannot be adequately considered, so default settings are usually chosen that are sufficient for a maximum assumed energy consumption. In practice, users' energy consumption is often significantly lower than the maximum assumed energy consumption, so further optimization of the aforementioned parameters during operation is advisable from an energy perspective.
  • the evaluation component is configured to detect a temporary absence of the user based on the operating data and, upon detection of absence, to temporarily switch off at least one internal pump, in particular a circulation pump and/or a recirculation pump, and/or to lower a to suggest a water temperature.
  • Modern, intelligent, or self-learning evaluation algorithms often allow conclusions to be drawn about the presence or absence of a user within the unit from recorded consumption data. If the absence of a user is detected or suspected, parts of the user's installation can be switched off or at least reduced to a lower energy level in order to reduce energy consumption during periods of absence.
  • the evaluation component is configured to generate a recommendation for adjusting at least one pump's speed and/or cycle based on an analysis of historical operating data regarding speeds, start-up cycles, flow rates, and/or pump pressure, particularly for a circulation pump.
  • circulation pumps are often configured with unnecessarily high speeds or unnecessarily long start-up cycles during initial installation, which can be reduced during operation by monitoring actual consumption data.
  • an optimization procedure is proposed for a user installation of a utility unit, wherein the user installation is coupled to a building installation via a decentralized water supply station and is supplied with thermal energy by the building installation.
  • the optimization procedure comprises the following steps: regular acquisition of operational data from the decentralized Water supply station by a data acquisition component of the decentralized water supply station, wherein the operating data includes sensor data regarding the consumption of heating energy and domestic hot water, in particular drinking water, for the user unit; creation of an action recommendation by an evaluation component based on acquired operating data, wherein the action recommendation includes at least one proposal for reducing the consumption of heating energy and/or domestic hot water in the user unit; and configuration of at least one component of the user installation by a configuration component of the decentralized water supply station according to the at least one proposal.
  • the steps mentioned above enable user-centric monitoring and optimization of thermal energy consumption for a single user unit, as described above with regard to the energy consumption monitoring system.
  • a decentralized water supply station for a single user unit, in particular for use in the energy consumption monitoring system according to the first aspect or the optimization method according to the second aspect.
  • the decentralized water supply station comprises: primary supply connections for connecting the decentralized water supply station to a primary supply and a primary return line of a building installation; an inlet connection, in particular a potable water inlet, for connecting the decentralized water supply station to a fresh water supply line; and a first outlet connection for providing domestic hot water.
  • the system comprises, in particular, domestic hot water for at least one tap of the user unit; secondary heating connections for supplying heating water for at least one heating circuit of the user installation; a water-to-water heat exchanger for heating fresh water supplied via the inlet connection using thermal energy supplied via the primary flow; a plurality of sensors, in particular temperature and/or flow sensors; and an electronic control device.
  • the electronic control device is configured to regularly record operating data of the water supply station, wherein the operating data includes sensor data from the plurality of sensors regarding the consumption of heating energy and domestic hot water, in particular drinking water, for the user unit; to provide the recorded operating data to an evaluation component; and to configure at least one component of the user installation based on at least one suggestion from the evaluation component.
  • Such a decentralized residential supply station includes all the components required by the user to record and optimize energy consumption within the user unit, for example by use in the energy consumption monitoring system according to the first aspect or the optimization procedure according to the second aspect.
  • the decentralized water supply station has at least one interface coupled to the electronic control device, in particular a radio interface and/or a building bus interface.
  • the electronic control device is designed for this purpose.
  • the system is configured to provide the collected operational data to an external evaluation component via at least one interface and/or to receive the proposal via at least one interface.
  • Such an interface enables the integration of the decentralized water supply station with a higher-level evaluation component of an energy consumption monitoring system, for example, one provided as a web service.
  • the decentralized water supply station also includes an electric instantaneous water heater, which is hydraulically connected either between a supply connection for the flow and a primary inlet of the water-to-water heat exchanger, or between a secondary outlet of the water-to-water heat exchanger and the first outlet connection.
  • the electronic control unit is further configured to record the electrical energy consumed by the electric instantaneous water heater.
  • Decentralized water supply stations optimized for use in building installations with particularly low flow temperatures sometimes include additional heat sources for reheating preheated domestic hot water. By recording and taking into account the energy consumption of such additional components, the electronic control unit can monitor and optimize the overall primary energy consumption of the user's installation.
  • decentralized water supply station is intended in particular for use in building installations for multiple units, it can of course also be used in buildings with only a single unit.
  • FIG 1 shows a schematic representation of a first decentralized water supply station.
  • Water supply station 1 according to Figure 1
  • the system comprises a water-to-water heat exchanger 2, for example in the form of a plate heat exchanger with a primary side 2a and a hydraulically decoupled secondary side 2b. If hot water flows through the primary side 2a of the water-to-water heat exchanger 2, the thermal energy of the water on the primary side 2a can be used to heat water flowing on the secondary side 2b. In this way, an energy flow from the primary side 2a to the secondary side 2b of the water-to-water heat exchanger 2 is possible without direct contact between the respective water flows.
  • the water-to-water heat exchanger 2 hydraulically divides the water supply station 1 into a heating section and a domestic hot water section. Corresponding connections to the water supply station 1 are assigned to each of these sections.
  • the heating section includes two supply connections for connecting water supply station 1 to a primary flow (pVL) and a primary return (pRL) of a building's plumbing system.
  • heating section 3 optionally includes additional connections for connecting water supply station 1 to a secondary flow (sVL) and a secondary return (sRL) of a user's plumbing system. This allows the hot water supplied by the primary flow (pVL) to also be used for an internal heating circuit within the user's plumbing system.
  • the drinking water section includes a drinking water inlet (TWZ), an optional cold drinking water connection (TKW), and a Domestic hot water connection TWW.
  • the water supply station is connected to a fresh water line, typically a drinking water supply line of a building installation, via the drinking water inlet TWZ.
  • Cold drinking water and hot drinking water are supplied to at least one tap within the user installation via the cold drinking water connection TKW and the hot drinking water connection TWW.
  • all components of the water supply station 1 are arranged on a common mounting or support plate 6. This allows all components to be installed together by one installer, for example in an existing shaft or at a transfer point located outside an apartment, such as in a stairwell.
  • Water supply station 1 further comprises an electronic control device 19, dedicated in the exemplary embodiment, an interface 21 for coupling the control device 19 with a data network 150, a circulation pump 25 arranged in the heating section, various temperature sensors 27 and flow sensors 28, as well as a circulation pump 29 arranged in the domestic hot water supply.
  • the control device 19 monitors all essential water and energy flows within the water supply station 1, and thus also the thermal energy absorbed by a building installation and delivered to a user installation or parts thereof. For example, by means of a first Temperature sensor 27a monitors the water temperature at the domestic hot water (DHW) outlet. Additional temperature sensors 27b to 27f can also be used to measure the water temperatures at the primary supply (pVL) and return (pRL), the secondary supply (sVL) and return (sRL), as well as the domestic hot water inlet (TKW) and the cold water line (TKW).
  • pVL primary supply
  • pRL secondary supply
  • TKW domestic hot water inlet
  • TKW domestic hot water inlet
  • the central control unit 19 uses a first flow sensor 28a to measure the flow rate V DHW of the domestic hot water (TWW) supplied by the water supply station 1 and a second flow sensor 28b to measure the flow rate V pe of the hot water flowing through the water supply station 1 in the building's plumbing system.
  • the central control unit 19 can also measure the flow rate V pe of the hot water flowing through the water supply station 1 via a flow sensor 28b.
  • the third flow sensor (not shown) measures the flow rate V ⁇ sub>TKW ⁇ /sub> of the used drinking water T ⁇ sub>KW ⁇ /sub> supplied by water supply station 1.
  • the control device 19 can also monitor further operating data, such as the runtime of the built-in circulation pump 29 and/or the circulating pump 25, as well as, if applicable, other external components connected to water supply station 1, such as an external circulation, circulating, or heat pump located within the user's plumbing system. If the pump is an intelligent pump with a built-in control device or sensors, additional data, such as pressure or flow rate in the pump's vicinity, can also be sent back to the control device 19.
  • the electronic control device 19 can also directly control individual or selected components or at least indirectly, for example, by involving another control device, such as a central control unit for the water supply station 1 or a dedicated control unit for individual components like the circulation pump 29 or the circulating pump 25.
  • the control device 19 can, in particular, determine and change the operating times and/or speeds of the circulation pump 29 and/or the circulating pump 25.
  • the circulating pump 25, in particular, controls the flow rate of heating water in one or more secondary heating circuits of a user installation.
  • FIG 2 schematically shows an energy consumption monitoring system 100 for a decentralized water supply station, such as the decentralized water supply station 1 according to Figure 1
  • the energy consumption monitoring system 100 comprises a data acquisition component 110, a configuration component 120, an evaluation component 130 and an optional user interface component 140.
  • the data acquisition component 110 and the evaluation component 130 are connected to each other via a data network 150.
  • the data network 150 could be a wired bus system of a building management bus, a local area network (LAN), or a... This could involve a mobile network or a combination of several networks, such as the Internet.
  • the evaluation component 130 is also connected to the configuration component 120 via the data network 150.
  • this connection is preferably established indirectly via the intermediary user interface component 140.
  • a direct connection between the evaluation component 130 and the configuration component 120 is also possible.
  • the user interface 140 can either be omitted entirely or it can form part of one of the other components 110 to 130.
  • the data acquisition component 110 and the configuration component 120 form part of a water supply station 1 and are structurally integrated into it. In particular, they each form part of an electronic control device 19 of the water supply station 1, as shown by the Figure 1 and 3 described.
  • the water supply station 1 represents a link between a building installation 33 with a heat source 32 and a user installation 34 with one or more draw-off points 41 and heating circuits 42.
  • the water supply station 1 itself forms part of the user installation 34.
  • thermal energy from the heat source 32 for example a central heating system, a heat pump, or a district heating source, is used to heat domestic hot water, especially potable water, on demand by a Water-to-water heat exchanger 2 is used.
  • the thermal energy can be distributed to one or more heating circuits 42.
  • the remaining components 130 and 140 can also form part of water supply station 1. Typically, however, they are, as in the Figure 2 As indicated, it is independent of the water supply station 1 and connected via one or more data networks.
  • the evaluation component 130 is, for example, a so-called web or cloud service that is executed by a server computer, for example in a data center.
  • the user interface component 140 is a so-called app, i.e., a software component that is executed, for example, on a user's mobile phone or on another smart device, in particular a smart device of a home automation solution.
  • Components 110 to 140 of the energy consumption monitoring system 100 work together to monitor the operation of water supply station 1 and to optimize its energy consumption.
  • data acquisition component 110 continuously or periodically records temperature, flow rate, and other operating data from individual connections or components of water supply station 1. The recorded sensor and other operating data are logged and made available to evaluation component 130.
  • the evaluation component 130 evaluates the recorded operating data, in particular the temperatures or Temperature differences and quantities of hot water and heating energy supplied by water supply station 1 are recorded. Furthermore, evaluation component 130 records, for example, the operating time of internal or external circulation pumps assigned to the user installation 34 supplied by water supply station 1. Based on the recorded data and settings, evaluation component 130 develops at least one recommendation in the form of a proposal 160 on how the energy consumption, particularly the thermal energy consumption, of water supply station 1 can be reduced. For this purpose, an intelligent, automatic, and especially self-learning algorithm can be used, which determines optimized settings for water supply station 1 from a multitude of previous operating states, consumption data, and energy consumption settings.
  • the algorithm continuously receives and monitors all recorded user data, thereby becoming more intelligent and learning to recognize and more easily evaluate behavioral patterns and subsequently issue recommendations for action.
  • the algorithm can also learn from user feedback, for example via user interface 140, which recommendations are most/least accepted and thus make improved recommendations.
  • Proposal 160 can either be forwarded directly to configuration component 120 of water supply station 1 for implementation or first displayed to the user for approval via user interface 140.
  • adjusted parameters can optionally be displayed to the user, for example via user interface 140 or corresponding status indicators of water supply station 1.
  • the user may be informed about the potential savings offered by proposal 160. For example, the user may be informed how to save thermal energy by temporarily switching off or lowering the temperature of individual or all heating circuits 42 of the user installation 34. Based on this information and, if applicable, further information such as previous and modified configuration data of the water supply station 1 or other components of the user installation 34, as well as previous consumption data, the user can decide whether to accept proposal 160 from the evaluation component 130. If the user rejects proposal 160, no changes will be made to the configuration of the water supply station 1 or other components of the user installation 34.
  • configuration component 120 can adjust the pump speed or pump operating cycle of a circulation pump in water supply station 1 according to proposal 160 from evaluation component 130.
  • other operating parameters such as temperature setpoints, can also be adjusted to a desired operating situation.
  • user interface 140 can provide additional services. In particular, it is possible to log and display the current and, if applicable, historical settings of water supply station 1 using user interface 140. Likewise, a current or The stored historical energy consumption of water supply station 1 can be retrieved. Finally, it is also possible to display all previously accepted or rejected proposals of evaluation component 130.
  • the energy consumption monitoring system 100 described above can be implemented either as a completely self-contained solution, for example, by integrating all components 110 to 140 into the water supply station 1, or as a distributed system as previously described.
  • the evaluation component 130 can, for example, be provided by an external service provider who offers a corresponding service to various customers.
  • the service can be offered to purchasers of one or more series of water supply stations 1 to foster customer loyalty.
  • the service can also be offered on a paid subscription basis.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a second decentralized water supply station 1.
  • the third water supply station 1 is a fully electronically controlled and regulated water supply station. Accordingly, the electronic control device 19 takes over according to... Figure 1
  • all other control and regulation tasks of water supply station 1 are also included. The following section describes only the differences between the aforementioned water supply stations 1.
  • Water supply station 1 additionally includes an electric instantaneous water heater 22, which is connected between a secondary-side outlet of the water-to-water heat exchanger
  • the electric instantaneous water heater 22 is connected to the domestic hot water (DHW) outlet.
  • the electric instantaneous water heater 22 can also be located in a supply line, for example, between the primary flow connection pVL and the primary-side inlet connection of the water-to-water heat exchanger 2.
  • the control device 19 monitors the water temperature at the domestic hot water (DHW) outlet, for example, by means of the first temperature sensor 27a.
  • the temperature falls below a predetermined setpoint Tsoll, it activates the electric instantaneous water heater 22 to raise the temperature of the domestic hot water at the DHW outlet to the desired setpoint temperature Tsoll.
  • the electric instantaneous water heater 22 reports the energy required for this process back to the electrical control device 19.
  • an internal circulation pump has been omitted. However, it can be provided internally in the water supply station 1 or externally in a domestic hot water line if required.
  • the heating section 3 of the described water supply station 1 differs from the previously described embodiments in that a secondary heating circuit is designed as a so-called injection circuit 23.
  • a secondary heating circuit is designed as a so-called injection circuit 23.
  • heating water is circulated in the secondary heating circuit of the user unit largely independently of the primary supply circuit of the building installation by means of a check valve 24 and a circulation pump 25.
  • the temperature of the circulated domestic hot water is regulated to a desired setpoint temperature Theiz for the secondary heating circuit by means of an electrically controlled three-way valve 26 and a second temperature sensor 27d.
  • the three-way valve 26 also serves to control the hot water flow from the primary supply pVL through the primary side 2a of the water-to-water heat exchanger 2.
  • the central control device 19 detects a flow rate V TWW on the secondary side 2b of the water-to-water heat exchanger 2 via a first flow sensor 28a.
  • the three-way valve 26 is opened accordingly, depending on the required heat energy in the secondary domestic hot water flow. If necessary, the hot water flow from the primary supply to the injection circuit 23 can be temporarily interrupted completely or partially to ensure sufficient heat energy is transferred to the domestic hot water section 4.
  • the water supply station 1 comprises further temperature sensors 27c to 27f and a further flow sensor 28b, which can be used by the control device 19 to monitor, control, and/or optimize various functions.
  • the control device 19 of the electronic water supply station 1 can acquire consumption data from the user installation 34 and use it, as described above, to optimize the user installation 34.
  • the total consumption of the water supplied by the water supply station 1 can be determined by measuring the flow rate and temperature difference between the primary supply pVL and the primary return pRL. The amount of heat extracted from the building installation is calculated and made available, for example, via interface 21.
  • All components of the decentralized water supply station 1 according to Figure 3 are arranged in a semi-open housing 13, which is formed by a support plate (not shown) and a hood.
  • the hood is open at the bottom so that the connections TWZ, TKW, TWW, pVL, pRL, sVL and sRL can be connected to corresponding pipes of the building installation or the user installation.
  • Figure 4 shows the steps of a procedure for optimizing the operating parameters of a water supply station 1, in particular for optimizing the operation of an internal pump, especially a circulating pump 25 and/or a circulation pump 29. The steps are shown on the right side of the figure. Figure 4 on the user's side, in particular by components 110, 120 and 140, while the steps on the left side are executed by a central service, in particular a web service, which takes over the function of the evaluation component 130.
  • a central service in particular a web service
  • step S210 the data acquisition component 110 records operational data from a water supply station 1.
  • a water supply station 1 This includes, for example, the various parameters in the Figures 2 and 3
  • the temperature sensor data from the connections of water supply station 1, as shown, are queried and logged at regular intervals, for example, once per second or minute.
  • Flow rates in particular the volumetric flow rate of a discharged...
  • the flow rate of domestic hot water and the volume flow from the primary supply (pVL) or primary return (pRL) are logged.
  • the speed, runtime, and on/off times of an internal pump are recorded.
  • the recorded data can be appropriately summarized, for example, by only storing state changes of individual components.
  • step S220 the logged sensor and other operating data are transmitted to the evaluation component 130.
  • data transmission can occur in real time immediately upon acquisition of the respective operating data.
  • step S230 the collected operating data is analyzed. For example, all operating data recorded in a log for a specific water supply station 1 can be considered. Alternatively, it is also possible to consider only the data newly recorded since the last data transmission or the data since the last reconfiguration of water supply station 1.
  • the analysis can, for example, include an evaluation of how frequently and for how long an internal pump runs. Furthermore, the analysis can include an evaluation of when domestic hot water or heating hot water was supplied by the user installation 34 to a tap 41 or a secondary heating circuit 42.
  • the analysis includes, in particular, the evaluation of whether a user is currently present in the user unit.
  • step S240 it is first determined whether a time t0, at which hot or cold drinking water was last drawn from a tap 41 of the user installation 34, lies more than a predefined time x, for example, 60 minutes, in the past. If this is the case, that is, if the difference between the last draw-off time t0 and the current time t is greater than the predefined threshold x, the evaluation component 130 assumes that no user is present in the user unit.
  • a subsequent step S250 checks whether a time t1, at which, for example, the circulation pump 25 of the water supply station 1 has supplied heating water to a heating circuit 42 of the user installation 34, is later than time t0.
  • the evaluation component 130 assumes that a heating circuit 42 within the user unit is active, even though no user is present in the user unit.
  • a similar monitoring and optimization can alternatively or additionally be carried out for the operation of the circulation pump 29 in order to interrupt the circulation during periods of extended non-use.
  • a recommendation for reducing energy consumption is made in a subsequent step (S260). Specifically, in the aforementioned case, a suggestion (160) is made to switch off the internal pump or reduce its speed. Otherwise, that is, if at least one of the conditions of steps S240 and S250 is not met, the process ends.
  • the process, or the available data, is further analyzed, for example to develop other suggestions for improvement.
  • Proposal 160 is transmitted to a user interface component 140, specifically an app running on the user's mobile phone, and displayed there in step S270.
  • the user then has the opportunity to either accept or reject proposal 160.
  • the proposal can be implemented automatically, so the user does not need to explicitly agree to it.
  • the adjusted parameters can be actively communicated to the user via interface component 140 and/or queried via interface component 140 as needed.
  • the user can be informed about adjusted parameters and/or improvement suggestions at any time and accept them. In the described scenario, for example, the user can be notified that a heating circuit 42 within their user installation 34 is still switched on while they are away from home.
  • step S280 the proposal or commands for a corresponding configuration change are transferred either from the evaluation component 130 or the user interface 140 to the configuration component 120 of the water supply station 1.
  • the configuration component 120 then adjusts the configuration of the water supply station 1 or other components of the user installation 34 in one step S290. accordingly.
  • the control of the internal pump is modified according to proposal 160 in order to switch off the internal pump or reduce its speed.

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Abstract

Es wird ein Energieverbrauchsüberwachungssystem (100) für eine Nutzeinheit vorgeschlagen, das eine Datenerfassungskomponente (110), eine Auswertekomponente (130) und eine Konfigurationskomponente (120) umfasst. Die Datenerfassungskomponente (110) ist dazu eingerichtet, regelmäßig Betriebsdaten einer dezentralen Wasserversorgungsstation (1) zu erfassen, wobei die Betriebsdaten Sensordaten bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für eine Nutzeinheit umfassen. Die Auswertekomponente (130) ist dazu eingerichtet, basierend auf erfassten Betriebsdaten eine Handlungsempfehlung zu erstellen, wobei die Handlungsempfehlung wenigstens einen Vorschlag (160) für die Reduzierung des Verbrauchs von Heizungswärme und/oder Brauchwarmwasser in der Nutzeinheit umfasst. Die Konfigurationskomponente (120) ist dazu eingerichtet, wenigstens eine Komponente einer Nutzerinstallation (34) der Nutzeinheit gemäß dem wenigstens einen Vorschlag (160) zu konfigurieren. Dabei sind die Datenerfassungskomponente (110) und die Konfigurationskomponente (120) in die dezentrale Wasserversorgungsstation (1) integriert.

Description

  • Die Anmeldung betrifft ein Energieverbrauchsüberwachungssystem für eine Nutzeinheit, ein Optimierungsverfahren für eine Nutzerinstallation einer Nutzeinheit sowie eine dezentrale Wasserversorgungsstation für eine einzelne Nutzeinheit.
  • Dezentrale Wasserversorgungsstationen für einzelne Nutzeinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der EP 2 369 243 A2 eine sogenannte Wohnungsstation für ein Haustechniksystem bekannt, die sehr effizient Trinkwarmwasser für Wohnungen, Büros, Ladengeschäfte und Gebäudeeinheiten bereitstellt. Derartige dezentrale Wasserversorgungsstationen stellen eine Schnittstelle zwischen einer Gebäudeinstallation und einer Nutzerinstallation innerhalb einer einzelnen Nutzeinheit dar, insbesondere zum Zusammenführen von Installationen innerhalb einer Wohnung mit der Installation außerhalb der Wohnung zu einer Zentralheizung.
  • Die Aufteilung von Haustechniksystemen, insbesondere zur Verteilung von Wasser und Wärme, in zentrale Komponenten einer Gebäudeinstallation und weitere Komponenten, die von einer dezentralen Wasserversorgungsstation im Bereich einer einzelnen Nutzeinheit übernommen werden, bringt eine Reihe von Vorteilen, wie insbesondere einer verbesserten Energieeffizienz und besserer Anpassbarkeit an die Bedürfnisse der jeweiligen Nutzer mit sich.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Energieeffizienz derartiger Haustechniksysteme und dezentraler Versorgungsstationen weiter zu verbessern. Insbesondere sollen es einem Nutzer erleichtert werden, den Energiebedarf seiner Nutzerinstallation zu minimieren.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung wird ein Energieverbrauchsüberwachungssystem für eine Nutzeinheit vorgeschlagen, das eine Datenerfassungskomponente, eine Auswertekomponente und eine Konfigurationskomponente umfasst. Die Datenerfassungskomponente ist dazu eingerichtet, regelmäßig Betriebsdaten einer dezentralen Wasserversorgungsstation zu erfassen, wobei die Betriebsdaten Sensordaten bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für die Nutzeinheit umfassen. Die Auswertekomponente ist dazu eingerichtet, basierend auf erfassten Betriebsdaten eine Handlungsempfehlung zu erstellen, wobei die Handlungsempfehlung wenigstens einen Vorschlag für die Reduzierung des Verbrauchs von Heizungswärme und/oder Brauchwarmwasser in der Nutzeinheit umfasst. Die Konfigurationskomponente ist dazu eingerichtet, wenigstens eine Komponente einer Nutzerinstallation der Nutzeinheit gemäß dem wenigstens einen Vorschlag zu konfigurieren. Dabei sind die Datenerfassungskomponente und die Konfigurationskomponente in die dezentrale Wasserversorgungsstation integriert.
  • Die Integration einer Datenerfassungskomponente und einer Konfigurationskomponente eines Energieverbrauchsüberwachungssystems in eine dezentrale Wasserversorgungsstation ermöglicht eine nutzerzentrierte Überwachung und Optimierung eines Verbrauchs von thermischer Energie für eine einzelne Nutzeinheit. Somit wird einem Nutzer eine weitgehende Kontrolle über seinen eigenen Energieverbrauch gegeben, ohne dass dieser Zugriff zu einer übergeordneten Gebäudeinstallation benötigt. Zudem bietet die Integration von wesentlichen Teilen des Energieverbrauchsüberwachungssystems in die dezentrale Wasserversorgungsstation einen ganzheitlichen Einblick in die thermischen Energieflüsse innerhalb der Nutzerinstallation. Insbesondere ist es so nicht erforderlich, den Verbrauch von Wärmeenergie an jeder einzelnen Zapfstelle oder für jeden einzelnen Heizkreis zu erfassen. Auf diese Weise kann der Verbrauch thermischer Energie reduziert werden, bei gleichzeitiger Beibehaltung oder sogar Steigerung des Nutzerkomforts.
  • Optional weist das Energieverbrauchsüberwachungssystem des Weiteren eine Nutzerschnittstellenkomponente auf, die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Vorschlag einem Nutzer der Nutzeinheit anzuzeigen. Dabei ist die Konfigurationskomponente dazu eingerichtet, die wenigstens eine Komponente der Nutzerinstallation nur dann gemäß dem wenigstens einen Vorschlag zu konfigurieren, falls der Nutzer den wenigstens einen Vorschlag über die Nutzerschnittstellenkomponente annimmt. Eine derartige Einbeziehung des Nutzers über eine Nutzerschnittstellenkomponente verschafft dem Nutzer bessere Einsicht in seinen individuellen Energieverbrauch und erhöht zugleich die Akzeptanz Vorschlägen des Energieverbrauchsüberwachungssystems.
  • Optional ist die Nutzerschnittstellenkomponente als App ausgestaltet, die auf einem Gerät des Nutzers, insbesondere einem Smartphone, ausgeführt wird. Bei einem derartigen Ansatz wird nutzerseitig keine weitere Hardware erforderlich. Zudem ist eine besonders einfache und komfortable Integration in weitere Komponenten sogenannter Smart Home-Lösungen möglich.
  • Optional ist die Auswertekomponente als Webservice ausgestaltet, der über wenigstens ein Datennetzwerk mit der dezentralen Wasserversorgungsstation gekoppelt ist. Bei dieser Ausgestaltung kann ein externer, gegebenenfalls besonders leistungsfähige Webservice die Optimierung einer Vielzahl von Nutzeinheiten übernehmen. Ein derartiger Webservice kann insbesondere über das Internet oder gegebenenfalls über eine intelligente Gebäudesteuerung eines größeren Gebäudes angeboten werden.
  • Alternativ ist die Auswertekomponente in eine Steuervorrichtung der dezentralen Wasserversorgungsstation integriert. In diesem Fall kann auf den Austausch von Daten außerhalb der Wasserversorgungsstation verzichtet werden. Diese Lösung eignet sich insbesondere in solchen Szenarien, in dem ein Austausch individueller Verbrauchsdaten seitens des Nutzers nicht gewünscht wird.
  • Optional ist die Datenerfassungskomponente und/oder die Konfigurationskomponente in eine zentrale, elektronische Steuervorrichtung der dezentralen Wasserversorgungsstation integriert. Dabei ist die zentrale, elektronische Steuervorrichtung des Weiteren dazu eingerichtet, die bedarfsorientierte Bereitstellung des Brauchwarmwassers zu steuern. Eine derartige Integration in eine zentrale Steuerung reduziert die Anzahl der benötigten Komponenten. Sofern eine dezentrale Wasserversorgungsstation ohnehin schon über eine elektronische Steuerkomponente verfügt, kann die Datenerfassungskomponente und/oder die Konfigurationskomponente oftmals ohne hardwaretechnischen Mehraufwand durch Integration weiteren Programmcodes verwirklicht werden. Dies kann beispielsweise in Form eines Updates einer bestehenden Steuersoftware oder im Rahmen entsprechender Funktionalität einer neuentwickelten Steuersoftware erfolgen. In beiden Fällen ist von Vorteil, dass eine derartige zentrale Steuervorrichtung bzw. Steuersoftware in der Regel bereits Zugriff auf geeignete Sensordaten hat.
  • Alternativ werden die Datenerfassungskomponente und/oder die Konfigurationskomponente durch eine erste Steuervorrichtung der dezentralen Wasserversorgungsstation bereitgestellt. Dabei ist die erste Steuervorrichtung unabhängig von einer zweiten Steuervorrichtung der dezentralen Wasserversorgungsstation zum Steuern einer bedarfsorientierten Bereitstellung des Brauchwarmwassers. Durch die Vorsehung einer eigenständigen elektronischen Steuervorrichtung innerhalb der dezentralen Wasserversorgungsstation ist insbesondere eine Nachrüstung bestehender Stationen ohne Eingriff in deren existierende, gegebenenfalls mechanische Steuerung möglich. Beispielsweise kann ein relativ einfacher Mikrocontroller mit einer Anzahl von daran angeschlossenen Sensoren nachträglich in eine dezentrale Wasserversorgungsstation eingebaut werden und entsprechendem Programmcode zum Implementieren der Datenerfassungskomponente und/oder der Konfigurationskomponente ausführen.
  • Optional ist die Datenerfassungskomponente dazu eingerichtet, einen oder, bevorzugt, eine Mehrzahl der folgenden Parameter zu überwachen: eine primäre Vorlauf- und Rücklauftemperatur von Heizungswasser, welches der dezentralen Wasserversorgungsstation von einer Gebäudeinstallation bereitgestellt werden; eine sekundäre Vorlauf- und Rücklauftemperatur von Heizungswasser, welches einem Heizkreis der Nutzerinstallation von der dezentralen Wasserversorgungsstation bereitgestellt wird; gegebenenfalls eine Zulauftemperatur von Frischwasser, insbesondere Trinkkaltwasser, welches der dezentralen Wasserversorgungsstation bereitgestellt wird; bei einer mehrstufigen Erwärmung, gegebenenfalls eine Temperatur von vorerwärmtem Frischwasser, welches von einem Wasserwasserwärmetauscher der dezentralen Wasserversorgungsstation vorerwärmt wurde; eine Brauchwarmwassertemperatur des von der dezentralen Wasserversorgungsstation an die Nutzerinstallation bereitgestellten Brauchwassers; eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck von primären Heizungswasser; eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck von sekundärem Heizungswasser; gegebenenfalls eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck von bereitgestelltem Frischwasser; eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck von bereitgestelltem Brauchwarmwasser; und/oder einem Schaltzustand und/oder einer Drehzahl einer internen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe oder einer Umwälzpumpe, der dezentralen Wasserversorgungsstation.
  • Basierend auf den oben genannten Daten können alle relevanten Wasser- und Energieflüsse innerhalb der dezentralen Wasserversorgungsstation und somit, mittelbar, innerhalb der Nutzerinstallation überwacht und protokoliert werden. Auf Grundlage dieser Daten kann insbesondere erfasst werden, wie viel Wärmeenergie von der Gebäudeinstallation an die Nutzerinstallation übertragen wird, und in welchen Teilen der Nutzerinstallation die übertragene Wärmeenergie verbraucht wird, beispielsweise als Heizungswärme oder Nutzwarmwasser.
  • Optional ist die Konfigurationskomponente dazu eingerichtet, wenigstens einen der folgenden Parameter von Komponenten der Nutzerinstallation zu konfigurieren: eine Drehzahl und/oder einen Einschaltzyklus einer internen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe oder einer Umwälzpumpe, der dezentralen Wasserversorgungsstation; eine Drehzahl und/oder einen Einschaltzyklus einer externen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe oder einer Umwälzpumpe, der Nutzerinstallation; eine Vorlauftemperatur und/oder einen Einschaltzyklus eines Heizkreises der Nutzerinstallation; und/oder eine Solltemperatur des Brauchwarmwassers. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Parameter zur Konfiguration von Umwälz- und/oder Zirkulationspumpen und Solltemperaturen oftmals nur bei der Erstinstallation einer dezentralen Wasserversorgungsstation von einem Installateur eingestellt werden. Dabei kann das Verhalten eines einzelnen Nutzers nicht oder nicht ausreichend berücksichtigt werden, sodass in der Regel Voreinstellungen gewählt werden, die für einen maximal angenommen Energieverbrauch ausreichend sind. In der Praxis liegen die Energieverbräuche von Nutzern oftmals deutlich unter dem maximal angenommen Energieverbrauch, sodass eine weitere Optimierung der genannten Parameter im Betrieb aus energetischer Sicht sinnvoll ist.
  • Optional ist die Auswertekomponente dazu eingerichtet, basierend auf den Betriebsdaten eine vorübergehende Abwesenheit des Nutzers zu erkennen und bei erkannter Abwesenheit das vorübergehende Abschalten wenigstens einer internen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe und/oder einer Umwälzpumpe, und/oder das Absenken einer Wassertemperatur vorzuschlagen. Moderne, intelligente oder selbstlernende Auswertealgorithmen lassen von erfassten Verbrauchsdaten oftmals Schlüsse auf die Anwesenheit beziehungsweise Abwesenheit eines Nutzers innerhalb der Nutzeinheit zu. Sofern eine Abwesenheit des Nutzers erkannt oder vermutet wird, können Teile der Nutzerinstallation abgeschaltet oder zumindest auf ein energetisch niedrigeres Niveau heruntergeregelt werden, um den Energieverbrauch in Zeiten der Abwesenheit zu reduzieren.
  • Optional ist die Auswertekomponente dazu eingerichtet, basierend auf einer Analyse von historischen Betriebsdaten bezüglich Drehzahlen, Einschaltzyklen, Durchflussmengen und/oder eines Pumpendrucks wenigstens einer Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe und/oder einer Umwälzpumpe, eine Handlungsempfehlung zum Einstellen wenigstens einer geänderten Drehzahl und/oder eines geänderten Einschaltzyklus für die wenigstens eine Pumpe zu erstellen. Wie oben beschrieben werden Umwälz- und/oder Zirkulationspumpen bei der Erstinstallation oftmals mit unnötig hohen Drehzahlen oder unnötig langen Einschaltzyklen konfiguriert, die im Betrieb durch basierend auf der Überwachung tatsächlicher Verbrauchsdaten reduziert werden können.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung wird Optimierungsverfahren für eine Nutzerinstallation einer Nutzeinheit vorgeschlagen, wobei die Nutzerinstallation über eine dezentrale Wasserversorgungsstation mit einer Gebäudeinstallation gekoppelt ist und von der Gebäudeinstallation mit thermischer Energie versorgt wird. Das Optimierungsverfahren umfasst die Schritte: regelmäßiges Erfassen von Betriebsdaten der dezentralen Wasserversorgungsstation durch eine Datenerfassungskomponente der dezentralen Wasserversorgungsstation, wobei die Betriebsdaten Sensordaten bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für die Nutzeinheit umfassen; Erstellen einer Handlungsempfehlung durch eine Auswertekomponente basierend auf erfassten Betriebsdaten, wobei die Handlungsempfehlung wenigstens einen Vorschlag für die Reduzierung des Verbrauchs von Heizungswärme und/oder Brauchwarmwasser in der Nutzeinheit umfasst; und Konfigurieren wenigstens einer Komponente der Nutzerinstallation durch eine Konfigurationskomponente der dezentralen Wasserversorgungsstation gemäß dem wenigstens einen Vorschlag.
  • Die oben genannten Schritte ermöglichen eine nutzerzentrierte Überwachung und Optimierung eines Verbrauchs von thermischer Energie für eine einzelne Nutzeinheit wie oben bezüglich des Energieverbrauchsüberwachungssystems beschrieben.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Offenbarung wird eine dezentrale Wasserversorgungsstation für eine einzelne Nutzeinheit, insbesondere zur Verwendung in dem Energieverbrauchsüberwachungssystem gemäß dem ersten Aspekt oder dem Optimierungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt, offenbart. Die dezentrale Wasserversorgungsstation umfasst: primäre Versorgungsanschlüsse zum Anschließen der dezentralen Wasserversorgungsstation an einen primären Vorlauf und einen primären Rücklauf einer Gebäudeinstallation; einen Eingangsanschluss, insbesondere einen Trinkwasserzulauf, zum Anschließen der dezentralen Wasserversorgungsstation an eine Frischwasserversorgungsleitung, einen ersten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen von Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für wenigstens eine Zapfstelle der Nutzeinheit; sekundäre Heizungsanschlüsse zum Bereitstellen von Heizungswasser für wenigstens einen Heizkreis der Nutzerinstallation; einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher zum Erwärmung von über den Eingangsanschluss bereitgestellten Frischwasser mittels über den primären Vorlauf bereitgestellter Wärmeenergie; eine Mehrzahl von Sensoren, insbesondere Temperatur- und/oder Durchflusssensoren; und eine elektronische Steuervorrichtung. Die elektronische Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, regelmäßiges Betriebsdaten der Wasserversorgungsstation zu erfassen, wobei die Betriebsdaten Sensordaten der Mehrzahl von Sensoren bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für die Nutzeinheit umfassen, , die erfassten Betriebsdaten einer Auswertekomponente zur Verfügung zu stellen, und basierend auf wenigstens einem Vorschlag der Auswertekomponente wenigstens eine Komponente der Nutzerinstallation zu konfigurieren.
  • Eine derartige, dezentrale Wohnungsversorgungsstation umfasst alle Komponenten, die nutzerseitig erforderlich sind, um einen Energieverbrauch innerhalb der Nutzereinheit zu erfassen und zu optimieren, beispielsweise durch Einsatz in dem Energieverbrauchsüberwachungssystems gemäß dem ersten Aspekt oder dem Optimierungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt.
  • Optional weist die dezentrale Wasserversorgungsstation wenigstens eine mit der elektronischen Steuervorrichtung gekoppelte Schnittstelle auf, insbesondere eine Funkschnittstelle und/oder eine Gebäudebusschnittstelle. Dabei ist die elektronische Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die erfassten Betriebsdaten einer externen Auswertekomponente über die wenigstens eine Schnittstelle bereitzustellen und/oder den Vorschlag über die wenigstens eine Schnittstelle zu empfangen. Eine derartige Schnittstelle ermöglicht die Integration der dezentralen Wasserversorgungsstation mit einer übergeordneten, beispielsweise als Webservice bereitgestellten, Auswertekomponente eines Energieverbrauchsüberwachungssystemen.
  • Optional weist die dezentrale Wasserversorgungsstation weiter einen elektrischen Durchlauferhitzer auf, wobei der elektrische Durchlauferhitzer hydraulisch entweder zwischen einem Versorgungsanschluss für den Vorlauf und einen primären Eingang des Wasserwasserwärmetauschers oder zwischen einen sekundären Ausgang des Wasserwasserwärmetauschers und den ersten Ausgangsanschluss geschaltet ist. Dabei ist die elektronische Steuervorrichtung weiter dazu eingerichtet, die von dem elektrischen Durchlauferhitzer verbrauchte elektrische Energie zu erfassen. Dezentrale Wasserversorgungsstationen, die zum Einsatz in Gebäudeinstallationen mit besonders geringen Vorlauftemperaturen optimiert sind, verfügen teilweise über weitere Wärmequellen zur Nacherwärmung von vorerwärmtem Brauchwasser. In dem auch der Energieverbrauch solcher zusätzlichen Komponenten durch die elektronische Steuervorrichtung erfasst und berücksichtigt wird, kann der gesamte Primärenergieverbrauch der Nutzerinstallation überwacht und optimiert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des offenbarten Energieverbrauchsüberwachungssystems, der offenbarten dezentralen Versorgungsstation, und den offenbarten Verfahren zur Optimierung eines Energieverbrauchs einer Nutzerinstallation sind in den angehängten Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen angegeben.
  • Obgleich die beschriebene dezentrale Wasserversorgungsstation insbesondere für den Einsatz in Gebäudeinstallationen für mehreren Nutzeinheiten vorgesehen ist, kann sie selbstverständlich auch in Gebäuden mit nur einer einzelnen Nutzeinheit Verwendung finden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen im Detail beschrieben. Dabei werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder gleichartige Komponenten der Ausführungsbeispiele verwendet. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die entsprechenden Komponenten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele in jeder Beziehung identisch sind.
    • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten dezentralen Wasserversorgungsstation.
    • Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Energieverbrauchsüberwachungssystems.
    • Figur 3 zeigt schematisch eine Darstellung einer zweiten dezentralen Wasserversorgungsstation.
    • Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Optimieren einer Pumpensteuerung.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten dezentralen Wasserversorgungsstation 1. Die Wasserversorgungsstation 1 gemäß Figur 1 umfasst einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher 2, beispielsweise in Form eines Plattenwärmetauschers mit einer Primärseite 2a und einer hydraulisch davon entkoppelten Sekundärseite 2b. Wird die Primärseite 2a des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 2 von Warmwasser durchflossen, kann die Wärmeenergie des Wassers auf der Primärseite 2a dazu genutzt werden, Wasser, das auf der Sekundärseite 2b fließt, zu erwärmen. Auf diese Weise ist ein Energiefluss von der Primärseite 2a zu der Sekundärseite 2b des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 2 möglich, ohne dass es zu einem direkten Kontakt der jeweiligen Wasserströme kommt.
  • Durch den Wasser-Wasser-Wärmetauscher 2 wird die Wasserversorgungsstation 1 hydraulisch in einen Heizungsteil und einen Trinkwasserteil aufgeteilt. Den beiden Teilen sind entsprechende Anschlüsse der Wasserversorgungsstation 1 zugeordnet.
  • Insbesondere befinden sich im Heizungsteil zwei Versorgungsanschlüsse zum Anschließen der Wasserversorgungsstation 1 an einen primären Vorlauf pVL beziehungsweise einen primären Rücklauf pRL einer Gebäudeinstallation. Des Weiteren umfasst der Heizungsteil 3 optional weitere Anschlüsse zum Anschließen der Wasserversorgungsstation 1 an einen sekundären Vorlauf sVL und einen sekundären Rücklauf sRL einer Nutzerinstallation. Auf diese Weise kann das von dem primären Vorlauf pVL bereitgestellte Heizungswarmwasser auch für einen internen Heizkreis innerhalb der Nutzerinstallation bereitgestellt bzw. durchgeschleift werden.
  • Der Trinkwasserteil umfasst einen Trinkwasserzulauf TWZ, einen optionalen Trinkkaltwasseranschluss TKW und einen Trinkwarmwasseranschluss TWW. Über den Trinkwasserzulauf TWZ wird die Wasserversorgungsstation mit einer Frischwasserleitung, typischerweise einer Trinkwasserversorgungsleitung einer Gebäudeinstallation verbunden. Über den Trinkkaltwasseranschluss TKW und den Trinkwarmwasseranschluss TWW werden Trinkkaltwasser und durch den Wasser-Wasser-Wärmetauscher 2 erwärmtes Trinkwarmwasser für wenigstens eine Zapfstelle innerhalb der Nutzerinstallation bereitgestellt.
  • Im in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Komponenten der Wasserversorgungsstation 1 auf einer gemeinsamen Montage- oder Trägerplatte 6 angeordnet. Somit können alle Komponenten von einem Installateur gemeinsam installiert werden, beispielsweise in einem bauseits vorhandenen Schacht oder an einem außerhalb einer Wohnung angeordneten Übergabepunkt, wie beispielsweise in einem Treppenhaus.
  • Die Wasserversorgungsstation 1 gemäß Figur 1 umfasst des Weiteren eine elektronische, im Ausführungsbeispiel dedizierte Steuervorrichtung 19, eine Schnittstelle 21 zur Kopplung der Steuervorrichtung 19 mit einem Datennetzwerk 150, eine im Heizungsteil angeordnete Umwälzpumpe 25, verschiedene Temperatursensoren 27 und Durchflusssensoren 28, sowie eine in der Trinkwarmwasserversorgung angeordnete Zirkulationspumpe 29.
  • Die Steuervorrichtung 19 überwacht alle wesentlichen Wasser- und Energieströme innerhalb der Wasserversorgungsstation 1, und somit auch die von einer Gebäudeinstallation aufgenommene und an eine Nutzerinstallation bzw. Teile davon abgegeben thermische Energie. Beispielsweise wird mittels eines ersten Temperatursensors 27a die Wassertemperatur an dem Ausgangsanschluss für Trinkwarmwasser TWW überwacht. Mittels weiteren Temperatursensoren 27b bis 27f können auch die Wassertemperaturen an dem primären Vorlauf pVL und Rücklauf pRL, dem sekundären Vorlauf sVL und Rücklauf sRL, sowie dem Trinkwasserzulauf TKW bzw. der Trinkwasserkaltleitung TKW erfasst werden. Darüber hinaus erfasst die zentrale Steuervorrichtung 19 über einen ersten Durchflusssensor 28a eine Flussrate VTWW des von der Wasserversorgungsstation 1 bereitgestellten Trinkwarmwassers TWW und über einen zweiten Durchflusssensor 28b eine Flussrate Vpe des durch die Wasserversorgungsstation 1 fließenden Warmwasser der Gebäudeinstallation. Optional erfasst die zentrale Steuervorrichtung 19 über einen in der Figur 1 nicht dargestellten, dritten Durchflusssensor eine Flussrate VTKW des von der Wasserversorgungsstation 1 bereitgestellten Trinkaltwassers TKW. Durch die Messung der Flussrate Vpe sowie der zugehörigen Temperaturen an den Anschlüssen pVL und pRL kann beispielsweise die insgesamt durch die Wasserversorgungsstation 1 aus der Gebäudeinstallation entnommene Wärmemenge berechnet werden. Die Steuervorrichtung 19 kann des Weiteren weitere Betriebsdaten, wie die Laufzeit der eingebauten Zirkulationspumpe 29 und/oder der Umwälzpumpe 25 sowie ggfs. weiterer an die Wasserversorgungsstation 1 angeschlossener externer Komponenten wie beispielsweise einer externen Zirkulations-, Umwälz- oder Wärmepumpe überwachen, die innerhalb der Nutzerinstallation angeordnet sind. Sofern es sich um eine intelligente Pumpe mit eingebauter Steuervorrichtung oder Sensoren handelt, können gegebenenfalls auch weitere Daten wie ein Druck oder ein Durchfluss im Bereich der Pumpe zurück an die Steuervorrichtung 19 gesendet werden.
  • Die elektronische Steuervorrichtung 19 kann des Weiteren einzelne oder ausgewählte Komponenten direkt ansteuern oder zumindest indirekt, beispielsweise über Einbeziehung einer weiteren Steuervorrichtung, beispielsweise einer zentralen Steuerung der Wasserversorgungsstation 1 oder einer dedizierten Steuerung von Einzelkomponenten wie der Zirkulationspumpe 29 oder der Umwälzpumpe 25, umkonfigurieren. Im Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung 19 insbesondere die Laufzeiten und/oder Drehzahlen der Zirkulationspumpe 29 und/oder der Umwälzpumpe 25 bestimmen und verändern. Über die Umwälzpumpe 25 wird insbesondere der Durchfluss an Heizungswasser in einem oder mehreren sekundären Heizkreisen einer Nutzerinstallation gesteuert. Über die Zirkulationspumpe 29 wird unter anderem die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der Trinkwarmwasser mit einer gewünschten Solltemperatur an einer Zapfstelle bereitgestellt werden kann.
  • Figur 2 zeigt schematisch ein Energieverbrauchsüberwachungssystem 100 für eine dezentrale Wasserversorgungsstation, wie beispielsweise die dezentrale Wasserversorgungsstation 1 gemäß Figur 1. Das Energieverbrauchsüberwachungssystem 100 umfasst eine Datenerfassungskomponente 110, eine Konfigurationskomponente 120, eine Auswertekomponente 130 und eine optionale Nutzerschnittstellenkomponente 140.
  • Die Datenerfassungskomponente 110 und die Auswertekomponente 130 sind über ein Datennetzwerk 150 miteinander verbunden. Beispielsweise kann es sich bei dem Datennetzwerk 150 um ein leitungsgebundenes Bussystem eines Gebäudemanagementbusses, ein lokales, drahtloses Netzwerk (LAN), um ein Mobilfunknetzwerk oder um eine Kombination von mehreren Netzwerken, wie insbesondere das Internet, handeln.
  • Die Auswertekomponente 130 ist mit der Konfigurationskomponente 120 ebenfalls über das Datennetzwerk 150 verbunden. Im in der Figur 2 dargestellten Szenario erfolgt diese Verbindung bevorzugt indirekt über die zwischengeschaltete Nutzerschnittstellenkomponente 140. Alternativ ist jedoch auch eine direkte Verbindung zwischen der Auswertekomponente 130 und der Konfigurationskomponente 120 möglich. In diesem Fall kann auf die Nutzerschnittstelle 140 entweder ganz verzichtet werden oder sie bildet einen Teil einer der übrigen Komponenten 110 bis 130.
  • Die Datenerfassungskomponente 110 und die Konfigurationskomponente 120 bilden einen Teil einer Wasserversorgungsstation 1 und sind baulich in diese integriert. Insbesondere bilden sie jeweils einen Teil einer elektronischen Steuervorrichtung 19 der Wasserversorgungsstation 1, wie anhand der Figuren 1 und 3 beschrieben.
  • Wie in der Figur 2 angedeutet stellt die Wasserversorgungsstation 1 ein Bindeglied zwischen einer Gebäudeinstallation 33 mit einer Wärmequelle 32 und einer Nutzerinstallation 34 mit ein oder mehreren Zapfstellen 41 und Heizkreisen 42 dar. Dabei bildet die Wasserversorgungsstation 1 selbst einen Teil der Nutzerinstallation 34. Innerhalb der Wasserversorgungsstation 1 wird thermische Energie der Wärmequelle 32, beispielsweise einer Zentralheizung, einer Wärmepumpe oder einer Fernwärmequelle, zur bedarfsgerechten Erwärmung von Nutzwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, durch einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher 2 genutzt. Darüber hinaus kann die thermische Energie an einen oder mehrere Heizkreise 42 weiterverteilt werden.
  • Auch die übrigen Komponenten 130 und 140 können einen Teil der Wasserversorgungsstation 1 bilden. Typischerweise sind sie jedoch, wie in der Figur 2 angedeutet, von ihr unabhängig und über ein oder mehrere Datennetzwerke der Wasserversorgungsstation 1 verbunden. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Auswertekomponente 130 beispielsweise um einen sogenannten Web- oder Cloudservice, der von einem Servercomputer, beispielsweise in einem Rechenzentrum, ausgeführt wird. Dagegen handelt es sich bei der Benutzerschnittstellenkomponente 140 um eine sogenannte App, also eine Softwarekomponenten, die beispielsweise auf einem Mobiltelefon eines Nutzers oder auf einem anderen intelligenten Gerät, insbesondere einem intelligenten Gerät einer Hausautomatisierungslösung, ausgeführt wird.
  • Die Komponenten 110 bis 140 des Energieverbrauchsüberwachungssystems 100 wirken zusammen, um den Betrieb der Wasserversorgungsstation 1 zu überwachen und bezüglich des Energieverbrauchs zu optimieren. Hierzu erfasst die Datenerfassungskomponente 110 entweder kontinuierlich oder regelmäßig Temperatur-, Durchfluss- und sonstige Betriebsdaten von einzelnen Anschlüssen oder Komponenten der Wasserversorgungsstation 1. Die erfassten Sensor- und sonstigen Betriebsdaten werden protokolliert und der Auswertekomponente 130 zur Verfügung gestellt.
  • Die Auswertekomponente 130 evaluiert die aufgezeichneten Betriebsdaten, insbesondere die Temperaturen beziehungsweise Temperaturdifferenzen und Mengen von der Wasserversorgungsstation 1 abgegebenem Warmbrauchwasser und Heizungsenergie. Darüber hinaus erfasst die Auswertekomponente 130 beispielsweise die Laufzeit von internen oder externen Umwälz- oder Zirkulationspumpen, die der von der Wasserversorgungsstation 1 versorgten Nutzerinstallation 34 zugeordnete sind. Basierend auf den erfassten Daten und Einstellungen arbeitet die Auswertekomponente 130 wenigstens eine Handlungsempfehlung in Form eines Vorschlag 160 aus, wie die Energieaufnahme, insbesondere die thermische Energieaufnahme, der Wasserversorgungsstation 1 reduziert werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein intelligenter, automatischer, insbesondere selbstlernender Algorithmus eingesetzt werden, der aus einer Vielzahl von vorherigen Betriebszuständen, Verbrauchsdaten und Einstellungen bezüglich des Energieverbrauchs optimierte Einstellungen für die Wasserversorgungsstation 1 ermittelt. Insbesondere erhält und überwacht der Algorithmus stetig alle erfassten Nutzerdaten und wird dadurch intelligenter und lernt Verhaltensmuster zu erkennen und leichter auszuwerten und daraufhin Handlungsempfehlungen auszugeben. Auch kann der Algorithmus basierend auf Rückmeldungen des Nutzers, beispielsweise über die Nutzerschnittstelle 140 lernen, welche Handlungsempfehlungen am meisten/wenigsten angenommen werden und dadurch verbesserte Empfehlungen aussprechen.
  • Der Vorschlag 160 kann entweder direkt zur Umsetzung an die Konfigurationskomponente 120 der Wasserversorgungsstation 1 weitergeleitet oder dem Nutzer zunächst zur Freigabe über die Nutzerschnittstelle 140 angezeigt werden. Im ersten Fall können angepasste Parameter optional dem Benutzer angezeigt werden, beispielsweise über die Nutzerschnittstelle 140 oder entsprechende Statusanzeigen der Wasserversorgungsstation 1 selbst. Im zweiten Fall wird der Nutzer gegebenenfalls darüber informiert, welches Einsparpotential der Vorschlag 160 in sich trägt. Beispielsweise kann der Nutzer informiert werden, wie er durch vorübergehendes Abschalten oder Absenken einzelner oder aller Heizkreise 42 der Nutzerinstallation 34 Wärmeenergie einsparen kann. Der Nutzer kann basierend auf diesen und gegebenenfalls weiteren Informationen, wie beispielsweise bisherigen und geänderten Konfigurationsdaten der Wasserversorgungsstation 1 oder sonstiger Komponenten der Nutzerinstallation 34 sowie bisherigen Verbrauchsdaten, entscheiden, ob er den Vorschlag 160 der Auswertekomponente 130 annehmen will. Wenn der Nutzer den Vorschlag 160 ablehnt, erfolgt keine Änderung der Konfiguration der Wasserversorgungsstation 1 oder sonstiger Komponenten der Nutzerinstallation 34.
  • Wird der Vorschlag 160 vom Nutzer jedoch angenommen oder von der Auswertekomponente 130 direkt zur Umsetzung an die Konfigurationskomponente 120 geschickt, wird er von dieser umgesetzt. Insbesondere kann die Konfigurationskomponente 120 eine Pumpendrehzahl oder einen Pumpenbetriebszyklus einer Umwälz- oder Zirkulationspumpe der Wasserversorgungsstation 1 gemäß dem Vorschlag 160 der Auswertekomponente 130 anpassen. In ähnlicher Weise können auch andere Betriebsparameter, beispielsweise Temperatursollwerte, an eine gewünschte Betriebssituation angepasst werden.
  • Optional kann die Nutzerschnittstelle 140 weitere Dienste zur Verfügung stellen. Insbesondere ist es möglich, mittels der Nutzerschnittstelle 140 die aktuellen als auch gegebenenfalls historische Einstellungen der Wasserversorgungsstation 1 zu protokollieren und anzuzeigen. Ebenso kann über die Nutzerschnittstelle 140 ein aktueller beziehungsweise gespeicherter historischer Energieverbrauch der Wasserversorgungsstation 1 abgerufen werden. Schließlich ist es auch möglich, alle bereits angenommenen oder verworfenen Vorschläge der Auswertekomponente 130 anzuzeigen.
  • Das oben beschriebene Energieverbrauchsüberwachungssystem 100 kann entweder als vollständig autarke Lösung, beispielsweise durch Integration sämtlicher der Komponenten 110 bis 140 in die Wasserversorgungsstation 1, oder als verteiltes System wie zuvor beschrieben implementiert werden. Bei der Implementierung als verteiltes System kann die Auswertekomponente 130 beispielsweise von einem externen Dienstleister bereitgestellt werden, der einen entsprechenden Dienst für verschiedene Kunden bereitstellt. Beispielsweise kann der Dienst zur Kundenbindung an Käufer einer oder mehrerer Baureihen von Wasserversorgungsstationen 1 angeboten werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Dienst auch gegen Bezahlung in Form eines Abonnements angeboten werden.
  • Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten dezentralen Wasserversorgungsstation 1. Insbesondere handelt es sich bei der dritten Wasserversorgungsstation 1 um eine vollständig elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Wasserversorgungsstation. Demensprechend übernimmt die elektronische Steuervorrichtung 19 gemäß Figur 1 neben der Datenerfassung und Konfiguration auch alle übrigen Regel- und Steueraufgaben der Wasserversorgungsstation 1. Dabei werden nachfolgend lediglich die Unterschiede bezüglich der zuvor genannten Wasserversorgungsstationen 1 beschrieben.
  • Die Wasserversorgungsstation 1 gemäß Figur 3 umfasst zusätzlich einen elektrischen Durchlauferhitzer 22, der zwischen einem sekundärseitigen Ausgang des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 2 und dem Anschluss für Trinkwarmwasser TWW geschaltet ist. Alternativ kann der elektrische Durchlauferhitzer 22 auch in einer Zulaufleitung, beispielsweise zwischen dem primären Vorlaufanschluss pVL und dem primärseitigen Eingangsanschluss des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 2 angeordnet sein. Die Steuervorrichtung 19 überwacht, beispielsweise mittels des ersten Temperatursensors 27a, die Wassertemperatur an dem Ausgangsanschluss für Trinkwarmwasser TWW. Liegt sie unterhalb eines vorgegebenen Sollwerts Tsoll, aktiviert sie den elektrischen Durchlauferhitzer 22, um das Temperaturniveau des Trinkwarmwassers am Trinkwarmwasseranschluss TWW auf die gewünschte Solltemperatur Tsoll anzuheben. Bevorzugt meldet der elektrische Durchlauferhitzer 22 die dabei benötigte Energie an die elektrische Steuervorrichtung 19 zurück. Auf die Vorsehung einer internen Zirkulationspumpe wurde im beschriebenen Ausführungsbeispiel verzichtet. Sie kann jedoch bei Bedarf intern in der Wasserversorgungsstation 1 oder extern in einer Trinkwarmwasserleitung vorgesehen werden.
  • Der Heizungsteil 3 der beschriebenen Wasserversorgungsstation 1 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass ein sekundärer Heizkreis als sogenannter Einspritzkreis 23 ausgestaltet ist. Hierzu wird mittels eines Rückschlagventils 24 und einer Umwälzpumpe 25 Heizungswasser in dem sekundären Heizkreis der Nutzeinheit weitgehend unabhängig von dem primären Versorgungskreis der Gebäudeinstallation zirkuliert. Dabei wird die Temperatur des zirkulierten Nutzwarmwassers mittels eines elektrisch ansteuerbaren Dreiwegeventils 26 und eines zweiten Temperatursensors 27d auf eine gewünschte Solltemperatur Theiz für den sekundären Heizkreis geregelt. Ein derartiger Ansatz eignet sich insbesondere bei Installationen, bei denen die Wasserversorgungsstation 1 mit einer relativ hohen Vorlauftemperatur des primären Vorlaufs pVL versorgt wird, und wohnungsintern eine niedrigere Heiztemperatur Theiz für den sekundären Vorlauf sVL verwenden werden soll, insbesondere bei Flächenheizungssystemen.
  • Das Dreiwegeventil 26 dient zugleich zur Steuerung des Warmwasserflusses von dem primären Vorlauf pVL durch die Primärseite 2a des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 2. Hierzu erfasst die zentrale Steuervorrichtung 19 über einen ersten Durchflusssensor 28a eine Flussrate VTWW auf der Sekundärseite 2b des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 2. Entsprechend der benötigten Wärmeenergie im sekundären Trinkwarmwasserfluss wird das Dreiwegeventil 26 entsprechend weit geöffnet. Dabei kann bei Bedarf ein Warmwasserfluss von dem primären Vorlauf zu dem Einspritzkreis 23 vorübergehend ganz oder teilweise unterbrochen wird, um ausreichend Wärmeenergie in den Trinkwasserteil 4 übertragen zu können.
  • Im Ausführungsbeispiel umfasst die Wasserversorgungsstation 1 wie zuvor beschrieben weitere Temperatursensoren 27c bis 27f und ein weiteren Durchflusssensor 28b, die zur Überwachung, Ansteuerung und/oder Optimierung verschiedener Funktionen von der Steuervorrichtung 19 verwendet werden können. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 19 der elektronischen Wasserversorgungsstation 1 Verbrauchsdaten der Nutzerinstallation 34 erfassen und wie oben beschrieben zur Optimierung der Nutzerinstallation 34 verwenden. Insbesondere kann durch Durchfluss- und Temperaturdifferenzmessungen zwischen dem primären Vorlauf pVL und dem primären Rücklauf pRL die insgesamt durch die Wasserversorgungsstation 1 aus der Gebäudeinstallation entnommene Wärmemenge berechnet und beispielsweise über die Schnittstelle 21 bereitstellt werden.
  • Sämtliche Komponenten der dezentralen Wasserversorgungsstation 1 gemäß Figur 3 sind in einem halboffenen Gehäuse 13 angeordnet, das durch Trägerplatte (nicht dargestellt) und eine Haube gebildet wird. Die Haube ist nach unten offen, so dass die Anschlüsse TWZ, TKW, TWW, pVL, pRL, sVL und sRL mit entsprechenden Rohrleitungen der Gebäudeinstallation beziehungsweise der Nutzerinstallation verbunden werden können.
  • Figur 4 zeigt die Schritte eines Verfahrens zur Optimierung von Betriebsparametern einer Wasserversorgungsstation 1, insbesondere zur Optimierung des Betriebs einer internen Pumpe, insbesondere einer Umwälzpumpe 25 und/oder einer Zirkulationspumpe 29. Dabei werden die Schritte auf der rechten Seite der Figur 4 auf Seiten eines Nutzers, insbesondere durch die Komponenten 110, 120 und 140 ausgeführt, während die Schritte auf der linken Seite durch einen zentralen Dienst, insbesondere einen Webservice, der die Funktion der Auswertekomponente 130 übernimmt, ausgeführt.
  • In einem Schritt S210 werden von der Datenerfassungskomponente 110 Betriebsdaten einer Wasserversorgungsstation 1 erfasst. Hierzu werden beispielsweise die verschiedenen in den Figuren 2 und 3 dargestellten Temperatursensordaten der Anschlüsse der Wasserversorgungsstation 1 in regelmäßigen Zeitpunkten, beispielsweise einmal pro Sekunde oder Minute, abgefragt und protokolliert. Auf gleiche Weise werden Durchflüsse, insbesondere ein Volumenstrom eines abgegebenen Trinkwarmwassers und ein Volumenstrom von dem primären Vorlauf pVL oder an den primären Rücklauf pRL protokolliert. Zusätzlich werden die Drehzahl, Laufzeit oder Ein- und Ausschaltzeitpunkte einer internen Pumpe protokolliert. Bei der Protokollierung können die erfassten Daten in geeigneter Weise zusammengefasst werden, beispielsweise indem nur Zustandsänderungen einzelner Komponenten gespeichert werden.
  • In einem Schritt S220 werden die protokollierten Sensor- und übrigen Betriebsdaten an die Auswertekomponente 130 übertragen. Je nach Verbindungstopologie kann die Datenübertragung in Echtzeit unmittelbar bei der Erfassung der jeweiligen Betriebsdaten erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, die Betriebsdaten für einen bestimmten Zeitabschnitt, wie beispielsweise eine Stunde, einen Tag oder eine Woche, zusammenzufassen und dann gesammelt an die Auswertekomponente 130 zu übertragen.
  • In einem Schritt S230 werden die gesammelten Betriebsdaten analysiert. Beispielsweise können dabei sämtliche in einem Protokoll erfassten Betriebsdaten einer bestimmten Wasserversorgungsstation 1 berücksichtigt werden. Alternativ ist es auch möglich, lediglich die seit der letzten Datenübertragung neu erfassten Daten oder die Daten seit der letzten Umkonfiguration der Wasserversorgungsstation 1 zu berücksichtigen. Die Analyse kann beispielsweise eine Auswertung umfassen, wie häufig und für welchen Zeitraum eine interne Pumpe läuft. Des Weiteren kann die Analyse eine Auswertung umfassen, zu welchen Zeitpunkten Trinkwarmwasser oder Heizungswarmwasser für eine Zapfstelle 41 bzw. einen sekundären Heizkreis 42 von der Nutzerinstallation 34 bereitgestellt wurde.
  • Im beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst die Analyse insbesondere die Auswertung, ob ein Nutzer sich gegenwärtig in der Nutzeinheit aufhält. Zu diesem Zweck wird in einem Schritt S240 zunächst bestimmt, ob ein Zeitpunkt t0, zu dem zuletzt Trinkwarm- oder Trinkkaltwasser an einer Zapfstelle 41 der Nutzerinstallation 34 gezapft wurde, länger als eine vorgegebene Zeitdauer x, beispielsweise 60 Minuten, zurückliegt. Ist dies der Fall, das heißt falls die Differenz zwischen dem letzten Zapfzeitpunkt t0 und der aktuellen Zeit t größer der vorgegebene Schwellwert x ist, geht die Auswertekomponente 130 davon aus, dass sich kein Nutzer im Bereich der Nutzereinheit aufhält.
  • Ist dies der Fall, wird in einem nachfolgenden Schritt S250 überprüft, ob ein Zeitpunkt t1, zu dem zum Beispiel die Umwälzpumpe 25 der Wasserversorgungsstation 1 Heizungswasser an einen Heizkreis 42 der Nutzerinstallation 34 bereitgestellt hat, zeitlich nach dem Zeitpunkt t0 liegt. In diesem Fall geht die Auswertekomponente 130 davon aus, dass ein Heizkreis 42 innerhalb der Nutzereinheit aktiv ist, obwohl sich kein Nutzer in der Nutzereinheit befindet. Eine ähnliche Überwachung und Optimierung kann alternativ oder zusätzlich auch für den Betrieb der Zirkulationspumpe 29 durchgeführt werden, um die Zirkulation in Zeiten längerer Nichtnutzung zu unterbrechen.
  • Sind die beiden Voraussetzungen gegeben, wird in einem nachfolgenden Schritt S260 eine Handlungsempfehlung zur Reduktion der Energieaufnahme gemacht. Insbesondere wird im vorgenannten Fall ein Vorschlag 160 gemacht, die interne Pumpe abzuschalten oder ihre Drehzahl zu reduzieren. Andernfalls, das heißt falls zumindest eine der Bedingungen der Schritte S240 und S250 nicht erfüllt ist, endet das Verfahren, oder die vorliegenden Daten werden weiter analysiert, beispielsweise um andere Verbesserungsvorschläge zu erarbeiten.
  • Der Vorschlag 160 wird an eine Nutzerschnittstellenkomponente 140, insbesondere eine App, die auf einem Mobiltelefon des Nutzers ausgeführt wird, übertragen und dort im Schritt S270 angezeigt. Der Nutzer hat dann die Gelegenheit, den Vorschlag 160 entweder anzunehmen oder abzulehnen. Alternativ ist es auch möglich, den Vorschlag automatisch umzusetzen, sodass der Nutzer diesem nicht konkret zustimmen muss. Die angepassten Parameter können dem Nutzer über die Schnittstellenkomponente 140 aktiv mitgeteilt und/oder bei Bedarf über die Schnittstellenkomponente 140 abgefragt werden. Insbesondere bei der Ausführung der Nutzerschnittstelle 140 auf einem Mobiltelefon kann der Nutzer jederzeit über angepasste Parameter und/oder Verbesserungsvorschläge informiert werden und diese annehmen. Im beschriebenen Szenario kann er beispielsweise darauf aufmerksam gemacht werden, dass ein Heizkreis 42 innerhalb seiner Nutzerinstallation 34 noch eingeschaltet sind, während er sich außer Haus befindet.
  • Wird der Vorschlag 160 in einem Schritt S280 angenommen, wird der Vorschlag bzw. werden Befehle für eine entsprechende Konfigurationsänderung entweder von der Auswertekomponente 130 oder der Nutzerschnittstelle 140 an die Konfigurationskomponente 120 der Wasserversorgungsstation 1 übertragen.
  • Daraufhin passt die Konfigurationskomponente 120 in einem Schritt S290 die Konfiguration der Wasserversorgungsstation 1 oder sonstiger Komponenten der Nutzerinstallation 34 entsprechend an. Beispielsweis wird eine Ansteuerung der internen Pumpe entsprechend dem Vorschlag 160 geändert, um die internen Pumpe abzuschalten oder ihre Drehzahl zu reduzieren.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    dezentrale Wasserversorgungsstation
    2
    Wasser-Wasser-Wärmetauscher
    2a
    Primärseite
    2b
    Sekundärseite
    6
    Trägerplatte
    13
    Gehäuse
    14a, 14b
    Anschlussbereich
    19
    (elektronische) Steuervorrichtung
    21
    Schnittstelle
    22
    elektrischer Durchlauferhitzer
    23
    Einspritzkreis
    24
    Rückschlagventil
    25
    Umwälzpumpe
    26
    Dreiwegeventil
    27a - 27f
    Temperatursensor
    28a, 28b
    Durchflusssensor
    29
    Zirkulationspumpe
    32
    Wärmequelle
    33
    Gebäudeinstallation
    34
    Nutzerinstallation
    41
    Zapfstelle
    42
    Heizkreis
    100
    Energieverbrauchsüberwachungssystem
    110
    Datenerfassungskomponente
    120
    Konfigurationskomponente
    130
    Auswertekomponente
    140
    Nutzerschnittstellenkomponente
    150
    Datennetzwerk
    160
    Vorschlag
    200
    Verfahren
    S210 - S290
    Verfahrensschritte
    pVL
    primärer Vorlauf
    pRL
    primärer Rücklauf
    sVL
    sekundärer Vorlauf
    sRL
    sekundärer Rücklauf
    TWZ
    Trinkwasserzulauf
    TKW
    Trinkkaltwasseranschluss
    TWW
    Trinkwarmwasseranschluss
    NW1, NW2
    Nutzwasseranschluss

Claims (15)

  1. Energieverbrauchsüberwachungssystem (100) für eine Nutzeinheit, umfassend:
    - eine Datenerfassungskomponente (110), die dazu eingerichtet ist, regelmäßig Betriebsdaten einer dezentralen Wasserversorgungsstation (1) zu erfassen, wobei die Betriebsdaten Sensordaten bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für die Nutzeinheit umfassen;
    - eine Auswertekomponente (130), die dazu eingerichtet ist, basierend auf erfassten Betriebsdaten eine Handlungsempfehlung zu erstellen, wobei die Handlungsempfehlung wenigstens einen Vorschlag (160) für die Reduzierung des Verbrauchs von Heizungswärme und/oder Brauchwarmwasser in der Nutzeinheit umfasst; und
    - eine Konfigurationskomponente (120), die dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Komponente einer Nutzerinstallation (34) der Nutzeinheit gemäß dem wenigstens einen Vorschlag (160) zu konfigurieren, wobei die Datenerfassungskomponente (110) und die Konfigurationskomponente (120) in die dezentrale Wasserversorgungsstation (1) integriert sind.
  2. Energieverbrauchsüberwachungssystem (100) nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Nutzerschnittstellenkomponente (140), die dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Vorschlag (160) einem Nutzer der Nutzeinheit anzuzeigen, wobei die Konfigurationskomponente (120) dazu eingerichtet ist, die wenigstens eine Komponente der Nutzerinstallation (34) nur dann gemäß dem wenigstens einen Vorschlag (160) zu konfigurieren, falls der Nutzer den wenigstens einen Vorschlag (160) über die Nutzerschnittstellenkomponente (140) annimmt.
  3. Energieverbrauchsüberwachungssystem (100) nach Anspruch 2, wobei die Nutzerschnittstellenkomponente (140) als App ausgestaltet ist, die auf einem Gerät des Nutzers, insbesondere einem Smartphone, ausgeführt wird.
  4. Energieverbrauchsüberwachungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
    - die Auswertekomponente (130) als Web-Service ausgestaltet ist, der über wenigstens ein Datennetzwerk (150) mit der dezentrale Wasserversorgungsstation (1) gekoppelt ist; oder
    - die Auswertekomponente (130) in eine Steuervorrichtung (19) der dezentrale Wasserversorgungsstation (1) integriert ist.
  5. Energieverbrauchsüberwachungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
    - die Datenerfassungskomponente (110) und/oder die Konfigurationskomponente (120) in eine zentrale, elektronische Steuervorrichtung (19) der dezentrale Wasserversorgungsstation (1) integriert ist, wobei die zentrale, elektronische Steuervorrichtung (19) des Weiteren dazu eingerichtet ist, die bedarfsorientierte Bereitstellung des Brauchwarmwassers zu steuern; oder
    - die Datenerfassungskomponente (110) und/oder die Konfigurationskomponente (120) durch eine erste Steuervorrichtung (19) der dezentrale Wasserversorgungsstation (1) bereitgestellt werden, wobei die ersten Steuervorrichtung (19) unabhängig von einer zweiten Steuervorrichtung der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) zum Steuern einer bedarfsorientierten Bereitstellung des Brauchwarmwassers ist.
  6. Optimierungsverfahren (200) für eine Nutzerinstallation (34) einer Nutzeinheit, wobei die Nutzerinstallation (34) über eine dezentrale Wasserversorgungsstation (1) mit einer Gebäudeinstallation (33) gekoppelt ist und von der Gebäudeinstallation (33) mit thermischer Energie versorgt wird, umfassend die folgenden Schritte:
    - regelmäßiges Erfassen (S210) von Betriebsdaten der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) durch eine Datenerfassungskomponente (110) der dezentralen Wasserversorgungsstation (1), wobei die Betriebsdaten Sensordaten bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für die Nutzeinheit umfassen;
    - Erstellen (S260) einer Handlungsempfehlung durch eine Auswertekomponente (130) basierend auf erfassten Betriebsdaten, wobei die Handlungsempfehlung wenigstens einen Vorschlag (160) für die Reduzierung des Verbrauchs von Heizungswärme und/oder Brauchwarmwasser in der Nutzeinheit umfasst; und
    - Konfigurieren (S290) wenigstens einer Komponente der Nutzerinstallation (34) durch eine Konfigurationskomponente (120) der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) gemäß dem wenigstens einen Vorschlag (160).
  7. System oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Datenerfassungskomponente (110) wenigstens eine Untermenge der Folgenden Betriebsdaten erfasst:
    - eine primäre Vorlauftemperatur von Heizungswasser, welches der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) von einer Gebäudeinstallation (33) bereitgestellt wird;
    - eine primäre Rücklauftemperatur von Heizungswasser, welches von der dezentrale Wasserversorgungsstation (1) an die Gebäudeinstallation (33) zurückfließt;
    - eine sekundäre Vorlauftemperatur von Heizungswasser, welches einem Heizkreis (42) der Nutzerinstallation (34) von der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) bereitgestellt wird;
    - eine sekundäre Rücklauftemperatur von Heizungswasser, welches von dem Heizkreis (42) an die dezentrale Wasserversorgungsstation (1) zurückfließt;
    - eine Zulauftemperatur von Frischwasser, insbesondere Trinkkaltwasser, welches der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) von einer Gebäudeinstallation (33) bereitgestellt wird;
    - einer Temperatur von vorerwärmtem Frischwasser, welches von einem Wasser-Wasser-Wärmetauscher (2) der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) vorerwärmt wurde;
    - eine Brauchwarmwassertemperatur des von der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) an die Nutzerinstallation (34) bereitgestellten Brauchwarmwassers;
    - eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck von primärem Heizungswasser, welches der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) von einer Gebäudeinstallation (33) bereitgestellt und/oder an diese zurückgegeben wird;
    - eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck von sekundärem Heizungswasser, welches von der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) an einen Heizkreis (42) der Nutzerinstallation (34) bereitgestellt und/oder vom diesem zurückgegeben wird;
    - eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck des von der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) bereitgestellten Frischwassers, insbesondere Trinkkaltwassers;
    - eine Durchflussmenge und/oder einen Wasserdruck des von der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) bereitgestellten Brauchwarmwassers; und/oder
    - einen Schaltzustand und/oder eine Drehzahl einer internen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe (29) oder einer Umwälzpumpe (25), der dezentralen Wasserversorgungsstation (1).
  8. System oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Konfigurationskomponente (120) wenigstens einen der folgenden Parameter von Komponenten der Nutzerinstallation (34) konfiguriert:
    - eine Drehzahl und/oder einen Einschaltzyklus einer internen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe (29) oder einer Umwälzpumpe (25), der dezentralen Wasserversorgungsstation (1);
    - eine Drehzahl und/oder einen Einschaltzyklus einer externen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe (29) oder einer Umwälzpumpe, der Nutzerinstallation (34);
    - eine Vorlauftemperatur und/oder einen Einschaltzyklus eines Heizkreises (42) der Nutzerinstallation (34); und/oder
    - eine Solltemperatur des Brauchwarmwassers.
  9. System oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Auswertekomponente (130) basierend auf den Betriebsdaten eine vorrübergehende Abwesenheit des Nutzers erkennt und bei erkannter Abwesenheit das vorübergehende Abschalten wenigstens einer internen Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe (29) und/oder einer Umwälzpumpe (25), und/oder das Absenken einer Wassertemperatur vorschlägt.
  10. System oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Auswertekomponente (130) basierend auf einer Analyse von historischen Betriebsdaten bezüglich Drehzahlen, Einschaltzyklen, Durchflussmengen und/oder eines Pumpendrucks wenigstens einer Pumpe, insbesondere einer Zirkulationspumpe (29) und/oder einer Umwälzpumpe (25), eine Handlungsempfehlung zum Einstellen wenigstens einer geänderten Drehzahl und/oder eines geänderten Einschaltzyklus für die wenigstens eine Pumpe erstellt.
  11. Dezentrale Wasserversorgungsstation (1) für eine einzelne Nutzeinheit, insbesondere zur Verwendung in einem System oder Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend:
    - primäre Versorgungsanschlüsse zum Anschließen der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) an einen primären Vorlauf und einen primären Rücklauf einer Gebäudeinstallation (33);
    - einen Eingangsanschluss, insbesondere einen Trinkwasserzulauf (TWZ), zum Anschließen der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) an eine Frischwasserversorgungsleitung;
    - einen ersten Ausgangsanschluss zum Bereitstellen von Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser (TWW), für wenigstens eine Zapfstelle (41) der Nutzeinheit;
    - sekundäre Heizungsanschlüsse zum Bereitstellen von Heizungswasser für wenigstens einen Heizkreis (42) der Nutzerinstallation (34);
    - einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher (2) zum Erwärmen von über den Eingangsanschluss bereitgestellten Frischwasser mittels über den primären Vorlauf bereitgestellter Wärmeenergie;
    - eine Mehrzahl von Sensoren, insbesondere Temperatursensoren (27a-27f) und/oder Durchflusssensoren (28a-28b); und
    - eine elektronische Steuervorrichtung (19), die dazu eingerichtet ist,
    - regelmäßiges Betriebsdaten der Wasserversorgungsstation (1) zu erfassen, wobei die Betriebsdaten Sensordaten der Mehrzahl von Sensoren bezüglich eines Verbrauchs von Heizungswärme und Brauchwarmwasser, insbesondere Trinkwarmwasser, für die Nutzeinheit umfassen;
    - die erfassten Betriebsdaten einer Auswertekomponente (130) zur Verfügung zu stellen; und
    - basierend auf wenigstens einem Vorschlag (160) der Auswertekomponente (130) wenigstens eine Komponente der Nutzerinstallation (34) zu konfigurieren.
  12. Dezentrale Wasserversorgungsstation (1) nach Anspruch 11, wobei die elektronische Steuervorrichtung (19) des Weiteren dazu eingerichtet ist, eine bedarfsorientierte Bereitstellung von Brauchwarmwasser zu steuern, insbesondere durch Regelung eines Durchflusses von Heizungswasser der primären Versorgungsanschlüsse durch den Wasser-Wasser-Wärmetauscher (2) .
  13. Dezentrale Wasserversorgungsstation (1) nach Anspruch 11 oder 12, weiter aufweisend wenigstens eine mit der elektronische Steuervorrichtung (19) gekoppelten Schnittstelle (21), insbesondere eine Funkschnittstelle und/oder eine Gebäudebusschnittstelle, wobei die elektronische Steuervorrichtung (19) dazu eingerichtet ist, die erfassten Betriebsdaten einer externen Auswertekomponente (130) über die wenigstens eine Schnittstelle (21) bereitzustellen und/oder den Vorschlag (160) über die wenigstens eine Schnittstelle (21) zu empfangen.
  14. Dezentrale Wasserversorgungsstation (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiter aufweisend einen elektrischen Durchlauferhitzer (22), wobei der elektrische Durchlauferhitzer (22) hydraulisch entweder zwischen den Versorgungsanschluss für den Vorlauf (pVL) und einen primären Eingang des Wasser-Wasser-Wärmetauschers (2) oder zwischen einen sekundären Ausgang des Wasser-Wasser-Wärmetauschers (2) und den ersten Ausgangsanschluss geschaltet ist, und wobei die elektronische Steuervorrichtung (19) weiter dazu eingerichtet ist, die von dem elektrischen Durchlauferhitzer (22) verbrauchte elektrische Energie zu erfassen.
  15. Dezentrale Wasserversorgungsstation (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Mehrzahl von Sensoren wenigstens folgende Sensoren umfasst:
    - einen ersten Durchflusssensor (28b) zum Erfassen einer ersten Durchflussmenge von primärem Heizungswasser, welches der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) von einer Gebäudeinstallation (33) bereitgestellt und/oder an diese zurückgegeben wird;
    - eine ersten Temperatursensor (27b) zum Erfassen einer primäre Vorlauftemperatur des primären Heizungswassers;
    - eine zweiten Temperatursensor (27c) zum Erfassen einer primäre Rücklauftemperatur des primären Heizungswassers;
    - einen zweiten Durchflusssensor (28a) zum Erfassen einer Durchflussmenge des von der dezentralen Wasserversorgungsstation (1) bereitgestellten Brauchwarmwassers; und/oder
    - eine dritten Temperatursensor (27a) zum Erfassen einer Brauchwarmwassertemperatur des bereitgestellten Brauchwarmwassers.
EP24191103.1A 2024-06-28 2024-07-26 Energieverbrauchsüberwachungssystem, optimierungsverfahren und dezentrale wasserversorgungsstation Pending EP4671639A1 (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2369243A2 (de) 2010-03-25 2011-09-28 Thomas Geck Verfahren zum Erwärmen von Trinkwasser, Haustechniksystem,Wohnungsstation und Gebäude
WO2023110362A1 (en) * 2021-12-14 2023-06-22 Danfoss A/S Heating system with optimizing function for operating parameters
WO2023168471A1 (de) * 2022-03-08 2023-09-14 Beck & Partner Kg Verfahren zur steuerung eines thermischen energieversorgungsnetzes
US11808486B2 (en) * 2019-02-28 2023-11-07 Lg Electronics Inc. Method and server for controlling water heater on basis of artificial intelligence learning

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