DE102012208994A1 - Device for regulating inlet temperature of water in heating circuit of heating system in room of e.g. residential building, has flow measurement unit i.e. flow sensor, detecting flow rate of carrier fluid flowing through heating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Raumtemperatur eines oder mehrerer Räume eines Gebäudes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Regeln einer von einer Wärmequelle an ein Wärmeträger-Fluid abgegebenen Wärmemenge.The present invention relates to a device for controlling the room temperature of one or more rooms of a building with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method and a computer program for controlling a quantity of heat emitted from a heat source to a heat transfer fluid.
Derartige Vorrichtungen finden weite Verbreitung bei der Wärmeversorgung eines Gebäudes, insbesondere eines Wohn- oder Geschäftshauses, wo sie zum Erwärmen des Brauch- und Trinkwassers und des Wärmeträger-Fluids eingesetzt werden, wobei als Wärmeträger-Fluid üblicherweise Wasser verwendet wird. Das Wärmeträger-Fluid wird mittels einer Wärmequelle, beispielsweise mittels eines Heizkessels, auf die Vorlauftemperatur erwärmt und zur Wärmesenke, typischerweise als ein Heizkörper ausgeführt, gefördert. Beim Durchströmen der Wärmesenke gibt das Wärmeträger-Fluid Wärme an die Umgebung ab, wodurch der betreffende Raum auf die gewünschte Raumtemperatur erwärmt wird.Such devices are widely used in the heat supply of a building, in particular a residential or commercial building, where they are used for heating the domestic water and drinking water and the heat transfer fluid, wherein as the heat transfer fluid usually water is used. The heat transfer fluid is heated by means of a heat source, for example by means of a boiler, to the flow temperature and to the heat sink, typically designed as a radiator conveyed. As the heat sink flows through, the heat transfer fluid releases heat to the environment, thereby heating the room in question to the desired room temperature.
Dabei kann man im Wesentlichen zwei verschiedene Arten unterscheiden, nach welchen die Vorrichtung geregelt wird. Dies ist zum einen die Raumtemperatur-geführte Regelung, bei welcher die aktuelle Raumtemperatur die Regelgröße darstellt. Die Differenz zwischen dem Wert der Regelgröße und dem Sollwert, also der gewünschten Raumtemperatur, ergibt die Regeldifferenz. Aus der Regeldifferenz ermittelt der Steuerungs- und Regelungseinheit die Stellgröße, mit welcher die Raumtemperatur beeinflusst wird, was über die Vorlauftemperatur geschieht. Der Vorlauf beschreibt dabei den Teil des Heizkreises, der sich stromaufwärts der Wärmesenke, beispielsweise ein Heizkörper, zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke befindet.Essentially, two different types can be distinguished according to which the device is regulated. On the one hand, this is the room temperature-controlled control, in which the current room temperature represents the controlled variable. The difference between the value of the controlled variable and the setpoint, ie the desired room temperature, gives the control difference. From the control difference, the control and regulation unit determines the manipulated variable with which the room temperature is influenced, which is done via the flow temperature. The flow describes the part of the heating circuit, which is located upstream of the heat sink, such as a radiator, between the heat source and the heat sink.
Die mittels eines Außentemperatursensors aktuell erfasste Außentemperatur eignet sich ebenfalls als Führungsgröße. Aus einem Messwert für die Außentemperatur wird mithilfe einer Heizkurve die passende Vorlauftemperatur ermittelt. Diese wiederum dient als Sollwert für die Regelung des Heizkessels, so dass das Wärmeträger-Fluid auf die gewünschte Vorlauftemperatur gebracht wird.The outside temperature currently detected by means of an outside temperature sensor is also suitable as a reference variable. From a measured value for the outside temperature, the appropriate flow temperature is determined by means of a heating curve. This in turn serves as a setpoint for the control of the boiler, so that the heat transfer fluid is brought to the desired flow temperature.
Beide Arten der Regelung berücksichtigen jedoch nicht, dass es in einem Gebäude noch weitere Wärmequellen außer dem Heizkessel gibt. So stellen beispielsweise die Personen, die sich gerade im Gebäude aufhalten, die Speicherfähigkeit des Mauerwerks und die Sonneneinstrahlung, die durch die Fenster in das Gebäude eintritt, weitere Wärmequellen dar, die starken Schwankungen ausgesetzt sind. Je besser das Gebäude isoliert ist, wie dies beispielsweise bei Niedrigenergiehäusern oder Passivhäusern der Fall ist, desto größer ist der Anteil dieser weiteren Wärmequellen an der Wärmeversorgung und desto größer sind die Auswirkungen auf die aktuelle Raumtemperatur, wenn diese weiteren Wärmequellen nicht berücksichtigt werden. Es kommt daher zu der Situation, dass das Wärmeträger-Fluid auf eine deutlich höhere Temperatur erwärmt wird, als es für die Bereitstellung der gewünschten Raumtemperatur eigentlich notwendig wäre. Die bereitgestellte Wärmemenge wird entweder nicht abgefragt oder die Wärme durch Lüften aus dem Raum entfernt, was in beiden Fällen eine Energieverschwendung darstellt und zu einem ineffizienten Umgang mit dem Brennstoff führt. Dies zieht zum einen Mehrkosten nach sich, zum anderen erhöht sich auch der CO2-Ausstoß, was gerade Zeiten des Klimawandels zu vermeiden ist. Des Weiteren ist die Raumtemperatur starken Schwankungen ausgesetzt.However, both types of control do not take into account that there are other heat sources in a building than the boiler. For example, the people who are currently in the building, the storage capacity of the masonry and the sunlight that enters through the windows in the building, other sources of heat, which are exposed to strong fluctuations. The better the building is insulated, as is the case, for example, with low energy houses or passive houses, the greater the proportion of these additional heat sources to the heat supply and the greater the impact on the current room temperature, if these other heat sources are not taken into account. Therefore, it comes to the situation that the heat transfer fluid is heated to a much higher temperature than would actually be necessary for the provision of the desired room temperature. The amount of heat provided is either not interrogated or the heat removed by venting out of the room, which in both cases represents a waste of energy and leads to an inefficient handling of the fuel. On the one hand, this entails additional costs, and on the other hand, CO 2 emissions increase, which is precisely what climate change should avoid. Furthermore, the room temperature is subject to strong fluctuations.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass den oben genannten Nachteilen begegnet und eine Vorrichtung geschaffen wird, die einerseits effizient mit dem Brennstoff umgeht und andererseits flexibel auf die sich ändernden Einflüsse von weiteren Wärmequellen reagiert. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regelung einer derartigen Vorrichtung anzugeben.Object of the present invention is therefore to further develop the device of the type mentioned above, that counteracts the disadvantages mentioned above and a device is provided which on the one hand bypasses the fuel efficiently and on the other hand reacts flexibly to the changing influences of other heat sources. It is another object of the present invention to provide a method for controlling such a device.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.The object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the respective subclaims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Regeln der Raumtemperatur eines oder mehrerer Räume eines Gebäudes, umfasst einen Heizkreislauf, in welchem ein Wärmeträger-Fluid gefördert werden kann, eine Fördereinrichtung zum Fördern des Wärmeträger-Fluids im Heizkreislauf, eine Wärmequelle zum Erwärmen des Wärmeträger-Fluids, eine im Heizkreislauf angeordnete und vom Wärmeträger-Fluid durchströmbare erste Wärmesenke zum Abgeben von Wärme in den oder die Räume, eine Steuerungs- und Regelungseinheit zum Regeln der von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebenen Wärmemenge, wobei die Steuerungs- und Regelungseinheit eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben von auf die Regelung der Raumtemperatur bezogenen Daten umfasst, ein stromaufwärts der Wärmesenke angeordnetes Durchflussregelventil zum Regeln der Durchflussmenge des durch die Wärmesenke strömenden Wärmeträger-Fluids und zum Regeln der Raumtemperatur, einen ersten Temperatursensor zum Erfassen einer Vorlauftemperatur des Wärmeträger-Fluids in einem Vorlauf des Heizkreislaufs, wobei der erste Temperatursensor der erfassten Vorlauftemperatur entsprechende Vorlauftemperatursignale erzeugt, die von der Steuerungs- und Regelungseinheit verarbeitet werden können, und einen Außentemperatursensor zum Erfassen einer aktuellen Außentemperatur, wobei der Außentemperatursensor der erfassten Außentemperatur entsprechende Außentemperatursignale erzeugt, die von der Steuerungs- und Regelungseinheit verarbeitet werden können.The inventive device for controlling the room temperature of one or more rooms of a building, comprising a heating circuit, in which a heat transfer fluid can be promoted, a conveyor for conveying the heat transfer fluid in the heating circuit, a heat source for heating the heat transfer fluid, a in Heating circuit arranged and the heat transfer fluid can flow through the first heat sink for discharging heat into the space or rooms, a control and regulating unit for controlling the output of the heat source to the heat transfer fluid amount of heat, wherein the control unit comprises an input device for entering data related to the regulation of the room temperature, a flow control valve arranged upstream of the heat sink for controlling the flow rate of the heat transfer fluid flowing through the heat sink and controlling the room temperature, a first temperature sensor for detecting a flow temperature of the heat transfer fluid in a flow of the Heated circuit, wherein the first temperature sensor of the detected flow temperature generates corresponding flow temperature signals that can be processed by the control and regulation unit, and an outside temperature sensor for detecting a current outside temperature, the outside temperature sensor of the detected outside temperature generates corresponding outside temperature signals received from the control and regulation unit can be processed.
Erfindungswesentlich ist, dass ferner eine Durchfluss-Messeinheit zum Erfassen der durch den Heizkreislauf fließenden Durchflussmenge des Wärmeträger-Fluids vorhanden ist. Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass die Durchflussmenge des durch den Heizkreislauf fließenden Wärmeträger-Fluids ein Indiz für den aktuell bestehenden Wärmebedarf darstellt. Sind sämtliche Durchflussregelventile bzw. Thermostate nur geringfügig geöffnet, so wird davon ausgegangen, dass keine oder nur eine geringe Wärmemenge benötigt wird und sich die Raumtemperatur auf dem gewünschten Niveau befindet. Folglich ist auch die Durchflussmenge des durch den Heizkreislauf fließenden Wärmeträger-Fluids auf ein Minimum reduziert. Um ein einwandfreies Zusammenwirken der Wärmequelle mit dem Heizkreislauf zu ermöglichen, weist die Vorrichtung einen nicht näher dargestellten und nicht erfindungserheblichen hydraulischen Entkoppler auf. Werden alle Durchflussregelventile geöffnet, erhöht sich die Durchflussmenge des durch den Heizkreislauf fließenden Wärmeträger-Fluids, was ein Indiz dafür ist, dass ein erhöhter Wärmebedarf besteht. Je nach gemessener Durchflussmenge kann die Vorrichtung die Vorlauftemperatur an den Wärmebedarf anpassen. Somit ist gewährleistet, dass kein unnötiger Brennstoff verbraucht wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die Fördereinrichtung und die Wärmequelle nur dann zu aktivieren, wenn es tatsächlich notwendig ist. Ein häufiges Takten vermieden wird. Dies erhöht die Lebensdauer der Wärmequelle.It is essential to the invention that there is also a flow measuring unit for detecting the flow rate of the heat transfer fluid flowing through the heating circuit. The core idea of the present invention is that the flow rate of the heat transfer fluid flowing through the heating circuit is an indication of the currently existing heat demand. If all flow control valves or thermostats are only slightly open, it is assumed that no or only a small amount of heat is needed and the room temperature is at the desired level. Consequently, the flow rate of the heat transfer fluid flowing through the heating circuit is also reduced to a minimum. In order to enable a perfect interaction of the heat source with the heating circuit, the device has a non-illustrated and not relevant to the invention hydraulic decoupler. When all the flow control valves are opened, the flow rate of the heat transfer fluid flowing through the heating circuit increases, which indicates that there is an increased heat requirement. Depending on the measured flow rate, the device can adjust the flow temperature to the heat demand. This ensures that no unnecessary fuel is consumed. The device according to the invention makes it possible to activate the conveyor and the heat source only when it is actually necessary. A frequent strokes is avoided. This increases the life of the heat source.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen einer Rücklauftemperatur des Wärmeträger-Fluids in einem Rücklauf des Heizkreislaufs auf, wobei der zweite Temperatursensor der erfassten Rücklauftemperatur entsprechende Rücklauftemperatursignale erzeugt, die von der Steuerungs- und Regelungseinheit verarbeitet werden können. In dieser Weiterbildung kann die Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur ermittelt werden. Ist die Differenz gering, so ist dies ein Indiz dafür, dass die Wärmesenken eine nur geringe Wärmemenge an die Umgebung abgeben. Dies ist dann der Fall, wenn der Raum auf die gewünschte Raumtemperatur erwärmt worden ist, unabhängig davon, ob dies durch den Heizkessel oder durch die weiteren Wärmequellen wie die Sonneneinstrahlung geschehen ist. Sollte der Nutzer die Durchflussregelungsventile nicht geschlossen haben, so würde weiterhin eine hohe Durchflussmenge durch den Heizkreislauf fließen und der Steuerungs- und Regelungseinheit ein hoher Wärmebedarf suggeriert werden, obwohl dies nicht mehr der Fall ist. Sinkt die Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur unter einen bestimmten Schwellenwert, so verringert die Steuerungs- und Regelungseinheit die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge oder schaltet die Wärmequelle und die Fördereinrichtung zeitweise aus, wodurch ein weiterer Beitrag zum effizienten Umgang mit dem Brennstoff geleistet wird. Insbesondere die Fördereinrichtung verbraucht ein hohes Maß an Energie, so dass erfindungsgemäß energieeffizient geheizt werden kann. In den Perioden, in welchen die Fördereinrichtung abgeschaltet ist, wirken die Wärmesenken als Puffer, das die die im Wärmeträger-Fluid vorhandene Wärmemenge an die Umgebung abgeben. Ferner wird der Einfluss von externen Wärmequellen berücksichtigt, was bei bekannten Regelungen nur schwer möglich ist. Tage, an denen aufgrund der relativ hohen Außentemperatur kein Wärmebedarf besteht, werden automatisch erkannt. Ein manuelles Eingreifen des Nutzers, etwa durch Öffnen oder Schließen der Durchflussregelventile, ist nicht notwendig.A preferred development of the device according to the invention has a second temperature sensor for detecting a return temperature of the heat transfer fluid in a return of the heating circuit, wherein the second temperature sensor of the detected return temperature generates corresponding return temperature signals that can be processed by the control unit. In this development, the difference between flow temperature and return temperature can be determined. If the difference is small, this is an indication that the heat sinks emit only a small amount of heat to the environment. This is the case when the room has been heated to the desired room temperature, regardless of whether this has been done by the boiler or by other heat sources such as solar radiation. If the user has not closed the flow control valves, so would continue to flow a high flow rate through the heating circuit and the control and regulation unit a high heat demand are suggested, although this is no longer the case. If the difference between flow and return temperature falls below a certain threshold, the control unit reduces the heat released from the heat source to the heat transfer fluid amount of heat or switches off the heat source and the conveyor temporarily, thereby further contributing to the efficient management of the Fuel is provided. In particular, the conveyor consumes a high level of energy, so that according to the invention can be heated energy efficient. In the periods in which the conveyor is switched off, the heat sinks act as a buffer, which deliver the amount of heat present in the heat transfer fluid to the environment. Furthermore, the influence of external heat sources is considered, which is difficult to achieve with known controls. Days when there is no heat demand due to the relatively high outdoor temperature are automatically detected. A manual intervention of the user, such as by opening or closing the flow control valves, is not necessary.
Die Vorrichtung wird dadurch weitergebildet, dass die Durchfluss-Messeeinheit als Durchflusssensor ausgebildet ist. Durchflusssensoren jeglicher Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und daher werden vielseitig eingesetzt. Sie zeichnen sich daher durch eine große Verlässlichkeit und eine kostengünstige Verfügbarkeit aus.The device is further developed in that the flow measuring unit is designed as a flow sensor. Flow sensors of any kind are known from the prior art and therefore are used in many ways. They are therefore characterized by a high degree of reliability and cost-effective availability.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Durchfluss-Messeinheit eine stromaufwärts der Fördereinrichtung angeordnete erste Druckmesseinrichtung und eine stromabwärts der Fördereinrichtung angeordnete zweite Druckmesseinrichtung umfasst. Mittels der beiden Druckmesseinrichtungen lässt sich eine Druckdifferenz im Wärmeträger-Fluid stromaufwärts und stromabwärts der Fördereinrichtung bestimmen, wodurch sich ebenfalls ein Rückschluss auf die vorliegende Durchflussmenge im Heizkreislauf ziehen lässt. Eine derart ausgestaltete Durchfluss-Messeinheit zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und einen einfachen Aufbau aus, so dass eine kostengünstige und zuverlässige Bestimmung der Durchflussmenge durchgeführt werden kann.A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the flow measuring unit comprises a first pressure measuring device arranged upstream of the conveying device and a second pressure measuring device arranged downstream of the conveying device. By means of the two pressure measuring devices can be a pressure difference in the heat transfer fluid upstream and downstream of the conveyor determine, which also draw a conclusion on the current flow in the heating circuit can be drawn. Such a designed flow measuring unit is characterized by a high reliability and a simple structure, so that a cost-effective and reliable determination of the flow rate can be performed.
Bevorzugt umfasst der Heizkreislauf eine oder mehrere weitere Wärmesenken mit jeweils einem weiteren Durchflussregelventil, wobei die weiteren Wärmesenken parallel zur ersten Wärmesenke geschaltet sind. Mit dieser Ausgestaltung lassen sich mehrere Räume auf die für den jeweiligen Raum gewünschte Raumtemperatur erwärmen. Die parallele Schaltung der Wärmesenken sorgt dafür, dass diese vom Wärmeträger-Fluid mit jeweils derselben Vorlauftemperatur durchströmt werden.Preferably, the heating circuit comprises one or more further heat sinks, each with a further flow control valve, wherein the other heat sinks parallel to the first heat sink are switched. With this embodiment, several rooms can be heated to the desired room temperature for the room. The parallel circuit of the heat sinks ensures that they are flowed through by the heat transfer fluid, each with the same flow temperature.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Regeln einer von einer Wärmequelle an ein Wärmeträger-Fluid abgegebenen Wärmemenge mit einer Vorrichtung nach einem der vorher genannten Ausführungsbeispiele gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
- – Eingeben einer Zieltemperatur mittels einer Eingabeeinrichtung,
- – Erfassen der aktuellen Außentemperatur mittels eines Außentemperatursensors,
- – Berechnen einer Zieldurchflussmenge in Abhängigkeit von der erfassten aktuellen Außentemperatur und der eingegebenen Zieltemperatur mittels einer Steuerungs- und Regelungseinheit,
- – Messen der aktuellen Durchflussmenge im Heizkreislauf mittels einer Durchfluss-Messeinheit,
- – Vergleichen der berechneten Zieldurchflussmenge mit dem gemessenen Durchflussmenge mittels der Steuerungs- und Regelungseinheit,
- – ist die aktuelle Durchflussmenge kleiner als die Zieldurchflussmenge, dann wird die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge erniedrigt oder die Fördereinrichtung und die Wärmequelle für eine vorgebbare Zeitdauer abgeschaltet, oder
- – ist die aktuelle Durchflussmenge größer als die Zieldurchflussmenge, die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge QH erhöht.
- Inputting a target temperature by means of an input device,
- Detecting the current outside temperature by means of an outside temperature sensor,
- Calculating a target flow rate as a function of the detected current outside temperature and the input target temperature by means of a control and regulation unit,
- Measuring the current flow rate in the heating circuit by means of a flow measuring unit,
- Comparing the calculated target flow rate with the measured flow rate by means of the control and regulation unit,
- If the actual flow rate is less than the target flow rate, then the amount of heat delivered by the heat source to the heat transfer fluid is decreased or the delivery and the heat source are shut off for a presettable period of time, or
- The actual flow rate is greater than the target flow rate, which increases the amount of heat Q H delivered by the heat source to the heat transfer fluid.
Die Zieltemperatur beschreibt dabei die gewünschte Raumtemperatur. Diese beträgt üblicherweise zwischen 18 und 25°C und wird mittels der Eingabeeinheit von einem Nutzer eingegeben und der Steuerungs- und Regelungseinheit zugeführt. Weiterhin wird die aktuelle Außentemperatur erfasst und ebenfalls der Steuerungs- und Regelungseinheit zugeführt. Diese berechnet hieraus unter Berücksichtigung weiterer Konstanten, die sich aus der Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben, die Zieldurchflussmenge, die mit der gemessenen aktuellen Durchflussmenge verglichen wird. Je nach Ergebnis des Vergleichs wird die an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge abgesenkt, die Fördereinrichtung und die Wärmequelle für eine bestimmte vorgebbare Zeitdauer ausgeschaltet oder die abgegebene Wärmemenge erhöht. Die Zeitdauer kann sich an Erfahrungswerten orientieren und die Wärmespeicherfähigkeit des Gebäudes berücksichtigen.The target temperature describes the desired room temperature. This is usually between 18 and 25 ° C and is entered by means of the input unit by a user and fed to the control and regulation unit. Furthermore, the current outside temperature is detected and also fed to the control and regulation unit. This calculates, taking into account further constants resulting from the design of the device according to the invention, the target flow rate, which is compared with the measured current flow rate. Depending on the result of the comparison, the amount of heat delivered to the heat transfer fluid is lowered, the delivery device and the heat source are switched off for a certain predefinable period of time or the amount of heat released is increased. The duration can be based on empirical values and take into account the heat storage capacity of the building.
Der Vergleich der berechneten Zieldurchflussmenge mit der gemessenen Durchflussmenge ist dabei nicht nur rein qualitativer Art, sondern kann auch quantifiziert werden. Welcher Differenzbetrag welche Erhöhung oder Erniedrigung der Wärmemenge zur Folge hat, ergibt sich aus Kennlinien, die durch Versuche gewonnen werden. Diese hängen unter anderem vom Gebäude ab, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beheizt werden soll. Die Kennlinien werden in der Steuerungs- und Regelungseinheit hinterlegt.The comparison of the calculated target flow rate with the measured flow rate is not only purely qualitative, but can also be quantified. Which difference which results in an increase or decrease in the amount of heat results from characteristic curves which are obtained by experiments. These depend inter alia on the building, which is to be heated with the device according to the invention. The characteristic curves are stored in the control and regulation unit.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren setzt die Erkenntnis um, dass die aktuelle Durchflussmenge ein Maß der gerade benötigten Wärmemenge darstellt. Liegt die aktuelle Durchflussmenge über der berechneten Zieldurchflussmenge, ist dies ein Indiz dafür, dass ein erhöhter Wärmebedarf besteht. Als Folge davon wird die Wärmemenge, die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegeben wird, erhöht, wodurch sich die Vorlauftemperatur erhöht. Folglich kann eine höhere Wärmemenge von den Wärmesenken an die Räume abgegeben und diese schneller erwärmt werden. Sollte der umgekehrte Fall vorliegen, dass die berechnete Zieldurchflussmenge über der aktuellen Durchflussmenge liegt, so wird die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge verringert, da der Wärmebedarf geringer ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, die Wärmequelle, beispielsweise den Heizkessel so zu regeln, dass sie eine Wärmemenge bereitstellt, die auch tatsächlich benötigt wird. Es wird somit sehr effizient mit dem Brennstoff umgegangen, so dass der Verbrauch gesenkt, Kosten gespart und der Ausstoß von Abgasen reduziert wird.The method according to the invention also implements the knowledge that the current flow rate represents a measure of the amount of heat just required. If the current flow rate is above the calculated target flow rate, this is an indication that there is an increased demand for heat. As a result, the amount of heat released from the heat source to the heat transfer fluid is increased, thereby increasing the flow temperature. As a result, a larger amount of heat can be released from the heat sinks to the rooms and heated more quickly. If, conversely, the calculated target flow rate is greater than the current flow rate, the amount of heat released from the heat source to the heat transfer fluid is reduced because the heat requirement is lower. The method according to the invention thus makes it possible to regulate the heat source, for example the boiler, in such a way that it provides an amount of heat which is actually required. It is thus handled very efficiently with the fuel, so that the consumption is reduced, costs are saved and the emission of exhaust gases is reduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgende Schritte weitergebildet:
- – Bilden der Differenz aus Zieldurchflussmenge und aktueller Durchflussmenge,
- – entspricht der Betrag der Differenz in etwa der Zieldurchflussmenge, dann wird die Fördereinrichtung abgeschaltet.
- Forming the difference between the target flow rate and the current flow rate,
- - If the amount of the difference corresponds approximately to the target flow rate, then the conveyor is turned off.
In diesem Fall liegt die aktuelle Durchflussmenge deutlich unter der Zieldurchflussmenge, was ein Zeichen dafür ist, dass kein oder nur ein sehr geringer Wärmebedarf vorliegt. Insofern wird nicht nur die von der Wärmequelle bereitgestellte Wärmemenge reduziert, sondern die Fördereinrichtung kann darüber hinaus abgeschaltet und die Vorrichtung in den Schwerkraftbetrieb versetzt werden. Hierdurch wird die zum Betreiben der Fördereinrichtung erforderliche Energie eingespart.In this case, the current flow rate is well below the target flow rate, which indicates that there is no or very little heat demand. In this respect, not only the amount of heat provided by the heat source is reduced, but the conveyor can also be turned off and put the device in the gravity mode. As a result, the energy required to operate the conveyor is saved.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgende Schritte weitergebildet:
- – Erfassen einer Vorlauftemperatur des Wärmeträger-Fluids in einem Vorlauf des Heizkreislaufs mittels eines ersten Temperatursensors,
- – Erfassen einer Rücklauftemperatur des Wärmeträger-Fluids in einem Rücklauf des Heizkreislaufs mittels eines zweiten Temperatursensors,
- – Ermitteln der Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur mittels der Steuerungs- und Regelungseinheit,
- – Vergleichen der Differenz mit einem Schwellenwert mittels der Steuerungs- und Regelungseinheit, und
- – Erniedrigen der von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebenen Wärmemenge oder Ausschalten der Wärmequelle und der Fördereinrichtung für eine vorgebbare Zeitdauer mittels der Steuerungs- und Regelungseinheit, wenn die Differenz unterhalb des Schwellenwertes liegt.
- Detecting a flow temperature of the heat transfer fluid in a flow of the heating circuit by means of a first temperature sensor,
- Detecting a return temperature of the heat transfer fluid in a return of the heating circuit by means of a second temperature sensor,
- Determining the difference between the flow temperature and return temperature by means of the control and regulation unit,
- Comparing the difference with a threshold value by means of the control and regulation unit, and
- - Lowering the amount of heat emitted by the heat source to the heat transfer fluid or switching off the heat source and the conveyor for a predetermined period of time by means of the control unit when the difference is below the threshold.
In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur ermittelt. Liegt die Differenz unter einem vorgebbaren Schwellenwert, so ist dies ein Indiz dafür, dass die Wärmesenken eine nur geringe Wärmemenge an die Umgebung abgeben. Dies ist dann der Fall, wenn der Raum bereits auf die gewünschte Raumtemperatur erwärmt worden ist. Sollte der Nutzer die Durchflussregelungsventile nicht geschlossen haben, so würde weiterhin eine hohe Durchflussmenge durch den Heizkreislauf fließen und folglich der Steuerungs- und Regelungseinheit ein hoher Wärmebedarf suggeriert werden, obwohl dies nicht mehr der Fall ist. Liegt die Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur unter dem Schwellenwert, so verringert die Steuerungs- und Regelungseinheit die an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge, wodurch ein weiterer Beitrag zum effizienten Umgang mit dem Brennstoff geleistet wird.In this embodiment of the method according to the invention, the difference between flow temperature and return temperature is determined. If the difference lies below a predefinable threshold, then this is an indication that the heat sinks emit only a small amount of heat to the environment. This is the case when the room has already been heated to the desired room temperature. Should the user not have closed the flow control valves, so would continue to flow a high flow rate through the heating circuit and consequently the control and regulation unit a high heat demand are suggested, although this is no longer the case. If the difference between flow and return temperature is below the threshold value, the control unit reduces the amount of heat released to the heat transfer fluid, thereby further contributing to the efficient handling of the fuel.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst folgende Schritte:
- – Ist die aktuelle Durchflussmenge kleiner als die Zieldurchflussmenge, dann wird eine virtuelle Außentemperatur erhöht und die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge erniedrigt, oder
- – Ist die aktuelle Durchflussmenge größer als die Zieldurchflussmenge, dann wird eine virtuelle Außentemperatur erniedrigt und die von der Wärmequelle an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge erhöht.
- - If the current flow rate is smaller than the target flow rate, then an external virtual temperature is increased and lowered by the heat source to the heat transfer fluid amount of heat, or
- - If the current flow rate is greater than the target flow rate, then an external virtual temperature is lowered and increased by the heat source to the heat transfer fluid amount of heat.
Die virtuelle Außentemperatur ist dabei eine Hilfsgröße, welche die Quantifizierung der Wärmemenge, die als Reaktion des ermittelten Differenzbetrags zwischen der aktuellen Durchflussmenge und der Zieldurchflussmenge erhöht oder erniedrigt wird, erleichtert. Die Kennlinien, welche die Abhängigkeit zwischen der virtuellen Außentemperatur und des Differenzbetrags zwischen der aktuellen Durchflussmenge und der Zieldurchflussmenge mathematisch beschreiben, können dabei deutlich von denen abweichen, welche den direkten Zusammenhang zwischen dem Differenzbetrag und der Wärmemenge beschreiben.The virtual outside temperature is an auxiliary quantity which facilitates the quantification of the amount of heat, which is increased or decreased in response to the determined difference between the current flow rate and the target flow rate. The characteristic curves which mathematically describe the dependency between the virtual outside temperature and the difference between the current flow rate and the target flow rate may differ significantly from those which describe the direct relationship between the difference and the heat quantity.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit folgenden Schritten weitergebildet:
- – Eingeben einer Heizgrenztemperatur mittels der Eingabeeinrichtung,
- – Vergleichen der Heizgrenztemperatur mit der virtuellen Außentemperatur mittels der Steuerungs- und Regelungseinheit,
- – Wenn die virtuelle Außentemperatur größer ist als die Heizgrenztemperatur, dann wird die Wärmemenge auf null gesetzt.
- Inputting a heating limit temperature by means of the input device,
- Comparing the heating limit temperature with the virtual outside temperature by means of the control and regulation unit,
- - If the virtual outdoor temperature is greater than the heating limit temperature, then the amount of heat is set to zero.
Die Heizgrenztemperatur ist die Temperatur, ab welcher angenommen werden kann, dass ein Wärmebedarf nicht mehr besteht, auch wenn der aktuelle Durchfluss größer als der Zieldurchfluss ist und die Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur über dem Schwellenwert liegt. Die Heizgrenztemperatur ist ein statistischer Wert, der beispielsweise vom Deutschen Wetterdienst ermittelt wird und in der
Eine Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- – Ermitteln einer Anzahl von aktuellen ersten Außentemperaturen über einen ersten vorgebbaren Zeitraum,
- – Ermitteln einer minimalen ersten Außentemperatur, welche die minimale der ermittelten ersten Außentemperaturen im vorgebbaren ersten Zeitraum ist,
- – Einführen einer künstlichen Außentemperatur, die zunächst entspricht,
- – erneutes Ermitteln einer Anzahl von aktuellen zweiten Außentemperaturen über einen zweiten vorgebbaren Zeitraum,
- – Ermitteln einer minimalen zweiten Außentemperatur, welche die minimale der ermittelten zweiten Außentemperaturen im vorgebbaren zweiten Zeitraum ist,
- – wenn die minimale zweiten Außentemperatur kleiner als die minimale erste Außentemperatur ist, wird die künstliche Außentemperatur um eine vorgebbare erste Temperaturdifferenz gesenkt, oder
- – wenn die minimale zweiten Außentemperatur größer als die minimale erste Außentemperatur ist, wird die künstliche Außentemperatur um eine vorgebbare zweite Temperaturdifferenz erhöht, wobei
- – die virtuelle Außentemperatur größer als die künstliche Außentemperatur oder die virtuelle Außentemperatur gleich der künstlichen Außentemperatur ist
- Determining a number of current first outside temperatures over a first predeterminable period,
- Determining a minimum first outside temperature, which is the minimum of the determined first outside temperatures in the predefinable first period,
- Introducing an artificial outside temperature that initially corresponds to
- - again determining a number of current second outside temperatures over a second predefinable period of time,
- Determining a minimum second outside temperature, which is the minimum of the determined second outside temperatures in the predeterminable second period,
- If the minimum second outside temperature is less than the minimum first outside temperature is, the artificial outside temperature is lowered by a predetermined first temperature difference, or
- - If the minimum second outside temperature is greater than the minimum first outside temperature, the artificial outside temperature is increased by a predetermined second temperature difference, wherein
- - the virtual outdoor temperature is greater than the artificial outdoor temperature or the virtual outdoor temperature is equal to the artificial outdoor temperature
Diese Fortbildung berücksichtigt sehr rasch auftretende Änderungen der Außentemperatur. Sinkt beispielsweise die Außentemperatur infolge eines Kälteeinbruchs, so werden zu hohe Vorlauftemperaturen erzeugt, da die Speicherfähigkeit des Gebäudes nicht ausreichend berücksichtigt wird. Die künstliche Außentemperatur schafft eine gewisse Dämpfung, so dass trotz Kälteeinbruchs nicht sofort sehr hohe Vorlauftemperaturen erzeugt werden, die zumindest noch nicht benötigt werden. Dabei können der erste und der zweite Zeitraum beispielsweise jeweils 24 Stunden betragen, aber auch unterschiedlich sein, jedoch sind die beiden Zeiträume zeitlich getrennt voneinander. Selbstverständlich kann das Verfahren mehrmals durchlaufen werden. Als zielführend hat sich eine erste Differenztemperatur von 1°C und eine zweite Differenztemperatur 0,75°C herausgestellt.This training takes into account very rapidly occurring changes in the outside temperature. If, for example, the outside temperature drops as a result of a cold snap-in, too high flow temperatures will be generated because the storage capacity of the building is not sufficiently taken into account. The artificial outside temperature creates a certain amount of damping so that, despite the onset of cold, very high flow temperatures are not immediately generated, which are at least not yet needed. In this case, the first and the second period, for example, each be 24 hours, but also be different, but the two periods are separated in time. Of course, the process can be repeated several times. A first differential temperature of 1 ° C and a second differential temperature of 0.75 ° C proved to be effective.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm zum Regeln einer von einer Wärmequelle an ein Wärmeträger-Fluid abgegebenen Wärmemenge mit Programmmitteln zum Veranlassen eines Computers, die folgenden Schritte auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird:
- – Verarbeiten der von einer Eingabeeinrichtung zum Eingeben von auf die Regelung der Raumtemperatur bezogenen Daten erzeugten Informationen, der von einem Außentemperatursensor zum Erfassen einer aktuellen Außentemperatur erzeugten und der erfassten Außentemperatur entsprechenden Außentemperatursignale sowie der von einer Durchfluss-Messeinheit erzeugten und einer durch den Heizkreislauf fließenden Durchflussmenge entsprechenden Durchflussmengensignale, und
- – Erzeugen von Steuerungssignalen zum Ansteuern der Wärmequelle, um die an das Wärmeträger-Fluid abgegebene Wärmemenge zu regeln.
- Processing the information generated by an input device for inputting data related to the regulation of the room temperature, the outside temperature signals generated by an outside temperature sensor for detecting a current outside temperature and outside temperature detected, and the flow rate generated by a flow measuring unit and a flow rate flowing through the heating circuit corresponding flow rate signals, and
- Generating control signals for driving the heat source to control the amount of heat delivered to the heat transfer fluid.
Die Vorteile und technischen Effekte, die mit diesem Computerprogramm erzielt werden, entsprechen denjenigen, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung und für das erfindungsgemäße Verfahren aufgeführt worden sind.The advantages and technical effects achieved with this computer program correspond to those which have been listed for the device according to the invention and for the method according to the invention.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the attached drawings. Show it
In
Der Heizkreislauf
Die von der Wärmequelle
Im Vorlauf
Ferner ist eine Durchfluss-Messeinrichtung
In
In 
Dabei beschreiben Dmax die maximal in der Vorrichtung
Weiterhin wird die aktuelle Durchflussmenge Dakt mittels der Durchfluss-Messeinrichtung
Liegt die aktuelle Durchflussmenge Dakt deutlich unter der berechneten Zieldurchflussmenge Dz, so liegt so gut wie kein Wärmebedarf vor und die Fördereinrichtung
In
Ist die vorgebbare Zeit verstrichen, so wird zunächst die Förderung des Wärmeträger-Fluids wieder aufgenommen. Die Differenz ΔT wird erst dann wieder ermittelt, wenn die Vorlauftemperatur TV deutlich über der Rücklauftemperatur TR liegt, was erst dann der Fall sein kann, wenn die Wärmequelle
Sollte die Differenz ΔT wieder über den Schwellenwert P ansteigen, so wird die Wärmemenge QH wieder erhöht. Dabei ist es von Vorteil, die Wärmemenge QH und damit die Vorlauftemperatur TV in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu erhöhen und erneut die Differenz ΔT mit dem Schwellenwert P zu vergleichen. Werden die Wärmemenge QH und damit die Vorlauftemperatur TV verringert und kühlt der Raum
In einem Ausführungsbeispiel hatte das Gebäude einen Heizwärmebedarf von maximal 120 kWH/m2, wobei die Raumtemperaturen vorzugsweise nicht unter die typischerweise verwendeten Nachtabsenkungstemperaturen fallen sollten. Alle Wärmesenken müssen mit parallel geschaltet, also mit einer Zweirohrtechnik an die Wärmequelle angeschlossen sein. Die Durchflussregelventile sind vorzugsweise als Thermostatventile ausgeführt und können programmierbar sein. Im letzteren Fall können die von den Thermostatventilen aufgenommenen Daten von der Steuerungs- und Regelungseinheit verarbeitet werden.In one embodiment, the building had a heating heat demand of a maximum of 120 kWH / m2, and the room temperatures should preferably not fall below the typically used night setback temperatures. All heat sinks must be connected in parallel, ie connected to the heat source with a two-pipe system. The flow control valves are preferably designed as thermostatic valves and can be programmable. In the latter case, the data recorded by the thermostatic valves can be processed by the control unit.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 101, 102 10 1 , 10 2
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- Raumroom
- 1414
- Heizkreislaufheating circuit
- 1515
- FördereinrichtungConveyor
- 1616
- Wärmequelleheat source
- 1818
- Wärmesenkeheat sink
- 1919
- weitere Wärmesenkeadditional heat sink
- 2020
- DurchflussregelventilFlow control valve
- 2222
- Vorlaufleader
- 2424
- Rücklaufreturns
- 2626
- Steuerungs- und RegelungseinheitControl and regulation unit
- 2828
- Eingabeeinrichtunginput device
- 3030
- AußentemperatursensorOutside temperature sensor
- 3232
- erster Temperatursensorfirst temperature sensor
- 3434
- zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
- 3636
- Durchfluss-MesseinrichtungFlow measurement device
- 3737
- DurchflusssensorFlow Sensor
- 3838
- erste Druckmesseinrichtungfirst pressure measuring device
- 4040
- zweite Druckmesseinrichtungsecond pressure measuring device
- Dakt D act
- aktuelle Durchflussmengecurrent flow rate
- DZ D Z
- ZieldurchflussmengeTarget flow rate
- PP
- Schwellenwertthreshold
- QH Q H
- Wärmemengeheat
- TA T A
- Außentemperaturoutside temperature
- TG T G
- HeizgrenztemperaturHeating limit
- Tk T k
- künstliche Außentemperaturartificial outside temperature
- TR T R
- RücklauftemperaturReturn temperature
- TV T V
- Vorlauftemperaturflow temperature
- Tvirt T virt
- virtuelle Außentemperaturvirtual outside temperature
- TZ T Z
- Zieltemperaturtarget temperature
- Δt1 Δt 1
- erster Zeitraumfirst period
- Δt2 Δt 2
- zweiter Zeitraumsecond period
- ΔT.DELTA.T
- Temperaturdifferenztemperature difference
- ΔT1 ΔT 1
- erste Temperaturdifferenzfirst temperature difference
- ΔT2 ΔT 2
- zweite Temperaturdifferenzsecond temperature difference
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- VDI-Richtlinie 4710 [0025] VDI Guideline 4710 [0025]
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-
2012
- 2012-05-29 DE DE201210208994 patent/DE102012208994A1/en not_active Withdrawn
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