DE102010047913A1

DE102010047913A1 - Intelligenter Heizkreisverteiler und Verfahren zum Betrieb desselben

Info

Publication number: DE102010047913A1
Application number: DE102010047913A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Kuebrich Ingenieurgesellschaft Mbh; KUEBRICH INGENIEURGMBH
Current assignee: Kuebrich Ingenieurgesellschaft Mbh; KUEBRICH INGENIEURGMBH
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-04-12

Abstract

System eines Heizkreisverteilers oder Steuerung zur Verteilung der Heizleistung eines Heizsystems insbesondere bei der Beheizung von Räumen oder Bereichen von Gebäuden oder Objekten, wobei das System über eine elektronische Prozessoreinheit, einen Datenspeicher, eine Bedien- oder Programmiereinrichtung, sowie über Anschlüsse für Raum- und/oder Heizleitungs-Temperaturmesseinrichtungen und Steueranschlüsse für Regeleinrichtungen und über ein elektrisches und/oder elektronisches Bussystem zur Kommunikation und/oder Datenverteilung verfügt.

Description

Heizkreisverteiler beinhalten in der Regel mechanische oder elektrische Ventile zur Regulierung der Durchflussmenge eines Heizmediums wie z. B. Heißwasser womit die Temperatur in einem oder mehreren definierten Heizkörpern und somit im Räumen geregelt wird.
Es ist bekannt, elektrische Ventile zu verwenden, welche in Abhängigkeit jeweils eines zugehörigen Raumthermostat von diesem gesteuert werden um die, an dem Raumthermostat eingestellte Temperatur, zu erreichen. Das Ventil wird dabei, vom Raumthermometer geöffnet bis die eingestellte Solltemperatur erreicht wird, danach wird das Ventil geschlossen.
In älteren Anlagen wird das Heißwasser, welches im System läuft mit einer ständig laufenden Zirkulationspumpe, welches das Medium vom Vorlauf durch das Rohrsystem über die angeschlossenen Heizkörper zurück zum Heizsystem befördert. Dieses sehr unwirtschaftliche Verfahren wird in vielen Fällen mit einer Zeit abhängigen Steuerung der Zirkulationspumpe verbessert. In z. B. der DE 200 21 278 wird eine Hilfsvorrichtung beschrieben, welche die Zirkulationspumpe bedarfsgerechter steuern soll um entsprechend Energie einzusparen. Durch die Ermittlung des sich einstellenden Temperaturunterschied zwischen Vor- und Rücklauf wird eine Bedingung für das Ein- oder Ausschalten der Zirkulationspumpe erzeugt.
Bei der Erfassung der Parameter, welche für die Steuerung der Zirkulationspumpe verwendet werden liegen aber in aller Regel nur ungenaue oder gemittelte Werte vor. Die bekannten Systeme sind mit dem Nachteil behaftet, dass die Regelung eines zu erwartenden Bedarfs an Heizleistung hinterherläuft und das System durch An- und Abschaltungen sich selbst zu korrigieren versucht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist, die Verteilung der Heizleistung des gesamten Heizsystems optimaler verwirklicht und die Energieeffizienz des Heizsystems verbessert.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Fortbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen umfasst.
Erfindungsgemäß ist ein System eines Heizkreisverteilers oder Steuerung zur Verteilung der Heizleistung eines Heizsystems insbesondere bei der Beheizung von Räumen oder Bereichen von Gebäuden oder Objekten, wobei das System über eine elektronische Prozessoreinheit, einen Datenspeicher, eine Bedien- oder Programmiereinrichtung, sowie über Anschlüsse für Raum- und/oder Heizleitungs-Temperaturmesseinrichtungen und Steueranschlüsse für Regeleinrichtungen und über ein elektrisches und/oder elektronisches Bussystem zur Kommunikation und/oder Datenverteilung verfügt.
Das System des intelligenten Heizkreisverteilers verfügt über eine elektronische Prozessoreinheit und Anschluss und/oder Verbindungselementen zum Heizsystem, zu Pumpen, wie z. B. der wenigstens einen Zirkulationspumpe, zu Regeleinrichtungen, wie Absperrventilen und zu Temperatur Messvorrichtungen, wie z. B. Raumtemperaturfühlern- und/oder Reglern. Sämtliche Informationen des Heizsystems können in dem intelligenten Heizkreisverteiler hinterlegt und zu steuernde Funktionen mittels einer Software eingestellt und/oder programmiert werden. Die Temperaturfühler und/oder Regler in jedem Raum melden die jeweilige, aktuelle Raumtemperatur, sowie die gewünschte, eingestellte Solltemperatur an den Heizkreisverteiler. Aufgrund der Zeit- und Temperaturverläufe in den Räumen wird vom Heizkreisverteiler, insbesondere dessen Software oder Algorithmus berechnet, welche Gesamtheizleistung nötig ist und welcher Raum aktuell mehr Heizleistung benötigt. Damit ist es möglich Heizleistung intelligent umzuverteilen und z. B. ein Regelventil für einen Raum etwas zu schließen, da in diesem die Solltemperatur demnächst erreicht wird und somit die Heizleistung an einen anderen Raum in höherer Menge abzugeben.
Der intelligente Heizkreisverteiler erkennt durch die kontinuierliche Erfassung der Raumtemperatur und der diesem Raum zugeführten Heizleistung in Abhängigkeit des Temperatur- und Zeitverlaufs in dem jeweiligen Raum auch ob dieser Raum ggf. schon durch Sonneneinstrahlung zusätzlich erwärmt wird und kann daraufhin die Heizleistung in diesem verringern, bzw. diese in einen anderen Raum umleiten. Ebenso ist die intelligente Heizleistungsverteilung für den Fall des Ausfalls des Heizsystems möglich und die verbleibende Heizleistung wird entsprechend in Räume verteilt.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführung steht der intelligente Heizkreisverteiler über eine Steuerverbindung, wie z. B. ein Bussystem mit dem Heizsystem in Verbindung, worüber die abgegebene Heizleistung regelbar ist. Auch die wenigstens eine Zirkulationspumpe im Heizkreis ist mit dem Heizkreisverteiler verbunden, womit die Förderleistung regulierbar ist. Die, aktuellen Vor- und Rücklauftemperaturen vom und zum Heizsystem werden bevorzugt auch kontinuierlich an den Heizkreisverteiler gemeldet und dort für die Berechnung der Steuerungen verarbeitet. Insbesondere bei größeren Anlagen, mit z. B. mehreren Heizsystem, wie etwa zwei oder mehreren Gasbrennern kann durch die intelligente Steuerung frühzeitig ein System komplett abgeschaltet werden, während die verbleibende Heizleistung durch den intelligenten Heizkreisverteiler bedarfsgerecht verteilt wird. Die Erfassung und insbesondere Berechnung der zu erwartenden Heizleistung in verschiedenen Zeitspannen ermöglicht auch die frühzeitige Zuschaltung oder Erhöhung der Heizleistung.
Die Verbindung der einzelnen Elemente der gesamten Heizungsanlage erfolgt bevorzugt in einem Bussystem womit alle Informationen über den jeweiligen Zustand stets vorliegen und Steuersignale übertragen werden. Alternativ können Elemente auch in herkömmlicher Verdrahtung verbunden und am Heizkreisverteiler angeschlossen sein. Durch die direkte Anbindung der Regelelemente, wie z. B. der Heizkörperventile an den Heizkreisverteiler mittels einfacher Verkabelung können in der Regel einfache, kostengünstige Ventile eingesetzt werden, die nicht mit einer zusätzlichen Steuerung oder Kommunikationseinheit mit dem Raumthermometer ausgestattet sein müssen. Die eigentliche Erfassung der Soll- und Ist-Temperatur und die Steuerung der Regelelemente erfolgt zentral vom Heizkreisverteiler für alle angeschlossenen Elemente. Nach einer weiteren Ausführung stehen die Komponenten mittels Funkdatenstrecken in Verbindung oder kommunizieren mittels auf den Heizmedien führenden Verbindungen z. B. mit darauf aufmodulierten Signalen untereinander und insbesondere mit dem zentralen Heizkreisverteiler.
Der intelligente Heizkreisverteiler ist bevorzugt mit einer Computerschnittstelle ausgerüstet, welche z. b. als Serielle, Bus- oder Netzwerkverbindung ausgeführt sein kann. Mittels einer Software oder eines Webbrowsers können Funktionen des Heizkreisverteilers direkt gesteuert oder auf diesem programmiert werden und z. B. die Solltemperaturen für die einzelnen Räume kontrolliert und/oder geändert werden. Über eine in der Prozessoreinheit integrierte Uhr können sämtliche Timerfunktionen und evtl. Ruhezeiten frei programmiert werden oder Umstellungen von Sommer- auf Winterzeit automatisch oder manuell eingestellt werden. Über diese am Heizkreisverteiler vorgesehene Schnittstelle lassen sich auch andere Zugänge realisieren um beispielsweise aus der Ferne z. B. über das Internet auf die Heizungssteuerung zuzugreifen um das Heizungssystem etwa kurz vor der Rückkehr aus dem Urlaub hochzufahren oder die Wunschtemperatur in bestimmten Räumen oder Wasserkreisläufen zu ändern. Auch Anbindungen an externe Dienste wie Wettervorhersagen können genutzt werden um z. B. bei vorhergesagten Temperaturstürzen die bereitstehende Heizleistung ggf. anzupassen. Der Heizkreisverteiler kann dabei neben der Computerschnittstelle entweder zusätzlich oder alternativ mit einer Bedieneinheit und einem Display ausgestattet sein über welche sich Funktionen steuern, kontrollieren und programmieren lassen.
Durch eine, bevorzugte Takt gesteuerte Ansteuerung der Regelelemente, ist eine definierte Stellung der Regelelemente durch den Heizkreisverteiler direkt möglich und ein Regelventil kann z. B. direkt halb geöffnet werden, womit eine noch bessere, bedarfsgerechtere Heizleistungsverteilung ermöglicht wird. Durch die bevorzugt verwendete Ansteuerung ist auch für Diagnosezwecke ein definiertes Anfahren aller Regelelemente in eine bestimmte Position möglich, welche sehr einfach kontrolliert werden kann und defekte Regelventile schnell erkannt werden.
Der Betrieb des erfindungsgemäßen, intelligenten Heizkreisverteilers ist bevorzugt wie folgt:

– Kontinuierliche Erfassung der Vor- und Rücklauftemperatur an den Medien führenden Leitungen eines Heizsystems sowie den Raumtemperaturen und der Solltemperaturen, welche an angeschlossenen Temperaturfühlern und/oder Reglern oder direkt am Heizkreisverteiler vorgegeben werden können.
– Kontinuierliche Erfassung der Stellung von Regelelementen
– Berechnung der Temperaturverläufe in den Räumen und Berechnung des Wärmeeinsatzes und Wärmebedarfs für Räume
– Steuerung der Regelelemente aufgrund der Berechnungsergebnisse und Abgleich und/oder Verteilung untereinander wobei Heizleistung intelligent umverteilt wird und somit z. B. Räume mit geringerer zeitlichen Erwärmung oder Räume mit hinterlegter höherer Priorität bevorzugt werden.
– Steuerung des Heizsystems, wie z. B. Verminderung der Zirkulationsleistung, abschalten oder regeln eines oder mehrerer Heizsysteme.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines kompletten Heizsystems, gesteuert von einem intelligenten Heizkreisverteiler.
Wie in der Abbildung zu sehen ist, verfügt des Heizsystem 1 über einen Vorlauf 3 sowie einen Rücklauf 2 in welchen das Heizmedium transportiert wird und an welchem entsprechend Abgänge für die einzelnen zu heizenden Räume angeordnet sind, welche über Regelelemente 4 angeschlossen sind. Die Regelelemente 4, bevorzugt elektrisch angetriebene Regelventile sind wenigstens mit einer Steuerleitung mit dem Heizkreisverteiler 10 an den Anschlüssen 8 verbunden. Die reine Anbindung über eine Steuerleitung erfordert die zusätzliche Verkabelung des Stellantriebes 4 mit einer Energieversorgung, erlaubt aber, dass die Verbindung zum Heizkreisverteiler 10 mittels Funkstrecke oder einem Signal auf der Heizleitung 2, 3 erfolgt. Der Heizkreisverteiler 10 steht weiter mittels einer Schnittstelle 7 mit dem Heizsystem 1, bevorzugt mit einer Busverbindung 6 in Verbindung über welche zum einen Zustände des Heizsystems 1 an den Heizkreisverteiler 10 übertragen und zum anderen Steuersignale an das Heizsystem übertragen werden.
Die Erfassung der jeweiligen Raumtemperatur erfolgt mittels Raumtemperaturfühler 5, welche mit den dafür vorgesehenen Anschlüssen 9 des Heizkreisverteilers 10 verbunden sind, was ebenfalls über Funk oder drahtgebunden erfolgen kann.
Nachdem bevorzugte Ausführungen der Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurden, ist festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungen und Anwendungsfälle beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran von einem Fachmann ausgeführt werden können, ohne dass vom Umfang der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist abgewichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20021278 [0003]

Claims

System eines Heizkreisverteilers oder Steuerung zur Verteilung der Heizleistung eines Heizsystems insbesondere bei der Beheizung von Räumen oder Bereichen von Gebäuden oder Objekten, dadurch gekennzeichnet, dass das System über eine elektronische Prozessoreinheit, einen Datenspeicher, eine Bedien- oder Programmiereinrichtung, sowie über Anschlüsse für Raum- und/oder Heizleitungs-Temperaturmesseinrichtungen und Steueranschlüsse für Regeleinrichtungen und über ein elektrisches und/oder elektronisches Bussystem zur Kommunikation und/oder Datenverteilung verfügt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System in einen Heizkreisverteiler integriert ist in welchem Regelventile mit dem System verbunden sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System über den Bus mit der Steuerungs- und/oder Prozessoreinheit wenigstens eines Heizsystems verbunden ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System über den Bus mit der Steuerungs- und/oder Prozessoreinheit von Regelelementen und/oder Temperaturmesseinrichtungen in Verbindung steht.
System nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Systems mit den Regelelementen und/oder Temperaturmesseinrichtungen über Funk erfolgt.
System nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Systems mit den Regelelementen über ein Signal in oder auf der Heizmedium führenden Leitung erfolgt.
System nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Systems mit den Regelelementen über ein, auf die Heizmedium führende Leitung, aufmoduliertes Signal erfolgt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System mit einer Software ausgestattet ist mittels welcher die gesammelten Daten in einem Datenspeicher hinterlegt werden und mittels Auswerteoperationen und/oder eines Algorithmusses Steuerfunktionen erzeugt werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System über Test- und/oder Diagnosefunktionen für die angebundenen Regelelemente verfügt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System über Mittel verfügt, den Betriebszustand und/oder Fehlfunktionen und/oder Diagnoseergebnisse anzuzeigen, einzustellen und/oder weiterzuleiten.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System über eine Schnittstelle zu einem Computer verfügt mittels welcher Funktionen einstellbar und/oder das System programmierbar ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System über einen Webbrowser bedienbar und/oder programmierbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines intelligenten Heizkreisverteilers zur Verteilung der Heizleistung eines Heizsystems insbesondere bei der Beheizung von Räumen oder Bereichen von Gebäuden oder Objekten, gekennzeichnet durch folgende Schritte, – Kontinuierliche Erfassung der Vor- und Rücklauftemperatur an den Medien führenden Leitungen eines Heizsystems sowie den Raumtemperaturen und der Solltemperaturen – Kontinuierliche Erfassung der Stellung von Regelelementen – Berechnung der Temperaturverläufe in den Räumen und Berechnung des Wärmeeinsatzes und Wärmebedarfs für Räume – Steuerung der Regelelemente aufgrund der Berechnungsergebnisse und Abgleich und/oder Verteilung untereinander – Steuerung des Heizsystems