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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Heizung von Gebäuden mit einer zentralen Heizungsanlage, mit einer Anzahl von in den unterschiedlichen Räumen des Gebäudes verteilt angeordneten dezentralen Heizelementen, die jeweils eine Einstelleinheit zur kontrollierten Regelung der Wärmeabgabe des zugeordneten Heizelementes haben und die kommunizierend mit der zentralen Heizungsanlage verbunden sind, und mit Temperatursensoren in den unterschiedlichen Räumen zur Messung der Raumtemperatur des jeweils zugeordneten Raumes, und mit einer Regelungseinheit.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Regelung der Beheizung des Gebäudes mit einer zentralen Heizungsanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie und mit einer Anzahl von in den unterschiedlichen Räumen des Gebäudes verteilt angeordneten dezentralen Heizelementen, die jeweils eine Einstelleinheit zur kontrollierten Regelung der Wärmeabgabe des zugeordneten Heizelementes haben und kommunizierend mit der zentralen Heizungsanlage verbunden sind und mit Wärmeenergie versorgt werden, und mit Temperatursensoren in den unterschiedlichen Räumen zur Messung der Raumtemperatur des jeweils zugeordneten Raumes mit den Schritten:
- a) Erfassen der jeweiligen Raumtemperatur in einem jeweiligen Raum für die Anzahl von Heizelementen; und
- b) Bestimmen des Wärmbedarfs für eine ausgewählte Gruppe der mit der zentralen Heizungsanlage verbundenen Heizelemente.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Regelungseinheit zur Regelung der von einer zentralen Heizungsanlage einer Einrichtung zur Heizung von Gebäuden für die Versorgung einer Anzahl von dezentralen Heizelementen bereitgestellten Wärmeenergie sowie ein Computerprogramm.
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Bei einer mit Wasser als Wärmeträger arbeitenden Heizungsanlage ist es erwünscht, die bereitgestellte Wärmeenergie so effizient wie möglich zu regeln. Hierzu ist eine mit der Außentemperatur geführte Regelung üblich. Die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage wird dabei in Abhängigkeit von der Außentemperatur und einer vorgegebenen Heizkurve geregelt.
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DE 44 07 273 A1 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung einer Heizkurve eines witterungsgeführten Heizungsreglers in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur, der Raumtemperatur und der Außentemperatur, wobei die Heizkurve weiterhin Fremdenergie berücksichtigt.
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DE 10 2016 104 667 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Erhöhung des Nutzungsgrads eines Wärmeerzeugers in einer Heizungsanlage, bei der die Rücklauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums und der Differenzdruck einer Heizkreispumpe in einer Heizungsanlage gemessen und ein Versorgungszustandswert bestimmt wird, die den Wärmebedarf in einem Gebäude definieren. Anhand des Versorgungszustandswertes kann dann entschieden werden, ob das Gebäude ausreichend und angemessen mit Heizwärme versorgt wird oder ein Überangebot an Heizwärme zur Verfügung gestellt wird oder ein Unterangebot an Heizwärme herrscht. Der Versorgungszustandswert wird durch eine Änderung des Differenzdrucks bestimmt.
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DE 10 2017 218 139 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage in einem Gebäude mit mindestens einem beheizbaren Raum. Die Heizungsanlage umfasst mindestens einen Heizkörper in jedem beheizbaren Raum mit einem Stellglied zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Heizkörper sowie einen Wärmeerzeuger zum Erhitzen eines Trägermediums, das über einen Vorlauf zu dem mindestens einen Heizkörper fließt und über einen Rücklauf zurück zum Wärmeerzeuger fließt. Mit einer Regeleinrichtung wird die Vorlauftemperatur des Trägermediums auf eine vorgegebene Vorlaufsolltemperatur eingestellt. Die Raumtemperatur wird mit einer Raumtemperaturregelung durch Einstellen einer Stellgliedöffnung des Stellglieds in Abhängigkeit einer jeweils vorgegebenen Raum-Solltemperatur und der ermittelten Ist-Raumtemperatur eingestellt. Pro Heizkreis wird eine Vorlauftemperatur bestimmt, während für jeden beheizbaren Raum eines Heizkreises jeweils optimierte Regelparameter bestimmt werden. Die Vorlauftemperatur wird in Abhängigkeit von der Stellgliedöffnung in einem Referenzraum bestimmt, indem sich die maximale Stellgliedöffnung einstellt, da es sich hier um den thermisch-hydraulisch ungünstigsten Raum handelt. Es wird ein Satz von Regelparametern zum Betreiben der Raumtemperaturregler in Abhängigkeit der aktuellen Stellgliedöffnung des Stellglieds bestimmt.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Heizung von Gebäuden sowie ein verbessertes Verfahren zur Regelung der Beheizung eines Gebäudes, eine Regelungseinheit und ein Computerprogramm zu schaffen.
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Die Aufgabe wird mit der Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8, mit der Regelungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und durch das Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Regelungseinheit zur Regelung der zentralen Heizungsanlage und der dezentralen Heizelemente derart eingerichtet ist, dass die jeweilige Raumtemperatur in den Räumen für die Anzahl der Heizelemente, die mit der zentralen Heizungsanlage verbunden sind, erfasst und der Wärmebedarf für die mit der zentralen Heizungsanlage verbundenen Räume bestimmt wird, und dass die von der zentralen Heizungsanlage bereitgestellte Wärmeenergie mit dem Wärmebedarf des Heizelementes und/oder Wärmebedarf des Raumes, für den der größte Wärmebedarf ermittelt wurde, als Führungsgrüße geregelt wird.
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Damit wird der Raum mit dem größten Wärmbedarf genutzt, um die von der zentralen Heizungsanlage für alle an einen gemeinsamen Heizkreis angeschlossenen Heizelemente bereitgestellte Wärmenergie durch den Wärmebedarf des ausgewählten Heizelementes bzw. des ausgewählten Raumes mit dem größten Wärmbedarf zu regeln, der den größten Wärmebedarf hat. Dies kann beispielsweise durch Regelung der Vorlauftemperatur mithilfe des Wärmebedarfes des Raumes mit dem größten Wärmebedarf als Führungsgröße erfolgen.
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Der Wärmebedarf kann insbesondere der Bedarf an Wärmeenergie sein, die dem Heizelement oder einem Raum über eine Gruppe von Heizelementen durch die zentrale Heizungsanlage bereitgestellt wird. So kann auch bei einem kleinen Raum, der selbst einen geringen Wärmebedarf hat, ein hoher Bedarf an dem Heizelement zur Verfügung zu stellender Wärmeenergie bestehen, wenn das Heizelement oder eine Gruppe von Heizelementen im Verhältnis zur Raumgröße unterdimensioniert ist.
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So kann der Wärmebedarf des Heizelementes bzw. Raumes ein Maß für die an das jeweilige Heizelemente oder eine Gruppe von Heizelementen eines jeweiligen Raumes bereitgestellte Vorlauftemperatur einer wassergeführten zentralen Heizungsanlage sein. Der größte Bedarf an bereitzustellender Wärmeenergie, welcher mit der höchsten beim Heizelement bereitzustellenden Vorlauftemperatur korreliert, wird dann als Führungsgröße für die Regelung der Vorlauftemperatur der zentralen Heizungsanlage gemeinsam mithilfe des Wärmebedarfs des höchstbelasteten Raumes als Führungsgröße genutzt. Der Wärmebedarf kann damit auf die zu regelnde gesamte Wärmeenergie bezogen sein, die von der zentralen Heizungsanlage bereitgestellt wird. Die Führungsgröße kann aus dem Anteil an Wärmeenergie, die bei den jeweiligen Heizelementen bzw. Räumen ankommen, im Verhältnis zu dem für die Temperaturregelung in dem jeweiligen Raum (optimal) benötigten Anteil bestimmt werden.
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Die Ermittlung des Raumes mit dem größten Wärmebedarf kann in Prüfzyklen oder auch dynamisch während des regulären Heizbetriebs erfolgen.
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Dies erfolgt prinzipiell durch Erfassung der jeweiligen Raumtemperaturen in den Räumen für die Gruppe von Heizelementen, die zur Bestimmung der Führungsgröße in Frage kommen, um hieraus den jeweiligen Wärmebedarf der einzelnen Räume und/oder zugeordneten Heizelemente zu bestimmen.
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Hierzu kann in einer ersten Phase eine Gruppe von Einstelleinheiten der regelbaren Heizelemente, die mit der zentralen Heizungsanlage verbunden sind, auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad geöffnet werden. Dabei wird der Wärmbedarf des Heizelementes in dem Raum als Führungsgröße für die Regelung der zentralen Heizungsanlage ausgewählt, dessen Temperaturgradient im Vergleich zu der Raumtemperatur der anderen Räume der angesteuerten Gruppe am geringsten ist.
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Damit werden das Heizelement und der zugehörige Raum für die Führungsgröße anhand der Geschwindigkeit bestimmt, in dem der Raum nach Öffnen der Heizelemente bzw. der zugeordneten Einstelleinheiten am langsamsten erwärmt wird. Dies ist ein Hinweis darauf, dass zum Aufheizen dieses Raums die höchste Vorlauftemperatur erforderlich ist.
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Die Regelungseinheit kann auch eingerichtet sein, um in einer ersten Phase eine Gruppe von Einstelleinheiten der regelbaren Heizelemente, die mit der zentralen Heizanlage verbunden sind, auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad zu öffnen und den Wärmebedarf des Heizelementes in dem Raum als Führungsgröße für die Regelung der zentralen Heizanalage auszuwählen, dessen Differenz der gemessen Raumtemperatur zu einer jeweils vorgegebenen Solltemperatur am größten im Vergleich zu der Raumtemperatur der anderen Räume der angesteuerten Gruppe ist. Damit wird beispielsweise nach einer vorgegebenen, für alle Räume der Gruppe gleichen Einschwingzeit die verbleibende Temperaturdifferenz als Maß zur Auswahl des Raumes mit dem größten Energiebedarf herangezogen. Hierbei kann auch die zu Beginn dieser ersten Phase in den jeweiligen Räumen vorhandene Temperaturdifferenz herangezogen werden. Die zu Ende der ersten Phase gemessene Differenz der gemessenen Raumtemperatur kann dann mithilfe dieser anfänglichen Raumtemperatur normiert werden.
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Die Regelungseinheit kann auch eingerichtet sein, um in einer ersten Phase die Einstelleinheit einer Gruppe von Regelbeheizelementen, die mit der zentralen Heizungsanlage verbunden sind, in allen Räumen auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad zu öffnen und danach den Wärmebedarf des Heizelementes in dem Raum als Führungsgröße für die Regelung der zentralen Heizungsanlage auszuwählen, dessen Einstelleinheiten nach einer vorgegebenen Einstellungsphase den größten Öffnungsgrad von allen Einstelleinheiten der angesteuerten Gruppe von regelbaren Heizelementen hat. Damit wird nach dem Öffnen aller Einstelleinheiten der Gruppe regelbarer Heizelemente auf denselben Öffnungsgrad der ersten Phase eine individuelle Regelung der Einstelleinheiten auf dieselbe Solltemperatur vorgenommen. Dies führt dann in der Einschwingphase dazu, dass sich die einzelnen Stelleinheiten je nach Geschwindigkeit des Erreichens der Solltemperatur wieder mehr oder weniger stark schließen. Der Raum mit dem größten Wärmebedarf hat dann den größten Öffnungsgrad im Vergleich zu den anderen Einstelleinheiten der Gruppe.
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Eine Gruppe von Heizelementen kann beispielsweise aus allen Heizelementen eines Heizkreises gebildet werden. Denkbar ist aber auch, dass eine Gruppe aus einer ausgewählten Anzahl der größten Räume des Gebäudes mit dem größten Wärmebedarf in einem Gebäude gebildet wird. So können die kleineren Räume mit geringerem Wärmbedarf, wie Gäste-WC, Vorratsräume und dergleichen aus der Gruppe ausgenommen werden und das Regelungsverfahren auf größere Räume, wie Wohn- und Arbeitszimmer, zentrale Flure und dergleichen fokussiert werden.
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Die Einrichtung ist vorzugsweise eine Einrichtung mit einer wassergeführten Heizungsanlage mit Umwälzpumpe, an die Radiatoren einschließlich Fußbodenheizungen über Rohrleitung anschließbar sind. Die Einstelleinheiten können Thermostatventile sein. Die Temperatursensoren können in die Thermostatventile integriert und über Funkkommunikation mit einer zentralen Regelungseinheit verbunden sein. Denkbar ist aber auch der Einsatz von separaten Temperatursensoren beispielsweise in Wandthermostaten, die ebenfalls kabelgebunden oder drahtlos mit einer zentralen Regelungseinheit und/oder den Einstelleinheiten an den Heizelementen (z. B. Radiatoren) kommunizieren und diese ansteuern.
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Die Einrichtung kann zur individuellen Regelung der Einstelleinheiten der dezentralen Heizelemente zur Erreichung einer vorgegebenen Solltemperatur eines jeweiligen Raumes eingerichtet sein. Damit wird die Wärmemenge beispielsweise durch Regelung der Vorlauftemperatur der zentralen Heizungsanlage gemeinsam mithilfe des Wärmebedarfs des höchstbelasteten Raumes als Führungsgröße genutzt, während die Temperaturregelung in den einzelnen Räumen individuell für den jeweiligen Raum erfolgt.
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Der für die Führungsgröße ausgewählte Raum bzw. das Heizelement kann von der individuellen Regelung der Raumtemperatur optional ausgenommen werden. Dann kann die Regelung der Raumtemperatur dieses Raumes mit der Regelung der Vorlauftemperatur erfolgen, wobei die zugeordnete Einstelleinheit auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad geöffnet wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung eingerichtet ist zur:
- a) vollständigen Begrenzung der Wärmeabgabe aller Heizelemente einer Gruppe, die mit der zentralen Heizungsanlage verbunden sind;
- b) vollständigen Freigabe der Wärmeabgabe gleichzeitig für alle Heizelemente der Gruppe und Erfassung der hieraus resultierenden Temperaturänderung der jeweiligen Heizelemente und/oder Räume;
- c) vollständigen Begrenzung der Wärmeabgabe aller Heizelemente der Gruppe;
- d) vollständigen Freigabe der Wärmeabgabe für jeweils ein ausgewähltes Heizelement der Gruppe und Erfassung der hieraus resultierenden Temperaturänderung des jeweiligen Heizelementes und/oder Raumes und anschließend der vollständigen Begrenzung der Wärmeabgabe für das ausgewählte Heizelement, wobei der Schritt d) für alle Heizelemente der Gruppe einzeln und nacheinander durchgeführt wird;
- e) Bestimmung der Unterschiede der im Schritt d) zu ermittelnden Temperaturänderung für jedes Heizelement im Vergleich zu der im Schritt b) bestimmten Temperaturänderung; und
- f) Auswahl der Wärmebedarfs des Heizelementes und/oder Raumes als Führungsgröße, dessen Differenz zwischen der im Schritt b) bemessenen Temperaturänderung sowie der im Schritt d) gemessenen Temperaturänderung am größten ist.
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Damit wird der Raum mit dem größten Wärmebedarf aus einem Vergleich der gleichzeitigen Versorgung sämtlicher Räume mit der verfügbaren Wärmenergie und der Nutzung der verfügbaren Wärmenergie jeweils für einen Raum bestimmt. Dies ist wie beim hydraulischen Abgleich auch geeignet, um die Führungsgröße für die Vorlauftemperatur zu bestimmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - Blockdiagramm eines Gebäudes mit einer Einrichtung zur Gebäudeheizung;
- 2 - Temperaturänderungsdiagramm und hieraus abgeleiteter Kennwert für die charakteristische Temperaturänderung zur Bestimmung der Führungsgröße;
- 3 - Flussdiagramm mit einem beispielhaften Ablauf zur Bestimmung der Führungsgröße.
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1 lässt eine Skizze eines Gebäudes 1 erkennen, das eine Anzahl von Räumen R1, R2, ..., Rn mit n = 1, 2, ..., N bzw. Etagen oder anderweitigen Segmenten aufweist. Das Gebäude 1 hat eine Einrichtung 2 mit einer Anzahl von Heizelementen 3.1, 3.2, ..., 3.n in Form eines Radiators oder einer Fußbodenheizung, die mit einer Vorlaufleitung 4 und einer Rücklaufleitung 5 an eine zentrale Heizungsanlage 6 angeschlossen und mit dieser kommunizierend verbunden sind. Weiterhin können Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n mit anderen Energiequellen, beispielsweise mit einem Elektronetz, und zur Heizung mit einer Lüfteranlage 7, die zur Lufterwärmung mit der Vorlaufleitung 4 der zentralen Heizungsanlage 6 gekoppelt ist, vorhanden sein. Die Lüfteranlagen 7 können, sofern sie kommunizierend über ein zentrales Heizelement mit der zentralen Heizungsanlage 6 und der davon geregelten Vorlauftemperatur gekoppelt sind, auch als Heizelemente im Sinne der vorliegenden Erfindung dienen.
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Die Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n; 7 können jeweils Einstelleinheiten 8 haben, die mithilfe eines Aktors und eines einstellbaren Ventils den Durchfluss für das jeweilige Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n bzw. für eine Lüfterklappe der Lüfteranlage 7 dienen, um auf diese Weise die Raumtemperatur im jeweiligen Raum R1, R2, ..., Rn zu regeln. Hierzu ist in jedem der Räume R1, R2, ..., Rn ein Temperatursensor vorhanden, der beispielsweise in der Einstelleinheit 8 (z. B. Heizkörperthermostat) oder in einem Wandthermostat 9 integriert ist. Denkbar ist es aber auch, dass separate Temperatursensoren jeweils an einem Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n in der Nähe eines Heizelementes 3.1, 3.2, ..., 3.n oder in einem Raum R1, R2, ..., Rn angeordnet sind. Die von den Temperatursensoren erfasste Ist-Raumtemperatur kann beispielsweise drahtlos über Funk an einen Wandthermostat 9 und/oder an eine zentrale Regelungseinheit 10 übermittelt werden. Hierbei kann es sich um eine Hausautomationszentrale mit einem programmierbaren Mikroprozessor / Mikrocontroller (Computer) und einem geeignet ausgebildeten Computerprogramm handeln.
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Die zentrale Heizungsanlage 6 ist vorgesehen, um Wasser als Wärmeträgermedium zu erwärmen und mithilfe einer nicht dargestellten Umwälzpumpe über die Vorlaufleitung 4 zu den Heizelementen 3., 3.2, ..., 3.n zu führen. Gegebenenfalls kann auch die Lüfteranlage 7 über einen Wärmetauscher an die Vorlaufleitung 4 angeschlossen sein. Die zentrale Heizungsanlage 6 ist weiterhin über die Rücklaufleitung 5 mit dem Rücklauf der Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n verbunden.
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Es können Sensoren zur Messung der Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur im Bereich der zentralen Heizungsanlage 6 an der Vorlaufleitung 4 bzw. der Rücklaufleitung 5 angeordnet und mit der Regelungseinheit 10 verbunden sein.
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Zum Einstellen der Wärmeabgabe der zugeordneten Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n sind die Einstelleinheiten 8 vorgesehen, die jeweils mit einem Drosselventil der Radiatoren im Vorlaufkreis an der Vorlaufleitung 4 gekoppelt sind. Im Falle des Lüftungselementes ist eine Drosselklappe vorgesehen, die mithilfe der zugeordneten Einstelleinheit 8 zur Regulierung des durch die Drosselklappe durchgeleiteten Luftstroms variiert werden kann.
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Mithilfe der Einstelleinheiten 8 kann somit der Öffnungsgrad der zugeordneten Drosselventile oder Drosselklappe in einem vorgegebenen Einstellbereich eingestellt werden, um somit den zu den Heizelementen 3.1, 3.2, ..., 3.n führenden Wärmestrom bzw. den von den Heizelementen 3.1, 3.2, ..., 3.n abgehenden Wärmestrom und die hieraus resultierende Wärmeabgabe zu regulieren.
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Die Einstelleinheiten 8 können hierzu einen Temperatursensor zur Erfassung der Ist-Raumtemperatur in dem an eine jeweils zugeordnete Einstelleinheit 8 angrenzenden Raumbereich haben. Die Einstelleinheiten 8 haben vorzugswiese eine Datenverarbeitungseinheit, z. B. in Form eines Mikrokontrollers oder eines Mikroprozessors sowie einen geeigneten Aktuator zum Verstellen des Drosselventils oder der Drosselklappe. Als Aktuator kann insbesondere ein Gleichspannungsmotor, ein Schrittmotor oder dergleichen eingesetzt werden. Die Datenverarbeitungseinheit ist z. B. durch geeignete Programmierung eingerichtet, um mithilfe dieses Aktors den Durchfluss des zugeordneten Drosselventils oder der Drosselklappe auf einen vorgegebenen Durchflusswert einzustellen. Der Durchflusswert wird z. B. als Öffnungsgrad zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Stellung definiert.
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Die Einstelleinheiten 8 sind beispielsweise mit der zentralen Regelungseinheit 10 zum bidirektionalen Datenaustausch verbunden. Hierbei ist vorzugsweise eine drahtlose Kommunikation realisiert, indem die Einstelleinheiten jeweils eine bidirektionale Funkkommunikationseinheit haben. Auch die zentrale Regelungseinheit 10 hat eine korrespondierende bidirektionale Funkkommunikationseinheit, sodass die Einstelleinheiten 8 und die zentrale Regelungseinheit 10 Daten untereinander austauschen können.
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Zusätzlich oder alternativ zu der zentralen Regelungseinheit 10 können weiterhin Raum-Steuerungseinheiten (auch Raumthermostat genannt) in den einzelnen Räumen R1, R2, ..., Rn vorhanden sein, die in drahtloser Funkverbindung mit den zugeordneten Einstelleinheiten 8 des jeweiligen Raumes stehen. Dabei ist denkbar, dass wie dargestellt der Wandthermostat 9 als Raum-Steuerungseinheit seinerseits in Kommunikationsverbindung mit der zentralen Regelungseinheit 10 steht. Diese Kommunikationsverbindungen können ebenfalls als bidirektionale Funkkommunikationeinheiten ausgebildet sein. Die Raum-Steuerungseinheiten (Wandthermostat 9) können ihrerseits Temperatursensoren zur Erfassung der aktuellen Ist-Raumtemperatur in dem überwachten Raum R4 haben.
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Die zentrale Regelungseinheit 10 ist nun vorzugsweise durch geeignete Programmierung in besonderer Weise eingerichtet, um den Wärmebedarf des Raumes R1, R2, ..., Rn mit dem größten Wärmebedarf als Führungsgröße zur Regelung der von der zentralen Heizungsanlage 6 bereitgestellten Wärmenergie zu nutzen. Dies ist durch den Pfeil zwischen der zentralen Regelungseinheit 10 und der zentralen Heizungsanlage 6 für die Regelung der zentralen Heizungsanlage 6 mit der zu ermittelnden Führungsgröße angedeutet. Hierzu kann beispielsweise von der zentralen Heizungsanlage 6 die Vorlauftemperatur in der Vorlaufleitung 4 mithilfe der Führungsgröße geregelt werden.
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Zur Regelung können die Einstelleinheit 8 des Raumes R1, R2, ..., Rn mit dem größten Wärmebedarf auf einen ausreichend - vorzugsweise vollständig mit Öffnungsgrad 100% - geöffneten Öffnungsgrad eingestellt und die Ist-Raumtemperatur für den entsprechenden Raum mithilfe der Vorlauftemperatur auf eine für den Raum vorgegebene Soll-Raumtemperatur geregelt werden.
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Für die verbleibenden Räume erfolgt dann eine individuelle Regelung der Ist-Raumtemperatur auf eine jeweils vorgegebene Soll-Raumtemperatur durch Messung der jeweiligen Raumtemperatur und Einstellung der jeweiligen Einstelleinheiten 8 der Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n des zugehörigen Raumes R1, R2, ..., Rn.
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2 zeigt beispielhaft ermittelte Temperaturänderungsdiagramme für drei Räume R1, R2, R3 mit dem jeweiligen Verlauf der gemessenen Temperatur T über die Zeit t in dem jeweiligen Raum.
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Es ist erkennbar, dass die Temperatur mehr oder weniger exponentiell ansteigt. Nach Ablauf einer vorgegebenen Einschwingzeit Δt wird der Wärmebedarf des Raumes R1, R2, R3 über den Temperaturanstieg ΔT ermittelt. Der Raum R3 hat den geringsten Temperaturanstieg ΔT3 und damit den kleinsten Temperaturgradienten. Dies zeigt, dass dieser Raum den größten Wärmebedarf hat, der innerhalb der Einstellzeit Δt noch nicht ausreichend befriedigt werden konnte. Daher wird der Wärmebedarf dieses Raumes R3 als Führungsgröße genutzt, während die anderen Räume R1, R2 individuell in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Solltemperatur mithilfe der jeweiligen Einstelleinheiten 8 geregelt werden.
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Als Führungsgröße können hierbei der Öffnungsgrad der Stelleinheit des ausgewählten Raumes R3, die Temperaturdifferenz der für den Raum R3 gemessenen Ist-Raumtemperatur und eine vorgegebene Solltemperatur von beispielsweise 20° C und dergleichen genutzt werden.
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Der Öffnungsgrad der Einstelleinheit 8 des ausgewählten Raumes R3 kann zur Regelung der Vorlauftemperatur der zentralen Heizungsanlage 6 dienen, um damit die vorgegebene Solltemperatur in dem ausgewählten Raum R3 zu erreichen. Damit wird für diesen ausgewählten Raum R3 die zugehörige Einstelleinheit 8 des Heizelementes 3.1 des ausgewählten Raumes R1 nicht individuell geregelt, sondern auf einem vorgegebenen Öffnungsgrad, wie beispielsweise im vollständig geöffneten Zustand von 100 %, gehalten. Denkbar ist jedoch eine überlagerte Regelung, um ein Überschwingen durch die Vorlauftemperaturregelung mit damit verbundener Raumtemperaturregelung zu vermindern.
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3 zeigt ein Flussdiagramm mit einem beispielhaften Ablauf zur Bestimmung der Führungsgröße für die Regelung der von der zentralen Heizungsanlage 6 bereitgestellten Wärmeenergie, wie insbesondere der Vorlauftemperatur.
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Hierzu kann zunächst im Schritt a) die Wärme aller Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n einer Gruppe, die mit der zentralen Heizungsanlage 6 verbunden ist, vollständig begrenzt werden. Der Öffnungsgrad der zugehörigen Einstelleinheiten 8 kann hierzu 0 % betragen.
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Nach einer ausreichenden Abkühlphase erfolgt dann im Schritt b) eine vollständige Freigabe der Wärmeabgabe gleichzeitig für alle Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n der Gruppe und eine Erfassung der hieraus resultierenden Temperaturänderungen ΔT1 der jeweiligen Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n und/oder Räume R1, R2, ..., Rn.
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Nach einer weiteren Erfassungsphase Δt erfolgt dann im Schritt c) eine vollständige Begrenzung der Wärmeabgabe aller Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n der Gruppe.
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Wiederum erfolgt nach einer Abkühlphase im Schritt d) eine vollständige Freigabe der Wärmeabgabe für jeweils ein ausgewähltes Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n der Gruppe und eine Erfassung der hieraus resultierenden Temperaturänderung des jeweiligen ΔT1 des jeweiligen Heizelementes 3.1, 3.2, ..., 3.n und/der Raumes R1, R2, ..., Rn und anschließendes vollständiges Begrenzen der Wärmeabgabe für das ausgewählte Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n. Dieser Schritt d) wird dann für alle Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n der Gruppe einzeln nacheinander durchgeführt.
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In Schritt e) erfolgt dann ein Bestimmen der Unterschiede der im Schritt d) ermittelten Temperaturänderungen ΔT1 für jedes Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.N im Vergleich zu den im Schritt b) bestimmten Temperaturänderungen ΔT1.
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Somit wird einmal das Gesamtverhalten der Gruppe von Heizelementen 3.1, 3.2, ..., 3.n bestimmt, wenn diese gleichzeitig in einem vorgegebenen Maß Wärme abgeben. Dies kann beispielsweise durch vollständiges Aufdrehen der Thermostatventile erfolgen.
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Weiterhin wird dann für jedes einzelne Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n die jeweilige charakteristische Temperaturänderung bestimmt. Aus dem Unterschied zwischen dem Gesamtverhalten und dem Einzelverhalten lässt sich dann für jedes Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n bestimmen, inwieweit dieses durch die anderen Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n und deren Einstelleinheiten 8 beeinflusst wird. Damit gelingt es, die Erfassung des Einzelverhaltens der Heizelemente 3.1, 3.2, ..., 3.n zu normieren und auf diese Weise den Raum R1, R2, ..., Rn bzw. das zugehörige Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n mit dem größten Wärmebedarf zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise für jede Einstelleinheit 8 bzw. für jeden zugeordneten Temperatursensor und jedes Heizelement 3.1, 3.2, ..., 3.n die Differenz zwischen dem Maß der charakteristischen Temperaturänderung des Heizelementes 3.1, 3.2, ..., 3.n bei der Einzelregelung (Einzelverhalten) und der Temperaturänderung bei der gemeinsamen Regelung (Gesamtverhalten) bei der gleichen Einschwingzeit im Schritt b) bestimmt werden. Für den Wert der Temperaturänderung beim Gesamtverhalten kann auch der Mittelwert aller Werte für die charakteristische Temperaturänderung der betrachteten Gruppe von Heizelementen 3.1, 3.2, ..., 3.n herangezogen werden. Dann kann optional auch auf den Prüfungsschritt des Gesamtverhaltens verzichtet und der Mittelwert aus den Temperaturänderungen bei der Prüfung des Einzelverhaltens der Gruppe gebildet werden. Der Mittelwert kann der arithmetische Mittelwert, der Median oder Ähnliches sein.
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Im Schritt f) erfolgt dann ein Auswählen des Wärmebedarfs des Heizelementes 3.1, 3.2, ..., 3.n und/oder Raumes R1, R2, ..., Rn als Führungsgröße, dessen Differenz zwischen der im Schritt b) gemessenen Temperaturänderung zu der im Schritt d) gemessenen Temperaturänderung am größten ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4407273 A1 [0005]
- DE 102016104667 A1 [0006]
- DE 102017218139 A1 [0007]
