WO2023186783A1 - Verfahren zum steuern eines heizungssystems, heizungssystem und steuervorrichtung - Google Patents

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energy transport
heating circuit
heating
network
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Andrej GRAD
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Viessmann Climate Solutions Se
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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a heating system, a heating system and a control device for use in a heating system.
  • Heating systems for air conditioning a building are known from the prior art, in their usual use room temperatures in the rooms of the building are to be controlled in a targeted manner.
  • Such heating systems generally include a heat source device for controlling the temperature of an energy transport medium and a network through which this energy transport medium flows.
  • the energy transport medium can be distributed over one or more heating circuits, each of which includes one or more heat exchange devices, which are usually assigned to a room to be air-conditioned and via which a heat exchange takes place between the energy transport medium in the network and an environment of the heat exchange device, for example to regulate a room temperature in the respective room.
  • a flow rate of the energy transport medium in a heating circuit depends on a variety of factors. For example, if a control valve of a heat exchange device is closed when a desired target temperature is reached, the flow of the energy transport medium in the associated heating circuit may be completely stopped, which leads to a drop in the flow rate or, in extreme cases, even to a complete cessation of the flow of the energy transport medium in the network can come.
  • the temperature-controlled energy transport medium can no longer be adequately removed from the heat source device and this results in both an extremely excessive flow resistance in the network and an energy backlog, which under certain circumstances can lead to an emergency shutdown or even damage to the heating system.
  • bypass solutions in the prior art in which a flow of the energy transport medium is made possible even in the extreme case of a closed heating circuit outlined above, by the heating circuit
  • a bridging bypass is opened via a bypass valve so that the flow of the energy transport medium in the network does not come to a complete standstill.
  • the bypass is preferably opened depending on a detected volume flow or a flow rate of the energy transport medium in the network
  • DE 10 2011 001223 A1 discloses a heating system with a heat source device and a hydraulic network with a heating circuit, a bypass device and a volume flow sensor.
  • a control device of the heating system is set up to bridge the heating circuit via the bypass device by opening a bypass valve if a total volume flow detected by the volume flow sensor falls below a minimum value of the total volume flow in the heating system, for example in the event that a control valve in the heating circuit closes
  • said heating systems usually only have one volume flow sensor, which is arranged on a central flow or return line at the interface to the heat source device and a resulting total volume flow, i.e. a sum of all Partial volume flows in the network are recorded
  • An object of the present invention is therefore to provide a more efficient way of controlling a heating system compared to the prior art.
  • a heating system according to claim 15 and a control device for a heating system according to claim 16 are provided.
  • a method for controlling a heating system comprising at least one heat source device for controlling the temperature of an energy transport medium and a network connected to the heat source device for passing the energy transport medium through.
  • the latter in turn comprises a flow for introducing the energy transport medium tempered by the heat source device into the network, a return for returning the energy transport medium in the network into the heat source device, a first heating circuit arranged between the flow and the return, which comprises a heat exchange device to be supplied with the energy transport medium, and a bypass device arranged between the flow and the return for bridging the first heating circuit, which comprises a switchable valve unit for regulating the energy transport medium passed through the bypass device.
  • the method includes setting a first limit value for a total volume flow of the energy transport medium in the network, which describes a minimum value to be maintained of the total volume flow of the energy transport medium in the network, and setting a second limit value for the total volume flow of the energy transport medium in the network, which is greater than the first limit value Detecting a total volume flow of the energy transport medium in the network and controlling the heating system depending on the detected total volume flow, in turn comprising increasing a degree of opening of the valve unit of the bypass device if the detected total volume flow falls below the specified first limit value, and reducing the degree of opening of the valve unit of the bypass device if the recorded total volume flow exceeds the specified second limit value.
  • the energy transport medium is distributed starting from the heat source device over the network, which is to be understood as a hydraulic or as a pneumatic network with lines connecting the components of the network (for example one or more heating circuits, heat storage, etc.) or a connecting line network is.
  • a heating circuit of the network supplied with the energy transport medium has at least one heat exchange device, via which a heat exchange takes place between the energy transport medium flowing in the network and an environment of the heat exchange device, in particular a room in a building to be air-conditioned by the heat exchange device.
  • the energy flow is based on a prevailing temperature difference and can be directed in both directions, i.e. starting from the energy transport medium or towards the energy transport medium.
  • the heat exchange devices can, for example and not by way of limitation, be used as surface heat exchangers for use in a floor, a wall or a ceiling air-conditioned room or as well-known radiators arranged in the room to be air-conditioned.
  • a heating circuit of the heating system is to be understood as a part of the network, which can include at least one but also a large number of heat exchange devices, which are connected in series, in parallel or in any combination of the two circuits mentioned above in relation to a direction of passage of the energy transport medium can be arranged.
  • a first heating circuit can comprise only one surface heat exchanger or a large number of surface heat exchangers connected in parallel, for example all surface heat exchangers on one floor of the building.
  • any liquid or gaseous medium that is suitable for energy transport or for heat exchange in the heat exchange devices in the network can be used as the energy transport medium.
  • water or an aqueous solution is preferably used and in the pneumatic case, air is preferably used.
  • the heat source device is set up to control the temperature of the energy transport medium and can be used for this purpose in a heating and/or in a cooling operation in order to heat and/or cool the energy transport medium.
  • the heating operation is suitable for increasing a room temperature of an exemplary room to be air-conditioned by the heating system to a desired higher room temperature
  • the cooling operation is suitable for lowering the room temperature of the exemplary room to a desired lower room temperature.
  • the heat source device may be a gas/oil or pellet heater.
  • the functionality of a heat pump is well known to those skilled in the art and will not be discussed in detail below.
  • the switchable valve unit of the bypass device can be switched between a fully open and a closed state and preferably comprises one or more intermediate stages. Particularly preferably, the valve unit can be switched continuously between the closed and the fully open state. The same applies to all valve units described below that have the addition “switchable”.
  • the total volume flow is understood to mean the resulting volume flow of the energy transport medium passed through the network, for example at Flow or return is applied or can be detected and describes the sum of all partial volume flows by components and / or component groups arranged in parallel in the network
  • the method provides a particularly efficient option for controlling the heating system, in the course of which disadvantageous operating states of the heating system are avoided.
  • Said disadvantageous operating states include, among other things, an operating state with insufficient energy consumption at the heat source device but also an operating state with insufficient supply of the first heating circuit with the temperature-controlled energy transport medium.
  • the energy requirement in the first heating circuit is met, there is a reduction in the flow of the energy transport medium there, for example due to a closing of a control valve in the first heating circuit, for example a thermostat valve of the heat exchanger in the first heating circuit, which leads to a drop in the total volume flow of the Energy transport medium in the network
  • the thermal energy (or cold energy in cooling mode) transferred to the energy transport medium from the heat source device can no longer be sufficiently removed from the heat source device via the network, as a result of which Without remedial action, an emergency shutdown or possibly even damage to the heat source device can occur.
  • Opening the valve unit of the bypass device depending on the value falling below the first limit prevents such an unfavorable operating state and ensures that the first heating circuit is bridged in the event of a reduced flow by giving the energy transport medium the opportunity to return through the bypass device to flow back. In this way, a corresponding minimum value of the total volume flow in the network and thus an energy consumption at the heat source device can be maintained.
  • the exemplary control valve in the first heating circuit opens in order to allow the energy transport medium to flow through it again.
  • an operating state is disadvantageous from an energy perspective, since part of the heat or cold energy provided by the energy transport medium is passed through the bypass device unused, even though there is a need in the first heating circuit.
  • the valve unit of the bypass device is closed if the recorded total volume flow exceeds the second limit value.
  • Exceeding the second limit value provides information about changing partial volume flows in the network and serves in particular as an indicator for an increase in the flow of the energy transport medium in the first heating circuit and thus for a corresponding energy requirement in the same.
  • the degree of opening of the valve unit of the bypass device is reduced after the second limit value is exceeded, whereby the otherwise unused heat or cold energy is redistributed from the bypass device to the first heating circuit
  • the reduction in the degree of opening of the valve unit of the bypass device is preferably carried out under the condition that the specified minimum value of the total volume flow is maintained (first limit value).
  • the degree of opening is therefore only reduced to the extent that this does not result in the first limit value being undershot
  • the method thus allows efficient control of the heating system, with which both an energy consumption at the heat source device by maintaining the minimum value of the total volume flow and an efficient and, above all, demand-oriented energy supply to the first heating circuit when using a bypass device is made possible, without relying on additional volume flow sensors in the first heating circuit or in the bypass device.
  • the network further comprises a switchable first valve unit connected upstream of the first heating circuit for regulating the energy transport medium passed through the first heating circuit, wherein controlling the heating system further comprises increasing a degree of opening of the first valve unit if the detected total volume flow is exceeds the specified second limit value
  • the method is provided with an additional actuator for controlling the heating system, with which the flow of the energy transport medium through the first heating circuit can be regulated.
  • valve unit of the bypass device and the first valve unit are both designed as part of a distribution device of the network, in particular the distribution device is a three-way valve, such that increasing the degree of opening of the valve unit of the bypass device reduces the Degree of opening of the first valve unit and vice versa and a reduction of the Degree of opening of the valve unit of the bypass device causes an increase in the degree of opening of the first valve unit and vice versa
  • valve units can be designed as part of a single distribution device, which reduces both the manufacturing costs of the heating system and the maintenance effort during operation. Likewise, a simultaneous closing of both valve units due to possibly incorrect switching is prevented, as a result of which the heat source device would have to work against a closed network, which would lead to an emergency shutdown or, in extreme cases, even to damage.
  • the network comprises a second heating circuit arranged between the flow and the return, which comprises a further heat exchange device to be supplied with the energy transport medium, wherein controlling the heating system further involves regulating a quantitative ratio between a quantity passed through the first heating circuit of the energy transport medium and an amount of the energy transport medium passed through the second heating circuit.
  • the heating system is expanded to include a further heating circuit to be supplied with the energy transport medium, whereby the quantitative ratio of the energy transport medium to be conducted through the two heating circuits can be regulated, preferably depending on the respective energy requirement.
  • the advantages according to the invention of maintaining the minimum value of the total volume flow as well as the efficient energy supply also extend to the second heating circuit.
  • the use of a second heating circuit makes it possible to provide modular heating systems in which a single heating circuit, for example, includes all heat exchangers on a single floor of a building.
  • the network comprises a switchable second valve unit connected upstream of the second heating circuit for regulating the energy transport medium passed through the second heating circuit, the quantitative ratio being regulated by adjusting a degree of opening of the second valve unit
  • the method is provided with an additional actuator for controlling the heating system, with which the flow of the energy transport medium through the second heating circuit can be regulated, which in turn has an influence on the quantitative ratio
  • the second heating circuit is designed as part of the bypass device, wherein the bypass device comprises a bypass line arranged between the valve unit of the bypass device and the return of the network and the second heating circuit is arranged parallel to the bypass line, the regulation of the Quantitative ratio by adjusting the degree of opening of the valve unit of the bypass device and / or the first valve unit (if present).
  • the second heating circuit is integrated into the bypass device, whereby a particularly compact design of the heating system can be provided without additional distribution devices.
  • the second heating circuit in the bypass device acts as an energy consumer, so that in the case of a closed first heating circuit, the heat or cold energy of the energy transport medium flowing through the bypass can be used in the heat exchange device of the second heating circuit. This also requires an increase in the temperature difference of the energy transport medium between the flow and return and thus counteracts overheating or undercooling of the heat source device due to a lack of energy dissipation.
  • the second heating circuit comprises a heating circuit pump for regulating the energy transport medium passed through the second heating circuit, the quantitative ratio being regulated by adjusting a pump power or a speed of the heating circuit pump.
  • the method is provided with an additional actuator for controlling the heating system, with which the flow of the energy transport medium through the second heating circuit can be regulated.
  • the procedure continues to include determining a first heating requirements for the first heating circuit, which describes an energy quantity to be available to the first heating circuit through the energy transport medium, and determining a second heating requirements for the second heating circuit, which is through the second heating circuit through the second heating circuit the energy transport medium describes the amount of energy to be provided, the heating system being controlled depending on the determined first and second heating power requirement values, in particular the quantitative ratio being regulated depending on said heating power requirement values.
  • the method is expanded to include an energy requirement-based functionality, in the course of which the energy transport medium is distributed based on the heating power requirement values mentioned.
  • the temperature-controlled energy transport medium can be increasingly made available to the heating circuit in which there is a higher energy or power requirement.
  • the dependencies when controlling the heating system are prioritized in such a way that controlling the heating system depending on the detected total volume flow has priority over controlling the heating system depending on the heating power requirement values.
  • control actions to be carried out by the method regarding the recorded total volume flow always displace other control actions based on the heating power requirement values, in order primarily to ensure compliance with the volume flow-based boundary conditions.
  • regulating the quantitative ratio includes increasing the amount of energy transport medium passed through the first heating circuit if the first heating power requirement value exceeds the second heating power requirement value, and increasing the amount of energy transport medium passed through the second heating circuit if the first heating power requirement value falls below the second heating power requirement value
  • determining the first heating power requirement value includes setting a target temperature for a first environment to be tempered by the heat exchange device of the first heating circuit, detecting an actual temperature of the first environment and determining the first heating power requirement value depending on a Difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature of the first environment. Additionally or alternatively, determining the second heating power requirement value includes setting a target temperature for a second environment to be tempered by the further heat exchange device of the second heating circuit, detecting an actual temperature of the second environment and determining the second heating power requirement value depending on a difference between the specified Target temperature and recorded actual temperature of the second environment.
  • the heating power requirement values are provided depending on the environment to be air-conditioned by the heat exchange device, so that the heating system can be controlled in an advantageous manner with regard to the room temperatures to be controlled.
  • determining the first heating power requirement value includes setting a target temperature of the energy transport medium in the first heating circuit for a first point upstream of the heat exchange device with respect to a direction of passage of the energy transport medium, detecting an actual temperature of the energy transport medium at the first point and determining the first heating power requirement value depending on a difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature at the first point.
  • determining the second heating power requirement value includes setting a target temperature of the energy transport medium in the second heating circuit for a second point upstream of the further heat exchange device with respect to a direction of passage of the energy transport medium, detecting an actual temperature of the energy transport medium at the second point and determining of the second heating power requirement value depending on a difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature at the second location.
  • the heating power requirement values are provided with the aim of maintaining a predetermined target temperature of the energy transport medium in the respective heating circuit.
  • control of room temperatures in the rooms tempered by the heat exchange devices of the heating system can be optimized in such a way that the control can be carried out by control valves of the heat exchange devices themselves, whereby a largely constant input temperature of the energy transport medium can be assumed.
  • This allows a simple combination of control of the heating system with a separately provided room temperature control, which can advantageously be based on a constant temperature of the energy transport medium provided to the heat exchange device.
  • the method further comprises controlling a temperature of the energy transport medium in the second heating circuit, wherein controlling the temperature of the energy transport medium in the second heating circuit in particular returns a portion of the energy transport medium discharged from the further heat exchange device to an inlet of the second heating circuit and includes admixing the returned portion to the energy transport medium supplied through the inlet of the second heating circuit.
  • a heating system comprising a heat source device for controlling the temperature of an energy transport medium and a network connected to the heat source device for passing the energy transport medium through, which in turn has a flow for introducing the energy transport medium tempered by the heat source device into the network Return for returning the energy transport medium in the network into the heat source device, a first heating circuit arranged between the flow and the return, which comprises a heat exchange device to be supplied with the energy transport medium, a bypass device arranged between the flow and the return for bridging the first heating circuit, which has a switchable Valve unit for regulating the energy transport medium passed through the bypass device, and a volume flow measuring device for detecting a total volume flow of the energy transport medium in the network, in particular at the flow or is arranged on the return.
  • the heating system comprises a control device for controlling the heating system, which is coupled at least to the valve unit of the bypass device and is set up to adjust a degree of opening of the valve unit, wherein the control device is set up to increase the degree of opening of the valve unit of the bypass device in the course of controlling the heating system , if a total volume flow recorded by the volume flow measuring device falls below a specified first limit value provided to the control device for a total volume flow of the energy transport medium in the network, which describes a minimum value to be maintained of the total volume flow of the energy transport medium in the network, and is set up to increase the degree of opening of the valve unit of the bypass device reduce if the total volume flow recorded by the volume flow measuring device exceeds a specified second limit value provided to the control device for the total volume flow of the energy transport medium in the network, which is greater than the first limit value.
  • the heating system according to the second aspect can therefore be controlled based on the method according to the first aspect with all the advantages mentioned in this regard.
  • the network further comprises a switchable first valve unit, which is connected upstream of the first heating circuit and is coupled to the control device, for regulating the energy transport medium passed through the first heating circuit, wherein the control device is set up to increase a degree of opening of the first valve unit, if the degree of opening is detected Total volume flow exceeds the specified second limit value
  • valve unit of the bypass device and the first valve unit are both designed as part of a distribution device of the network, in particular the distribution device is a three-way valve, such that increasing the degree of opening of the valve unit of the bypass device reduces the degree of opening of the first valve unit and vice versa and reducing the degree of opening of the valve unit of the bypass device requires increasing the degree of opening of the first valve unit and vice versa
  • the network comprises a second heating circuit arranged between the flow and the return, which comprises a further heat exchange device to be supplied with the energy transport medium.
  • the network comprises a switchable second valve unit upstream of the second heating circuit and coupled to the control device for regulating the energy transport medium passed through the second heating circuit, the control device being set up to determine a quantitative ratio between an amount of the energy transport medium passed through the first heating circuit and to regulate an amount of energy transport medium passed through the second heating circuit by adjusting an opening degree of the second valve unit and / or the valve unit of the first heating circuit (if present).
  • the second heating circuit is designed as part of the bypass device, wherein the bypass device comprises a bypass line arranged between the valve unit of the bypass device and the return of the network and the second heating circuit is arranged parallel to the bypass line, the control device being set up to determine the quantitative ratio to regulate an adjustment of the degree of opening of the valve unit of the bypass device.
  • the second heating circuit comprises a heating circuit pump coupled to the control device for regulating the energy transport medium passed through the second heating circuit, wherein the control device is set up to regulate the quantitative ratio by adjusting a pump power of the heating circuit pump.
  • the control device is set up to have a first heating power requirement value for the first heating circuit, which describes an amount of energy to be provided to the first heating circuit by the energy transport medium, and a second heating power requirement value for the second heating circuit, which describes an amount of energy to be provided to the second heating circuit through the energy transport medium, to determine and to control the heating system depending on the determined first and second heating power requirement values and in particular to regulate the quantitative ratio depending on the determined first and second heating power requirement values.
  • control device is set up to increase the amount of energy transport medium passed through the first heating circuit if the first heating power requirement value exceeds the second heating power requirement value, and to increase the amount of energy transport medium passed through the second heating circuit if the first heating power requirement value exceeds the falls below the second heating output requirement value
  • the heating system comprises a first setpoint generator for determining a target temperature for a first environment to be tempered by the heat exchange device of the first heating circuit and a first temperature sensor for detecting an actual temperature of the first environment, the control device being set up to be the first To determine the heating power requirement value depending on a difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature of the first environment.
  • the heating system comprises a second setpoint generator for determining a target temperature for a second environment to be tempered by the heat exchange device of the second heating circuit and a second temperature sensor for detecting an actual temperature of the second environment, the control device being set up to be the second To determine the heating power requirement value depending on a difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature of the second environment.
  • the heating system preferably comprises a third setpoint generator for determining a target temperature of the energy transport medium in the first heating circuit for a first point upstream of the heat exchange device with respect to a direction of passage of the energy transport medium and a third temperature sensor for detecting an actual temperature of the energy transport medium at the first point , wherein the control device is set up to determine the first heating power requirement value depending on a difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature at the first point.
  • the heating system comprises a fourth setpoint generator for determining a target temperature of the energy transport medium in the second heating circuit for a second point upstream of the further heat exchange device with respect to a direction of passage of the energy transport medium, and a fourth temperature sensor for detecting an actual temperature of the energy transport medium at the second point , wherein the control device is set up to determine the second heating power requirement value depending on a difference between the specified target temperature and the recorded actual temperature at the second location.
  • control device is set up to control a temperature of the energy transport medium in the second heating circuit and, for this purpose, in particular comprises a return device with which a portion of the energy transport medium discharged from the second heating circuit is returned to an inlet of the second heating circuit and the returned portion to that through which Inlet of the second heating circuit is added to the tempered energy transport medium coming from the heat source device.
  • the control device is preferably set up to adapt the proportion to be returned by adjusting the pump power or the speed of the heating circuit pump of the second heating circuit.
  • a control device for use in a heating system according to the second aspect of the invention.
  • FIG. 1 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for controlling the heating system.
  • FIGS. 2 and 3 show schematic exemplary embodiments of the heating system according to the invention.
  • 4 shows schematically various operating states of an exemplary embodiment of the heating system according to the invention.
  • FIG. 5 shows exemplary time curves of various operating variables in the course of an exemplary embodiment of the method according to the invention for controlling the heating system.
  • FIG. 1 shows a flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention for controlling the heating system.
  • the underlying heating system comprises at least one heat source device for controlling the temperature of an energy transport medium and a network connected to the heat source device for passing the energy transport medium through.
  • the latter in turn comprises a flow for introducing the energy transport medium tempered by the heat source device into the network, a return for returning the energy transport medium in the network into the heat source device, a first heating circuit arranged between the flow and the return, which comprises a heat exchange device to be supplied with the energy transport medium, and a bypass device arranged between the flow and the return for bridging the first heating circuit, which comprises a switchable valve unit for regulating the energy transport medium passed through the bypass device.
  • a first limit value Gi is set for a total volume flow of the energy transport medium in the network, which describes a minimum value to be maintained of the total volume flow of the energy transport medium in the network
  • a second limit value G2 is set for the total volume flow of the energy transport medium in the network, which is greater than the first limit value.
  • step S3 a total volume flow Q to t of the energy transport medium in the network is recorded, in particular on the supply or return line.
  • step S4 the heating system is controlled depending on the total volume flow Q to t recorded in step S3 and the limit values Gi and G2 from steps S1 and S2.
  • step S4 includes a comparison step S4.1, from which one of the steps S4.2, S4.3 or S5 follows
  • step S5 The method is not limited to this case of the direct transition from step S4.1 to step S5.
  • any number of further steps can be taken at this point to adapt the operating variables of the heating system depending on the total volume flow recorded.
  • an adjustment of operating variables of the heat source device for example an operating power or a supply pressure of the energy transport medium at the flow, can be carried out.
  • step S5 a pause of a predetermined length occurs before the method is repeated starting from step S3.
  • the process steps are repeated as often as desired in order to provide continuous control of the heating system.
  • FIG. 2A shows a schematic exemplary embodiment of the heating system 1 according to the invention.
  • the heating system 1 includes a heat pump 10 as a heat source device, a hydraulic network 20 and a control device 30 for controlling the heating system 1.
  • the heat pump 10 is connected to the hydraulic network 20 via a flow 201 and a return 209 and is set up to control the temperature of an energy transport medium.
  • the heat pump 10 is connected to an ambient energy source, for example a geo- or aerothermal energy source, via corresponding connecting lines 2.
  • the tempered energy transport medium is then passed through the hydraulic network 20 in accordance with the arrow directions shown.
  • the hydraulic network 20 set up to convey the energy transport medium includes several lines 200 (bold connecting lines) as well as components connected to one another by these. These include a distribution system 202a, a first heating circuit 203 branching off from it, a bypass device 204, a volume flow sensor 205 arranged on the return 209 for detecting a volume flow of the energy transport medium passed through the return 209 of the hydraulic network 20, and a flow 201 arranged temperature sensor 251 for detecting a temperature of the energy transport medium at the flow 201 of the hydraulic network.
  • the volume flow sensor 205 and the temperature sensor 251 are coupled to the control device 30 and set up to transmit the measured values recorded by the sensors to the control device 30
  • the energy transport medium which is tempered by the heat pump 10, is fed into the hydraulic network 20 via the flow 201, passed through it and returned to the heat pump 10 via the return line 209
  • the first heating circuit 203 comprises a plurality of heat exchangers 232, which is designed as a parallel connection of one heat exchanger 232 and a series connection of two further heat exchangers 232.
  • the individual heat exchangers can each include control valves, for example thermostat valves, which are shown in FIG. 2A however, are not shown.
  • the bypass device 204 arranged between the flow 201 and the return 209 serves to bridge the first heating circuit 203 and in the present case comprises a switchable bypass valve 241 coupled to the control device 30 for regulating the energy transport medium passed through the bypass device 204 and one connected downstream of the bypass valve 241 Bypass system 240a, which in the present case only includes a bypass line 242 opening into the return 209.
  • the bypass valve 241 is part of the distribution system 202a, which can also be designed in alternative embodiments according to FIG. 2B or FIG. 2C.
  • control device 30 is designed separately and coupled to the heat pump 10, but can also be designed as part of the heat pump 10.
  • the control device 30 is set up at least to adjust an opening degree of the bypass valve 241 of the bypass device 204.
  • the first heating circuit 203 is bridged if it can no longer ensure a sufficient total volume flow in the hydraulic network, for example as a result of a closing control valve in a heat exchanger 232.
  • control device 30 is set up to reduce the degree of opening of the bypass valve 241 if the total volume flow detected by the volume flow sensor 205 exceeds a specified second limit value provided to the control device 30 for the total volume flow of the energy transport medium in the network 20, which is greater than that first limit value, exceeds. In this way, an energetically unfavorable state with an unnecessary bridging of the first heating circuit 203 via the bypass device 204 is avoided, in which the energy transport medium is again primarily passed through the first heating circuit 203 in the case mentioned.
  • a particularly efficient heating system 1 is thus provided, in which disadvantageous operating states are avoided.
  • Said disadvantageous operating states include, among other things, an operating state with insufficient energy consumption at the heat pump 10 but also an operating state with insufficient supply of the first heating circuit 203 with the temperature-controlled energy transport medium.
  • 2B to 2E show various alternatives for components of the heating system 1 from FIG. 2A in a schematic representation.
  • FIG. 2B and 2C show alternative distribution systems 202b and 202c that can be used in place of the distribution system 202a of FIG. 2A.
  • the respective connections of the distribution systems are labeled V for flow, B for bypass system and Hi for the first heating circuit.
  • the distribution system 202b from FIG. 2B includes a switchable control valve 231 for the first heating circuit 203, which is also electrically connected to the control device 30 from FIG. 2A. This provides the control device 30 with a further actuator for controlling the heating system 1, via which in particular the flow through the first heating circuit 203 can be regulated.
  • bypass valve 241 and the switchable control valve 231 for the first heating circuit 203 are combined in a switchable valve device, which in the present case is designed as a switchable 3/2-way valve 221, which is electrically connected to the control device 30 from Fig. 2A is connected.
  • control device 30 is set up to set the degrees of opening of the respectively coupled valves 231, 241 and 221.
  • FIG. 2D and 2E show alternative bypass systems 240b and 240c that can be used in place of the bypass system 240a of FIG. 2A.
  • the bypass system 240b from FIG. 2D comprises a second heating circuit 206 arranged parallel to a bypass line 242 with a further heat exchanger 232 to be supplied by the energy transport medium and one with the control device 30 from FIG. 2A electrically connected heating circuit pump 233, whose pump power can be used to regulate the amount of energy transport medium passed through the second heating circuit 206.
  • a temperature sensor 252 which is electrically connected to the control device 30 from FIG. 2A, is arranged in front of the second heating circuit 206 for detecting a temperature of the energy transport medium flowing into the second heating circuit 206.
  • the heat or cold energy contained in the energy transport medium (depending on the operating state of the heat pump 1) can be transferred to an environment of the heat exchanger 232, in order to ensure efficient operation the heat source device 10 to increase the required temperature difference of the energy transport medium between the flow 201 and return 209 and to use said energy to control the temperature of the environment of the heat exchanger 232 of the second heating circuit 206.
  • the bypass system 240c from Fig. 2E comprises an energy storage 270 for a storage medium (for example water) that can be introduced into and discharged into the energy storage 270, the storage medium being heated or cooled via a heat exchanger by the energy transport medium flowing through the bypass system 240c.
  • a storage medium for example water
  • the heat or cold energy contained in the energy transport medium (depending on the operating state of the heat pump 1) can be transferred to the storage medium in order to achieve the temperature difference required for the efficient operation of the heat source device 10
  • Energy transport medium between flow 201 and return 209 without releasing the heat or cold energy to be withdrawn from the energy transport medium unused into an environment of the heating system 1.
  • thermal energy from the energy transport medium flowing through the bypass system 240c can be used to heat process water.
  • FIG. 3 shows a further schematic exemplary embodiment of the heating system 1 according to the invention.
  • the basic structure essentially corresponds to that of FIG. 2A, with a distribution system 202d with an additional outlet being used here.
  • the distribution system 202d includes a switchable 4/3- Directional valve, wherein an outlet leads to a first heating circuit 203, an outlet to a bypass device 204 with a bypass system 240b with a second heating circuit 206 according to FIG. 2D and an outlet to an energy storage system 207, which includes an energy storage 270 according to FIG. 2E.
  • a heating system 1 which provides the energy storage 270 in addition to the bypass device 204, which includes the second heating circuit 206.
  • excess heat or cold energy from the energy transport medium can be transferred either via the heat exchanger 232 in the second Heating circuit 206 can be withdrawn, or, if an energy requirement in the second heating circuit 206 is also covered, this can be transferred via the energy storage 270 to the storage medium contained therein.
  • FIGS. 4A to 4F shows schematically different operating states of an exemplary embodiment of the heating system according to the invention in the sequence from FIGS. 4A to 4F.
  • the heating system on which FIG. 4 is based corresponds to the exemplary embodiment shown in FIG. 2A, in which the distribution system 202c according to FIG. 2C was selected.
  • FIG. 4A to 4F show a valve position of the distribution system comprising a switchable 3/2-way valve, which is indicated by the arrow position, which represents a ratio of the degrees of opening between the first valve unit for the first heating circuit (Hi) and the valve unit of the bypass device (B) describes Starting from the position at Hi (see Fig. 4A), an arrow position of 90 ° corresponds to a 50 percent opening of the first valve unit and a 50 percent opening of the valve unit of the bypass device and a Arrow position of 180° corresponds to a closed first valve unit (0% opening degree) and a fully opened valve unit of the bypass device (100% opening degree).
  • the first and second limit values are given by Gi and G2.
  • valve unit of the bypass device (B) is closed and the total volume flow (return) corresponds to the volume flow through the first heating circuit (Hr).
  • the total volume flow (return) also drops (see Fig .4B). In the present case, this even drops below the first limit value Gi, which describes the minimum value of the total volume flow.
  • valve unit of the bypass device (B) is completely closed and that of the first heating circuit (Hi) is thus completely opened again, so that the total volume flow (return) again corresponds to the volume flow through the first heating circuit (Hi) (see Fig. 4F ).
  • the underlying heating system can be advantageously controlled in such a way that bridging of the first heating circuit via the bypass device is avoided in energetically unfavorable operating states, i.e. in operating states with an energy requirement of the first heating circuit when the valve unit of the bypass device is at least partially open .
  • 5A and 5B show exemplary time curves of various operating variables in the course of an exemplary embodiment of the method according to the invention for controlling a heating system, which is based on the exemplary embodiment shown in FIG. 2A, in which the bypass system 240b according to FIG. 2D was selected.
  • the degree of opening of the bypass valve of the bypass device is shown on the right ordinate.
  • the degree of opening can take values between “0” and “1", where “0” corresponds to a closed bypass valve and “1" corresponds to a fully opened bypass valve
  • 5A shows the time profiles of the total volume flow Q to t and the volume flow Qi in the first heating circuit. Although only the total volume flow is recorded as part of the method for controlling the heating system, the volume flow Qi is shown for the purpose of explaining the method.
  • the volume flow Qi and thus also the total volume flow Q to t decrease due to a closing control valve in the first heating circuit.
  • said control valve closes completely, as a result of which the volume flow Qi drops to zero and the total volume flow Q also drops to t.
  • the degree of opening of the bypass valve of the bypass device at time ti, at which the total volume flow Q to t reaches a first limit value Gi falls below increases
  • the first heating circuit is increasingly bridged and the total volume flow Q to t increases again.
  • the volume flow Qi and thus also the total volume flow Q to t increase again due to the opening control valve in the first heating circuit.
  • the total volume flow Q to t exceeds a second limit value G2, as a result of which the degree of opening of the bypass valve is reduced again, since there is now an energy requirement in the first heating circuit and the bridging via the bypass device can be reduced.
  • FIG. 5B shows the temperature curves of the energy transport medium in the network associated with FIG. 5A.
  • Ti describes the temperature of the energy transport medium at the flow, as recorded by the temperature sensor 251 (see FIG. 2A), and also corresponds to the temperature at the inlet of the first heating circuit if it is open.
  • T2 describes the temperature in front of the second heating circuit, as detected by the temperature sensor 252 (see FIG. 2D).
  • the temperatures Ti or T2 of the energy transport medium should be kept as close as possible to the specified target temperatures Tsoii.i or Tsoii,2 in the course of controlling the heating system.

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems (1), das zumindest eine Wärmequellenvorrichtung (10) zum Temperieren eines Energietransportmediums und ein mit der Wärmequellenvorrichtung (10) verbundenes Netzwerk (20) zum Durchleiten des Energietransportmediums umfasst, Letzteres wiederum umfassend einen Vorlauf (201) zum Einleiten des von der Wärmequellenvorrichtung (10) temperierten Energietransportmediums in das Netzwerk (20), einen Rücklauf (209) zum Rückführen des Energietransportmediums im Netzwerk (20) in die Wärmequellenvorrichtung (10), einen zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordneten ersten Heizkreis (203), der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende Wärmetauschvorrichtung (232) umfasst, und eine zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordnete Bypassvorrichtung (204) zum Überbrücken des ersten Heizkreises (203), die eine schaltbare Ventileinheit (241) zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung (204) durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst, wobei das Verfahren ein Festlegen eines ersten Grenzwerts G1 für einen Gesamtvolumenstrom Qtot des Energietransportmediums im Netzwerk (20), der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms Qtot des Energietransportmediums im Netzwerk (20)beschreibt, ein Festlegen eines zweiten Grenzwerts G2 für den Gesamtvolumenstrom Qtot des Energietransportmediums im Netzwerk (20), der größer ausfällt als der erste Grenzwert G1, ein Erfassen eines Gesamtvolumenstroms Qtot des Energietransportmediums im Netzwerk (20) und ein Steuern des Heizungssystems (1) in Abhängigkeit des erfassten Gesamtvolumenstroms Qtot umfasst, Letzteres wiederum umfassend ein Erhöhen eines Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204), falls der erfasste Gesamtvolumenstrom Qtot den festgelegten ersten Grenzwert G1 unterschreitet, und ein Reduzieren des Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204), falls der erfasste Gesamtvolumenstrom Qtot den festgelegten zweiten Grenzwert G2 überschreitet, bereit.

Description

Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems, Heizungssystem und Steuervorrichtung
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindungbetrifftein Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems, ein Heizungssystem sowie eine Steuervorrichtung zum Einsatz in einem Heizungssystem.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Aus dem Stand der Technik sind Heizungssysteme zur Klimatisierung eines Gebäudes bekannt, bei deren üblichem Einsatz Raumtemperaturen in den Räumen des Gebäudes gezielt gesteuert werden sollen.
[0003] Derartige Heizungssysteme umfassen in der Regel eine Wärmequellenvorrichtung zum Temperieren eines Energietransportmediums sowie ein von diesem Energietransportmedium durchströmtes Netzwerk. Im Netzwerk kann sich das Energietransportmedium dabei auf ein oder mehrere Heizkreise verteilen, die jeweils ein oder mehrere Wärmetauschvorrichtungen umfassen, die üblicherweise einem zu klimatisierenden Raum zugeordnet sind und über die ein Wärmetausch zwischen dem Energietransportmedium im Netzwerk und einer Umgebung der Wärmetauschvorrichtung erfolgt, um zum Beispiel eine Raumtemperatur im jeweiligen Raum zu regulieren.
[0004] Eine Durchflussmenge des Energietransportmediums in einem Heizkreis ist dabei von einer Vielzahl von Faktoren abhängig. Wird beispielsweise ein Steuerungsventil einer Wärmetauschvorrichtung bei Erreichen einer gewünschten Soll-Temperatur geschlossen, so wird dadurch unter Umständen ein Durchfluss des Energietransportmediums im zugehörigen Heizkreis vollständig unterbunden, wodurch es zu einem Abfall einer Durchflussrate oder im Extremfall sogar zu einem vollständigen Erliegen des Durchflusses des Energietransportmediums im Netzwerk kommen kann.
[0005] Infolgedessen kann das temperierte Energietransportmedium nicht mehr ausreichend aus der Wärmequellenvorrichtung abgeführt werden und es kommt sowohl zu einem extrem überhöhten Strömungswiderstand im Netzwerk als auch zu einem energetischen Rückstau, die unter Umständen zu einer Notabschaltung oder sogar zu einer Beschädigung des Heizungssystems führen können.
[0006] Um diesen nachteiligen Betriebszustand zu vermeiden, finden sich im Stand der Technik Bypasslösungen, bei denen ein Durchfluss des Energietransportmediums auch im oben skizzierten Extremfall eines geschlossenen Heizkreises ermöglicht wird, indem ein den Heizkreis überbrückender Bypass über ein Bypassventil geöffnet wird, sodass der Durchfluss des Energietransportmediums im Netzwerk eben nicht zum vollständigen Erliegen kommt. Der Bypass wird hierbei vorzugsweise in Abhängigkeit eines erfassten Volumenstroms oder einer Durchflussrate des Energietransportmediums im Netzwerk geöffnet
[0007] So offenbart die DE 10 2011 001223 Al ein Heizungssystem mit einer Wärmequellenvorrichtung und einem hydraulischen Netzwerk mit einem Heizkreis, einer Bypassvorrichtung und einem Volumenstromsensor. Eine Steuervorrichtung des Heizungssystem ist dabei dazu eingerichtet, durch Öffnen eines Bypassventils den Heizkreis über die Bypassvorrichtung zu überbrücken, sofern ein durch den Volumenstromsensor erfasster Gesamtvolumenstrom einen Mindestwert des Gesamtvolumenstroms im Heizungssystem unterschreitet, zum Beispiel für den Fall, dass ein Steuerungsventil im Heizkreis schließt
[0008] Um unter anderem die Kosten sowie den Wartungsaufwand für das Netzwerk gering zu halten, verfügen besagte Heizungssysteme meist nur über einen Volumenstromsensor, der an einem zentralen Vorlauf oder Rücklauf an der Schnittstelle zur Wärmequellenvorrichtung angeordnet ist und einen resultierenden Gesamtvolumenstrom, also eine Summe aller Teilvolumenströme im Netzwerk, erfasst
[0009] Infolgedessen fehlt es an spezifischen Informationen hinsichtlich besagter Teilvolumenströme, zum Beispiel in Bezug auf einen Heizkreis oder auf die Bypassvorrichtung, wodurch ein Steuern des Heizungssystems erschwert wird. Insbesondere kann es hierbei zu einem energetisch gesehenen Festfahren des Heizungssystems kommen, bei dem das Energietransportmedium unnötigerweise durch die Bypassvorrichtung geleitet wird, obwohl dieses in einem Heizkreis benötigt werden würde.
Zusammenfassung der Erfindung
[0010] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gegenüber dem Stand der Technik effizientere Möglichkeit zum Steuern eines Heizungssystems bereitzustellen.
[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
[0012] Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik effizienteres Heizungssystem bereitzustellen.
[0013] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Heizungssystem gemäß Anspruch 15 sowie eine Steuervorrichtung für ein Heizungssystem gemäß Anspruch 16 bereitgestellt.
[0014] Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich dabei auf bevorzugte Ausführungsformen, die jeweils für sich genommen oder in Kombination bereitgestellt werden können. [0015] Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems bereitgestellt, wobei das Heizungssystem zumindest eine Wärmequellenvorrichtung zum Temperieren eines Energietransportmediums und ein mit der Wärmequellenvorrichtung verbundenes Netzwerk zum Durchleiten des Energietransportmediums umfasst. Letzteres umfasst wiederum einen Vorlauf zum Einleiten des von der Wärmequellenvorrichtung temperierten Energietransportmediums in das Netzwerk, einen Rücklauf zum Rückführen des Energietransportmediums im Netzwerk in die Wärmequellenvorrichtung, einen zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordneten ersten Heizkreis, der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende Wärmetauschvorrichtung umfasst, und eine zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordnete Bypassvorrichtung zum Überbrücken des ersten Heizkreises, die eine schaltbare Ventileinheit zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst. Das Verfahren umfasst ein Festlegen eines ersten Grenzwerts für einen Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk, der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk beschreibt, ein Festlegen eines zweiten Grenzwerts für den Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk, der größer ausfällt als der erste Grenzwert, ein Erfassen eines Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk und ein Steuern des Heizungssystems in Abhängigkeit des erfassten Gesamtvolumenstroms, wiederum umfassend ein Erhöhen eines Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung, falls der erfasste Gesamtvolumenstrom den festgelegten ersten Grenzwert unterschreitet, und ein Reduzieren des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung, falls der erfasste Gesamtvolumenstrom den festgelegten zweiten Grenzwert überschreitet.
[0016] Das Energietransportmedium verteilt sich ausgehend von der Wärmequellenvorrichtung über das Netzwerk, das als ein hydraulisches oder als ein pneumatisches Netzwerk mit die Komponenten des Netzwerks (zum Beispiel ein oder mehrere Heizkreise, Wärmespeicher etc.) verbindenden Leitungen bzw. einem verbindenden Leitungsnetzwerk zu verstehen ist.
[0017] Ein mit dem Energietransportmedium versorgter Heizkreis des Netzwerks weist zumindest eine Wärmetauschvorrichtung auf, über die ein Wärmetausch zwischen dem im Netzwerk strömendem Energietransportmedium und einer Umgebung der Wärmetauschvorrichtung, insbesondere einem durch die Wärmetauschvorrichtung zu klimatisierenden Raumes eines Gebäudes, erfolgt. Der Energiefluss richtet sich dabei im Zuge eines Wärmetauschs nach einer vorherrschenden Temperaturdifferenz und kann dabei in beide Richtungen gerichtet sein, also ausgehend vom Energietransportmedium oder zum Energietransportmedium hin. Die Wärmetauschvorrichtungen können beispielsweise und nicht beschränkend als Flächenwärmetauscher zum Einsatz in einem Fußboden, einer Wand oder einer Decke eines zu klimatisierenden Raumes oder als hinlänglich bekannte, im zu klimatisierenden Raum angeordnete Radiatoren ausgeführt sein.
[0018] Ein Heizkreis des Heizungssystems ist dabei als ein Teil des Netzwerks zu verstehen, der zumindest eine aber auch eine Vielzahl von Wärmetauschvorrichtungen umfassen kann, die bezogen auf ein Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums in Reihe, parallel oder in einer beliebigen Kombination der beiden vorstehend genannten Schaltungen angeordnet sein können.
[0019] Beispielsweise kann ein erster Heizkreis lediglich einen Flächenwärmetauscher umfassen oder aber eine Vielzahl parallel geschalteter Flächenwärmetauscher, zum Beispiel alle Flächenwärmtaucher eines Stockwerks des Gebäudes.
[0020] Als Energietransportmedium kann jedwedes flüssige oder gasförmige Medium verwendet werden, dass sich für einen Energietransport bzw. für einen Wärmetausch in den Wärmetauschvorrichtungen im Netzwerk eignet. Im hydraulischen Fall kommt bevorzugt Wasser oder eine wässrige Lösung zum Einsatz und im pneumatischen Fall kommt bevorzugt Luft zum Einsatz.
[0021] Die Wärmequellenvorrichtung ist zum Temperieren des Energietransportmediums eingerichtet und kann dazu in einem Heizungs- und/oder in einem Kühlungsbetrieb verwendet werden, um das Energietransportmedium zu erhitzen und/oder abzukühlen. Der Heizungsbetrieb eignet sich dabei zum Erhöhen einer Raumtemperatur eines exemplarischen, durch das Heizungssystem zu klimatisierenden Raumes auf eine gewünschte höhere Raumtemperatur, wohingegen sich der Kühlungsbetrieb zum Absenken der Raumtemperatur des exemplarischen Raumes auf eine gewünschte niedrigere Raumtemperatur eignet. Obgleich die Bezeichnung „Heizungssystem" gewählt wurde, ist dies nicht als Beschränkung auf den vorstehenden Heizungsbetrieb zu verstehen.
[0022] Beispielsweise und nicht beschränkend kann es sich bei der Wärmequellenvorrichtung um eine Gas-/Öl- oder Pellet-Heizung handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich jedoch um eine Wärmepumpe, die ein besonders energieeffizientes Temperieren (Erhitzen und/oder Abkühlen) des Energietransportmediums ermöglicht Die Funktionsweise einer Wärmepumpe ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und wird nachfolgend nicht im Detail erörtert [0023] Die schaltbare Ventileinheit der Bypassvorrichtung kann zwischen einem vollständig geöffneten und einem geschlossenen Zustand geschaltet werden und umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Zwischenstufen. Besonders bevorzugt ist die Ventileinheit stufenlos zwischen dem geschlossenen und dem vollständig geöffneten Zustand schaltbar. Gleiches gilt auch für alle nachfolgend beschriebenen Ventileinheiten, die mit dem Zusatz „schaltbar" versehen sind.
[0024] Unter dem Gesamtvolumenstrom ist dabei der durch das Netzwerk durchgeleitete resultierende Volumenstrom des Energietransportmediums zu verstehen, der beispielsweise am Vorlauf oder am Rücklauf anliegt bzw. erfasst werden kann und die Summe aller Teilvolumenströme durch jeweils parallel im Netzwerk angeordnete Komponenten und/oder Komponentengruppen beschreibt
[0025] Das Verfahren stellt eine besonders effiziente Möglichkeit zum Steuern des Heizungssystems bereit, im Zuge dessen unvorteilhafte Betriebszustände des Heizungssystems vermieden werden. Besagte unvorteilhafte Betriebszuständen umfassen unter anderem einen Betriebszustand mit unzureichender Energieabnahme an der Wärmequellenvorrichtung aber auch einen Betriebszustand mit unzureichender Versorgung des ersten Heizkreises mit dem temperierten Energietransportmedium.
[0026] Ist der Energiebedarf im ersten Heizkreis gedeckt, kommt es zu einem Absenken des dortigen Durchflusses des Energietransportmediums, beispielsweise bedingt durch ein Schließen eines Steuerungsventils im ersten Heizkreis, zum Beispiel eines Thermostatventils des Wärmetauschers im ersten Heizkreis, was zu einem Abfall des Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk führt
[0027] Sinkt der Gesamtvolumenstrom (oder kommt im Extremfall gänzlich zum Erliegen), so kann die auf das Energietransportmedium von der Wärmequellenvorrichtung übertragene Wärmeenergie (oder Kälteenergie im Kühlungsbetrieb) nicht mehr in ausreichender Weise aus der Wärmequellenvorrichtung über das Netzwerk ab geführt werden, wodurch es ohne Abhilfe zu einer Notabschaltung oder unter Umständen sogar zu einer Beschädigung der Wärmequellenvorrichtung kommen kann.
[0028] Das Öffnen der Ventileinheit der Bypassvorrichtung in Abhängigkeit eines Unterschreitens des ersten Grenzwerts verhindert einen derart unvorteilhaften Betriebszustand und stellt sicher, dass der erste Heizkreis im Falle eines verminderten Durchflusses überbrückt wird, indem dem Energietransportmedium die Möglichkeit gegeben wird, durch die Bypassvorrichtung zum Rücklauf zurückzuströmen. Auf diese Weise kann ein entsprechender Mindestwert des Gesamtvolumenstroms im Netzwerk und damit eine Energieabnahme an der Wärmequellenvorrichtung eingehalten werden.
[0029] Wird nun ausgehend von dem Zustand mit geöffneter Ventileinheit der Bypassvorrichtung wieder Energie im ersten Heizkreis benötigt, öffnet sich das beispielhafte Steuerungsventil im ersten Heizkreis, um wieder das Energietransportmedium durch den selbigen durchströmen zu lassen. Es ergibt sich ein Betriebszustand, in dem das Energietransportmedium nun sowohl durch den wieder geöffneten ersten Heizkreis als auch durch die Bypassvorrichtung strömt. Ein solcher Betriebszustand ist aus energetischer Sicht allerdings unvorteilhaft, da ein Teil der durch das Energietransportmedium bereitgestellten Wärme- oder Kälteenergie ungenutzt durch die Bypassvorrichtung geleitet wird, obwohl ein Bedarf im ersten Heizkreis besteht. [0030] Um diesen unvorteilhaften Betriebszustand zu vermeiden, erfolgt ein Schließen der Ventileinheit der Bypassvorrichtung, sofern der erfasste Gesamtvolumenstrom den zweiten Grenzwert überschreitet. Das Überschreiten des zweiten Grenzwerts gibt Aufschluss über sich im Netzwerk ändernde Teilvolumenströme und dient insbesondere als Indikator für eine Zunahme des Durchflusses des Energietransportmediums im ersten Heizkreis und damit für einen entsprechenden Energiebedarf in dem selbigen. Um diesen auf effiziente Weise zu decken, wird der Öffnungsgrad der Ventileinheit der Bypassvorrichtung nach Überschreiten des zweiten Grenzwertes reduziert, wodurch eine Umverteilung der andernfalls ungenutzten Wärme- oder Kälteenergie von der Bypassvorrichtung auf den ersten Heizkreis erfolgt
[0031] Das Reduzieren des Öffnungsgrades der Ventileinheit der Bypassvorrichtung erfolgt dabei vorzugsweise unter der Maßgabe, den vorgegebenen Mindestwert des Gesamtvolumenstroms einzuhalten (erster Grenzwert). Der Öffnungsgrad wird also nur insoweit verringert, als dass dies nicht zu einem Unterschreiten des ersten Grenzwertes führt
[0032] Das Verfahren gestattet somit ein effizientes Steuern des Heizungssystems mit dem sowohl eine Energieabnahme an der Wärmequellenvorrichtung durch Einhaltung des Mindestwerts des Gesamtvolumenstroms als auch eine effiziente und vor allem bedarfsorientierte Energieversorgung des ersten Heizkreises bei Einsatz einer Bypassvorrichtung ermöglicht wird, ohne dabei auf zusätzliche Volumenstromsensoren im ersten Heizkreis oder in der Bypassvorrichtung angewiesen zu sein.
[0033] Auf diese Weise können unter anderem Herstellungskosten, aber auch Energiekosten beim Betrieb des Heizungssystems oder ein Schadensrisiko an der Wärmequellenvorrichtung verringert werden.
[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Netzwerk weiterhin eine dem erste Heizkreis vorgeschaltete, schaltbare erste Ventileinheit zum Regulieren des durch den ersten Heizkreis durchgeleiteten Energietransportmediums, wobei das Steuern des Heizungssystem weiterhin ein Erhöhen eines Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit umfasst, falls der erfasste Gesamtvolumenstrom den festgelegten zweiten Grenzwert überschreitet
[0035] Auf diese Weise wird dem Verfahren eine zusätzliches Stellglied zum Steuern des Heizungssystems bereitgestellt, mit dem der Durchfluss des Energietransportmediums durch den ersten Heizkreis reguliert werden kann.
[0036] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ventileinheit der Bypassvorrichtung und die erste Ventileinheit beide als Teil einer Verteilervorrichtung des Netzwerks ausgeführt, insbesondere handelt es sich bei der Verteilervorrichtung um ein Dreiwegeventil, derart, dass ein Erhöhen des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung ein Reduzieren des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit und umgekehrt bedingt und ein Reduzieren des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung ein Erhöhen des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit und umgekehrt bedingt
[0037] Auf dieses Weise können die besagten Ventileinheiten als Teil einer einzigen Verteilervorrichtung ausgeführt werden, was sowohl die Herstellungskosten des Heizungssystems als auch den Wartungsaufwand beim Betrieb reduziert. Ebenso wird ein durch unter Umständen fehlerhaftes Schalten bedingtes, zeitgleiches Schließen beider Ventileinheiten verhindert, infolgedessen die Wärmequellenvorrichtung gegen ein geschlossenes Netzwerk anarbeiten müsste, was zu einer Notabschaltung oder im Extremfall sogar zu einer Beschädigung führen würde.
[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Netzwerk einen zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordneten zweiten Heizkreis, der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende weitere Wärmetauschvorrichtung umfasst, wobei das Steuern des Heizungssystems ferner ein Regulieren eines Mengenverhältnisses zwischen einer durch den ersten Heizkreis durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums und einer durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums umfasst.
[0039] Auf diese Weise wird das Heizungssystem um einen weiteren mit dem Energietransportmedium zu versorgenden Heizkreis erweitert, wobei das Mengenverhältnis des durch die beiden Heizkreise zu leitenden Energietransportmediums reguliert werden kann, vorzugsweise in Abhängigkeit eines jeweiligen Energiebedarfs. Die erfindungsgemäßen Vorteile der Einhaltung des Mindestwerts des Gesamtvolumenstroms als auch der effizienten Energieversorgung erstrecken sich dabei ebenso auf den zweiten Heizkreis. Der Einsatz eines zweiten Heizkreises bietet sich dahingehend an, als dass dadurch modular aufgebaute Heizungssysteme bereitgestellt werden können, bei den ein einzelner Heizkreis beispielsweise sämtliche Wärmetauscher eines einzelnen Stockwerks eines Gebäudes umfasst.
[0040] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Netzwerk eine dem zweiten Heizkreis vorgeschaltete, schaltbare zweite Ventileinheit zum Regulieren des durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Energietransportmediums, wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen eines Öffnungsgrads der zweiten Ventileinheit erfolgt
[0041] Auf diese Weise wird dem Verfahren eine zusätzliches Stellglied zum Steuern des Heizungssystems bereitgestellt, mit dem der Durchfluss des Energietransportmediums durch den zweiten Heizkreis reguliert werden kann, was wiederum Einfluss auf das Mengenverhältnis hat
[0042] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Heizkreis als Teil der Bypassvorrichtung ausgeführt, wobei die Bypassvorrichtung eine zwischen der Ventileinheit der Bypassvorrichtung und dem Rücklauf des Netzwerks angeordnete Bypassleitung umfasst und der zweite Heizkreis parallel zur Bypassleitung angeordnet ist, wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung und/oder der ersten Ventileinheit (sofern vorhanden) erfolgt
[0043] Auf diese Weise wird der zweite Heizkreis in die Bypassvorrichtung integriert, wodurch ein besonders kompakter Aufbau des Heizungssystems ohne zusätzliche Verteilervorrichtungen bereitgestellt werden kann. Ferner fungiert der zweite Heizkreis in der Bypassvorrichtung als Energieabnehmer, sodass im Falle eines geschlossenen ersten Heizkreises die Wärme- oder Kälteenergie des durch den Bypass strömenden Energietransportmediums in der Wärmetauschvorrichtung des zweiten Heizkreises genutzt werden kann. Dies bedingt zudem ein Erhöhen der Temperaturdifferenz des Energietransportmediums zwischen Vorlauf und Rücklauf und wirkt somit einem durch mangelnde Energieabführung bedingtem Überhitzen oder Unterkühlen der Wärmequellenvorrichtung entgegen.
[0044] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der zweite Heizkreis eine Heizkreispumpe zum Regulieren des durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Energietransportmediums, wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen einer Pumpleistung oder einer Drehzahl der Heizkreispumpe erfolgt.
[0045] Auf diese Weise wird dem Verfahren eine zusätzliches Stellglied zum Steuern des Heizungssystems bereitgestellt, mit dem der Durchfluss des Energietransportmediums durch den zweiten Heizkreis reguliert werden kann.
[0046] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Ermitteln eines ersten Heizleistungsanforderungswertes für den ersten Heizkreis, der eine dem ersten Heizkreis durch das Energietransportmedium bereitzustellende Energiemenge beschreibt, und ein Ermitteln eines zweiten Heizleistungsanforderungswertes für den zweiten Heizkreis, der eine dem zweiten Heizkreis durch das Energietransportmedium bereitzustellende Energiemenge beschreibt, wobei das Steuern des Heizungssystem in Abhängigkeit der ermittelten ersten und zweiten Heizleistungsanforderungswerte erfolgt, insbesondere erfolgt das Regulieren des Mengenverhältnisses in Abhängigkeit besagter Heizleistungsanforderungswerte.
[0047] Auf diese Weise wird das Verfahren um eine energiebedarfsbasierte Funktionalität erweitert, im Zuge derer eine Verteilung des Energietransportmediums auf Basis der genannten Heizleistungsanforderungswerte erfolgt. Dadurch kann das temperierte Energietransportmedium verstärkt dem Heizkreis zur Verfügung gestellt werden, in dem ein höherer Energie- bzw. Leistungsbedarf besteht.
[0048] Vorzugsweise sind die Abhängigkeiten bei Steuern des Heizungssystems priorisiert, dergestalt, dass das Steuern des Heizungssystems in Abhängigkeit des erfassten Gesamtvolumenstroms gegenüber dem Steuern des Heizungssystems in Abhängigkeit der Heizleistungsanforderungswerte Vorrang genießt. [0049] Dies bedeutet, dass durch das Verfahren durchzuführende Steueraktionen betreffend des erfassten Gesamtvolumenstroms im Konfliktfall stets anderweitige auf den Heizleistungsanforderungswerten basierende Steueraktionen verdrängen, um so primär die Einhaltung der volumenstrombasierten Randbedingungen sicherzustellen.
[0050] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regulieren des Mengenverhältnisses ein Erhöhen der durch den ersten Heizkreis durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums, falls der erste Heizleistungsanforderungswert den zweiten Heizleistungsanforderungswert übersteigt, und ein Erhöhen der durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums, falls der erste Heizleistungsanforderungswert den zweiten Heizleistungsanforderungswert unterschreitet
[0051] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes ein Festlegen einer Soll-Temperatur für eine durch die Wärmetauschvorrichtung des ersten Heizkreises zu temperierende erste Umgebung, ein Erfassen einer Ist-Temperatur der ersten Umgebung und ein Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll- Temperatur und erfasster Ist-Temperatur der ersten Umgebung. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes ein Festlegen einer Soll-Temperatur für eine durch die weitere Wärmetauschvorrichtung des zweiten Heizkreises zu temperierende zweite Umgebung, ein Erfassen einer Ist-Temperatur der zweiten Umgebung und ein Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll- Temperatur und erfasster Ist-Temperatur der zweiten Umgebung.
[0052] Auf diese Weise erfolgt ein Bereitstellen der Heizleistungsanforderungswerte in Abhängigkeit der durch die Wärmetauschvorrichtung zu klimatisierenden Umgebung, sodass das Steuern des Heizungssystem in vorteilhafter Weise im Hinblick auf zu steuernde Raumtemperaturen erfolgen kann.
[0053] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes ein Festlegen einer Soll-Temperatur des Energietransportmediums im ersten Heizkreis für eine bezüglich einer Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums der Wärmetauschvorrichtung vorgelagerten ersten Stelle, ein Erfassen einer Ist-Temperatur des Energietransportmediums an der ersten Stelle und ein Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll- Temperatur und erfasster Ist-Temperatur an der ersten Stelle. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes ein Festlegen einer Soll-Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis für eine bezüglich einer Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums der weiteren Wärmetauschvorrichtung vorgelagerten zweiten Stelle, ein Erfassen einer Ist-Temperatur des Energietransportmediums an der zweiten Stelle und ein Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll-Temperatur und erfasster Ist-Temperatur an der zweiten Stelle.
[0054] Auf diese Weise erfolgt ein Bereitstellen der Heizleistungsanforderungswerte mit dem Ziel, eine vorgegebene Soll-Temperatur des Energietransportmediums im jeweiligen Heizkreis einzuhalten. Dadurch kann insbesondere ein Steuern von Raumtemperaturen in den durch die Wärmetauschvorrichtungen des Heizungssystems temperierten Räume dahingehend optimiert werden, als dass das Steuern durch Steuerungsventile der Wärmetauschvorrichtungen selbst erfolgen kann, wobei von einer weitestgehend konstanten Eingangstemperatur des Energietransportmediums ausgegangen werden kann. Dies gestattet eine einfach gehaltene Kombination einer Steuerung des Heizungssystems mit einer separat bereitgestellten Raumtemperatursteuerung, die in vorteilhafter Weise von einer konstanten Temperatur des der Wärmetauschvorrichtung bereitgestellten Energietransportmediums ausgehen kann.
[0055] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Steuern einer Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis, wobei das Steuern der Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis insbesondere ein Rückführen eines Anteils des aus der weiteren Wärmetauschvorrichtung ausgeleiteten Energietransportmediums zu einem Zulauf des zweiten Heizkreises und ein Beimischen des rückgeführten Anteils zu dem durch den Zulauf des zweiten Heizkreises zugeführten Energietransportmedium umfasst.
[0056] Auf diese Weise wird eine Möglichkeit bereitgestellt, die Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis anzupassen, wobei insbesondere eine Temperatur des Energietransportmediums im ersten Heizkreis, die sich über die Temperatur des Energietransportmediums am Vorlauf bestimmt, unverändert bleibt. Dadurch können zwei Heizkreise mit jeweils verschiedenen Temperaturen des Energietransportmediums bereitgestellt werden, ohne dass ein Betriebszustand der Wärmequellenvorrichtung verändert werden muss.
[0057] Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Heizungssystem bereitgestellt, umfassend eine Wärmequellenvorrichtung zum Temperieren eines Energietransportmediums und ein mit der Wärmequellenvorrichtung verbundenes Netzwerk zum Durchleiten des Energietransportmediums, das wiederum einen Vorlauf zum Einleiten des von der Wärmequellenvorrichtung temperierten Energietransportmediums in das Netzwerk, einen Rücklauf zum Rückführen des Energietransportmediums im Netzwerk in die Wärmequellenvorrichtung, einen zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordneten ersten Heizkreis, der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende Wärmetauschvorrichtung umfasst, eine zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordnete Bypassvorrichtung zum Überbrücken des ersten Heizkreises, die eine schaltbare Ventileinheit zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst, und eine Volumenstrommessvorrichtung zum Erfassen eines Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk, die insbesondere am Vorlauf oder am Rücklauf angeordnet ist, umfasst. Weiterhin umfasst das Heizungssystem eine Steuervorrichtung zum Steuern des Heizungssystems, die zumindest mit der Ventileinheit der Bypassvorrichtung gekoppelt ist und zum Einstellen eines Öffnungsgrades der Ventileinheit eingerichtet ist, wobei die Steuervorrichtung im Zuge des Steuerns des Heizungssystems eingerichtet ist, den Öffnungsgrad der Ventileinheit der Bypassvorrichtung zu erhöhen, falls ein durch die Volumenstromessvorrichtung erfasster Gesamtvolumenstrom einen festgelegten, der Steuervorrichtung bereitgestellten ersten Grenzwert für einen Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk, der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk beschreibt, unterschreitet, und dazu eingerichtet ist, den Öffnungsgrad der Ventileinheit der Bypassvorrichtung zu reduzieren, falls der durch die Volumenstromessvorrichtung erfasste Gesamtvolumenstrom einen festgelegten, der Steuervorrichtung bereitgestellten zweiten Grenzwert für den Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk, der größer ausfällt als der erste Grenzwert, überschreitet.
[0058] Das Heizungssystem gemäß des zweiten Aspekts kann damit auf Basis des Verfahrens gemäß des ersten Aspekts mit allen diesbezüglich genannten Vorteilen gesteuert werden.
[0059] Vorzugsweise umfasst das Netzwerk weiterhin eine dem ersten Heizkreis vorgeschaltete, mit der Steuervorrichtung gekoppelte, schaltbare erste Ventileinheit zum Regulieren des durch den ersten Heizkreis durchgeleiteten Energietransportmediums, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Öffnungsgrad der ersten Ventileinheit zu erhöhen, falls der erfasste Gesamtvolumenstrom den festgelegten zweiten Grenzwert überschreitet
[0060] Vorzugsweise sind die Ventileinheit der Bypassvorrichtung und die erste Ventileinheit beide als Teil einer Verteilervorrichtung des Netzwerks ausgeführt sind, insbesondere handelt es sich bei der Verteilervorrichtung um ein Dreiwegeventil, derart, dass ein Erhöhen des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung ein Reduzieren des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit und umgekehrt bedingt und ein Reduzieren des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung ein Erhöhen des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit und umgekehrt bedingt
[0061] Vorzugsweise umfasst das Netzwerk einen zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordneten zweiten Heizkreis, der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende weitere Wärmetauschvorrichtung umfasst.
[0062] Vorzugsweise umfasst das Netzwerk eine dem zweiten Heizkreis vorgeschaltete, mit der Steuervorrichtung gekoppelte, schaltbare zweite Ventileinheit zum Regulieren des durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Energietransportmediums, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, ein Mengenverhältnisses zwischen einer durch den ersten Heizkreis durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums und einer durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Menge des Energietransportmedium durch ein Einstellen eines Öffnungsgrads der zweiten Ventileinheit und/oder der Ventileinheit des ersten Heizkreises (sofern vorhanden) zu regulieren. [0063] Vorzugsweise ist der zweite Heizkreis als Teil der Bypassvorrichtung ausgeführt, wobei die Bypassvorrichtung eine zwischen der Ventileinheit der Bypassvorrichtung und dem Rücklauf des Netzwerks angeordnete Bypassleitung umfasst und der zweite Heizkreis parallel zur Bypassleitung angeordnet ist, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das Mengenverhältnis durch ein Einstellen des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung zu regulieren.
[0064] Vorzugsweise umfasst der zweite Heizkreis eine mit der Steuervorrichtung gekoppelte Heizkreispumpe zum Regulieren des durch den zweiten Heizkreis durchgeleiteten Energietransportmediums, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das Mengenverhältnis durch ein Einstellen einer Pumpleistung der Heizkreispumpe zu regulieren.
[0065] Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung eingerichtet, einen ersten Heizleistungsanforderungswert für den ersten Heizkreis, der eine dem ersten Heizkreis durch das Energietransportmedium bereitzustellende Energiemenge beschreibt, und einen zweiten Heizleistungsanforderungswert für den zweiten Heizkreis, der eine dem zweiten Heizkreis durch das Energietransportmedium bereitzustellende Energiemenge beschreibt, zu ermitteln und das Heizungssystem in Abhängigkeit der ermittelten ersten und zweiten Heizleistungsanforderungswerte zu steuern und dabei insbesondere das Mengenverhältnis in Abhängigkeit der ermittelten ersten und zweiten Heizleistungsanforderungswerte zu regulieren.
[0066] Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung dabei dazu eingerichtet, die durch den ersten Heizkreis durchgeleitete Menge des Energietransportmediums zu erhöhen, falls der erste Heizleistungsanforderungswert den zweiten Heizleistungsanforderungswert übersteigt, und die durch den zweiten Heizkreis durchgeleitete Menge des Energietransportmediums zu erhöhen, falls der erste Heizleistungsanforderungswert den zweiten Heizleistungsanforderungswert unterschreitet
[0067] Vorzugsweise umfasst das Heizungssystem einen ersten Sollwertgeber zum Festlegen einer Soll-Temperatur für eine durch die Wärmetauschvorrichtung des ersten Heizkreises zu temperierende erste Umgebung und einen ersten Temperatursensor zum Erfassen einer Ist- Temperatur der ersten Umgebung, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, den ersten Heizleistungsanforderungswert in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll- Temperatur und erfasster Ist-Temperatur der ersten Umgebung zu ermitteln.
[0068] Vorzugsweise umfasst das Heizungssystem einen zweiten Sollwertgeber zum Festlegen einer Soll-Temperatur für eine durch die Wärmetauschvorrichtung des zweiten Heizkreises zu temperierende zweite Umgebung und einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen einer Ist-Temperatur der zweiten Umgebung, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, den zweiten Heizleistungsanforderungswert in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll- Temperatur und erfasster Ist-Temperatur der zweiten Umgebung zu ermitteln. [0069] Alternativ umfasst das Heizungssystem vorzugsweise einen dritten Sollwertgeber zum Festlegen einer Soll-Temperatur des Energietransportmediums im ersten Heizkreis für eine bezüglich einer Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums der Wärmetauschvorrichtung vorgelagerten ersten Stelle und einen dritten Temperatursensor zum Erfassen einer Ist-Temperatur des Energietransportmediums an der ersten Stelle, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, den ersten Heizleistungsanforderungswert in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll- Temperatur und erfasster Ist-Temperatur an der ersten Stelle zu ermitteln.
[0070] Vorzugsweise umfasst das Heizungssystem einen vierten Sollwertgeber zum Festlegen einer Soll-Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis für eine bezüglich einer Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums der weiteren Wärmetauschvorrichtung vorgelagerten zweiten Stelle und einen vierten Temperatursensor zum Erfassen einer Ist-Temperatur des Energietransportmediums an der zweiten Stelle, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, den zweiten Heizleistungsanforderungswert in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll-Temperatur und erfasster Ist-Temperatur an der zweiten Stelle zu ermitteln.
[0071] Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung zum Steuern einer Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis eingerichtet und umfasst hierzu insbesondere eine Rückführungsvorrichtung mit der ein Anteil des aus dem zweiten Heizkreis ausgeleiteten Energietransportmediums zu einem Zulauf des zweiten Heizkreises zurückgeführt wird und der rückgeführte Anteils zu dem durch den Zulauf des zweiten Heizkreises zugeführten, von der Wärmequellenvorrichtung kommenden temperierten Energietransportmedium beigemischt wird.
[0072] Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung eingerichtet, den rückzuführenden Anteil über ein Einstellen der Pumpleistung oder der Drehzahl der Heizkreispumpe des zweiten Heizkreises anzupassen.
[0073] Gemäß eines dritten Aspekts der Erfindung wird eine Steuervorrichtung zum Einsatz in einem Heizungssystem gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung bereitgestellt.
[0074] Auf diese Weise wird eine Nachrüstmöglichkeit bereitgestellt, über die ein bereits bestehendes Heizungssystem auf einfache und kostengünstige Weise mit der Steuervorrichtung nachgerüstet werden kann, um dieses um die vorteilhaften Funktionalitäten des Heizungssystems gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung zu erweitern.
[0075] Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Heizungssystems.
[0076] Fig. 2 und Fig. 3 zeigen schematische Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heizungssystems. [0077] Fig. 4 zeigt schematisch verschiedene Betriebszustände eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Heizungssystems.
[0078] Fig. 5 zeigt exemplarische Zeitverläufe verschiedener Betriebsgrößen im Zuge eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Heizungssystems.
[0079] Es wird hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt ist. Die Erfindung umfasst weiterhin Modifikationen der genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die aus Modifikationen und/oder Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche hervorgehen.
Ausführliche Figurenbeschreibung
[0080] Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern des Heizungssystems.
[0081] Das zugrundeliegende Heizungssystem umfasst zumindest eine Wärmequellenvorrichtung zum Temperieren eines Energietransportmediums und ein mit der Wärmequellenvorrichtung verbundenes Netzwerk zum Durchleiten des Energietransportmediums umfasst. Letzteres umfasst wiederum einen Vorlauf zum Einleiten des von der Wärmequellenvorrichtung temperierten Energietransportmediums in das Netzwerk, einen Rücklauf zum Rückführen des Energietransportmediums im Netzwerk in die Wärmequellenvorrichtung, einen zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordneten ersten Heizkreis, der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende Wärmetauschvorrichtung umfasst, und eine zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordnete Bypassvorrichtung zum Überbrücken des ersten Heizkreises, die eine schaltbare Ventileinheit zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst.
[0082] In Schritt S1 erfolgt ein Festlegen eines ersten Grenzwerts Gi für einen Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk, der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk beschreibt
[0083] In Schritt S2 erfolgt ein Festlegen eines zweiten Grenzwerts G2 für den Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk, der größer ausfällt als der erste Grenzwert.
[0084] In Schritt S3 erfolgt ein Erfassen eines Gesamtvolumenstroms Qtot des Energietransportmediums im Netzwerk, insbesondere am Vor- oder am Rücklauf.
[0085] In Schritt S4 erfolgt ein Steuern des Heizungssystems in Abhängigkeit des in Schritt S3 erfassten Gesamtvolumenstroms Qtot sowie der Grenzwerte Gi und G2 aus den Schritten S1 und S2. Schritt S4 umfasst hierzu einen Vergleichsschritt S4.1, von dem ausgehend einer der Schritte S4.2, S4.3 oder S5 nachfolgt
[0086] Unterschreitet der erfasste Gesamtvolumenstrom Qtot den festgelegten ersten Grenzwert Gi, so erfolgt in Schritt S4.2 ein Erhöhen eines Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung.
[0087] Überschreitet der erfasste Gesamtvolumenstrom Qtot dagegen den festgelegten zweiten Grenzwert G2, so erfolgt in Schritt S4.3 ein Reduzieren eines Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung.
[0088] In allen anderen Fällen bleibt der Öffnungsgrad der Ventileinheit unverändert und das Verfahren fährt mit Schritt S5 fort Das Verfahren sei nicht auf diesen Fall des direkten Übergangs von Schritt S4.1 auf Schritt S5 beschränkt. Wahlweise können alternativ an dieser Stelle beliebig viele weitere Schritte zur Anpassung von Betriebsgrößen des Heizungssystems in Abhängigkeit des erfassten Gesamtvolumenstroms erfolgen. Beispielsweise kann in besagtem Zwischenbereich zwischen Gi und G2 ein Anpassen von Betriebsgrößen der Wärmequellenvorrichtung, zum Beispiel einer Betriebsleistung oder einem Versorgungsdruck des Energietransportmediums am Vorlauf, vorgenommen werden.
[0089] In Schritt S5 erfolgt eine zeitliche Pause vorbestimmter Länge, bevor das Verfahren ausgehend von Schritt S3 wiederholt wird. Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte beliebig oft wiederholt, um so eine zeitlich kontinuierliche Steuerung des Heizungssystems bereitzustellen.
[0090] Fig. 2A zeigt ein schematische Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heizungssystems 1.
[0091] Das Heizungssystem 1 umfassteine Wärmepumpe 10 als Wärmequellenvorrichtung, ein hydraulisches Netzwerk 20 und eine Steuervorrichtung 30 zum Steuern des Heizungssystems 1.
[0092] Die Wärmepumpe 10 ist über ein Vorlauf 201 und einen Rücklauf 209 mit dem hydraulischen Netzwerk 20 verbunden und dazu eingerichtet, ein Energietransportmedium zu temperieren. Die Wärmepumpe 10 ist hierzu über entsprechende Anschlussleitungen 2 mit einer Umgebungsenergiequelle, zum Beispiel einer geo- oder aerothermischen Energiequelle, verbunden. Das temperierte Energietransportmedium wird im Anschluss entsprechend der dargestellten Pfeilrichtungen durch das hydraulische Netzwerk 20 geleitet.
[0093] Das zum Durchleiten des Energietransportmediums eingerichtete hydraulische Netzwerk 20 umfasst mehrere Leitungen 200 (fett gestaltete Verbindungslinien) sowie durch diese miteinander verbundene Komponenten. Hierzu zählen ein Verteilersystem 202a, ein davon abzweigender erster Heizkreis 203, eine Bypassvorrichtung 204, ein am Rücklauf 209 angeordneter Volumenstromsensor 205 zum Erfassen eines Volumenstroms des durch den Rücklauf 209 des hydraulischen Netzwerks 20 durchgeleiteten Energietransportmediums sowie ein am Vorlauf 201 angeordneter Temperatursensor 251 zum Erfassen einer Temperatur des Energietransportmediums am Vorlauf 201 des hydraulischen Netzwerks.
[0094] Der Volumenstromsensor 205 und der Temperatursensor 251 sind mit der Steuervorrichtung 30 gekoppelt und zum Übertragen der durch die Sensoren jeweils erfassten Messwerte an die Steuervorrichtung 30 eingerichtet
[0095] Über den Vorlauf 201 wird das von der Wärmepumpe 10 temperierte Energietransportmedium in das hydraulische Netzwerk 20 eingespeist, durch dieses hindurch geleitet und über den Rücklauf 209 in die Wärmepumpe 10 zurückgeführt
[0096] Der erste Heizkreis 203 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Wärmetauscher 232, die als eine Parallelschaltung aus einem Wärmetauscher 232 und einer Reihenschaltung aus zwei weiteren Wärmetauschern 232 ausgeführt ist Die einzelnen Wärmetauscher können jeweils Steuerungsventile umfassen, zum Beispiel Thermostatventile, die in Fig. 2A allerdings nicht dargestellt sind.
[0097] Die zwischen dem Vorlauf 201 und dem Rücklauf 209 angeordnete Bypassvorrichtung 204 dient dem Überbrücken des ersten Heizkreises 203 und umfasst vorliegend ein schaltbares, mit der Steuervorrichtung 30 gekoppeltes Bypassventil 241 zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung 204 durchgeleiteten Energietransportmediums sowie ein dem Bypassventil 241 nachgeschaltetes Bypasssystem 240a, das vorliegend lediglich eine in den Rücklauf 209 mündende Bypassleitung 242 umfasst.
[0098] Das Bypassventil 241 istTeil des Verteilersystems 202a, welches auch in alternativen Ausführungen gemäß Fig. 2B oder Fig. 2C ausgestaltet sein kann.
[0099] Die Steuervorrichtung 30 ist vorliegend separat ausgeführt und mit der Wärmepumpe 10 gekoppelt, kann aber auch als Teil der Wärmepumpe 10 ausgeführt sein. Die Steuervorrichtung 30 ist zumindest zum Einstellen eines Öffnungsgrades des Bypassventils 241 der Bypassvorrichtung 204 eingerichtet.
[0100] Im Zuge des Steuerns des Heizungssystems 1 ist die Steuervorrichtung 30 eingerichtet, den Öffnungsgrad des Bypassventils 241 zu erhöhen, falls ein durch den Volumenstromsensor 205 erfasster Volumenstrom am Rücklauf 209 (=Gesamtvolumenstrom im hydraulischen Netzwerk 20) einen festgelegten, der Steuervorrichtung 30 bereitgestellten ersten Grenzwert für einen Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk 20, der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms des Energietransportmediums im Netzwerk 20 beschreibt, unterschreitet. Auf diese Weise wird der erste Heizkreis 203 überbrückt, sofern durch diesen kein ausreichender Gesamtvolumenstrom im hydraulischen Netzwerk mehr gewährleistet werden kann, zum Beispiel infolge eines sich schließenden Steuerungsventils in einem Wärmetauscher 232. [0101] Ferner ist die Steuervorrichtung 30 dazu eingerichtet, den Öffnungsgrad des Bypassventils 241 zu reduzieren, falls der durch die Volumenstromsensor 205 erfasste Gesamtvolumenstrom einen festgelegten, der Steuervorrichtung 30 bereitgestellten zweiten Grenzwert für den Gesamtvolumenstrom des Energietransportmediums im Netzwerk 20, der größer ausfällt als der erste Grenzwert, überschreitet. Auf diese Weise wird ein energetisch unvorteilhafter Zustand mit einer an sich unnötigen Überbrückung des ersten Heizkreises 203 über die Bypassvorrichtung 204 vermieden, in dem das Energietransportmedium im genannten Fall wieder primär durch den ersten Heizkreis 203 geleitet wird.
[0102] Es wird somit ein besonders effizientes Heizungssystem 1 bereitgestellt, bei dem unvorteilhafte Betriebszustände vermieden werden. Besagte unvorteilhafte Betriebszustände umfassen unter anderem einen Betriebszustand mit unzureichender Energieabnahme an der Wärmepumpe 10 aber auch einen Betriebszustand mit unzureichender Versorgung des ersten Heizkreises 203 mit dem temperierten Energietransportmedium.
[0103] Fig. 2B bis Fig. 2E zeigen verschiedene Alternativen für Komponenten des Heizungssystems 1 aus Fig. 2A in schematischer Darstellung.
[0104] Fig. 2B und Fig. 2C zeigen alternative Verteilersysteme 202b und 202c, die anstelle des Verteilersystems 202a aus Fig. 2A eingesetzt werden können. Die jeweiligen Anschlüsse der Verteilersysteme sind dabei mit V für Vorlauf, B für Bypasssystem und Hi für den ersten Heizkreis bezeichnet.
[0105] Das Verteilersystem 202b aus Fig. 2B umfasst neben dem Bypassventil 241 ein schaltbares Steuerungsventil 231 für den ersten Heizkreis 203, das elektrisch ebenfalls mit der Steuervorrichtung 30 aus Fig. 2A verbunden ist. Dadurch steht der Steuervorrichtung 30 ein weiteres Stellglied zum Steuern des Heizungssystems 1 zur Verfügung, über das insbesondere der Durchfluss durch den ersten Heizkreis 203 reguliert werden kann.
[0106] Beim Verteilersystem 202c aus Fig. 2C sind das Bypassventil 241 und das schaltbare Steuerungsventil 231 für den ersten Heizkreis 203 in einer schaltbaren Ventilvorrichtung zusammengefasst, die vorliegend als ein schaltbares 3/2-Wegeventil 221 ausgeführt ist, welches elektrisch mit der Steuervorrichtung 30 aus Fig. 2A verbunden ist.
[0107] Die Steuervorrichtung 30 ist dabei in allen Fällen dazu eingerichtet, Öffnungsgrade der jeweils gekoppelten Ventile 231, 241 bzw. 221 einzustellen.
[0108] Fig. 2D und Fig. 2E zeigen alternative Bypasssysteme 240b und 240c, die anstelle des Bypasssystems 240a aus Fig. 2A eingesetzt werden können.
[0109] Das Bypasssystem 240b aus Fig. 2D umfassteinen parallel zu einer Bypassleitung 242 angeordneten zweiten Heizkreis 206 mit einem durch das Energietransportmedium zu versorgenden weiteren Wärmetauscher 232 und einer mit der Steuervorrichtung 30 aus Fig. 2A elektrisch verbundenen Heizkreispumpe 233, über deren Pumpleistung eine Menge des durch den zweiten Heizkreis 206 durchgeleiteten Energietransportmediums reguliert werden kann.
[0110] Vor dem zweiten Heizkreis 206 ist ein mit der Steuervorrichtung 30 aus Fig. 2A elektrisch verbundener Temperatursensor 252 zum Erfassen einer Temperatur des in den zweiten Heizkreis 206 einfließenden Energietransportmediums angeordnet.
[0111] Über den Wärmetauscher 232 des als Teil der Bypassvorrichtung 204 ausgeführten zweiten Heizkreises 206 kann die im Energietransportmedium enthaltene Wärme- oder Kälteenergie (je nach Betriebszustand der Wärmepumpe 1) auf eine Umgebung des Wärmetauschers 232 übertragen werden, um so die für den effizienten Betrieb der Wärmequellenvorrichtung 10 erforderliche Temperaturdifferenz des Energietransportmediums zwischen Vorlauf 201 und Rücklauf 209 zu erhöhen und dabei besagte Energie zum Temperieren der Umgebung des Wärmetauschers 232 des zweiten Heizkreises 206 zu nutzen.
[0112] Das Bypasssystem 240c aus Fig. 2E umfassteinen Energiespeicher 270 für ein in den Energiespeicher 270 ein- und ableitbares Speichermedium (zum Beispiel Wasser), wobei das Speichermedium über einen Wärmetauscher von dem durch das Bypasssystem 240c strömenden Energietransportmedium erwärmt oder gekühlt wird.
[0113] Auf diese Weise kann im Falle einer Überbrückung des ersten Heizkreises 203 die im Energietransportmedium enthaltene Wärme- oder Kälteenergie (je nach Betriebszustand der Wärmepumpe 1) auf das Speichermedium übertragen werden, um so die für den effizienten Betrieb der Wärmequellenvorrichtung 10 erforderliche Temperaturdifferenz des Energietransportmediums zwischen Vorlauf 201 und Rücklauf 209 zu erhöhen, ohne die dafür dem Energietransportmedium zu entziehende Wärme- oder Kälteenergie ungenutzt in eine Umgebung des Heizungssystems 1 zu entlassen. So kann beispielsweise Wärmeenergie des durch das Bypasssystem 240c strömenden Energietransportmediums zum Erwärmen von Brauchwasser eingesetzt werden.
[0114] Fig. 3 zeigt ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heizungssystems 1. Der Grundaufbau entspricht im Wesentlichen dem aus Fig. 2A, wobei hier ein Verteilersystem 202d mit einem zusätzlichen Auslass zum Einsatz kommt Das Verteilersystem 202d umfasst hierzu ein schaltbares 4/3-Wegeventil, wobei ein Auslass zu einem ersten Heizkreis 203, ein Auslass zu einer Bypassvorrichtung 204 mit einem Bypasssystem 240b mit einem zweiten Heizkreis 206 gemäß Fig. 2D und ein Auslass zu einem Energiespeichersystem 207 führt, welches einen Energiespeicher 270 gemäß Fig. 2E umfasst.
[0115] Auf diese Weise wird ein Heizungssystem 1 bereitgestellt, welches zusätzlich zur Bypassvorrichtung 204, die den zweiten Heizkreis 206 umfasst, den Energiespeicher 270 bereitstellt. Auf diese Weise kann im Falle eines inaktiven ersten Heizkreises 203 überschüssige Wärme- oder Kälteenergie des Energietransportmediums entweder über den Wärmetauscher 232 im zweiten Heizkreis 206 entzogen werden, oder, falls ein Energiebedarf im zweiten Heizkreis 206 ebenfalls gedeckt ist, kann diese über den Energiespeicher 270 auf das darin enthaltene Speichermedium übertragen werden.
[0116] Fig. 4 zeigt in der Abfolge von Fig. 4A bis Fig. 4F schematisch verschiedene Betriebszustände eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Heizungssystems.
[0117] Das Fig. 4 zugrundeliegende Heizungssystem entspricht dabei dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Verteilersystem 202c gemäß Fig. 2C gewählt wurde.
[0118] Die jeweils oberen Abschnitte der Fig. 4A bis Fig. 4F zeigen eine Ventilposition des ein schaltbares 3/2-Wegeventil umfassenden Verteilersystems, wobei diese über die Pfeilposition angegeben wird, die ein Verhältnis der Öffnungsgrade zwischen der ersten Ventileinheit für den ersten Heizkreis (Hi) und der Ventileinheit der Bypassvorrichtung (B) beschreibt Ausgehend von der Stellung bei Hi (siehe Fig. 4A) entspricht eine Pfeilstellung von 90° einer 50-prozentigen Öffnung der ersten Ventileinheit und einer 50-prozentigen Öffnung der Ventileinheit der Bypassvorrichtung und eine Pfeilstellung von 180° entspricht einer geschlossenen ersten Ventileinheit (0% Öffnungsgrad) und einer vollständig geöffneten Ventileinheit der Bypassvorrichtung (100% Öffnungsgrad).
[0119] Die jeweils unteren Abschnitte der Fig. 4A bis Fig. 4F zeigen die zugehören Volumenströme (Q) im Netzwerk, insbesondere den Volumenstrom am Rücklauf (=Gesamtvolumenstrom), im ersten Heizkreis (Hi) und in der Bypassvorrichtung (B). Der erste und der zweite Grenzwert sind dabei durch Gi und G2 gegeben.
[0120] Ausgehend von Fig. 4A ist die Ventileinheit der Bypassvorrichtung (B) geschlossen und der Gesamtvolumenstrom (Rücklauf) entspricht dem Volumenstrom durch den ersten Heizkreis (Hr).
[0121] Kommt es nun zu einem Abfall des Volumenstroms im ersten Heizkreis (Hi), zum Beispiel durch ein zumindest teilweises Schließen eines Steuerungsventils im ersten Heizkreis (Hi), wie eines Thermostatventils einer Wärmetauschvorrichtung, sinkt auch der Gesamtvolumenstrom (Rücklauf) (siehe Fig. 4B). Vorliegend sinkt dieser sogar unterhalb des den Mindestwert des Gesamtvolumenstroms beschreibenden ersten Grenzwertes Gi.
[0122] Infolgedessen erfolgt im Zuge des Verfahrens zum Steuern des Heizungssystems ein Erhöhen des Öffnungsgrads der Ventileinheit der Bypassvorrichtung (siehe Fig. 4C), sodass der Volumenstrom durch die Bypassvorrichtung (B) sowie der Gesamtvolumenstrom (Rücklauf) als Summe der Volumenströme durch den ersten Heizkreis (Hi) und durch die Bypassvorrichtung (B) ansteigen. [0123] Steigt der Volumenstrom im ersten Heizkreis (Hi) wieder an, zum Beispiel durch ein teilweises Öffnen des Steuerungsventils im ersten Heizkreis (Hi), kommt es zu einem Anstieg des Gesamtvolumenstroms (Rücklauf), der vorliegend über den zweiten Grenzwert G2 hinweg ansteigt.
[0124] Dies dient als Indikator für den sich wieder öffnenden ersten Heizkreis (Hi), sodass im Sinne des Verfahrens zum Steuern des Heizungssystems der Öffnungsgrad der Ventileinheit der Bypassvorrichtung (B) wieder reduziert wird, wodurch der Volumenstrom im ersten Heizkreis (Hi) steigt und der Volumenstrom in der Bypassvorrichtung (B) sinkt (siehe Fig. 4E).
[0125] Letztlich wird die Ventileinheit der Bypassvorrichtung (B) vollständig geschlossen und die des ersten Heizkreises (Hi) ist damit wieder vollständig geöffnet, sodass der Gesamtvolumenstrom (Rücklauf) wieder dem Volumenstrom durch den ersten Heizkreis (Hi) entspricht (siehe Fig. 4F).
[0126] Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das zugrundeliegende Heizungssystem derart vorteilhaft gesteuert werden, dass eine Überbrückung des ersten Heizkreises über die Bypassvorrichtung in energetisch unvorteilhaften Betriebszuständen vermieden wird, also in Betriebszuständen mit einem einsetzenden Energiebedarf des ersten Heizkreises bei zumindest teilweise geöffneter Ventileinheit der Bypassvorrichtung.
[0127] Fig. 5A und Fig. 5B zeigen exemplarische Zeitverläufe verschiedener Betriebsgrößen im Zuge eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Heizungssystems, welches dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel zugrunde liegt, bei dem das Bypasssystem 240b gemäß Fig. 2D gewählt wurde.
[0128] In beiden Diagrammen ist dabei der Öffnungsgrad des Bypassventils der Bypassvorrichtung auf der jeweils rechten Ordinate dargestellt. Der Öffnungsgrad kann Werte zwischen „0" und „1" annehmen, wobei „0 „einem geschlossenen Bypassventil und „1" einem vollständig geöffneten Bypassventil entspricht
[0129] Fig. 5A zeigt die zeitlichen Verläufe des Gesamtvolumenstroms Qtot sowie des Volumenstroms Qi im ersten Heizkreis. Obgleich lediglich der Gesamtvolumenstrom im Zuge des Verfahrens zum Steuern des Heizungssystems erfasst wird, ist der Volumenstrom Qi zwecks Erläuterung des Verfahrens dargestellt.
[0130] Ausgehend vom Zeitpunkt to fällt der Volumenstrom Qi und damit auch der Gesamtvolumenstrom Qtot aufgrund eines sich schließenden Steuerungsventils im ersten Heizkreis ab. Um den Zeitpunkt ti schließt besagtes Steuerungsventil vollständig, infolgedessen der Volumenstrom Qi auf null fällt und auch der Gesamtvolumenstrom Qtot abfällt. Um ein völliges Erliegen des Gesamtvolumenstroms Qtot zu vermeiden, wird der Öffnungsgrad des Bypassventils der Bypassvorrichtung zum Zeitpunkt ti, an dem der Gesamtvolumenstrom Qtot einen ersten Grenzwert Gi unterschreitet, erhöht Der erste Heizkreis wird verstärkt überbrückt und der Gesamtvolumenstrom Qtot steigt wieder an.
[0131] Um den Zeitpunkt t2 steigt der Volumenstrom Qi und damit auch der Gesamtvolumenstrom Qtot aufgrund des sich öffnenden Steuerungsventils im ersten Heizkreis wieder an. Der Gesamtvolumenstrom Qtot überschreitet einen zweiten Grenzwert G2, infolgedessen der Öffnungsgrad des Bypassventils wieder reduziert wird, da nunmehr ein Energiebedarf im ersten Heizkreis besteht und die Überbrückung über die Bypassvorrichtung reduziert werden kann.
[0132] Fig. 5B zeigt die zu Fig. 5A zugehörigen Temperaturverläufe des Energietransportmediums im Netzwerk. Ti beschreibt die Temperatur des Energietransportmediums am Vorlauf, so wie vom Temperatursensor 251 erfasst (siehe Fig. 2A), und entspricht ebenso der Temperatur am Eingang des ersten Heizkreises, falls dieser geöffnet ist. T2 beschreibt die Temperatur vor dem zweiten Heizkreis, so wie vom Temperatursensor 252 erfasst (siehe Fig. 2D). Die Temperaturen Ti bzw. T2 des Energietransportmediums sollen im Zuge des Steuerns des Heizungssystems möglichst auf den jeweils vorgegebenen Soll-Temperaturen Tsoii.i bzw. Tsoii,2 gehalten werden.
[0133] Nach Schließen des Steuerungsventils im ersten Heizkreis und Abfall des Volumenstroms Qi zum Zeitpunkt ti (siehe Fig. 5A) besteht kein Energiebedarf des ersten Heizkreises, sodass die Vorlauftemperatur T 1 seitens der Wärmepumpe abgesenkt wird, da nunmehr lediglich die Temperatur T2 vor dem zweiten Heizkreis auf der Soll-Temperatur Tsoii, 2 < Tsoii.i gehalten werden muss. Dadurch wird ein effizienter Betrieb des Heizungssystems mit reduzierten Energiekosten ermöglicht
[0134] Mit Schließen des Bypassventils zum Zeitpunkt t2 und zunehmenden Volumenstrom Qi im ersten Heizkreis wird die Vorlauftemperatur Ti seitens der Wärmepumpe wieder auf den bereitzustellenden Sollwert Tsoii.i hin erhöht, um den aufkommenden Energiebedarf im ersten Heizkreis abzudecken. Da zeitgleich ein Schließen des Bypassventils erfolgt, kommt es dabei kurzzeitig zu einem Abfall der Temperatur T2.
[0135] Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems können insbesondere unvorteilhafte Betriebszustände des Heizungssystems vermieden werden, in denen beispielsweise eine unzureichende Energieabnahme an der Wärmepumpe, eine unzureichende Energieversorgung eines Heizkreises oder ein energetisch suboptimaler Betrieb der Wärmepumpe vorliegen.
[0136] Abschließend wird erneut hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt ist Die Erfindung umfasst weiterhin Modifikationen der genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die aus Modifikationen und/oder Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche hervorgehen.
Liste der Bezugszeichen
1 Heizungssystem
2 Verbindung zu Umgebungsenergiequelle
10 Wärmepumpe
20 hydraulisches Netzwerk
30 Steuervorrichtung
200 Leitung
201 Vorlauf
202a-d Verteilersystem
203 erster Heizkreis
204 Bypassvorrichtung
205 Volumenstromsensor
206 zweiter Heizkreis
207 Energiespeichersystem
209 Rücklauf
221 3/2-Wegeventil
222 4/3-Wegeventil
231 Steuerungsventil erster Heizkreis
232 Wärmetauscher
233 Heizkreispumpe
240a-c Bypasssystem
241 Bypassventil
242 Bypassleitung
251 Temperatursensor Vorlauf
252 Temperatursensor zweiter Heizkreis
270 Energiespeicher
Gi erster Grenzwert
G2 zweiter Grenzwert
Qtot Gesamtvolumenstrom

Claims

ANSPRÜCHE Verfahren zum Steuern eines Heizungssystems (1) , das zumindest umfasst: eine Wärmequellenvorrichtung (10) zum Temperieren eines Energietransportmediums; und ein mit der Wärmequellenvorrichtung (10) verbundenes Netzwerk (20) zum Durchleiten des Energietransportmediums, wiederum umfassend: einen Vorlauf (201) zum Einleiten des von der Wärmequellenvorrichtung (10) temperierten Energietransportmediums in das Netzwerk (20); einen Rücklauf (209) zum Rückführen des Energietransportmediums im Netzwerk (20) in die Wärmequellenvorrichtung (10); einen zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordneten ersten Heizkreis (203), der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende Wärmetauschvorrichtung (232) umfasst; und eine zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordnete Bypassvorrichtung (204) zum Überbrücken des ersten Heizkreises (203), die eine schaltbare Ventileinheit (241) zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung (204) durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst; wobei das Verfahren umfasst:
Festlegen eines ersten Grenzwerts (Gi) für einen Gesamtvolumenstrom (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20), der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk beschreibt;
Erfassen eines Gesamtvolumenstroms (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20);
Steuern des Heizungssystems (1) in Abhängigkeit des erfassten Gesamtvolumenstroms (Qtot), umfassend:
Erhöhen eines Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (241), falls der erfasste Gesamtvolumenstrom (Qtot) den festgelegten ersten Grenzwert (Gi) unterschreitet; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst:
Festlegen eines zweiten Grenzwerts (G2) für den Gesamtvolumenstrom (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20), der größer ausfällt als der erste Grenzwert (Gi); wobei das Steuern des Heizungssystems (1) weiterhin umfasst:
Reduzieren des Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204), falls der erfasste Gesamtvolumenstrom (Qtot) den festgelegten zweiten Grenzwert (G2) überschreitet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (20) weiterhin eine dem ersten Heizkreis (203) vorgeschaltete, schaltbare erste Ventileinheit (231) zum Regulieren des durch den ersten Heizkreis (203) durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst; wobei das Steuern des Heizungssystems (1) weiterhin umfasst:
Erhöhen eines Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit (231), falls der erfasste Gesamtvolumenstrom (Qtot) den festgelegten zweiten Grenzwert (G2) überschreitet
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) und die erste Ventileinheit (231) beide als Teil einer Verteilervorrichtung (221; 222) des Netzwerks (20) ausgeführt sind, insbesondere handelt es sich bei der Verteilervorrichtung um ein Dreiwegeventil (221), derart, dass ein Erhöhen des Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) ein Reduzieren des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit (231) und umgekehrt bedingt und ein Reduzieren des Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) ein Erhöhen des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit (231) und umgekehrt bedingt
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (20) einen zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordneten zweiten Heizkreis (206) umfasst, der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende weitere Wärmetauschvorrichtung (232) umfasst, wobei das Steuern des Heizungssystems (1) ferner umfasst: Regulieren eines Mengenverhältnisses zwischen einer durch den ersten Heizkreis (203) durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums und einer durch den zweiten Heizkreis (206) durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (20) weiterhin eine dem zweiten Heizkreis (206) vorgeschaltetem, schaltbare zweite Ventileinheit zum Regulieren des durch den zweiten Heizkreis (206) durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst, wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen eines Öffnungsgrads der zweiten Ventileinheit erfolgt
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Heizkreis (206) als Teil der Bypassvorrichtung (204) ausgeführt ist, wobei die Bypassvorrichtung (204) eine zwischen der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) und dem Rücklauf (206) des Netzwerks (20) angeordnete Bypassleitung (242) umfasst und der zweite Heizkreis (206) parallel zur Bypassleitung (242) angeordnet ist, wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen des Öffnungsgrads der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Heizkreis (206) eine Heizkreispumpe (233) zum Regulieren des durch den zweiten Heizkreis (206) durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst, wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen einer Pumpleistung der Heizkreispumpe (233) erfolgt
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulieren des Mengenverhältnisses durch ein Einstellen des Öffnungsgrads der ersten Ventileinheit (231) erfolgt
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst:
Ermitteln eines ersten Heizleistungsanforderungswertes für den ersten Heizkreis (203), der eine dem ersten Heizkreis (206) durch das Energietransportmedium bereitzustellende Energiemenge beschreibt; und Ermitteln eines zweiten Heizleistungsanforderungswertes für den zweiten Heizkreis (206), der eine dem zweiten Heizkreis (206) durch das Energietransportmedium bereitzustellende Energiemenge beschreibt; wobei das Regulieren des Mengenverhältnisses in Abhängigkeit der ermittelten ersten und zweiten Heizleistungsanforderungswerte erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulieren des Mengenverhältnisses umfasst:
Erhöhen der durch den ersten Heizkreis (203) durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums, falls der erste Heizleistungsanforderungswert den zweiten Heizleistungsanforderungswert übersteigt; und
Erhöhen der durch den zweiten Heizkreis (206) durchgeleiteten Menge des Energietransportmediums, falls der erste Heizleistungsanforderungswert den zweiten Heizleistungsanforderungswert unterschreitet
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes umfasst:
Festlegen einer Soll-Temperatur für eine durch die Wärmetauschvorrichtung (232) des ersten Heizkreises (203) zu temperierende erste Umgebung;
Erfassen einer Ist-Temperatur der ersten Umgebung; und
Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll-Temperatur und erfasster Ist-Temperatur der ersten Umgebung; und/oder das Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes umfasst:
Festlegen einer Soll-Temperatur für eine durch die weitere Wärmetauschvorrichtung (232) des zweiten Heizkreises (206) zu temperierende zweite Umgebung;
Erfassen einer Ist-Temperatur der zweiten Umgebung; und
Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll-Temperatur und erfasster Ist-Temperatur der zweiten Umgebung. ZI
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes umfasst:
Festlegen einer Soll-Temperatur des Energietransportmediums im ersten Heizkreis (203) für eine bezüglich einer Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums der Wärmetauschvorrichtung (232) vorgelagerten ersten Stelle;
Erfassen einer Ist-Temperatur des Energietransportmediums an der ersten Stelle;
Ermitteln des ersten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll-Temperatur und erfasster Ist-Temperatur an der ersten Stelle; und/oder das Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes umfasst:
Festlegen einer Soll-Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis (206) für eine bezüglich einer Durchleitungsrichtung des Energietransportmediums der weiteren Wärmetauschvorrichtung (232) vorgelagerten zweiten Stelle;
Erfassen einer Ist-Temperatur des Energietransportmediums an der zweiten Stelle;
Ermitteln des zweiten Heizleistungsanforderungswertes in Abhängigkeit einer Differenz zwischen festgelegter Soll-Temperatur und erfasster Ist-Temperatur an der zweiten Stelle.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst:
Steuern einer Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis (206).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern einer Temperatur des Energietransportmediums im zweiten Heizkreis (206) umfasst:
Rückführen eines Anteils des aus dem zweiten Heizkreis (206) ausgeleiteten Energietransportmediums zu einem Zulauf des zweiten Heizkreises (206); und
Beimischen des rückgeführten Anteils zu dem durch den Zulauf des zweiten Heizkreises (206) zugeführten Energietransportmedium.
15. Heizungssystem (1), umfassend: eine Wärmequellenvorrichtung (10) zum Temperieren eines Energietransportmediums; ein mit der Wärmequellenvorrichtung (10) verbundenes Netzwerk (20) zum Durchleiten des Energietransportmediums, wiederum umfassend: einen Vorlauf (201) zum Einleiten des von der Wärmequellenvorrichtung (10) temperierten Energietransportmediums in das Netzwerk (20); einen Rücklauf (209) zum Rückführen des Energietransportmediums im Netzwerk (20) in die Wärmequellenvorrichtung (10); einen zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordneten ersten Heizkreis (203), der eine mit dem Energietransportmedium zu versorgende Wärmetauschvorrichtung (232) umfasst; eine zwischen dem Vorlauf (201) und dem Rücklauf (209) angeordnete Bypassvorrichtung (204) zum Überbrücken des ersten Heizkreises (203), die eine schaltbare Ventileinheit (241) zum Regulieren des durch die Bypassvorrichtung (204) durchgeleiteten Energietransportmediums umfasst; und eine Volumenstrommessvorrichtung (205) zum Erfassen eines Gesamtvolumenstroms (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20), die insbesondere am Vorlauf (201) oder am Rücklauf (209) angeordnet ist; eine Steuervorrichtung (30) zum Steuern des Heizungssystems (1), die zumindest mit der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) gekoppelt und zum Einstellen eines Öffnungsgrades der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) eingerichtet ist; wobei die Steuervorrichtung (30) im Zuge des Steuerns des Heizungssystems (1) eingerichtet ist, den Öffnungsgrad der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) zu erhöhen, falls ein durch die Volumenstromessvorrichtung (205) erfasster Gesamtvolumenstrom (Qtot) einen festgelegten, der Steuervorrichtung (30) bereitgestellten ersten Grenzwert (Gi) für einen Gesamtvolumenstrom (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20), der einen einzuhaltenden Mindestwert des Gesamtvolumenstroms (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20) beschreibt, unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) ferner im Zuge des Steuerns des Heizungssystems (1) dazu eingerichtet ist, den Öffnungsgrad der Ventileinheit (241) der Bypassvorrichtung (204) zu reduzieren, falls der durch die Volumenstromessvorrichtung (205) erfasste Gesamtvolumenstrom (Qtot) einen festgelegten, der Steuervorrichtung (30) bereitgestellten zweiten Grenzwert (G2) für den Gesamtvolumenstrom (Qtot) des Energietransportmediums im Netzwerk (20), der größer ausfällt als der erste Grenzwert (Gi), überschreitet.
16. Steuervorrichtung (30) zum Einsatz in einem Heizungssystem (1) nach Anspruch 15.
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