WO2011160152A1 - Verfahren zur steuerung einer wärmeversorgungsanlage - Google Patents

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WO2011160152A1
WO2011160152A1 PCT/AT2011/000278 AT2011000278W WO2011160152A1 WO 2011160152 A1 WO2011160152 A1 WO 2011160152A1 AT 2011000278 W AT2011000278 W AT 2011000278W WO 2011160152 A1 WO2011160152 A1 WO 2011160152A1
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solar
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heating system
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PCT/AT2011/000278
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Inventor
Herbert Huemer
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Xolar Renewable Energy Group Gmbh
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    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a heat supply system with solar Anläge according to the preamble of claim 1.
  • the object of a heat supply system is generally to provide a user of the heat supply system heat energy sufficient demand.
  • the heat energy is increasingly getting through
  • Such heat accumulators are also referred to as buffer accumulators and also serve to absorb and store energy provided by a heating system in larger quantities, since heating systems are better operated for economic reasons with a smaller number of heating cycles for a respective longer heating time than with a large number of Short heating cycles, as many heating systems have poor efficiencies in the startup and shutdown phases.
  • heating system is in the context of this application not, in the sense of heating system, for a whole system of heat generator and heating elements but for a heat generator, a heat source, a boiler or other heater from or from the heat in a heat storage or to a Heat consumers can be delivered, while the heat to rooms or building parts donating devices such as radiators, heating coils, convectors or hot water-emitting components are assigned in this application the heat consumers.
  • the provision of heat energy by means of the heating system and / or the solar system is often temporally decoupled from the consumption of heat energy by means of an energy consumer.
  • the excess is supplied to the heat storage and in phases in which the consumption of heat energy is greater than the heat energy provided, heat energy is removed from the heat storage.
  • the heat energy from the heat storage must be provided at a certain minimum temperature level.
  • a minimum temperature level of about 40 ° C to 45 ° C is required for the hot water, while for a low-temperature heating, for example, a temperature level of 30 ° C may be sufficient.
  • the temperature level and, associated therewith, the energy content in the heat accumulator are kept above a required minimum temperature or a minimum level by means of a control device If necessary, by automatic activation of the heating system heat energy supplied to the heat storage and thereby its temperature level or energy content is increased.
  • the aim is to provide the largest possible share of the heat energy in the heat storage of solar energy. To achieve this goal, it makes sense to avoid or reduce charging of the heat accumulator by the conventional heating system, if in the foreseeable future a sufficiently high solar yield of heat energy is to be expected.
  • Such a method for operating a heat generator with a solar system is known from DE 10 2005 034 296 B3.
  • the setpoint temperature value of the hot water tank is varied on the basis of an expected solar yield, that is, the more solar yield is expected, the lower the target temperature to be reached by the heating system in the heat storage is set.
  • the recharging of the hot water tank by adding the heat generator is prevented as far as the expected solar yield can make the necessary warming of the water in the hot water tank.
  • the object of the invention is to improve such a control method for a heat supply system in such a way that savings opportunities can also be better utilized on the side of the heat consumption.
  • the object of the invention is achieved by a method according to claim 1, characterized in that the user of such a cakesments- anläge and therefore also the user of the heat consumer savings are signaled under certain conditions, and the user is thus integrated into the control strategy quasi.
  • the rule strategy for the automatic activation of the heating system can be done with the same activation conditions, as in the known from the prior art, for example, when falling below a certain minimum temperature in the heat storage, but the user is also given the opportunity that Activation to be suppressed or postponed to a later date, if he may accept little loss of comfort, but in return for a contribution to saving energy for reloading the heat storage and thus save costs.
  • An improved forecast of the energy consumption and / or the expected solar yield can be achieved according to claim 2, if it included in the past from the heat supply system and stored actual data of energy consumption and / or the solar yield.
  • the forecast of the solar yield can basically be based on the geographic location and orientation of the solar collectors, however, by measuring and storing actual plant data, plant-specific characteristics such as additional shading of solar collectors can be captured and included in future, improved forecasts become.
  • the implementation of the method by means of adaptive prognosis algorithm according to claim 3 causes a constant improvement of the forecast accuracy and thus the possibility of energy saving without significant loss of comfort.
  • a further improvement of the forecast accuracy can be achieved by including weather forecast data in the consumption and / or solar yield forecast according to claim 4. As the accuracy of available weather forecasts increases, so does the predictive accuracy of the control device, which makes false predictions and thus possible loss of comfort increasingly unlikely for the user.
  • a mobile terminal is used.
  • control devices for heat supply systems can already be remotely controlled via so-called remote maintenance modules or remote control modules via mobile terminals and a wireless data connection and it is advisable to use such user interfaces for the inventive method.
  • the user is not in the field of heat supply system, he will be happy to use the savings, since the possibly associated with the suppression of the recharging loss of comfort can not come into effect or can be expected to lower energy consumption.
  • a further refinement of the method is adaptive adaptation of the default value for the difference between the forecasted solar energy yield and the predicted energy consumption, including the actually recorded actual energy consumption and the actual solar yield as well as the actual heat supply by the heating system. If, for example, the default value is initially set too high, a user is seldom offered the option of suppressing the reloading process by means of the heating system, and thus there is only a small possibility of saving. Recharging will then be done with the heating system, although there would be a possibility to compensate for this energy deficit the next day by providing sufficient solar yields.
  • the control device can determine the prediction accuracy with regard to energy consumption from a comparison between predicted energy consumption and actually recorded actual energy consumption and also determine the prediction accuracy for the solar yields from a comparison between forecasted solar yields and actually recorded actual solar yields and based on this with higher prediction accuracies the default value and increase the default value with lower forecasting accuracy.
  • a determination of the difference according to claim 7, is advantageous, since at this time of day are already accurate forecast values for the solar yield of the next day and the user at this time factors that can affect the actual energy consumption can also be known, such as the absence of persons or the presence of additional persons.
  • a further development of the method according to claim 8 is to offer a user at least two different control measures for suppressing the heating system activation, for example by offering him the reduction of the temperature level of different heat consumers.
  • the more convenient for him and with less loss of comfort associated variant of the energy savings can be selected.
  • a further improved adaptation of the control system to the personal needs of the user is achieved according to claim 9, since thereby depending on the personal situation of the user, the control strategy of the control device can be adjusted or a user depending on his needs between a high level of security against possible loss of comfort or one frequent opportunity to actively save energy.
  • the user can choose the default value between 0% and 20% of the average energy consumption himself, as in claim 10, he can choose between a high level of security against possible loss of comfort or a frequent possibility for active energy saving, depending on his needs.
  • FIG. 1 shows a heat supply system in which the method according to the invention can be used
  • FIG. 2 shows an example of a predicted energy consumption and a predicted solar yield within a future period of time
  • Fig. 1 shows a diagram of a heat supply system 1, with which the inventive method can be performed.
  • the heat supply system 1 essentially comprises a heating system 2, a solar system 3, a heat accumulator 4, a heat consumer 5 and a control device 6, these main components being described in greater detail below.
  • the heating system 2 is used for the provision of thermal energy or heat energy, which is provided by chemical conversion of a fuel or use of electrical energy.
  • the heating system 2 may comprise a boiler for burning solid, liquid or gaseous, fossil or renewable fuels or comprise an electrical resistance heater or heat pump. Since it is an automatic heating system, it can be provided with activation by the control device 6 basically at any time, if necessary, thermal energy.
  • the heat supply system 1 comprises a solar system 3 for collecting and converting solar radiation into heat energy and / or electrical energy, which can likewise be used to generate heat energy.
  • the solar system 3 includes, for example, a solar collector, which can be traversed by a heat transfer fluid for the transmission of heat energy in the heat storage 4 or solar cells with which electrical or thermal energy generated therewith can be provided. Since the solar radiation is only available at certain times, in contrast to the automatic heating system 2, heat energy can only be provided if there is sufficient solar radiation.
  • Heating system 2 and solar system 3 are connected to suitable suitable connecting lines 7 to the heat storage 4 and transferred by means of suitable heat exchanger 8 their heat to the heat storage 4 contained in the heat storage medium 9, or by means of direct exchange of a heat transfer fluid.
  • a heat storage water as an example of sensitive heat storage and sodium acetate trihydrate as an example of latent heat storage may be mentioned.
  • the storage capacity of the heat accumulator 4 is primarily determined by the mass of heat storage medium 9 contained and to prevent heat loss to the environment, the heat accumulator 4 has a thermal insulation 10th
  • the energy content of the heat accumulator 4 is used for the provision of heat energy for a consumer 5, which can also be composed of several individual consumers such as a hot water supply 1 1 and a space heater 12 and provides the known comfort functions for a user 13 of a building.
  • the removal of heat energy from the heat storage 4 takes place for example by means of heat exchanger 8, which is especially for the hot water supply 1 1, a heat exchanger 8 is advantageous, since it is heated in hot water fresh water directly with heat energy of the heat accumulator 4 in the passage and no Legionella danger by retention of hot water at temperatures below 60 ° C.
  • the various individual consumers may require different temperature levels in order to have a sufficient comfort function. For example, provided hot water should not fall below a lower limit of 40 ° C to 45 ° C, while for low-temperature heating, such as underfloor heating, with a good thermal insulation of a building even temperatures below 30 ° C are still reasonable. It is therefore possible that 4 different temperature levels prevail in the heat storage, as it is possible, for example, in stratified storage, which are charged to a certain extent from top to bottom with heat energy.
  • the consumer or consumers 5 are connected with suitable connection lines 7 to the heat storage 4 and can also be a direct connection to the heating system 2 and / or the solar system 3, whereby thermal energy without detour via the heat storage 4 directly to the consumer. 5 can be transmitted, these compounds for the sake of simplicity in Fig. 1 are not shown.
  • a heating circuit 14 can also extend directly to the heating system 2 or also to the solar system 3.
  • the function and interaction of the individual components of the heat supply system 1 is automated with the aid of the control device 6, which is preferably designed as a memory programmable controller and both control processes and control processes of the heat supply system 1 takes over, whereby a user 13 of interventions in the heat supply system 1 largely is released.
  • the control device 6 to control routines and control strategies are stored, based on ensure that the comfort functions of the heat supply system are maintained, maintained or restored if necessary, in a manner that saves energy as much as possible to certain detected system states.
  • the heat supply system 1 comprises sensors 15 with which system states are detected, in particular temperature levels possibly also flow quantities are measured and transmitted to the control device 6 by means of suitable measuring lines shown in dashed lines.
  • the heat supply system 1 comprises, for example, a heating system sensor 16, a solar system sensor 17, a heating circuit sensor 18 and a hot water sensor 19 with which the respective flow temperature can be detected, that is, from the heating system 2 or from the solar system 3
  • a heating system sensor 16 For detecting the energy content or of temperature levels within the heat accumulator 4 at least one heat storage sensor 20 is provided.
  • fewer sensors 15 or even more sensors 15 may be provided, which are omitted here for the sake of simplicity.
  • the heat storage 4 thus serves the decoupling of heat supply by means of heating system 2 and solar system 3 and heat consumption by a consumer 5, which is particularly necessary in view of the non-consistently available solar energy.
  • the control device 6 In order for the heat accumulator 4 to be able to provide heat energy at a suitable temperature level to the consumer 5 at any given time, it is an essential task of the control device 6 to ensure that the energy content or a temperature in the heat accumulator 4 is always at a sufficiently high level for an internal combustion engine expected future heat consumption is, for example, by continuous monitoring of the heat storage means of the heat storage sensor 20.
  • a simply suitable for this purpose and implemented in the control device control strategy is, when falling below a minimum energy content or a minimum temperature in the heat storage 4 a Nachladevorgang by activation of Banksys- tems 2, whereby the energy content in the heat accumulator 4 is raised from the minimum temperature back to an upper storage temperature.
  • Such a control is in such a heat supply system 1 of the case when the introduced by the solar system 3 in the heat storage 4 amount of energy in a given period is smaller than the amount of heat removed for the consumer 5 and thereby the storage temperature starting from an initial value gradually decreases.
  • a heat storage 4 corresponding size for example, at full charge a period of a few days without solar power bridge until the temperature in the heat - memory 4 drops to the minimum temperature, which represents the activation condition.
  • the automatic heating system 2 is activated and recharging of the heat accumulator 4 initiated upon the occurrence of such or other activation condition.
  • this can be disadvantageous if a recharge by the heating system takes place immediately before a period with high solar yield, since the heat storage 4 is already filled to some extent by the heating system 2 and no or only small storage capacity is given for solar energy. It is possible, as it is already practiced in the prior art, that the target temperature is lowered in the heat storage 4 in response to a future expected solar yield and thus only a shortened recharging by means of the heating system 2 is performed, creating a greater storage capacity is available for the future loading of thermal energy from the solar system 3.
  • the state of the heat accumulator 4 is monitored by the control device 6 and an activation of the automatic heating system 2 is provided upon the occurrence of an activation condition, for example if it falls below a minimum temperature or if the energy content in the heat accumulator falls below a trigger value.
  • an activation condition for example if it falls below a minimum temperature or if the energy content in the heat accumulator falls below a trigger value.
  • this activation does not take place directly, but the planned activation or a related status of the heat supply system 1 is signaled in an intermediate step via a user interface 21 to the user 13 and at the same time given the opportunity via the user interface 21, the scheduled activation of the heating system 2 to prevent or at least influence.
  • this signaling is done to the user 13 only in the case when In a considered, future period of time, a solar yield is to be expected which is greater by a preselected value than the expected heat energy consumption until the end of the considered period until the end of this period.
  • the condition for user involvement is therefore that there is a surplus of solar thermal energy by the end of the period under consideration, and therefore a temporary or temporary deficit of thermal energy can be compensated with high probability until the end of the observation period.
  • control device 6 From the control device 6 is to see for a certain, future period between an initial time, which may also correspond to the current time, and an end time of the expected solar yield and the expected heat consumption of the energy consumer and predicts the resulting difference between solar yield and heat consumption compared with a default value, so created for a future or from now into the future reaching period of an energy balance and depending on this result, the user included in the control strategy with.
  • the period for the prognosis and the comparison of heat consumption and solar yield can be chosen differently large, with a forecast period of 24 h may be advantageous, but also longer, for example. 48 h or shorter forecast periods are possible. Necessarily, the forecast period also includes times of day in which a solar yield can take place, ie periods between theoretical sunrise and theoretical sunset.
  • the prognosis by the control device 6 can also be carried out in a very simple manner, for example by assuming a past known or estimated fixed value for the heat consumption and for the forecast of the solar yield a value extrapolated from past values into the future or one on the Asset value and geographic location and collector bias, but more accurate forecasting methods are preferred.
  • the forecast of the heat consumption can also include the current weather, in particular the outside temperature and the wind conditions, or also weather forecast data, since, depending on this, a possible heating demand can be estimated more accurately. that can.
  • the heat consumption forecast can also be based on past values that have been recorded by the control device 6 over a longer period of, for example, several months, and in particular for at least one year.
  • the heat consumption forecast can also take into account planned attendances of persons in a household or building.
  • the prognosis can take into account a maximum possible solar yield with the system and link this with a predicted sunshine duration, whereby a high forecasting accuracy can be achieved.
  • an originally simple prognosis with a simple initial course based on actually acquired data is adaptively adapted to individual and local conditions of the heat supply system 1.
  • the user interface 21 can, as indicated by dashed lines, be provided directly to the control device 6, but it is preferably in the form of a mobile terminal 22, whereby a user 13, the mobile terminal 22, approximately in the form of a mobile phone with it , regardless of his whereabouts before an automatic recharging by activation of the heating system 2 receives a signal and he can suppress or modify the automatic recharging process in its sole discretion.
  • a wireless connection 23 between the control device 6 and the mobile terminal 22 is indicated by a dashed double arrow.
  • the user may be aware of additional circumstances not considered by the control device, since, for example, the actual energy consumption may possibly be lower anyway than the predicted energy consumption, for example because there is a different number of people in the house than the consumption forecast is based on.
  • the user 13 via the user interface 21 and the
  • Amount of available hot water of a certain temperature (for example 40 ° C) and / or a predicted by the control device 6 room temperature with active inhibition of the automatic activation of the heating system (2) is signaled.
  • the control device 6 can be adapted to the personal preferences of a user 13, for example by a higher default value, if the user 13 reluctant to accept comfort losses or by a lower default value, if the user 13 as many reload and thus want to save as much primary energy as possible.
  • the trigger condition can be, for example, that a recharging process is triggered when an energy content in the heat storage 4, which is represented for example by a detected with the heat storage sensor 20 temperature tsp falls below a limit temperature tgu, so a condition tsp ⁇ tgu is satisfied. If this is not the case, the monitoring simply continues.
  • accumulated heat consumption 28 (see FIG. 4) is determined by the control device 6 for a future period 24, see FIGS. 3 and 4, which extends from an initial time 25 to an end time 26 based on a heat consumption curve 27. 4) predicts.
  • an approved taken solar yield curve 29 see Fig. 3 dashed line
  • an accumulated solar yield 30 see Fig. 4 dashed line
  • Fig. 3 can be seen in the consumption curve 27 three consumption peaks, which generally occur in the morning, noon and evening.
  • the solar yield curve 29 shows a pronounced maximum at noon, this course being shown for an orientation of the solar system in a southern direction, but of course this may differ.
  • this state of the heat supply system 1 is signaled to the user 13 via the user interface 21 and the user 13 is given the opportunity to suppress by a user action the automatic activation of the heating system 2 for reloading the heat accumulator 4, for example by suppressing the reloading operation by a certain amount of time, for example 14 hours, or by carrying out a shortened reloading operation or, for example, modifying the triggering condition.
  • the user can, for example, via the user interface 21, a night reduction of a heater, for example, increase by 1 ° C to 3 ° C or, for example, disable certain heating circuits or take other measures that cause a reduction in energy consumption or small loss of comfort to accept a Nachladevorgang to suppress by means of the heating system 2, since with the expected the following day, high solar yield 30, a transient energy deficit can be compensated with high probability.
  • Fig. 4 is an example of a lower solar yield 30 'is shown by dotted line, in which a smaller difference 31' in the balance to the accumulated heat consumption 28 results up to the considered end time 26. If this difference 31 'is smaller than the default value, the automatic activation of the heating system 2 will take place without the user 13 receiving the option of selecting the possibility of suppressing the reloading process.
  • the user 13 can choose the default value between 0% and 20% of the average energy consumption himself, he can choose depending on his needs between a high security against possible loss of comfort or a frequent possibility for active energy saving.
  • An autonomous control method that encourages a user to actively save energy can also consist in that, when the activation condition occurs before each reloading process, independently of a forecast of heat consumption and solar yield, the user interface provides information about the status of the heat supply system is provided and the user a Nachladevorgang eg for a predetermined or selectable by him time period by a user action can prevent.
  • This method can be combined in particular with the measures in claims 5, 8 and 10
  • the exemplary embodiments show a possible embodiment variant of the method according to the invention, wherein it should be noted at this point that the invention does not apply to the specifically illustrated Asked variant of the same is limited, but rather also various combinations of the individual embodiments described with each other are possible and this possibility of variation due to the teaching of technical action by objective invention in the skill of those working in this technical field. So are all conceivable embodiments, which are possible by combinations of individual details of the illustrated and described embodiment variant, includes the scope of protection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Wärmeversorgungsanlage (1) mit Solaranlage (3) bei dem in einem Wärmespeicher (4) Wärme von einem Heizsystem (2) und einer Solaranlage (3) bis zum Verbrauch durch einen Energieverbraucher (5) zwischengespeichert wird und das Heizsystem (2) bei Eintritt einer Aktivierungsbedingung, insbesondere falls der Energieinhalt im Wärmespeicher (4) einen bestimmten Auslösewert unterschreitet, durch eine Steuerungsvorrichtung (6) automatisch aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungsvorrichtung (6) - für einen zukünftigen Zeitraum (24) ein Solarertrag (30) sowie ein Wärme verbrauch (28) prognostiziert wird und, - falls eine Differenz (31) aus prognostiziertem Solarertrag (30) minus dem geschätzten Wärmeverbrauch (28) einen Vorgabewert überschreitet, über eine Benutzerschnittstelle (21) die Überschreitung des Vorgabewertes signalisiert wird und - entweder über die Benutzerschnittstelle (21) die planmäßige automatische Aktivierung des Heizsystems (2) vorübergehend unterbunden oder die Auslösebedingung abgeändert werden kann - oder bei Fehlen einer Benutzeraktion die automatische Aktivierung des Heizsystems (2) durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Wärmeversorgungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Wärmeversorgungsanlage mit Solar- anläge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Aufgabe einer Wärmeversorgungsanlage besteht im Allgemeinen darin, einem Benutzer der Wärmeversorgungsanlage Wärmeenergie in ausreichendem Maße bedarfsgerecht bereitzustellen. Zur Einsparung von Energie aus fossilen Brennstoffen, nachwachsenden oder sons- tigen Heizmaterialien sowie Strom wird dabei die Wärmeenergie zunehmend auch durch
Sammeln und Umwandeln von Solarenergie mittels einer Solaranlage bereitgestellt. Da das Angebot an Solarenergie in seinem zeitlichen Verlauf nicht mit dem zeitlichen Verlauf des Wärmeenergieverbrauches übereinstimmt, umfassen derartige Wärmeversorgungsanlagen immer auch einen Wärmespeicher, mit dem aus Solaranlagen gewonnene Wärmeenergie bis zum tatsächlichen Verbrauchszeitpunkt zwischengespeichert werden kann. Derartige Wärmespeicher werden unter anderem auch Pufferspeicher genannt und dienen auch dazu, von einem Heizsystem bereitgestellte Energie in größeren Mengen aufzunehmen und zwischenzuspei- chern, da Heizsysteme aus Wirtschaftlichkeitsgründen besser mit einer geringeren Anzahl an Heizzyklen dafür jeweils längerer Heizzeit betrieben werden, als mit einer Vielzahl von kur- zen Heizzyklen, da viele Heizsysteme in den Anfahr- und Abschaltphasen schlechte Wirkungsgrade aufweisen.
Der Begriff Heizsystem steht im Zusammenhang mit dieser Anmeldung nicht, im Sinn von Heizungssystem, für ein Gesamtsystem aus Wärmeerzeuger und Heizelementen sondern für einen Wärmeerzeuger, eine Wärmequelle, einen Heizkessel oder eine sonstige Heizvorrichtung von dem bzw. von der Wärme in einen Wärmespeicher oder an einen Wärmeverbraucher abgegeben werden kann, während die Wärme an Räume oder Gebäudeteile abgebenden Vorrichtungen wie Heizkörper, Heizschlangen, Konvektoren oder Warmwasser abgebenden Komponenten in dieser Anmeldung den Wärmeverbrauchern zugeordnet werden.
Bei derartigen Wärmeversorgungsanlagen ist häufig die Bereitstellung von Wärmeenergie mittels des Heizsystems und/oder der Solaranlage von dem Verbrauch an Wärmeenergie mittels eines Energieverbrauchers zeitlich entkoppelt. In Phasen, in denen die bereitgestellte Wärmeenergie größer ist als die verbrauchte Wärmeenergie, wird der Überschuss dem Wärmespeicher zugeführt und in Phasen, in denen der Verbrauch von Wärmeenergie größer ist als die bereitgestellte Wärmeenergie, wird aus dem Wärmespeicher Wärmeenergie entnommen. Abhängig von der Art des Energieverbrauchers bzw. der Energieverbraucher muss die Wärmeenergie vom Wärmespeicher auf einem bestimmten Mindesttemperaturniveau bereitgestellt werden. So ist für die Warmwasserbereitung beispielsweise ein Mindesttemperaturniveau von etwa 40°C bis 45°C erforderlich, während für eine Niedertemperaturheizung beispielsweise ein Temperaturniveau von 30°C ausreichen kann.
Damit es für den Benutzer zu keinen Komforteinbußen kommt, beispielsweise weil Warmwasser nur mit einer Temperatur unter 35°C bereitgestellt werden kann, wird mittels einer Steuerungsvorrichtung das Temperaturniveau und damit zusammenhängend auch der Energieinhalt im Wärmespeicher oberhalb einer erforderlichen Mindesttemperatur bzw. einem Mindestniveau gehalten, indem bedarfsweise durch automatische Aktivierung des Heizsystems Wärmeenergie dem Wärmespeicher zugeführt und dadurch dessen Temperaturniveau bzw. Energieinhalt erhöht wird. Um den Energieverbrauch des Heizsystems zu minimieren, wird dabei angestrebt, einen möglichst großen Anteil der Wärmeenergie im Wärmespeicher aus Solarenergie bereitzustellen. Zur Erreichung dieses Zieles ist es sinnvoll, ein Aufladen des Wärmespeichers durch das konventionelle Heizsystem zu vermeiden oder zu verringern, wenn in vorhersehbarer Zeit ein ausreichend hoher Solarertrag an Wärmeenergie zu erwarten ist.
Ein derartiges Verfahren zum Betreiben eines Wärmeerzeugers mit einer Solaranlage ist etwa aus DE 10 2005 034 296 B3 bekannt. Dabei wird der Solltemperaturwert des Warmwasserspeichers auf Basis eines zu erwartenden Solarertrages variiert, das heißt je mehr Solarertrag zu erwarten ist, umso niedriger wird die vom Heizsystem im Wärmespeicher zu erreichende Solltemperatur eingestellt. Das Nachladen des Warmwasserspeichers durch Hinzuschalten des Wärmeerzeugers wird soweit unterbunden, wie der zu erwartende Solarertrag die notwendige Erwärmung des Wassers im Warmwasserspeicher vornehmen kann.
Die mit dieser Regelstrategie erzielbaren Energieeinsparungen basieren somit auf der optimalen Aufteilung zwischen konventioneller Wärmeerzeugung und solarer Wärmebereitstellung, berücksichtigt jedoch keine Möglichkeiten, verbraucherseitig ebenfalls Einsparungen zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein derartiges Steuerungsverfahren für eine Wär- meversorgungsanlage dahingehend zu verbessern, dass auch auf Seite des Wärmeverbrauchs Einsparungsmöglichkeiten besser genutzt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst, indem unter bestimmten Voraussetzungen dem Benutzer einer derartigen Wärmeversorgungs- anläge und daher auch dem Benutzer des Wärmeverbrauchers Einsparungsmöglichkeiten signalisiert werden, und der Benutzer dadurch quasi in die Regelstrategie eingebunden wird. Die Regel Strategie für die automatische Aktivierung des Heizsystems kann dabei mit den gleichen Aktivierungsbedingungen erfolgen, wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, beispielsweise bei Unterschreitung einer bestimmten Mindesttemperatur im Wärme- Speicher, es wird jedoch dem Benutzer zusätzlich die Möglichkeit gegeben, die Aktivierung zu unterdrücken oder auf einen späteren Zeitpunkt zu verschieben, wenn er möglicherweise geringe Komforteinbußen in Kauf nimmt, jedoch dafür einen Beitrag zur Einsparung von Energie für das Nachladen des Wärmespeichers und damit auch Kosten einsparen kann. Durch diese aktive Einbindung eines Benutzers in die Regelstrategie der Steuerungsvorrichtung, wird er einerseits zum Einsparen von Wärmeenergie angeregt und kann andererseits der prognostizierte Energieverbrauch in seiner Genauigkeit noch verbessert werden, da der Benutzer im Haushalt anwesende oder abwesende Personen dabei berücksichtigen kann und dies in seine Überlegungen, ob er die Möglichkeit einer geringfügigen Komforteinbuße in Kauf nehmen soll oder nicht, einbeziehen kann. Da diese Auswahlmöglichkeit dem Benutzer nur gegeben wird, wenn mit hoher Wahrscheinlichkeit das aktuelle Energiedefizit durch einen hohen Solarertrag am nächsten Tag ausgeglichen werden kann, ist auch sichergestellt, dass tatsächlich ein Nachladevorgang mit dem Heizsystem eingespart werden kann. Für einen Benutzer ist eine mögliche geringfügige Komforteinbuße durch eine geringfügige Absenkung der Wärmespeichertemperatur akzeptabel, wenn er darüber informiert worden ist und sich selbst dazu entschieden hat, nicht jedoch wenn diese unvorhergesehen eintritt. Daher ist vorgesehen, dass bei Fehlen einer Benutzeraktion innerhalb einer Antwortzeit die planmäßige, automatische Aktivierung des Heizsystems durchgeführt wird.
Eine verbesserte Prognose des Energieverbrauches und/oder des zu erwartenden Solarertrages kann gemäß Anspruch 2 erreicht werden, wenn dabei in der Vergangenheit von der Wärmeversorgungsanlage erfasste und gespeicherte Ist-Daten des Energieverbrauchs und/oder des Solarertrages einbezogen werden. So kann beispielsweise die Prognose des Solarertrages grundsätzlich etwa auf der geografischen Lage und der Ausrichtung der Solarkollektoren basieren, durch Messung und Speicherung von Ist- Anlagendaten können jedoch anlagenspezifi- sehe Eigenschaften wie zum Beispiel zusätzliche Abschattungen von Solarkollektoren erfasst werden und in zukünftige, verbesserte Prognosen einbezogen werden.
Die Durchführung des Verfahrens mittels adaptivem Prognosealgorithmus gemäß Anspruch 3 bewirkt eine ständige Verbesserung der Prognosegenauigkeit und damit auch der Möglichkeit zur Energieeinsparung ohne nennenswerten Komfortverlust.
Eine weitere Verbesserung der Prognosegenauigkeit kann dadurch erzielt werden, dass gemäß Anspruch 4 Wetterprognosedaten in die Verbrauchs- und/oder Solar-Ertragsprognose einbezogen werden. Mit einer steigenden Genauigkeit von verfügbaren Wetterprognosen steigt damit auch die Prognosegenauigkeit der Steuerungsvorrichtung, wodurch Fehlprognosen und damit mögliche Komforteinbußen für den Benutzer immer unwahrscheinlicher werden.
Damit die Auswahlmöglichkeit einem Benutzer möglichst jederzeit angeboten werden kann, ist es von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 5 als Benutzerschnittstelle ein mobiles Endgerät eingesetzt wird. Häufig können Steuerungsvorrichtungen für Wärmeversorgungsanlagen bereits über sogenannte Fernwartungsmodule oder Fernwirkungsmodule über mobile Endgeräte und eine drahtlose Datenverbindung ferngesteuert werden und es bietet sich an, derartige Benutzerschnittstellen auch für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen. Insbesondere wenn der Benutzer sich nicht im Bereich der Wärme Versorgungsanlage aufhält, wird er gerne die Einsparungsmöglichkeit nutzen, da der mit der Unterbindung des Nachladevorgangs möglicherweise verbundene Komfortverlust nicht zum Tragen kommen kann bzw. von einem geringeren Energieverbrauch ausgegangen werden kann. Eine weitere Verbesserung des Verfahrens besteht darin, wenn der Vorgabewert für die Differenz von prognostiziertem Solarenergieertrag und prognostiziertem Energieverbrauch unter Einbeziehung von tatsächlich erfassten Ist-Energieverbräuchen und Ist-Solarerträgen sowie Ist-Wärme-Bereitstellungen durch das Heizsystem adaptiv angepasst wird. Ist beispielsweise der Vorgabewert anfänglich zu hoch gewählt, wird einem Benutzer zu selten die Auswahlmöglichkeit zur Unterdrückung des Nachladevorgangs mittels des Heizsystems angeboten und besteht dadurch nur eine geringe Einsparungsmöglichkeit. Es werden dann Nachladevorgänge mit dem Heizsystem durchgeführt, obwohl die Möglichkeit bestünde, am nächsten Tag durch ausreichende Solarerträge dieses Energiedefizit auszugleichen. Wird hingegen der Vor- gabewert zu niedrig angesetzt, wird der Benutzer häufiger mit der Auswahlmöglichkeit konfrontiert und wird er, wenn der prognostizierte Solarertrag am folgenden Tag nicht erreicht wird, vermehrt Komforteinbußen erleben oder zusätzliche Nachladevorgänge durch das Heizsystem feststellen und mit der Regelstrategie der Steuerungsvorrichtung nicht zufrieden sein. Die Steuerungsvorrichtung kann dazu aus einem Vergleich zwischen prognostizierten Energieverbräuchen und tatsächlich erfassten Ist-Energieverbräuchen die Prognosegenauigkeit betreffend den Energieverbrauch ermitteln und ebenso aus einem Vergleich zwischen prognostizierten Solarerträgen und tatsächlich erfassten Ist- Solarerträgen die Prognosegenauigkeit für die Solarerträge feststellen und basierend darauf bei höheren Prognosegenauigkeiten den Vorgabewert herabsetzen und bei niedrigeren Prognosegenauigkeiten den Vorgabewert anheben.
Wenn ein gemäß Anspruch 6 errechneter, möglicher Solarertrag regelmäßig größer ist, als ein tatsächlich gemessener Ist-Solarertrag, ist anzustreben, dass der Wärmespeicher weniger häufig vom Heizungssystem nachgeladen wird, was dadurch erreicht werden kann, dass der Vor- gabewert für die Differenz von der Steuerungsvorrichtung zu niedrigeren Werten adaptiert wird und der Benutzer dadurch öfter die Auswahlmöglichkeit erhält, Nachladevorgänge des Heizsystems zu unterdrücken.
Eine Ermittlung der Differenz gemäß Anspruch 7, ist vorteilhaft, da zu dieser Tageszeit be- reits genaue Prognosewerte für den Solarertrag des nächsten Tages vorliegen und dem Benutzer zu diesem Zeitpunkt Faktoren, die den tatsächlichen Energieverbrauch beeinflussen können ebenfalls bekannt sein können, wie z.B. die Abwesenheit von Personen oder die Anwesenheit von zusätzlichen Personen. Eine Weiterbildung des Verfahrens gemäß Anspruch 8 besteht darin, einem Benutzer zumindest zwei verschiedene Steuerungsmaßnahmen zum Unterdrücken der Heizsystemaktivierung anzubieten, etwa indem ihm die Absenkung des Temperaturniveaus verschiedener Wärmeverbraucher angeboten wird. So kann beispielsweise eine Auswahlmöglichkeit in einer vorge- zogenen oder verlängerten Nachtabsenkung bestehen oder in einer differenzierten Nachtabsenkung bestimmter Heizkreise oder einer vertretbaren Absenkung der Brauchwassertemperatur. Dadurch kann abhängig von den jeweiligen Bedürfnissen des Benutzers die für ihn angenehmere und mit geringeren Komforteinbußen verbundene Variante des Energiesparens ausgewählt werden.
Eine weitere verbesserte Anpassung des Steuerungssystems an persönliche Bedürfnisse des Benutzers wird gemäß Anspruch 9 erzielt, da dadurch je nach persönlicher Situation des Benutzers die Regelstrategie der Steuerungsvorrichtung angepasst werden kann oder ein Benutzer je nach seinen Bedürfnissen zwischen einer hohen Sicherheit gegenüber möglichen Kom- forteinbußen oder einer häufigen Möglichkeit zum aktiven Energieeinsparen wählen kann.
Wenn der Benutzer den Vorgabewert zwischen 0 % und 20 % des durchschnittlichen Energieverbrauchs selbst wählen kann, wie in Anspruch 10, kann er je nach seinen Bedürfnissen zwischen einer hohen Sicherheit gegenüber möglichen Komforteinbußen oder einer häufigen Möglichkeit zum aktiven Energieeinsparen wählen.
Eine Weiterbildung des Verfahrens gemäß Anspruch 10 kann einem Benutzer eine zusätzliche Entscheidungshilfe für das aktive Unterbinden eines Nachladevorganges geben. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: Fig. 1 eine Wärmeversorgungsanlage bei der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann; Fig. 2 ein Beispiel für einen prognostizierten Energieverbrauch und einen prognostizierten Solarertrag innerhalb eines zukünftigen Zeitraumes;
Fig. 3 ein Beispiel für die Gegenüberstellung eines akkumulierten Energieverbrauchs und eines akkumulierten Solarertrages innerhalb eines zukünftigen Zeitraumes; ein Beispiel für ein mögliches Ablaufprogramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un- ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Fig. 1 zeigt ein Schema einer Wärmeversorgungsanlage 1 , mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Die Wärmeversorgungsanlage 1 umfasst im Wesentlichen ein Heizsystem 2, eine Solaranlage 3, einen Wärmespeicher 4, einen Wärmeverbraucher 5 und eine Steuerungsvorrichtung 6, wobei diese Hauptbestandteile in Folge näher beschrieben werden. Das Heizsystem 2 dient der bedarfsweisen Bereitstellung von thermischer Energie bzw. Wärmeenergie, die durch chemische Umsetzung eines Brennstoffes oder Einsatz von elektrischer Energie bereitgestellt wird. Das Heizsystem 2 kann einen Heizkessel zur Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen, fossilen oder nachwachsenden Brennstoffen umfassen oder eine elektrische Widerstandsheizung oder Wärmepumpe umfassen. Da es sich um ein automatisches Heizsystem handelt, kann damit bei Aktivierung durch die Steuerungsvorrichtung 6 grundsätzlich zu jeder Zeit bedarfsweise Wärmeenergie bereitgestellt werden.
Weiters umfasst die Wärmeversorgungsanlage 1 eine Solaranlage 3 zum Sammeln und Um- wandeln von Solarstrahlung in Wärmeenergie und/oder elektrische Energie, die ebenfalls zur Erzeugung von Wärmeenergie herangezogen werden kann. Die Solaranlage 3 umfasst dazu beispielsweise einen Sonnenkollektor, der von einem Wärmeträgerfluid zur Übertragung der Wärmeenergie in den Wärmespeicher 4 durchströmt werden kann oder Solarzellen mit denen elektrische bzw. damit erzeugte Wärmeenergie bereitgestellt werden kann. Da die Solarstrah- lung nur zu bestimmten Zeiten zur Verfügung steht, kann damit im Gegensatz zum automatischen Heizsystem 2 nur bei ausreichend vorhandener Solarstrahlung Wärmeenergie bereitgestellt werden.
Die vom Heizsystem 2 und/oder der Solaranlage 3 bereitgestellte Wärmeenergie, die nicht unmittelbar verbraucht wird, wird dem Wärmespeicher 4 zugeführt, der ein Wärmespeichermedium enthält und dieses Wärme als sensible Wärme, das heißt mit Temperaturerhöhung, oder als latente Wärme, das heißt mit einer Phasenumwandlung aufnehmen, Zwischenspeichern und auch wieder abgeben kann. Heizsystem 2 und Solaranlage 3 sind dazu mit geeigneten Verbindungsleitungen 7 mit dem Wärmespeicher 4 verbunden und übertragen mittels ge- eigneter Wärmetauscher 8 ihre Wärme an das im Wärmespeicher 4 enthaltene Wärmespeichermedium 9, oder auch mittels direktem Austausch eines Wärmeträgerfluids. Als Wärmespeicher seien Wasser, als Beispiel für sensible Wärmespeicherung und Natriumacetat- Trihydrat als Beispiel für latente Wärmespeicherung genannt. Die Speicherkapazität des Wärmespeichers 4 ist in erster Linie von der enthaltenen Masse an Wärmespeichermedium 9 bestimmt und zur Vermeidung von Wärmeverlusten an die Umgebung besitzt der Wärmespeicher 4 eine Wärmedämmung 10. Der Energieinhalt des Wärmespeichers 4 dient der bedarfsweisen Bereitstellung von Wärmeenergie für einen Verbraucher 5, der auch aus mehreren Einzelverbrauchern wie beispielsweise einer Warmwasserversorgung 1 1 und einer Raumheizung 12 zusammengesetzt sein kann und für einen Benutzer 13 eines Gebäudes die bekannten Komfortfunktionen zur Verfügung stellt. Die Entnahme von Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher 4 erfolgt beispielsweise mittels Wärmetauscher 8, wobei speziell für die Warmwasserversorgung 1 1 ein Wärmetauscher 8 von Vorteil ist, da damit bei Warmwasserbedarf Frischwasser unmittelbar mit Wärmeenergie des Wärmespeichers 4 im Durchlauf erwärmt wird und keine Legionellengefahr durch Vorratsspeicherung von Warmwasser bei Temperaturen unter 60°C besteht.
Die verschiedenen Einzelverbraucher können dabei unterschiedliche Temperaturniveaus benötigen, um eine ausreichende Komfortfunktion zu besitzen. So sollte bereitgestelltes Warmwasser beispielsweise eine Untergrenze von 40°C bis 45°C nicht unterschreiten, während beispielsweise für eine Niedertemperaturheizung, wie etwa eine Fußbodenheizung, bei einer gu- ten Wärmedämmung eines Gebäudes auch Temperaturen bis unter 30°C noch vernünftig einsetzbar sind. Es ist daher möglich, dass im Wärmespeicher 4 unterschiedliche Temperaturniveaus herrschen, wie es beispielsweise auch bei Schichtladespeichern möglich ist, die gewissermaßen von oben nach unten mit Wärmeenergie geladen werden. Der bzw. die Verbraucher 5 sind mit geeigneten Verbindungsleitungen 7 mit dem Wärmespeicher 4 verbunden und kann darüber hinaus auch eine direkte Anbindung an das Heizsystem 2 und/oder die Solaranlage 3 bestehen, wodurch Wärmeenergie auch ohne Umweg über den Wärmespeicher 4 direkt an den Verbraucher 5 übertragen werden kann, wobei diese Verbindungen der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Insbesondere für die Raum- heizung 12 kann sich ein Heizkreislauf 14 auch direkt bis zum Heizsystem 2 bzw. auch zur Solaranlage 3 erstrecken.
Die Funktion und das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten der Wärmeversorgungsanlage 1 wird mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung 6 automatisiert, die vorzugsweise als spei- cherprogrammierbare Steuerung ausgeführt ist und sowohl Steuerungsprozesse als auch Regelungsprozesse der Wärmeversorgungsanlage 1 übernimmt, wodurch ein Benutzer 13 von Eingriffen in die Wärmeversorgungsanlage 1 weitgehend entbunden ist. In der Steuerungsvorrichtung 6 sind dazu Steuerungsroutinen und Regelungsstrategien hinterlegt, die basierend auf bestimmten erfassten Anlagenzuständen möglichst energiesparend die Komfortfunktionen der Wärmeversorgungsanlage sicherstellen, aufrecht erhalten oder bei Bedarf wieder herstellen. Zur Erfassung der Anlagenzustände umfasst die Wärmeversorgungsanlage 1 Sensoren 15, mit denen Anlagenzustände erfasst, insbesondere Temperaturniveaus evtl. auch Durchflussmen- gen gemessen werden und an die Steuerungsvorrichtung 6 mittels geeigneter, strichliert dargestellter Messleitungen übertragen werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfasst die Wärmeversorgungsanlage 1 etwa einen Heizsystemsensor 16, einen Solaranlagensensor 17, einen Heizkreislaufsensor 18 und einen Warmwassersensor 19 mit denen jeweils die entsprechende Vorlauftemperatur erfasst werden kann, das heißt die vom Heizsystem 2 bzw. von der Solaranlage 3 zur Verfügung stehenden Temperaturniveaus zur Beladung des Wärmespeichers 4 sowie die im Wärmespeicher 4 zur Verfügung stehenden Temperaturniveaus für die Warmwasserversorgung 1 1 bzw. die Raumheizung 12. Zur Erfassung des Energieinhalts bzw. von Temperaturniveaus innerhalb des Wärmespeichers 4 ist zumindest ein Wärmespeichersensor 20 vorgesehen. Selbstverständlich können weniger Sensoren 15 oder darüber hinaus noch weitere Sensoren 15 vorgesehen sein, die hier der Einfachheit halber jedoch weggelassen sind.
Der Wärmespeicher 4 dient somit der Entkoppelung von Wärmebereitstellung mittels Heizsystem 2 und Solaranlage 3 und Wärmeverbrauch durch einen Verbraucher 5, was insbesondere im Hinblick auf die nicht durchgängig zur Verfügung stehende Solarenergie erforderlich ist.
Damit der Wärmespeicher 4 für den Verbraucher 5 jederzeit Wärmeenergie auf einem geeig- neten Temperaturniveau bereitstellen kann, ist eine wesentliche Teilaufgabe der Steuerungsvorrichtung 6, dafür zu sorgen, dass der Energieinhalt bzw. eine Temperatur im Wärmespeicher 4 jederzeit auf einem ausreichend hohen Niveau für einen in nächster Zukunft zu erwartenden Wärmeverbrauch liegt, etwa durch laufende Überwachung des Wärmespeichers mittels des Wärmespeichersensors 20.
Eine für diesen Zweck einfach geeignete und in der Steuerungsvorrichtung implementierte Regelstrategie besteht darin, bei Unterschreiten eines Mindestenergiegehalts bzw. einer Mindesttemperatur im Wärmespeicher 4 einen Nachladevorgang durch Aktivierung des Heizsys- tems 2 durchzuführen, wodurch der Energiegehalt im Wärmespeicher 4 von der Mindesttemperatur wieder auf eine obere Speichertemperatur angehoben wird.
Eine solche Regelung ist bei einer derartigen Wärmeversorgungsanlage 1 der Fall, wenn die von der Solaranlage 3 in den Wärmespeicher 4 eingebrachte Energiemenge in einem bestimmten Zeitraum kleiner ist, als die für den Verbraucher 5 entnommene Wärmemenge und dadurch die Speichertemperatur von einem Anfangswert ausgehend nach und nach absinkt. Ein Wärmespeicher 4 entsprechender Größe kann beispielsweise bei voller Aufladung einen Zeitraum von wenigen Tagen ohne Solarertrag überbrücken, bis die Temperatur im Wärme - Speicher 4 bis auf die Mindesttemperatur absinkt, was die Aktivierungsbedingung darstellt.
Bei herkömmlichen Steuerungsvorrichtungen 6 wird bei Eintritt einer derartigen oder auch anderen Aktivierungsbedingung das automatische Heizsystem 2 aktiviert und ein Nachladen des Wärmespeichers 4 eingeleitet. Im Hinblick auf die bestmögliche Ausnutzung von Solar- energie kann dies jedoch von Nachteil sein, wenn ein Nachladen durch das Heizsystem unmittelbar vor einem Zeitraum mit hohem Solarertrag erfolgt, da der Wärmespeicher 4 gewissermaßen bereits durch das Heizsystem 2 befüllt ist und keine oder nur geringe Speicherkapazität für Solarenergie gegeben ist. Dabei ist es möglich, wie es bereits auch im Stand der Technik praktiziert wird, dass die Soll -Temperatur im Wärmespeicher 4 in Abhängigkeit eines zukünf- tig zu erwartenden Solarertrages abgesenkt wird und dadurch nur ein verkürzter Nachladevorgang mittels des Heizsystems 2 durchgeführt wird, wodurch eine größere Speicherkapazität für die zukünftige Beladung mit Wärmeenergie aus der Solaranlage 3 zur Verfügung steht.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der Steuerungsvorrichtung 6 der Zustand des Wärmespeichers 4 überwacht und ist bei Eintritt einer Aktivierungsbedingung, beispielsweise bei Unterschreitung einer Mindesttemperatur oder wenn der Energieinhalt im Wärmespeicher einen Auslösewert unterschreitet, eine Aktivierung des automatischen Heizsystems 2 vorgesehen. Diese Aktivierung erfolgt jedoch nicht unmittelbar, sondern es wird die geplante Aktivierung oder ein damit zusammenhängender Status der Wärmeversor- gungsanlage 1 in einem Zwischenschritt über eine Benutzerschnittstelle 21 dem Benutzer 13 signalisiert und ihm gleichzeitig die Möglichkeit gegeben, über die Benutzerschnittstelle 21 die planmäßige Aktivierung des Heizsystems 2 zu unterbinden oder zumindest zu beeinflussen. Erfindungsgemäß erfolgt diese Signalisierung an den Benutzer 13 nur in dem Fall, wenn in einem betrachteten, zukünftigen Zeitraum ein Solarertrag zu erwarten ist, der bis zum Ende des betrachteten Zeitraums um einen vorgewählten Wert größer ist, als der zu erwartende Wärmeenergieverbrauch bis zum Ende dieses Zeitraumes. Die Bedingung für die Benutzereinbindung ist demnach, dass bis zum Ende des Betrachtungszeitraumes ein Überhang an so- larer Wärmeenergie besteht und daher ein vorübergehend oder zwischenzeitlich bestehendes Defizit an Wärmeenergie mit hoher Wahrscheinlichkeit bis zum Ende des Beobachtungszeitraums ausgeglichen werden kann.
Von der Steuerungsvorrichtung 6 wird dazu für einen bestimmten, zukünftigen Zeitraum zwi- sehen einem Anfangszeitpunkt, der auch dem aktuellen Zeitpunkt entsprechen kann, und einem Endzeitpunkt der zu erwartende Solarertrag und der zu erwartende Wärmeverbrauch des Energieverbrauchers prognostiziert und die daraus ermittelte Differenz aus Solarertrag und Wärmeverbrauch mit einem Vorgabewert verglichen, also für einen zukünftigen oder einen von jetzt in die Zukunft reichenden Zeitraum eine Energiebilanz erstellt und abhängig von diesem Ergebnis der Benutzer in die Regelstrategie mit eingebunden.
Der Zeitraum für die Prognose und die Gegenüberstellung von Wärmeverbrauch und Solarertrag kann dabei verschieden groß gewählt werden, wobei ein Prognosezeitraum von 24 h vorteilhaft sein kann, jedoch auch längere z.B. 48 h oder kürzere Prognosezeiträume möglich sind. Notwendigerweise umfasst der Prognosezeitraum auch Tageszeiten, in denen ein Solarertrag stattfinden kann, also Zeitspannen zwischen theoretischem Sonnenaufgang und theoretischem Sonnenuntergang.
Die Prognose durch die Steuerungsvorrichtung 6 kann dabei auch auf sehr einfache Weise durchgeführt werden, beispielsweise indem für den Wärmeverbrauch ein aus der Vergangenheit bekannter oder ein geschätzter Fixwert angenommen wird und für die Prognose des Solarertrages ein aus Vergangenheitswerten in die Zukunft extrapolierter Wert oder ein auf der Anlagengröße und geografischen Lage und Kollektorausrichtung basierender Wert herangezogen wird, vorzugsweise werden jedoch genauere Prognosemethoden eingesetzt.
So kann beispielsweise in die Prognose des Wärmeverbrauches auch das aktuelle Wetter, insbesondere Außentemperatur und Windverhältnisse einbezogen werden oder aber auch Wetterprognosedaten, da abhängig davon auch ein etwaiger Heizbedarf genauer abgeschätzt wer- den kann. Zusätzlich kann die Wärmeverbrauchsprognose auch auf Vergangenheitswerten basieren, die von der Steuerungsvorrichtung 6 über einen längeren Zeitraum von beispielsweise mehreren Monaten, insbesondere auch zumindest ein Jahr lang erfasst worden sind. Weiters kann die Wärmeverbrauchsprognose auch auf geplante Anwesenheiten von Personen in einem Haushalt oder Gebäude Rücksicht nehmen.
Für die Prognose des Solarertrages ist es von Vorteil, wenn mit der vorhandenen Solaranlage 3 bereits in der Vergangenheit erreichte Solarerträge, die von der Steuerungsvorrichtung 6 erfasst worden sind, herangezogen werden können und/oder in die Prognose auch Wetter- prognosedaten, die über Internet, Pager-Services oder sonstige Datennetze bezogen werden können, einbezogen werden. So kann die Prognose beispielsweise einen mit der Anlage maximal möglichen Solarertrag berücksichtigen und diesen mit einer prognostizierten Sonnenscheindauer verknüpfen, wodurch eine hohe Prognosegenauigkeit erzielt werden kann. Weiters kann vorgesehen sein, dass eine ursprünglich einfache Prognose mit einem einfachen An- fangsverlauf basierend auf tatsächlich erfassten Daten an individuelle und örtliche Rahmenbedingungen der Wärmeversorgungsanlage 1 adaptiv angepasst wird.
Die Benutzerschnittstelle 21 kann, wie mit strichlierten Linien angedeutet, direkt an der Steuerungsvorrichtung 6 vorgesehen sein, vorzugsweise ist diese jedoch in Form eines mobilen Endgerätes 22 ausgebildet, wodurch ein Benutzer 13, der das mobile Endgerät 22, etwa in Form eines Mobiltelefons mit sich führt, unabhängig von seinem Aufenthaltsort vor einem automatischen Nachladevorgang durch Aktivierung des Heizsystems 2 eine Signalisierung erhält und er nach eigenem Ermessen den automatischen Nachladevorgang unterdrücken oder abändern kann. In Fig. 1 ist eine drahtlose Verbindung 23 zwischen Steuerungsvorrichtung 6 und mobilem Endgerät 22 mit einem strichlierten Doppelpfeil angedeutet.
Ab dem Zeitpunkt der Signalisierung des Zustandes der Wärmeversorgungsanlage 1 oder des Eintretens der Aktivierungsbedingung läuft eine Antwortzeit, innerhalb der ein Benutzer 13 aktiv eine Benutzeraktion setzten muss, um die automatische Aktivierung des Heizsystems 2 zu unterbinden oder abzuändern. Falls innerhalb der Antwortzeit der Benutzer 13 keine Aktion setzt, da er beispielsweise außerhalb des Empfangsbereiches ist oder der automatischen Aktivierung des Heizsystems 2 zustimmen möchte, wird die planmäßige, automatische Aktivierung des Heizsystems 2 und damit ein Nachladevorgang durchgeführt. Dem Benutzer 13 wird somit über die Benutzerschnittstelle 21 die Gelegenheit gegeben, aktiv einen Nachladevorgang am Wärmespeicher 4 zu unterdrücken, wobei dieser natürlich abwägen kann, ob er die Möglichkeit einer geringen Komforteinbuße in Kauf nehmen will oder nicht. Weiters kann der Benutzer über zusätzliche, von der Steuerungsvorrichtung nicht be- rücksichtigte Umstände Bescheid wissen, weil etwa der tatsächliche Energieverbrauch möglicherweise ohnehin geringer sein wird, als der prognostizierte Energieverbrauch, beispielsweise da eine andere Personenanzahl im Haus ist, als der Verbrauchsprognose zu Grunde liegt. Zusätzlich ist es möglich, dass dem Benutzer 13 über die Benutzerschnittstelle 21 auch die
Menge an verfügbarem Warmwasser einer bestimmten Temperatur (z.B. 40 °C) und/oder eine von der Steuerungsvorrichtung 6 prognostizierte Raumtemperatur bei aktiver Unterbindung der automatischen Aktivierung des Heizsystems (2) signalisiert wird. Durch die Wahl des Vorgabewertes kann die Steuerungsvorrichtung 6 auf die persönlichen Vorlieben eines Benutzers 13 angepasst werden, beispielsweise durch einen höheren Vorgabewert, wenn der Benutzer 13 Komforteinbußen nur ungern in Kauf nimmt oder durch einen niedrigeren Vorgabewert, wenn der Benutzer 13 möglichst viele Nachladevorgänge und damit möglichst viel Primärenergie einsparen möchte.
Der erfindungsgemäße Steuerungsablauf ist in Fig. 2 noch einmal dargestellt, wobei die folgenden Erläuterungen unter Verwendung der Diagramme der Fig. 3 und 4 erfolgen.
Ausgangspunkt des Steuerungsablaufes ist eine laufende Überwachung des Wärmespeichers 4 und der Anwendung einer Auslösebedingung. Die Auslösebedingung kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Nachladevorgang ausgelöst wird, wenn ein Energieinhalt im Wärmespeicher 4, der beispielsweise durch eine mit dem Wärmespeichersensor 20 erfasste Temperatur tsp repräsentiert ist, unter eine Grenztemperatur tgu fällt, also eine Bedingung tsp< tgu erfüllt ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird die Überwachung einfach fortgesetzt. Falls die Auslösebedingung erfüllt ist, wird von der Steuerungsvorrichtung 6 für einen zukünftigen Zeitraum 24, siehe Fig. 3 und 4, der sich von einem Anfangszeitpunkt 25 bis zu einem Endzeitpunkt 26 erstreckt, basierend auf einem Wärmeverbrauchsverlauf 27 ein akkumulierter Wärmeverbrauch 28 (siehe Fig. 4) prognostiziert. Weiters wird basierend auf einem ange- nommenen Solarertragsverlauf 29 (siehe Fig. 3 gestrichelte Linie) ein akkumulierter Solarertrag 30 (siehe Fig. 4 gestrichelte Linie) prognostiziert.
In Fig. 3 erkennt man am Verbrauchsverlauf 27 drei Verbrauchsspitzen, die im Allgemeinen morgens, mittags und abends auftreten. Der Solarertragsverlauf 29 zeigt ein ausgeprägtes Maximum um die Mittagsstunde, wobei dieser Verlauf für eine Ausrichtung der Solaranlage in südlicher Richtung dargestellt ist, davon jedoch natürlich abweichen kann. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ergibt sich im Zeitraum 24 ausgehend vom Anfangszeitpunkt 25, beispielsweise um 20 Uhr, bis zu einem Endzeitpunkt von 20 Uhr am darauf folgenden Tag ein akkumulier- ter Wärmeverbrauch 28 sowie auf gleiche Weise ein akkumulierter Solarertrag 30, wobei es sich bei beiden Werten um Prognosewerte handelt, die mehr oder weniger von den tatsächlichen zukünftigen Verläufen abweichen.
In Fig. 4 ist erkennbar, dass aufgrund eines guten prognostizierten Solarertrages 30 dieser um eine Differenz 31 größer ist als der Wärmeverbrauch 28 zum Endzeitpunkt 26 des betrachteten Prognosezeitraumes 24, das heißt bei einem betrachteten Zeitraum 24 von einem Tag ist der Solarertrag am nächsten Tag wahrscheinlich um die Differenz 31 größer als der akkumulierte Wärmeverbrauch 28. Die Prognose des Solarertrages 30 und/oder des Wärmeverbrauches 28 kann dabei zur Erhöhung der Genauigkeit unter Einbeziehung von aufgezeichneten Ist-Daten und/oder auch auf Wetterprognosedaten basieren.
Ist nun die prognostizierte Differenz 31, also der Wärmeüberschuss innerhalb des nächsten Tages größer als ein bestimmter Vorgabewert, der in der Steuerungsvorrichtung 6 hinterlegt ist, wird an den Benutzer 13 über die Benutzerschnittstelle 21 dieser Zustand der Wärmeversorgungsanlage 1 signalisiert und erhält der Benutzer 13 die Möglichkeit, durch eine Benutzeraktion die automatische Aktivierung des Heizsystems 2 zum Nachladen des Wärmespeichers 4 zu unterdrücken, beispielsweise indem der Nachladevorgang um einen bestimmten Zeitbetrag, beispielsweise 14 Stunden unterdrückt wird, oder ein verkürzter Nachladevorgang ausgeführt wird oder beispielsweise die Auslösebedingung abgeändert wird. Die Abänderung der Auslösebedingung kann beispielsweise derart erfolgen, dass eine neue Untergrenze für die Temperatur des Wärmespeichers 4 neu festgelegt wird, wobei etwa tguneu = tgualt - dt. Die Überwachung des Wärmespeichers 4 erfolgt dann anhand der abgeänderten Auslösebedingung, wobei diese in diesem Beispiel derart zu interpretieren ist, dass der Wärmespeicher 4 bis zu einer tieferen Temperatur entladen wird. Der Benutzer kann beispielsweise über die Benutzerschnittstelle 21 eine Nachtabsenkung einer Heizung, beispielsweise um 1°C bis 3°C vergrößern oder beispielsweise bestimmte Heizkreise deaktivieren oder sonstige Maßnahmen treffen, die eine Reduktion des Energieverbrauches bewirken bzw. kleine Komforteinbußen in Kauf nehmen, um einen Nachladevorgang mittels des Heizsystems 2 zu unterbinden, da mit dem am folgenden Tag erwarteten, hohen Solarertrag 30 ein vorübergehendes Energiedefizit mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeglichen werden kann. In Fig. 4 ist mit strichpunktierter Linie ein Beispiel für einen geringeren Solarertrag 30' dargestellt, bei dem sich eine geringere Differenz 31 ' in der Bilanz zum akkumulierten Wärmeverbrauch 28 bis zum betrachteten Endzeitpunkt 26 ergibt. Falls diese Differenz 31 ' kleiner ist als der Vorgabewert, wird die automatische Aktivierung des Heizsys- tems 2 erfolgen, ohne dass der Benutzer 13 die Auswahlmöglichkeit zur Unterdrückung des Nachladevorgangs erhält.
Wenn der Benutzer 13 den Vorgabewert zwischen 0 % und 20 % des durchschnittlichen Energieverbrauchs selbst wählen kann, kann er je nach seinen Bedürfnissen zwischen einer hohen Sicherheit gegenüber möglichen Komforteinbußen oder einer häufigen Möglichkeit zum aktiven Energieeinsparen wählen.
Ein für sich eigenständiges Steuerungsverfahren, das einen Benutzer zum aktiven Energiesparen anregt, kann auch darin bestehen, dass diesem bei Eintreten der Aktivierungsbedingung vor jedem Nachladevorgang, unabhängig von einer Prognose von Wärmeverbrauch und Solarertrag, über die Benutzerschnittstelle eine Information über den Status der Wärmever- sorungsanlage bereitgestellt wird und der Benutzer einen Nachladevorgang z.B. für eine vorbestimmte oder von ihm wählbare Zeitdauer durch eine Benutzeraktion unterbinden kann. Dieses Verfahren kann insbesondere mit den Maßnahmen in den Ansprüchen 5, 8 und 10 kombiniert werden
Die Ausführungsbeispiele zeigen eine mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens , wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dar- gestellten Ausführungsvariante desselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen beschriebenen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Wärmeversorgungsanlage 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 ; 2; 3, 4 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenaufstellung
1 Wärmeversorgungsanlage
2 Heizsystem
3 Solaranlage
4 Wärmespeicher
5 Verbraucher
6 Steuerungsvorrichtung
7 Verbindungsleitung
8 Wärmetauscher
9 Wärmespeichermedium
10 Wärmedämmung
11 Warmwasserversorgung
12 Raumheizung
13 Benutzer
14 Heizkreislauf
15 Sensor
16 Heizsystemsensor
17 Solaranlagesensor
18 Heizkreislaufsensor
19 Warmwassersensor
20 Wärmespeichersensor
21 Benutzerschnittstelle
22 Mobiles Endgerät
23 Drahtlose Verbindung
24 Zeitraum
25 Anfangszeitpunkt
26 Endzeitpunkt
27 Verbrauchs verlauf
28 Wärmeverbrauch
29 Solarertragsverlauf
30 Solarertrag
31 Differenz

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Steuerung einer Wärmeversorgungsanlage ( 1 ) mit Solaranlage (3) mittels einer Steuerungsvorrichtung (6) umfassend
- Bereitstellen von thermischer Energie durch Aktivieren eines automatischen Heizsystems (2)
- Bereitstellen von thermischer Energie (Wärmeleistung, Heizleistung) mit einer Solaranlage (3)
- Verbrauchen von thermischer Energie (Wärmeleistung, Solarleistung) mit einem Energie- Verbraucher (5),
- Speichern von thermischer Energie mit einem Wärmespeicher (4), falls der der aktuelle Wärmeverbrauch geringer ist, als die vom Heizsystem (2) und/oder der Solaranlage (3) bereitgestellte thermische Energie (Wärmeleistung)
- Verbrauchen von thermischer Energie aus dem Wärmespeicher (4), falls der aktuelle Wär- meverbrauch größer ist, als die aktuell von Heizsystem (2) und/oder der Solaranlage (3) bereitgestellte thermische Energie (Wärmeleistung),
- automatisches Aktivieren des Heizsystems (2) durch die Steuerungsvorrichtung (6) und Speichern der bereitgestellten thermischen Energie im Wärmespeicher (4), bei Eintritt einer Aktivierungsbedingung, insbesondere falls der Energieinhalt im Wärmespeicher (4) einen bestimmten Auslösewert unterschreitet,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungsvorrichtung (6)
- für einen bestimmten zukünftigen Zeitraum (24) zwischen einem Anfangszeitpunkt (25) und einem Endzeitpunkt (26) ein Solarertrag (30) und/oder ein Ertragsverlauf (29) der Solaranlage (3) sowie weiters ein Wärmeverbrauch (28) und/oder ein Verbrauchsverlauf (27) des Energieverbrauchers (5) prognostiziert wird und,
- falls eine von der Steuerungsvorrichtung (6) ermittelte Differenz (31) aus prognostiziertem Solarertrag (30) bis zum Endzeitpunkt (26) minus dem geschätzten Wärmeverbrauch (28) bis zum Endzeitpunkt (26) einen Vorgabewert überschreitet, einem Benutzer ( 13) über eine Be- nutzerschnittstelle (21 ) die Überschreitung des Vorgabewertes oder ein damit zusammenhängender Status der Wärme Versorgungsanlage (1) signalisiert wird und
- entweder durch eine Benutzeraktion über die Benutzerschnittstelle (21) die planmäßige automatische Aktivierung des Heizsystems (2) vorübergehend unterbunden oder die Auslösebe- dingung abgeändert werden kann
- oder bei Fehlen einer Benutzeraktion innerhalb einer Antwortzeit die planmäßige automatische Aktivierung des Heizsystems (2) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrauchs verlauf
(27) und/oder der Ertragsverlauf (29) unter Einbeziehung von in der Vergangenheit erfassten und gespeicherten Ist-Daten des Wärmeverbrauchs (28) und/oder des Solarertrages (30) prognostiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognose des Verbrauchsverlaufs (27) und/oder der Solarertragsverlaufs (29) ausgehend von einem vorgegebenem Anfangsverlauf mit einem adaptiven Prognosealgorithmus an die individuellen und örtlichen Rahmenbedingungen der Wärmeversorgungsanlage ( 1 ) angepasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ertragsverlauf (29) und oder der Verbrauchsverlauf (27) unter Einbeziehung von über Internet, Pager-Service oder sonstigen Datennetzen bezogenen Wetterprognosedaten prognostiziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Benutzerschnittstelle (21) ein mobiles Endgerät (22) eingesetzt wird und die Datenübermittlung zwischen Steuerungsvorrichtung (6) und mobilem Endgerät (22) über eine drahtlose Verbindung (23), insbesondere ein Datenfunknetz ausgewählt aus einer Liste umfassend zumindest GSM, GPRS, W-LAN, WiFi und Bluetooth, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (6) regelmäßig einen Vergleich zwischen einem von aus einem gemessenen Solarstrahlungsverlauf errechneten Solarangebot eines Beobachtungszeitraums und einem tatsächlich gemessenen Ist-Solarertrag im Beobachtungszeitraum erstellt und basierend darauf der Vorgabewert für die Differenz adaptiv angepasst wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung der Differenz (31) zwischen prognostiziertem Solarertrag (30) und prog- nostiziertem Verbrauch (28) regelmäßig zu einer vorwählbaren Tageszeit, vorzugsweise zwischen 18 Uhr und 22 Uhr erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Benutzer (13) über die Benutzerschnittstelle (21) eine Auswahl von zumindest zwei verschiedenen Steuerungsmaßnahmen zum Unterbinden der automatischen Aktivierung des Heizsystems (2) angeboten werden, und die Benutzeraktion in einer aktiven Auswahl einer angebotenen Steuerungsmaßnahme besteht, insbesondere einer Absenkung einer Soll- Temperatur des Wärmespeichers (4) oder einer Temperaturabsenkung eines Heizkreislaufes ( 14).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Benutzer (13) über die Benutzerschnittstelle (21) die Antwortzeit verändert und/oder den Vorgabewert, insbesondere zwischen 0 % und 20 % des durchschnittlichen Wärmeverbrauchs (28) gewählt werden kann.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Benutzer (13) über die Benutzerschnittstelle (21) die Menge an verfügbarem Warmwasser einer bestimmten Temperatur und/oder eine von der Steuerungsvorrichtung (6) prognostizierte Raumtemperatur bei Unterbindung der automatischen Aktivierung des Heizsystems (2) bekanntgegeben wird.
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