DE202012010328U1 - Demand-oriented control of a pipe heating system - Google Patents
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Abstract
Rohrbegleitheizungs-Steuerung für die zentrale Warmwasserversorgung in Gebäuden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zum Erkennen von Warmwasser-Zapfvorgängen vorhanden ist.Pipe trace heating control for the central hot water supply in buildings, characterized in that there is at least one sensor for recognizing hot water tapping processes.
Description
Die Erfindung betrifft die Steuerung von Begleitheizungen in Rohrleitungsnetzen zentraler Warmwasserversorgungen in Gebäuden, wie sie insbesondere durch elektrische Heizbänder oder Heizkabel realisiert wird, die entlang der Rohrleitungen geführt werden. Zweck einer Rohr-Begleitheizung ist es, durch Zuführen von elektrischer Heizenergie entlang von Warmwasser-Rohrleitungen deren stetige Wärmeabgabe an die Umwelt so zu kompensieren, dass entlang der gesamten Rohrleitung, also bis in die Nähe der Zapfstellen, stets erwärmtes Wasser vorgehalten wird.The invention relates to the control of heat tracing in piping networks central hot water supplies in buildings, as it is realized in particular by electrical heating bands or heating cables, which are guided along the pipes. The purpose of a pipe heat tracing is to compensate by supplying electrical heating energy along hot water pipelines their steady heat release to the environment so that along the entire pipeline, ie up to the vicinity of the taps, always heated water is kept.
In der Natur dieser Funktion liegt es, dass praktisch die gesamte zugeführte Energie an die Umwelt abgegeben wird und eigentlich für eine direkte Nutzung verloren geht. Weil die Kosten elektrischer Energie höher als die Kosten anderer Energieformen sind, ergibt sich hieraus ein Akzeptanzproblem, weshalb der Anteil von Begleitheizungen im Vergleich zu Warmwasser-Zirkulationssystemen äußerst gering ist.The nature of this function is that virtually all of the energy supplied is released into the environment and is actually lost for direct use. Because the cost of electrical energy is higher than the cost of other forms of energy, this results in an acceptance problem, which is why the proportion of heat tracing compared to hot water circulation systems is extremely low.
Zweck der Erfindung ist es deshalb, den Betrieb der Begleitheizung möglichst nur auf die tatsächlichen Bedarfszeiten zu beschränken. Problematisch ist hierbei, dass solche Bedarfszeiten nur bedingt regelmäßig vorkommen. Weiterhin sind, je nach Betriebsumständen, auch hygienische Anforderungen zur periodischen Aufheizung des Rohrnetzes auf ausreichend hohe Temperaturen zu berücksichtigen, um einer Ansiedlung gesundheitsgefährdender mikrobiologischer Kulturen entgegen wirken zu können.The purpose of the invention is therefore to limit the operation of the heat tracing as possible only on the actual demand times. The problem here is that such demand times occur only conditionally regularly. Furthermore, depending on the operating circumstances, hygienic requirements for the periodic heating of the pipe network to sufficiently high temperatures to be considered in order to counteract a settlement of health-endangering microbiological cultures can.
Für den vorgesehenen Zweck sind folgende Lösungsansätze bekannt:
- 1) Thermostat-Steuerung: Zur Senkung der kontinuierlichen Energieverluste sind Thermostat-Regelungen in Gebrauch, die die im Rohrsystem vorgehaltene Temperatur und somit auch die Wärmeabgabe an die Umwelt begrenzen. Eine Sonderform der Thermostat-Steuerung stellen so genannte selbstregulierende oder selbstbegrenzende Heizbänder dar, die mit Hilfe eines speziellen Halbleiters für eine partiell differenzierte temperaturabhängige Leistungsbegrenzung entlang des Heizbandes sorgt. So wird in allen Bereichen eine Maximaltemperatur von z. B. 65...70°C nicht überschritten und die Gesamtenergie gesenkt. Weiterhin sind Speichertemperatur-gesteuerte Heizungsregelungen bekannt, deren Soll-Temperatur mit der Temperatur des vorgeschalteten Pufferspeichers verknüpft ist. Die praktische Umsetzung ist dadurch gehemmt, dass gebräuchliche Heizungsregelungen keine Temperaturdaten nach außen bereit stellen, andererseits ein gesonderter Temperatursensor im Pufferspeicher selten Platz findet. Thermostat-Steuerungen begrenzen wirksam den Energiebedarf, verhindern aber nicht, dass in Perioden ohne Bedarf dennoch erhebliche Energiemengen verschwendet werden.
- 2) Vorprogrammierte Heizintervalle: Zur Festlegung konstanter Einschaltzeiten der Begleitheizung sind programmierbare Schaltuhren verwendbar. Da die Bedarfszeiten nur sehr ungenau vorbestimmt werden können, kommt es bei dieser Lösung häufig zu unnötigen Aktivierungen der Begleitheizung ohne wirklichen Bedarf einerseits und zu Versorgungslücken bei zufällig auftretendem Bedarf andererseits. Außerdem sind wiederholte Nutzereingriffe zur Anpassung der Programmierung, etwa nach Zeitumstellungen oder verändertem Tagesrhythmus, erforderlich.
- 3) Zeitlich vorprogrammierte thermische Desinfektion: Um der Bildung von gesundheitsgefährdenden Mikroorganismen im Trinkwasser größerer Anlagen entgegen zu wirken, werden unabhängig voneinander sowohl der Pufferspeicher, wie auch die Rohrabschnitte in zeitlich regelmäßiger aber nicht synchronisierter Folge auf eine Desinfektions-Temperatur aufgeheizt. Wegen der fehlenden Synchronisierung kommt es dabei zu erhöhtem Energiebedarf.
- 4) Bedarfsgerechtes Aufheizen nach direkter Anforderung: Hierfür will die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2007 003 255 U1
- 1) Thermostat control: To reduce the continuous energy losses thermostatic controls are in use, which limit the temperature kept in the pipe system and thus also the heat emission to the environment. A special form of the thermostat control are so-called self-regulating or self-limiting heating tapes, which provide a partially differentiated temperature-dependent power limitation along the heating tape with the aid of a special semiconductor. So in all areas a maximum temperature of z. B. 65 ... 70 ° C and the total energy is lowered. Furthermore, storage temperature-controlled heating controls are known, whose target temperature is linked to the temperature of the upstream buffer memory. The practical implementation is hampered by the fact that common heating regulations provide no temperature data to the outside, on the other hand, a separate temperature sensor in the buffer memory rarely finds space. Thermostat controls effectively limit energy consumption but do not prevent significant amounts of energy from being wasted in periods of no need.
- 2) Pre-programmed heating intervals: Programmable time switches can be used to establish constant on-times of the heat tracing. Since the demand times can be determined only very inaccurately, this solution often leads to unnecessary activations of the heat tracing without real need on the one hand and to supply gaps in case of accidental demand on the other hand. In addition, repeated user interventions to adapt the programming, such as time changes or changing the daily rhythm, required.
- 3) Time-preprogrammed thermal disinfection: In order to counteract the formation of harmful microorganisms in the drinking water of larger plants, both the buffer tank and the pipe sections are heated independently of each other to a disinfection temperature in a chronologically regular but not synchronized sequence. Because of the lack of synchronization it comes to increased energy requirements.
- 4) Demand-oriented heating according to direct requirement: For this purpose, the utility model
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht in der Schaffung eines Automaten, der ohne jede Wartung durch die Nutzer alle bedarfsgerecht notwendigen Einschaltperioden der Begleitheizung zuverlässig erkennt und optimal steuert, insbesondere bei zufälligen Zapfvorgängen, vor regelmäßigem Bedarf und zum Zwecke der Desinfektion des Rohrsystems.The object of the invention is based on the creation of a machine that reliably detects and optimally controls without any maintenance by the user all necessary turn-on periods of heat tracing, especially for random tapping, before regular needs and for the purpose of disinfecting the pipe system.
Dabei soll die Lage des Optimums vom Nutzer in einfachster Weise und praktisch intuitiv vorzugeben sein.It should be the location of the optimum of the user in the simplest way and virtually intuitive pretend.
Wegen der Einfachheit der praktischen Realisierung sollen ausschließlich Temperatursensoren, insbesondere als außen zu befestigende Rohr-Anlegefühler, eingesetzt werden können.Because of the simplicity of the practical realization, only temperature sensors, in particular as pipe-fitting sensors to be fastened on the outside, can be used.
Im Detail sind folgende Aufgaben zu lösen:
- – Zuverlässiges Erkennen von Zapfvorgängen;
- – Temperaturregelung der beheizten Rohrabschnitte nach Solltemperaturen, die aus der Speichertemperatur ohne Eingriffe in die Heizungssteuerung oder in den Pufferspeicher gewonnen werden sollen;
- – Tageszeit-abhängige Speicherung der Zapfgewohnheiten, abhängig von Wahrscheinlichkeit, Aktualität und Kontext mit weiteren Randbedingungen, dabei Sicherung einer Grundversorgung mit Warmwasser auch in Perioden erhöhter Bedarfswahrscheinlichkeit ohne einzeln determinierbare Bedarfsperioden durch quasi-zufällige Heizintervalle;
- – Intuitive Nutzereinstellung durch Einknopfbedienung und Anzeige der Laufstatistik;
- – Erkennen von Wochenenden im Wochenrhythmus ohne äußere Nutzervorgabe;
- – Schnelle Abwesenheitserkennung und Aussetzen der Aufheizvorgänge in dieser Zeit;
- – Beschleunigtes „An- und Umlernen” der Zapfgewohnheiten;
- – Thermische Desinfektion in Abhängigkeit von der Speichertemperatur und vorausgegangenen Betriebsaufheizungen.
- - Reliable detection of dispensing operations;
- - Temperature control of the heated pipe sections according to target temperatures resulting from the tank temperature without interfering with the Heating control or to be recovered in the buffer memory;
- - Time-dependent storage of tapping habits, depending on probability, timeliness and context with other boundary conditions, while securing a basic supply of hot water even in periods of increased demand probability without individually determinable demand periods by quasi-random heating intervals;
- - Intuitive user setting by one-button operation and display of the running statistics;
- - Recognize weekends in the weekly rhythm without external user specification;
- - Quick absence detection and suspension of heating in this time;
- - accelerated "learning and relearning" of tap habits;
- - Thermal disinfection depending on the tank temperature and previous operating heaters.
Ferner soll die prinzipielle technische Lösung so beschaffen sein, dass sie mit Mikrocontroller-Technik nach dem gegenwärtigen technischen Stand im Umfang einer Kleinbaugruppe mit kleinem Schaltungsaufwand und geringem Leistungsverbrauch realisierbar ist.Furthermore, the basic technical solution should be such that it can be realized with microcontroller technology according to the current state of the art to the extent of a small component with low circuit complexity and low power consumption.
Für den Einsatz in Seriengeräten ohne manuelle Anpassungen vor Ort ist besonderer Wert darauf zu legen, dass alle Detaillösungen auch bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen, z. B. bei stark schwankenden Pufferspeicher-Temperaturen, unabhängig von Zeitkonstanten, Rohrmaterialien und möglichst auch bei in der Praxis anzutreffenden Installationsfehlern optimal funktionieren.For use in series production units without manual adjustments on site, special attention must be paid to ensure that all detailed solutions are maintained even under very different operating conditions, eg. B. optimally fluctuating buffer storage temperatures, regardless of time constants, pipe materials and possibly even in practice encountered installation errors.
Das Problem wird mit den im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.The problem is solved with the features characterized in the main claim. Advantageous embodiments are specified in the further claims.
Die Grundlage der Erfindung besteht darin, dass durch geeignete Sensorik erkannt wird, wann Warmwasser gezapft wird und wie sich diese Zapfperioden in den allgemeinen Kontext der Tagesperioden einordnen lassen. Das Aufheizen der Rohrbegleitheizung im normalen Betrieb wird erfindungsgemäß nur noch durch zwei alternative Ursachen ausgelöst:
- 1) „Akute” Anforderung von Warmwasser durch Zapfvorgang: Bei abgekühlter Rohrleitung bewirkt die Rohrbegleitheizung unmittelbar nach ihrem Einschalten nur einen geringen Erwärmungseffekt. Vor einem absehbaren Bedarf ist es aber damit möglich nur eine kleine Menge Warmwasser zu zapfen und anschließend den Wasserfluss zunächst wieder zu stoppen. Hierdurch wird das Einschalten der Begleitheizung von jeder Zapfstelle aus wie mit einer Fernschaltung ausgelöst. Nach einer vorhersehbaren Wartezeit steht beim nächsten Zapfen bereits erwärmtes Wasser an den Zapfstellen zur Verfügung.
- 2) Erreichen eines als „gewöhnliche Bedarfszeit” eingestuften Tageszeitintervalls: Um zu vermeiden, dass vor jedem Warmwasserbedarf eine Wartezeit einzuplanen ist, werden häufig wiederkehrende Bedarfsintervalle automatisch gespeichert und führen, ähnlich einer Zeitschaltuhr, zu vorausschauender Aktivierung der Begleitheizung. Diese Funktion kann an Wochenenden oder bei erkannter längerer Abwesenheit der Bewohner automatisch unterbunden werden.
- 1) "Acute" request of hot water by tapping process: When the pipe is cooled, the pipe trace heating causes only a slight warming effect immediately after it has been switched on. Before a foreseeable demand, however, it is possible to tap only a small amount of hot water and then to stop the flow of water again first. This triggers the activation of the heat tracing from each tapping point as with a remote control. After a foreseeable waiting time, already heated water at the taps will be available at the next tap.
- 2) Reaching a time-of-day interval classified as "ordinary demand time": In order to avoid having to wait before each hot water demand, frequently recurring demand intervals are automatically stored and lead, similar to a timer, to anticipatory activation of the heat tracing. This feature can be automatically disabled at weekends or when residents are aware of a prolonged absence.
Außerdem können zusätzlich Intervalle zur thermischen Desinfektion ausgelöst werden.In addition, additional intervals for thermal disinfection can be triggered.
Dieses Verhalten führt zu einer engen Bindung der Heizintervalle an tatsächliche Bedarfszeiten und somit zu einer spürbaren Energieersparnis bei nur geringfügigen Einschränkungen des Warmwasser-Komforts.This behavior leads to a close connection of the heating intervals to actual demand times and thus to a noticeable energy saving with only slight restrictions of the hot water comfort.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Es zeigen:Show it:
Gemäß
Als Sensor
Zur Erkennung oder Verifizierung von Zapfvorgängen können alternativ oder zusätzlich auch andere Sensoren eingesetzt werden, z. B. Strömungs- oder Drucksensoren, deren Signale dann in nahe liegender Weise in die Verarbeitung einfließen.For detecting or verifying dispensing operations, other sensors may alternatively or additionally be used, eg. As flow or pressure sensors whose signals then flow into the processing in a near-lying manner.
Der Sensor
Die komplexe Signalverarbeitung im Ausführungsbeispiel ist in
Zwischen allgemeinen Temperaturschwankungen, verursacht z. B. durch Aufheiz-Prozesse des Pufferspeichers, und signifikanten Temperaturanstiegen durch Zapfereignisse ist eine zuverlässige Unterscheidung zu treffen. Hierzu ist in den Signalweg des Messsensors
Dieses Verhalten ist in
Ein nachgeschalteter Abschwächer
Das Ausgangssignal des Größenkomparators
Während der nach Bedarf gesteuerten Heizintervalle soll die Temperatur der beheizten Rohrabschnitte auf einen bestimmten Sollwert erwärmt werden. Zweckmäßiger Weise wäre dieser Sollwert an der jeweiligen Pufferspeicher-Temperatur auszurichten. Eine direkte Messung am Pufferspeicher soll aber gemäß Aufgabenstellung unterbleiben. Erfindungsgemäß werden statt dessen die Spitzenwerte der Temperaturen am Sensor
Über Programm-Module
Ein Zeitnormal
Mit den bisher erläuterten Funktionsblöcken ist die Auswertung des „akuten” Bedarfs nach 1) gewährleistet. Es genügt jeweils eine kurze Wasserentnahme, um über Sensor
Nachfolgend wird nun die vorausschauende Aktivierung nach 2) erläutert. Hierzu gibt es im Blockschaltbild nach
Hierzu werden die 24 Stunden eines Tages erfindungsgemäß in eine Anzahl gleich großer Tageszeit-Intervalle eingeteilt, z. B. in 288 Intervalle zu je 5 Minuten. Die iterative Berechnung der Bedarfswahrscheinlichkeit Ad erfolgt für jedes Tageszeit-Intervall d als Filter-Antwort yTP = f(xTP, yTP) einer zeitdiskreten Tiefpass-Funktion (vergl.
Nutzer gestalten ihren Tagesablauf gewöhnlich nicht streng nach der Uhrzeit. So entsteht eine gewisse Streuung der Bedarfszeiten, auch wenn diese an feste Uhrzeiten, z. B. den täglichen Arbeitsbeginn, gekoppelt sind. Um eine gewollte Unschärfe der Beurteilung zu erreichen, werden erkannte Bedarfszeiten nicht nur dem zugehörigen, sondern auch benachbarten Intervallen zugerechnet. Im Zusammenwirken mit der Tiefpass-Funktion einerseits und der von der Nutzung verursachten Streuung andererseits entsteht so eine Verteilungsfunktion der Wahrscheinlichkeiten zwischen den Intervallen, die für solche Zeiten eine Gruppe bildet und bei Überschreiten eines Schwellenwertes an der vorderen Flanke einer solchen Gruppe das Einschalten der Begleitheizung auslöst.Users usually do not design their daily routine strictly according to the time of day. This creates a certain spread of demand times, even if they are fixed times, z. B. the daily work, are coupled. In order to achieve a deliberate blurring of the assessment, recognized demand times are attributed not only to the associated but also to adjacent intervals. In conjunction with the low-pass function on the one hand and the scattering caused by the use on the other hand arises a distribution function of the probabilities between the intervals, which forms a group for such times and triggers the switching on of the heat tracing when a threshold is exceeded on the front flank of such a group ,
Durch zweckentsprechende Wahl unterschiedlicher Zeitkonstanten der Tiefpass-Funktion für an- und abschwellende Veränderungen kann ein sehr differenziertes Verhalten erreicht werden:
Im Falle großer Zeitkonstanten für ansteigende Verläufe und kleiner Zeitkonstanten für abfallende Verläufe ergibt sich nur dort ein ausgeprägtes Gewohnheiten-Profil, wo wirklich sehr regelmäßig zu festen Zeiten gezapft wird. Ansonsten wird es nur Aufheizungen nach unmittelbarer Anforderung durch Wasserentnahme geben. Dies bedeutet insgesamt wenige Einschalt-Perioden in der Laufstatistik, somit also einen sparsamen Betrieb, jedoch auch kleineren Komfort, weil allgemein auf das Eintreffen des warmen Wassers gewartet werden muss.By appropriate choice of different time constants of the low-pass function for increasing and decreasing changes a very differentiated behavior can be achieved:
In the case of large time constants for rising gradients and small time constants for declining gradients, only there results a pronounced habits profile, where really very regularly tapped at fixed times. Otherwise, there will be only heaters after immediate request by water extraction. This means a total of few switch-on periods in the run statistics, thus an economical operation, but also smaller comfort, because in general the arrival of the warm water has to be waited.
Im umgekehrten Fall genügen seltene Anforderungen pro Intervall, um regelmäßig die Heizung aus Gewohnheit zu starten. Nur wenn es über längere Zeiten keine Anforderung mehr gibt, sinkt die Wahrscheinlichkeit langsam unter den Schwellenwert und weitere Starts bleiben aus.Conversely, infrequent requirements per interval are enough to start the heating habitually on a regular basis. Only when there is no longer a request for longer periods, the probability drops slowly below the threshold and further starts remain off.
Hier ergibt sich ein interessantes Verhalten für Tageszeiten mit allgemeinem, aber nicht streng determinierbarem Bedarf: Es werden mit bestimmter Häufigkeit und zu leicht wechselnden Zeiten quasi-zufällige Heizintervalle ausgelöst, die dazu führen, dass während solcher Phasen die Rohrleitung nie ganz abkühlt, eine gewisse Grundversorgung also gewährleistet ist. Dabei bleibt aber dennoch die Möglichkeit von Spontananforderungen erhalten. Insgesamt werden häufigere Heizintervalle erzeugt – der Komfort wird auf Kosten häufigerer Laufzeiten höher. Dennoch wird die Heizung auch bei dieser Betriebsart niemals in Intervallen gestartet, zu denen es in der Vergangenheit keine Anforderungen gab.Here is an interesting behavior for times of the day with general, but not strictly determinable demand: There are triggered with certain frequency and slightly changing times quasi-random heating intervals, which mean that during such phases, the pipe never completely cool, a certain basic supply So is guaranteed. Nevertheless, the possibility of spontaneous requirements remains. Overall, more frequent heating intervals are generated - comfort increases at the cost of more frequent runtimes. However, even with this mode of operation, the heater is never started at intervals that were not required in the past.
Die zuletzt erläuterten Abhängigkeiten von den Zeitkonstanten erlauben eine sehr einfache Einknopfbedienung durch den Nutzer zwischen den Endstellungen „sparsam” und „komfortabel”. So können, z. B. durch ein Einstell-Potentiometer
Um dem Nutzer eine Kontrollmöglichkeit über das Ergebnis der von ihm getroffenen Einstellung zu geben, wird eine Laufstatistik als Anteil der Heizungsperioden an der gesamten Betriebszeit der Steuerung ausgegeben. Hierfür bietet sich erneut eine Tiefpass-Funktion an, deren Zeitkonstante etwa auf ein bis zwei Tage festgelegt ist.In order to give the user control over the result of the setting made by him, run statistics are output as a proportion of the heating periods over the entire operating time of the control. This again offers a low-pass function, the time constant is set to about one to two days.
Ein zyklischer Tageszeiten-Gewohnheiten-Speicher mit D Speicheradressen zur Abbildung gleich großer, über 24 Stunden verteilter Zeitintervalle wird um zusätzliche Informationen pro Speicherelement erweitert (
Wie bekannt muss der Heizungsstart für eine als Gewohnheit bekannte Bedarfszeit vorausschauend erfolgen, damit genügend Zeit für die Erwärmung bis zur Entnahme verbleibt. Damit auch ein eventueller Zapfvorgang vom Vortag Berücksichtigung finden kann, muss die Information aus N bereits vor der Auswertung für den eventuellen Heizungsstart erfolgen, deshalb also etwas weniger als 24 Stunden nach der Erfassung. Wenn in U markiert, kann die Auswertung zu diesem Zeitpunkt aber auch unterbleiben. Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn der laufende Tag inzwischen dem Wochenende zugeordnet wurde und die zu dieser Zeit erwartungsgemäß abweichenden Zapfgewohnheiten nicht zur Verfälschung des Gewohnheiten-Speichers führen sollen.As is known, the start of heating must be anticipatory for a demand time known to be a habit, so that there is sufficient time for warming to take off. So that a possible tapping process from the previous day can be taken into account, the information from N must be made before the evaluation for the eventual start of heating, therefore a little less than 24 hours after detection. If marked in U, the evaluation can also be omitted at this time. This can be z. B. then be the case when the current day has been assigned to the weekend and the expected at this time deviating Zapfwohnheiten should not lead to the falsification of habits memory.
Welche Zeitdauer für die Erwärmung erfahrungsgemäß einzuplanen ist, kann sehr einfach über die sich gewöhnlich ergebende Zeitdauer zwischen dem Einschalten der Begleitheizung und dem Wiederausschalten nach Erreichen der Solltemperatur bestimmt werden. Auch hierfür bilden sich Tiefpass-Funktionen für die Bildung eines Mittelwertes an.The amount of time that has to be planned for heating according to the invention can be determined very simply by the usually resulting time interval between switching on the heat tracing and switching it off again after reaching the setpoint temperature. Also for this low-pass functions form for the formation of an average value.
Wochenenden zeichnen sich im Allgemeinen durch ein signifikant abweichendes Gewohnheiten-Profil aus. Trifft dies in Einzelfällen nicht zu, so besteht andererseits kein Grund, Wochenenden gesondert zu behandeln. Um die Tage des Wochenendes zu erkennen werden jeweils die letzten beiden Tage mit dem Gewohnheiten-Profil verglichen und der Grad der Übereinstimmung ermittelt. Weil dem System die Tagesgrenzen unbekannt sind, muss ein solcher Vergleich mehrmals in 24 Stunden erfolgen. Wie bereits oben beschrieben enthält der Gewohnheiten-Speicher zusätzliche Informationen über Anforderungen während des aktuellen (die letzten 24 Stunden – N) und des vorherigen Tages (24 bis 48 Stunden vorher – L). So wird einfach gezählt, zu wie vielen Zeiten ein als Gewohnheit gespeicherter Bedarf in den letzten beiden Tagen mit einer tatsächlichen Entnahme auch bestätigt wurde. Die Summe, also das Zählergebnis wird anschließend durch die Anzahl gespeicherter Bedarfszeiten dividiert, um einen normierten Wert zu erhalten. In Anlehnung an vergleichbare statistische Analysen sei dieser Übereinstimmungsgrad als Korrelationsfaktor K48 bezeichnet. Um diese Analyse durch natürliche Streuungen nicht zu verfälschen wird bei überlagerter Unschärfe verglichen, das heißt, Übereinstimmungen werden nicht nur in gleichen, sondern auch benachbarten Intervallen gesucht. Zur weiteren Verfeinerung der Ergebnisse kann zur Bestimmung des Korrelationsfaktors anstelle der binären Information eines gespeicherten Gewohnheits-Bedarfs dessen Bedarfswahrscheinlichkeit einbezogen werden.Weekends are generally characterized by a significantly different habits profile. On the other hand, if this does not apply in individual cases, there is no reason to treat weekends separately. To identify the days of the weekend, the last two days are compared with the habits profile and the degree of agreement is determined. Because the system does not know the daily limits, such a comparison must be made several times in 24 hours. As previously described, the Habits Store contains additional information about requests during the current (the last 24 hours - N) and the previous day (24 to 48 hours before - L). Thus, it is simply counted at how many times a need saved as a habit in the last two days with an actual Removal was also confirmed. The sum, ie the count result, is then divided by the number of stored demand times to obtain a normalized value. Based on comparable statistical analyzes, this degree of agreement is referred to as the correlation factor K 48 . In order to avoid distorting this analysis by natural scattering is compared with superimposed blurring, that is, matches are searched not only in equal but also adjacent intervals. To further refine the results, the probability of need may be included to determine the correlation factor, rather than the binary information of a stored habit requirement.
Die Ergebnisse dieser Analyse werden in einem weiteren zyklischen („Wochen”-)Speicher mit einer Zykluszeit von 7 Tagen abgelegt und ergeben etwa ein Kohärenzprofil, wie in 
Erkannte Wochenend-Zeiten werden dahin gehend ausgewertet, dass alle vom Gewohnheiten-Profil erzeugten Pumpenstarts blockiert werden und das Gewohnheiten-Profil selbst in dieser Zeit nicht verändert wird. Prinzipiell wäre auch eine weiter gehende Sonderbehandlung der Wochenendzeiten in einem eigenen Gewohnheiten-Profil möglich. In der Praxis ist dies wegen allgemein beobachteter sehr großer zeitlicher Streuungen der Nutzergewohnheiten an Wochenenden aber wenig sinnvoll.Recognized weekend times are interpreted as blocking all pump starts generated by the habits profile and not changing the habits profile even during this time. In principle, a more extensive special treatment of the weekend in a separate habits profile would be possible. In practice, however, this makes little sense because of generally observed very large temporal variations in user habits at weekends.
Das gleiche Verfahren wie für die Wochenenderkennung findet auch für das Erkennen plötzlich veränderter Zapfgewohnheiten Anwendung. Voraussetzung ist zunächst, dass der Wochenend-Rhythmus eindeutig erkannt ist, die oben definierte Signifikanz also genügend groß ist. Wird jetzt innerhalb der Werktage ein starker Einbruch des Korrelationsfaktors K24 des aktuellen Tages erkannt, so ist von einer Umstellung der Nutzergewohnheiten auszugehen. Daraufhin wird der Gewohnheiten-Speicher auf seinen Startzustand initialisiert und die gespeicherten Anforderungen des aktuellen Tages übernommen. So ist bereits am darauf folgenden Tag das Gewohnheiten-Profil des aktuellen Tages wirksam – das System hat von einem Tag auf den anderen „umgelernt”.The same procedure as for weekend detection also applies to the detection of suddenly changed tap habits. Prerequisite is first that the weekend rhythm is clearly recognized, the significance defined above is therefore sufficiently large. If now within the working days a strong break in the correlation factor K 24 of the current day is recognized, then a conversion of the user habits is to be assumed. Then the habits memory is initialized to its start state and the stored requests of the current day are adopted. So the next day's habits profile is already in effect - the system has "learned" from one day to the next.
Für die Abwesenheitserkennung der Nutzer sind zwei Lösungsansätze alternativ oder kombiniert möglich: Die Überwachung der seit dem letzten Zapfvorgang vergangenen Zeit oder der in dieser Zeit vorausschauend ausgelösten, aber unnötigen, Pumpenstarts. Wird eine Abwesenheit nach Überschreiten einer festgelegten Schwelle erkannt, so werden weitere vorausschauende Pumpenstarts solange blockiert, bis wieder eine Anforderung erkannt wird. Auch die Inhalte des Gewohnheiten- und des Wochen-Speichers bleiben in dieser Zeit unverändert um eine „Entladung” der gespeicherten Profile zu verhindern. Diese Verfahrensweise gestattet einen sofortigen Wiedereintritt in frühere Gewohnheiten nach der Rückkehr der Nutzer.For the absence detection of the users two alternative solutions are possible alternatively or in combination: The monitoring of the time that has elapsed since the last dispensing process or the pump starts triggered in this time with foresighted but unnecessary. If an absence is detected after a defined threshold has been exceeded, further anticipatory pump starts are blocked until a request is recognized again. Also, the contents of the habits and weeks memory remain unchanged at this time to prevent a "discharge" of the stored profiles. This procedure allows for immediate re-entry into past habits after users return.
Warmwasser-Boiler werden, besonders bei energiesparendem Betrieb, nur in bestimmten Perioden über solche Temperaturgrenzen hinaus erhitzt, die eine wirksame Bekämpfung von Legionellen und anderer gesundheitsgefährdender Mikroorganismen gestatten.Hot water boilers, especially in energy-saving operation, heated only in certain periods beyond such temperature limits that allow effective control of Legionella and other harmful microorganisms.
Auch ohne Wasserentnahme wird der prinzipielle Temperaturverlauf des Boilers auf die Temperatursensoren im Vor- und Rücklauf durch Wärmeleitung und Mikrozirkulation innerhalb der Rohrleitungen übertragen und sind in einem Langzeitdiagramm der Temperaturverläufe als veränderliche Grundlinie erkennbar, die aber während jeder Wasserentnahme durch Temperaturspitzen unterbrochen wird. Um diese Grundlinie zu erhalten werden nur solche Temperaturen als Stützstellen benutzt, die außerhalb der Entnahmephase gemessen werden und die nicht schneller absinken, als ein vordefinierter Schwellenwert vorsieht. Aus diesen Stützstellen entsteht eine Annäherung an den Temperaturverlauf im Boiler mit wenigstens einem Maximum, das den richtigen Zeitpunkt für den Desinfektionslauf markiert. Die Laufdauer kann ein festgelegtes Vielfaches der detektierten Aufheizdauer der Begleitheizung sein. Für eine periodische gefilterte Analyse des täglichen Verlaufs der Speichertemperatur ist ein weiterer zyklisch umlaufender Speicher mit 24 Stunden Umlaufzeit vorteilhaft, auf den die Ergebnisse der Temperaturmessungen abgelegt werden. Über eine Tiefpass-Filterung, vergleichbar mit
- 1) Eine Laufstatistik wird durch periodisches Ansteuern einer diskreten Tiefpass-
Funktion gemäß 4 erreicht. Die Zeitkonstante desTiefpasses ist einer 5%-Teilung im Bereich zwischen „unter 5%” (einmaliges Blinken) und „über 20%” (fünfmaliges Blinken). - 2) Das Potentiometer ist über einen Vorwiderstand so in die Stromversorgung geschaltet, dass je nach Winkelstellung ein Wert I zwischen 0 und 255 gewandelt wird. Die Umrechnung in den jeweiligen Parameter P mit den tatsächlich vorgegebenen Einstellgrenzen Pmin, Pmax erfolgt nach der Gleichung
- 3)
8 illustriert die Handhabung des Gewohnheiten-Speichers, der für jedes Intervall d = 0...287 aus demSpeicher A mit 5 Bit für die mittlere Wahrscheinlichkeit von Anforderungen,sowie mit je 1 Bit dem aktuellen Tagesspeicher N, dem Tagesspeicher L für den vorherigen Tag und einem Ungültigkeits-Flag U besteht. So werden alle gebrauchten Informationen für jedes Intervall d Ressourcen schonend in nur einem Byte gespeichert. L speichert die Zapfzeiten noch einen Tag länger, obwohl diese bereits in A verrechnet wurden. Gebraucht werden diese Informationen beim Erkennen des Wochenendes. Für ein aktuelles Intervall i ist ein vorausschauender Start an ein Intervall gebunden, das zur Speicherung erst nach einigen weiteren Intervallen aktuell ist. Diese vorausschauende Zeitverschiebung ist die Summe aus der Aufheizdauer TZ, aufgerundet auf die volle Intervallgrenze und einer weiteren Intervall-Dauer, weil ja nicht bekannt ist, ob die Anforderung vom Beginn oder Ende des betreffenden Intervalls stammte. Um auch hier eine Unschärfe der Zapfgewohnheiten zu berücksichtigen, wurde der vorausschauende Start um eine zusätzliche Latenzzeit tL nach vorn gezogen. Im Intervall i + N ist also zu entscheiden, ob A einen Schwellenwert As überschreitet. Ist das der Fall, so wird „vorfristig” zum Intervall i die Begleitheizung gestartet. Hierfür muss bereits der Speicher N in A verarbeitet sein. Der Tiefpass-Filterprozess für alle drei Zielintervalle ist also ebenfalls vorfristig auszuführen. Nur die Übergabe der gespeicherten Anforderungen von N nach L und die Speicherung einer eventuellen neuen Anforderung erfolgt zum tatsächlichen Intervall i. Damit schon am Folgetag nach einer Inbetriebnahme der Steuerung die Nutzungsperioden des ersten Tages zu vorausschauenden Starts führen, werden die Wahrscheinlichkeiten aller Intervalle mit einem Wert initialisiert, der unmittelbar unter dem gewählten Schwellenwert für vorausschauende Starts der Begleitheizung liegt. - 4) Zur
Abwesenheitserkennung werden entsprechend 9 die gespeicherten Zapfgewohnheiten gezählt, die ohne erkannte Zapfvorgänge vergehen. Überschreitet das Zählergebnis ZA einen Grenzwert oder sind bereits 18 Stunden Latenzzeit TL ohne Zapfvorgang verstrichen, so wird in den Abwesenheits-Modus umgeschaltet, der bis zur nächsten Anforderung beständig ist. - 5) Der Wochenspeicher besteht aus 28 Speicherstellen mit einer Intervalldauer von jeweils 6 Stunden. Täglich erfolgt also im 6-Stunden-Takt eine Analyse nach
10 .Die Zahl 255 hat als Obergrenze der 1-Byte-Zahl eine Sonderfunktion für „Wert ungültig”. Am Ende der Prozedur wird für den laufenden Tag geprüft, ob eine Gewohnheiten-Änderung vorliegt. In diesem Fall werden die registrierten Zapfzeiten des laufenden Tages in den Gewohnheiten-Speicher übernommen. Der benutzte Berechnungsalgorithmus für die Korrelationsfaktoren K24 und K48 ist in11 dargestellt. Hierin sind Σ die Summe der ermittelten Übereinstimmungen, index eine Zählvariable zur Indexierung aller Intervalle des Tages-Gewohnheiten-Speichers, eq ein Zwischenpuffer für erkannte Übereinstimmungen und h das Zählergebnis für die Anzahl der gespeicherten Zapfgewohnheiten. Für X wird für die Berechnung von K24 das Flag N aus dem Gewohnheiten-Speicher eingesetzt, anderenfalls das Flag L für die Berechnung von K48. - 6) Als Tiefpass-Funktion in allen genannten Funktionsmodulen ist die Gleichung implementiert. In dieser Gleichung bestimmt der Quotient C die Zeitkonstante. Für die an- und abschwellende Veränderungen des Gewohnheiten-Speichers ist er gegenläufig zwischen 1 und 5 einstellbar. Für den Grenzwert C = 1 gilt yi = xi – hier reagiert der Filterausgang sofort auf das Eingangssignal, vorherige Zustände werden überschrieben. In erster Näherung kann τ ≈ C·TA unmittelbar als Zeitkonstante im herkömmlichen Sinne betrachtet werden. Hier bezeichnet TA die Abtastperiode, im Falle des Gewohnheiten-Speichers also 24 Stunden.
- 1) Run statistics are determined by periodically driving a discrete low-pass function according to
4 reached. The time constant of the low pass is 1.5 days. The filter response y TP = f (x TP , y TP ) constantly reflects the proportion of active times of the heat tracing currently. The display of this result is made with a light emitting diode by periodic flash sequences in a 5% division in the range between "less than 5%" (flashing once) and "more than 20%" (five flashes). - 2) The potentiometer is connected to the power supply via a series resistor so that, depending on the angular position, a value I between 0 and 255 is converted. The conversion into the respective parameter P with the actual preset setting limits P min , P max is carried out according to the equation
- 3)
8th Figure 5 illustrates the handling of the Habit Memory, for each interval d = 0 ... 287, from the 5-bit A memory for the mean probability of requests, and 1-bit each for the current daily memory N, the daily memory L for the previous day and an invalidation flag U exists. Thus, all used information for each interval d resources are stored gently in only one byte. L saves the tapping time one more day, even though they have already been cleared in A. This information is needed when recognizing the weekend. For a current interval i, a predictive start is bound to an interval which is only up-to-date for storage after a few further intervals. This predictive time shift is the sum of the heating time T Z , rounded up to the full interval limit and a further interval duration, since it is not known whether the request originated from the beginning or end of the interval concerned. To take into account a blurring of tapping habits, the forward-looking start was pulled forward by an additional latency t L. In the interval i + N, it must therefore be decided whether A exceeds a threshold value A s . If this is the case, the heat tracing is started "prematurely" at interval i. For this purpose, the memory N in A must already be processed. The low-pass filtering process for all three target intervals must therefore also be carried out ahead of schedule. Only the transfer of the stored requests from N to L and the storage of a possible new request takes place at the actual interval i. In order for the usage periods of the first day to lead to predictive start the next day after the startup of the control, the probabilities of all intervals are initialized with a value which is immediately below the selected threshold value for anticipatory starts of the heat tracing. - 4) For absence detection are accordingly
9 counted the stored tap habits that pass without any detected dispensing operations. Exceeds the count Z A a limit or 18 hours latency T L have passed without tapping, it is switched to the absence mode, which is stable until the next request. - 5) The weekly storage consists of 28 storage locations with an interval of 6 hours each. Every day an analysis takes place every 6 hours
10 , Thenumber 255 has a special function for "value invalid" as the upper limit of the 1-byte number. At the end of the procedure, it is checked for the current day if there is a habits change. In this case, the registered taps of the current day are transferred to the Habits memory. The used calculation algorithm for the correlation factors K 24 and K 48 is in11 shown. Herein, Σ is the sum of the determined matches, index is a count variable for indexing all the intervals of the daily-routine memory, eq is an intermediate match recognized buffer, and h is the count result for the number of tap patterns saved. For X, for the calculation of K 24 the flag N from the habits memory is used, otherwise the flag L for the calculation of K 48 . - 6) As a low-pass function in all the above functional modules is the equation implemented. In this equation, the quotient C determines the time constant. For the increasing and decreasing changes of the habits memory he is in opposite directions adjustable between 1 and 5. For the limit C = 1, y i = x i - here the filter output responds immediately to the input signal, previous states are overwritten. As a first approximation, τ ≈ C · T A can be directly considered as a time constant in the conventional sense. Here, T A denotes the sampling period, in the case of the habit memory, therefore, 24 hours.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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