DE19756104C5

DE19756104C5 - Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Zentralheizungsanlage bzw. eines Heizkreises

Info

Publication number: DE19756104C5
Application number: DE19756104.7A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Mügge Günter; Dr.-Ing. Panreck Klaus
Original assignee: Ista International GmbH
Current assignee: Ista International GmbH
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: DE19756104A1; DE19756104B4

Abstract

Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Zentralheizungsanlage (2) bzw. eines Heizkreises mit in verschiedenen Räumen angeordneten, jeweils einen dezentralen Einzelraumtemperaturregler, wie z. B. ein Thermostatventil (4) oder dergleichen aufweisenden Heizkörpern (3), dadurch gekennzeichnet, daß nach Wirksamwerden einer gezielt gesteuerten Vorlauftemperaturänderung eventuelle aus der Vorlauftemperaturänderung resultierende Änderungen der jeweiligen von den Heizkörpern (3) aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen von an den Heizkörpern (3) angeordneten Temperatursensoren (8) erfasst und zur Bewertung der zugrunde liegenden Vorlauftemperaturänderung sowie gegebenenfalls zur Festlegung einer folgenden Vorlauftemperaturänderung an eine zentrale Auswerteeinheit (5) übermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Zentralheizungsanlage bzw. eines Heizkreises mit in verschiedenen Räumen angeordneten, jeweils einen dezentralen Einzelraumtemperaturregler, wie z. B. ein Thermostatventil oder dergleichen aufweisenden Heizkörpern.
Stand der Technik
Aus der Praxis sind Verfahren bekannt, bei denen die Außentemperatur, auch unter Berücksichtigung von Wärmespeichereffekten durch das Mauerwerk, als Bezugsgröße verwendet wird. Dies hat den Nachteil, daß die eingestellte Vorlauftemperatur nur sehr bedingt der tatsächlich erforderlichen Vorlauftemperatur entspricht, da die Außentemperatur lediglich einen möglichen Faktor darstellt, der die wahrscheinlichen Wärmeanforderungen der Nutzer beeinflussen kann, und andere mögliche Faktoren unberücksichtigt bleiben. Insofern kann die Außentemperatur lediglich als ein Hinweis auf eventuelle, vielleicht sogar wahrscheinliche Wärmeanforderungsverläufe angesehen werden.
Um die Wärmeanforderungsverläufe besser zu berücksichtigen, wurden Verfahren entwickelt, bei denen die jeweilige Stellung der einzelnen Thermostatventile als Bezugsgröße verwendet wird.
Derartige Verfahren sind beispielsweise in der DE 43 434 A1 und der DE 34 09 742 A1 bekannt.
Nachteilig hierbei ist, daß für die Erfassung der jeweiligen Stellung der Thermostatventile entsprechende Sensoren und Leitungen benötigt werden. Aufgrund dieses hohen Materialaufwandes und entsprechenden Montagekosten bei der Installation wird in der Praxis trotzdem zu einem Großteil noch die Außentemperatur als Bezugsgröße verwendet, wodurch die Vorlauftemperatur meistens höher als erforderlich eingestellt ist, was einen unnötigen Energieverbrauch darstellt.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorlauftemperaturregelung anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet und sowohl kostengünstig anzuwenden bzw. zu installieren ist als auch die Bedürfnisse des einzelnen Nutzers berücksichtigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Zentralheizungsanlage mit in verschiedenen Räumen angeordneten, jeweils einen dezentralen Einzelraumtemperaturregler, wie z. B. ein Thermostatventil oder dergleichen aufweisenden Heizkörpern, wobei nach Wirksamwerden einer gezielt gesteuerten Vorlauftemperaturänderung eventuelle resultierende Änderungen der jeweiligen von den Heizkörpern aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen von insbesondere an den Heizkörpern angeordneten Temperatursensoren erfaßt und zur Bewertung der zugrundeliegenden Vorlauftemperaturänderung sowie gegebenenfalls zur Festlegung einer folgenden Vorlauftemperaturänderung an eine zentrale Auswerteeinheit übermittelt werden. Hierdurch wird eine die einzelnen Wärmeanforderungen der verschiedenen Heizkörper berücksichtigende Regelung geschaffen, denn es können Rückschlüsse auf die verschiedenen Anforderungssituationen der jeweiligen Heizkörper gezogen werden, da die Auswirkung der Vorlauftemperatur, also das Vorliegen bzw. Nichtvorliegen einer aus der Vorlauftemperaturänderung resultierenden Änderung der aufgenommenen bzw. abgegebenen Wärmeleistung und gegebenenfalls die Größe der Änderung, von der Ventilstellung des Thermostatventils abhängig ist. Insofern bedeutet keine Änderung, daß das Thermostatventil entweder geschlossen ist, durch Auswirkung der Vorlauftemperaturänderung in den Proportionalbereich kommt oder bereits vor der Auswirkung der Vorlauftemperaturänderung im Proportionalbereich war, was heißt, daß der Raum mindestens die eingestellte und vorgewählte Temperatur hat.
Dagegen bedeutet das Vorliegen einer Änderung infolge der Auswirkung der Vorlauftemperaturänderung, daß das Thermostatventil vor der Auswirkung vollständig geöffnet war und auch während der Auswirkung geöffnet bleibt. Die Wärmeanforderung ist dann größer als das zur Verfügung gestellte Wärmeangebot, d. h. die Vorlauftemperatur ist (trotz oder infolge der Auswirkung der Vorlauftemperaturänderung) zu niedrig.
Auf diese Weise können die von den Nutzern angeforderten Wärmemengen als mit der momentanen Vorlauftemperatur abdeckbar bzw. nicht abdeckbar bestimmt werden, und es kann festgelegt werden, ob eine Erhöhung der Vorlauftemperatur erforderlich oder aber gegebenenfalls eine Absenkung der Vorlauftemperatur möglich ist oder ausprobiert werden soll.
Die Größe der Änderung in Relation zur zugrundeliegenden Vorlauftemperaturänderung kann für die Bestimmung des Übergangs von einer vollständig geöffneten Stellung des Ventils in den gedrosselten Zustand (oder umgekehrt) von Interesse sein, da nach einem Vergleich mit vorhergegangenen, ebenfalls in Relation zu den zugrundeliegenden Vorlauftemperaturänderungen gesetzten Änderungen mittels Interpolation der optimale Vorlauftemperaturwert leicht ermittelt werden kann.
Vorzugsweise können Änderungen weiterer Sensorwerte, wie z. B. Ventilhub, Druckdifferenz um das Ventil, Thermostatstellung, Heizmediumtemperatur am Heizkörpereingang bzw. -ausgang, Raumlufttemperatur etc. von entsprechend angeordneten Sensoren erfaßt werden und zur ergänzenden Berücksichtigung bei der Bewertung der zugrundeliegenden Vorlauftemperaturänderung sowie gegebenenfalls bei der Festlegung einer weiteren Vorlauftemperaturänderung ebenfalls an die zentrale Auswerteeinheit übermittelt werden, so daß eine die tatsächlichen Gegebenheiten und Erfordernisse noch mehr berücksichtigende Bewertung der Änderungen der aufgenommenen bzw. abgegebenen Wärmeleistungen der verschiedenen Heizkörper ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß kann die Übermittlung der von den Temperatursensoren erfaßten Werte durch jeweils zumindest einen Temperatursensor sowie einen Funksender beinhaltende elektronische Heizkostenverteiler erfolgen, so daß durch Nutzung bereits vorhandener Installationen ein zusätzlicher Material- und Montageaufwand entfällt.
Vorteilhafterweise kann die Übermittlung der von den als passive Oberflächenwellensensoren ausgebildeten Temperatursensoren bzw. weiteren Sensoren erfaßten Werte durch Abfrage per Funk erfolgen, so daß eine Energieversorgung der Sensoren entfällt und insofern auch keine dementsprechenden Wartungstätigkeiten erforderlich sind.
Bei einem bevorzugten Verfahren kann die Übermittlung der von den als aktive Oberflächenwellensensoren ausgebildeten Temperatursensoren bzw. den weiteren Sensoren erfaßten Werte mittels Aussenden der Werte per Funk erfolgen, so daß die Übertragungsreichweite vergrößert werden kann und auch in einem Vielparteienhaus, in einem Wohnblock oder dergleichen ausreicht.
Erfindungsgemäß kann die Übermittlung der erfaßten Werte ereignisabhängig und/oder intervallmäßig erfolgen, z. B. bei bestimmten Mindestveränderungen, zu bestimmten Zeitpunkten etc., so daß die Übertragungshäufigkeit an die Gegebenheiten und Erfordernisse im konkreten Anwendungsfall angepaßt werden kann und unnötigen Stromverbrauch verursachende überflüssige Übertragungen vermieden werden.
Vorzugsweise kann die Stromversorgung der aktiven Oberflächenwellensensoren durch Energiespeicher, wie z. B. Batterien, Akkumulatoren oder dergleichen erfolgen oder aber durch Stromerzeuger, wie z. B. Solarzellen, Piezoelemente, pyroelektrische Elemente, Induktoreinrichtung mit Magnet und elektrischer Spule, Thermoelement etc. oder diese Bauteile enthaltende Anordnungen erfolgen, so daß die für den konkreten Anwendungsfall kostengünstigste Stromversorgung ausgewählt werden kann.
Auch kann bei Messung mittels eines Strom erzeugenden Sensors, wie z. B. ein Piezoelement oder dergleichen die Übermittlung des jeweiligen erfaßten Wertes durch den Wert selbst aktiviert werden, so daß z. B. bei Überschreiten eines bestimmten Meßwertes die Übermittlung selbsttätig aktiviert und gleichzeitig auch mit Energie versorgt wird.
Erfindungsgemäß kann in bestimmten Zeitintervallen und/oder bei Aktivierung der Zentralheizungsanlage eine gezielt gesteuerte Vorlauftemperaturänderung für eine nach Wirksamwerden der Vorlauftemperaturänderung erfolgende Überprüfungsmessung eventueller resultierender Änderungen der jeweils von den Heizkörpern aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen erfolgen, so daß eine regelmäßige Überprüfung der gerade eingestellten Vorlauftemperatur erfolgt bzw. bei Inbetriebnahme der Zentralheizungsanlage eine anforderungsgerechte Einstellung der Vorlauftemperatur bewirkt wird.
Vorteilhafterweise können aus den erfaßten Änderungen der jeweils von den Heizkörpern aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen Extremwerte herausgefiltert werden bzw. eine Bewertung der Änderungen z. B. der Häufigkeit oder der Größe entsprechend erfolgen, so daß zum einen aus Fehlverhalten resultierende überzogene Wärmeanforderungen keinen oder nur schwachen Einfluß haben können und zum anderen eine bestimmte Zufriedenheitsgrenze z. B. prozentual oder von Temperaturunterschieden abhängig eingestellt werden kann.
Bei einem bevorzugten Verfahren kann nach Erreichen einer einstellbaren Temperaturobergrenze bzw. -untergrenze unabhängig von den Auswirkungen der vorangegangenen Vorlauftemperaturänderung keine weitere gleichgerichtete Vorlauftemperaturänderung erfolgen, so daß unabhängig von über ein normales Maß hinausgehenden bzw. unter ein normales Maß sinkenden Wärmeanforderungen ein Über- bzw. Unterschreiten einer bestimmten Vorlauftemperatur vermieden wird, was sowohl Energie spart und im Extremfall eine Beschädigung der Zentralheizung durch zu hohe Temperaturen verhindert bzw. eine Mindestverfügbarkeit sicherstellt.
Erfindungsgemäß kann bei einer einstellbaren Mindest- bzw. Höchstanzahl von erfaßten Änderungen der jeweils von den Heizkörpern aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen keine weitere gleichgerichtete Vorlauftemperaturänderung erfolgen, so daß eine von der Anzahl der Wärmeanforderungen abhängige Regelung für eventuelle weitere Vorlauftemperaturerhöhungen bzw. -senkungen z. B. zur Gewährleistung einer gewissen tatsächlich bestehenden Mindestverfügbarkeit erfolgt.
Vorzugsweise kann der Bereich zwischen der letzten und der vorletzten Vorlauftemperaturänderung mit engeren Änderungsschritten untersucht werden, so daß in verschiedenen Verfahrensabschnitten zuerst eine grobe Einordnung des geeigneten Vorlauftemperaturbereichs und dann eine genauere Bestimmung der optimalen Vorlauftemperatur erfolgt.
Ausführungsbeispiel
Im folgenden wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Regelungsvorrichtung 1 für die Vorlauftemperatur einer Zentralheizungsanlage 2 mit Heizkörpern 3, die als dezentrale Einzelraumtemperaturregler Thermostatventile 4 aufweisen.
Die Regelungsvorrichtung 1 besteht aus einer zentralen Auswerteeinheit 5, die einen Funksender/-empfänger 6 aufweist und an den Heizkörpern 3 angeordneten elektronischen Heizkostenverteilern 7, die als passive Oberflächenwellensensoren ausgebildete Temperatursensoren 8 aufweisen sowie einem Mischventil 9 zur Einstellung der Vorlauftemperatur durch Mischung von aus einem Heizkessel 10 stammenden Heißwasser mit aus einer Rücklaufleitung 11 stammenden kälteren Rücklaufwasser.
Bei Inbetriebnahme der Zentralheizungsanlage 1 und/oder in bestimmten Zeitintervallen wird von der zentralen Auswerteeinheit 5 eine gezielte Vorlauftemperaturänderung durch Ansteuerung des Mischventiles 9 verursacht. Diese Änderung kann sowohl nach oben als nach unten erfolgen. Nach Wirksamwerden der Vorlauftemperaturänderung erfolgt durch die Temperatursensoren 8 eine Messung der jeweiligen von den Heizkörpern 3 aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen, die mittels des Funksenders/-empfängers 6 von der Auswerteeinheit 5 abgefragt und mit den jeweils entsprechenden Werten vor Wirksamwerden der Vorlauftemperaturänderung verglichen werden. Je nach Einstellung der Auswerteeinheit 5 erfolgt dann eine entsprechende Bewertung der Meßwerte und gegebenenfalls die Festlegung einer folgenden Vorlauftemperaturänderung, die dann ebenfalls durch Ansteuerung des Mischventils 9 realisiert wird.
Je nach Regelungsstrategie kann z. B. zuerst eine Festlegung des optimalen Vorlauftemperaturbereiches erfolgen, die mit relativ großen Vorlauftemperaturänderungsschritten erzielt wird und erst in einem zweiten Abschnitt erfolgt dann mit kleineren Änderungsschritten eine Festlegung der genauen optimalen Vorlauftemperatur. Bei der Bewertung der von den Temperatursensoren 8 erfaßten Meßwerte können z. B. weitere Sensormeßwerte ebenfalls berücksichtigt werden, es können aber auch extreme Meßwerte weniger stark berücksichtigt oder gänzlich aus der Bewertung genommen werden bzw. es kann auch ein Zufriedenheitsprofil erstellt werden, bei dem festgelegt wird, daß eine bestimmte Prozentzahl von ausreichenden Heizwirkungen durch die jeweiligen Heizkörpern 3, die sich durch Ausbleiben einer resultierenden Änderung zeigen, als genügend für eine optimale Vorlauftemperatur anzusehen ist und insofern keine Erhöhung der Vorlauftemperatur erforderlich ist.

Claims

Verfahren zur Regelung der Vorlauftemperatur einer Zentralheizungsanlage (2) bzw. eines Heizkreises mit in verschiedenen Räumen angeordneten, jeweils einen dezentralen Einzelraumtemperaturregler, wie z. B. ein Thermostatventil (4) oder dergleichen aufweisenden Heizkörpern (3), dadurch gekennzeichnet, daß nach Wirksamwerden einer gezielt gesteuerten Vorlauftemperaturänderung eventuelle aus der Vorlauftemperaturänderung resultierende Änderungen der jeweiligen von den Heizkörpern (3) aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen von an den Heizkörpern (3) angeordneten Temperatursensoren (8) erfasst und zur Bewertung der zugrunde liegenden Vorlauftemperaturänderung sowie gegebenenfalls zur Festlegung einer folgenden Vorlauftemperaturänderung an eine zentrale Auswerteeinheit (5) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen weiterer Sensorwerte, wie z. B. Ventilhub, Druckdifferenz um das Ventil, Thermostatstellung, Heizmediumtemperatur am Heizkörpereingang bzw. -ausgang, Raumlufttemperatur etc. von entsprechend angeordneten Sensoren erfaßt werden und zur ergänzenden Berücksichtigung bei der Bewertung der zugrundeliegenden Vorlauftemperaturänderung sowie gegebenenfalls bei der Festlegung einer weiteren Vorlauftemperaturänderung ebenfalls an die zentrale Auswerteeinheit (5) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übermittlung der von den Temperatursensoren (8) erfassten Werte durch jeweils zumindest einen Temperatursensor sowie einen Funksender beinhaltende elektronische Heizkosten verteil er (7) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übermittlung der von den als passive Oberflächenwellensensoren ausgebildeten Temperatursensoren (8) bzw. weiteren Sensoren erfassten Werte durch Abfrage per Funk erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übermittlung der von den als aktive Oberflächenwellensensoren ausgebildeten Temperatursensoren (8) bzw. den weiteren Sensoren erfassten Werte mittels Aussenden der Werte per Funk erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übermittlung der erfassten Werte ereignisabhängig und/oder intervallmäßig erfolgt, z. B. bei bestimmten Mindestveränderungen, zu bestimmten Zeitpunkten etc.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung der aktiven Oberflächenwellensensoren durch Energiespeicher, wie z. B. Batterien, Akkumulatoren oder dergleichen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung der aktiven Oberflächenwellensensoren bzw. der Energiespeicher durch Stromerzeuger, wie z. B. Solarzellen, Piezoelemente, pyroelektrische Elemente, Induktoreinrichtung mit Magnet und elektrischer Spule, Thermoelement etc. oder diese Bauteile enthaltende Anordnungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bzw. 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Messung mittels eines Strom erzeugenden Sensors, wie z. B. ein Piezoelement oder dergleichen die Übermittlung des jeweiligen erfassten Wertes durch den Wert selbst aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in bestimmten Zeitintervallen und/oder bei Aktivierung der Zentralheizungsanlage (2) eine gezielt gesteuerte Vorlauftemperaturänderung für eine nach Wirksamwerden der Vorlauftemperaturänderung erfolgende Überprüfungsmessung eventueller resultierender Änderungen der jeweils von den Heizkörpern (3) aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erfassten Änderungen der jeweils von den Heizkörpern (3) aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen Extremwerte herausgefiltert werden bzw. eine Bewertung der Änderungen z. B. der Häufigkeit oder der Größe entsprechend erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen einer einstellbaren Temperaturobergrenze bzw. -untergrenze unabhängig von den Auswirkungen der vorangegangenen Vorlauftemperaturänderung keine weitere gleichgerichtete Vorlauftemperaturänderung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer einstellbaren Mindest- bzw. Höchstanzahl von erfassten Änderungen der jeweils von den Heizkörpern (3) aus dem Leitungsnetz aufgenommenen bzw. an die Umgebung abgegebenen Wärmeleistungen keine weitere gleichgerichtete Vorlauftemperaturänderung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zwischen der letzten und der vorletzten Vorlauftemperaturänderung mit engeren Änderungsschritten untersucht wird.