DE3442441C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der für eine Schnellaufheizung eines Raumes benötigen Zeit gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist heutzutage üblich geworden, Räume eines Gebäudes bezüglich der Raumtemperatur dann abzusenken, wenn diese Räume entweder nicht belegt sind oder wenn aus anderen Gründen eine Absenkung wegen eines erhöhten Aktivitätsniveaus der darin Lebenden notwendig erscheint. Der Grund für diese Temperaturabsenkung liegt im wesentlichen in der Energieeinsparung. Nach einer solchen Absenkung, die nicht nur nachtsüber, sondern auch während einzelner Stunden des Tages erfolgen kann, muß regelmäßig wieder eine Schnellaufheizung auf ein erhöhtes Temperaturniveau erfolgen. Hierbei ist zu unterscheiden, daß dieses erhöhte folgende Temperaturniveau auf dem gleichen Niveau liegen kann wie das vor der Absenkung. Es besteht auch die Möglichkeit, daß diese erhöhten Raumtemperaturniveaus unterschiedlich sind.

Aus der EP-PS 12 936 ist ein rechnergestütztes Verfahren zum Optimieren des Energieverbrauchs eines Gebäudes sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bekanntgeworden, die im Prinzip damit arbeitet, daß die tatsächlich benötigten Ein- und Ausschaltzeiten des Brenners der Heizungsanlage unter Berücksichtigung von Variablen, wie Außentemperatur und momentane Raumtemperatur, gemessen, gespeichert und der Berechnung der folgenden Ein- und Ausschaltzeiten zugrunde gelegt werden.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß erst eine gewisse Menge von Ein- und Ausschaltzeiten von vergangenen Belegungs- und Nichtbelegungszeiten ermittelt und gespeichert sein müssen, damit dieses Verfahren ordnungsgemäß arbeiten kann. Weiterhin ist es nachteilig, daß das Verfahren nach der Entgegenhaltung einen erheblichen Speicherplatz benötigt, um die benötigten Werte auf Vorrat zu halten. Das System nach der EP- PS 12 936 verfügt ohnehin über einen Mikroprozessor, so daß es eigentlich naheliegt, diesen Mikroprozessor auch zum Rechnen von Größen einzusetzen, die bei Temperaturbewegungen einer Heizungsanlage auftreten können.

Aus der DE-OS 30 29 131 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung einer Raumheizung bekanntgeworden, bei dem der Raum während bestimmter Nutzungszeiten auf einer Soll-Temperatur gehalten wird, während die Raumheizung nach Ende der Nutzungszeit abgeschaltet wird. Nach dem Ende der Nutzungszeit wird die durch den Verlauf der Ist-Temperatur des Raumes als Funktion der Zeit gegebene Abkühlkurve ermittelt, dieser eine Vorheizzeit zugeordnet, mit der nach dem Einschalten der Raumheizung die Soll-Temperatur erreicht wird, weiterhin wird die Raumheizung eingeschaltet, sobald die der Abkühlkurve zugeordnete Vorheizzeit den bis zum Beginn der nächsten Nutzungszeit verbleibenden Zeitabstand erreicht oder überschreitet. Hierbei wird ein Zeitintegral über die Differenz zwischen Raum-, Soll- und Ist-Temperatur gebildet, weiterhin ist während der Brennabsenkphase der Brenner der Wärmequelle ausgeschaltet. Die Temperaturkurve der vorangehenden Absenkphase oder Aufheizphase wird gespeichert.

Aus der DE-OS 29 39 719 ist ein Verfahren zur Minimierung des Brennstoffverbrauchs einer Gebäudeheizung bekanntgeworden, bei dem während der Nutzungspausen des von einer Heizungsanlage beheizten Gebäudes der Wärmeerzeuger abgeschaltet wird und dieser rechtzeitig vor Nutzungsbeginn wieder eingeschaltet wird.

Zur Festlegung dieses Wiedereinschaltzeitpunktes werden die Außentemperatur, die mittlere Innentemperatur des Gebäudes und die seit dem Abschalten vergangene Zeit in Betracht gezogen, wobei eine eingehende Konstante von einem Grundwert aus durch Messung der tatsächlich benötigten Aufheizdauer und Vergleich mit dem errechneten Wert selbsttätig korrigiert wird.

Weiterhin ist aus der EP-PS 13 287 eine Einrichtung zur energiemäßigen Optimierung der Temperaturänderung in Gebäuden während deren Belegungspausen bekanntgeworden, bei denen Ein- und Ausschalt-Zeitpunkte einer Heizungsanlage von einem Rechner jeweils vor der gewünschten Temperaturveränderung unter Berücksichtigung der Nutzungszeit ermittelt werden. In das Verfahren gehen die Gebäudeeigenschaften berücksichtigenden Parameter ein, die speicherbar sind und anhand neu bestimmter Parameter korrigiert werden. Weiterhin wird die Differenz zwischen Außen- und Raumtemperatur integriert.

Schlußendlich ist es aus der EP-OS 98 449 bekannt, einen Wiedereinschaltzeitpunkt einer Heizungsanlage für ein Gebäude in Abhängigkeit von der Außen- und Raumtemperatur festzulegen, so daß die von der Heizanlage beheizten Räume in ihrer Raumtemperatur nicht allzuviel unter den Außentemperaturwert absinken können.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung eines Mikroprozessors den Zeitpunkt zu errechnen, in dem eine Heizungsanlage eingeschaltet werden muß, um zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine erhöhte Raum-Ist-Temperatur gemäß einem vorgegebenen Soll-Wert zu erreichen. Hierbei kann unterschieden werden, daß dieser Erhöhungs-Soll-Wert ein von einem vorangegangenen Erhöhungs-Soll-Wert abweichender Soll- Wert sein kann oder auch der gleiche sein kann. Weiterhin werden für beide Möglichkeiten im folgenden Vereinfachungslösungen angegeben.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche bzw. gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zum Inhalt hat.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Heizungsanlage und

Fig. 2 und 3 Diagramme.

In allen drei Figuren bedeuten Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Bei der Heizungsanlage gemäß Fig. 1 weist ein Gebäude 1 einen Testraum 2 auf, der einen Raumtemperaturfühler 3 aufweist, der über eine Leitung 4 an ein Steuerelement 5 angeschlossen ist. Dieses Steuerelement 5 weist einen Heizungsregler 6 auf, der einerseits eine von einem Außentemperaturfühler 7 abhängige Vorlauftemperaturregelung oder eine reine Raumtemperaturregelung bewirkt, wobei auch hier Stellgröße die Vorlauftemperatur ist. Der Außentemperaturfühler 7 ist über eine Leitung 8 an das Steuerelement 5 angeschlossen. Schließlich ist noch über eine Leitung 9 eine Uhr 10 an das Steuergerät angekoppelt. Der Testraum 2 wird erwärmt durch einen Heizkörper 11, der über eine Vorlaufleitung 12 und eine mit einer Pumpe 13 versehene Rücklaufleitung 14 an eine Wärmequelle 15 angeschlossen ist, die sich zweckmäßigerweise in einem anderen Raum 16 des Gebäudes 1 als der Testraum 2 befindet. Die Wärmequelle kann beliebiger Natur sein, es kann sich um einen Heizkessel oder Umlaufwasserheizer, gespeist mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, handeln, weiterhin ist ein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer möglich, der beispielsweise eine Fußbodenheizungsanlage speist. Wesentlich ist, daß der Wärmequelle 15 ein Energieglied 17 vorgeschaltet ist, beispielsweise ein Gas-Magnetventil, das den Gasdurchsatz durch eine Gasleitung 18 beherrscht, die im Innern der Wärmequelle zu einem Gasbrenner führt. Dieses Energiestellglied 17 kennt nur zwei Zustände, den voll geöffneten oder den voll geschlossenen Zustand. Bei einem Durchlauferhitzer, der mit elektrischem Strom gespeist ist, ist das Energiestellglied 17 als Schütz ausgebildet, im Falle eines Ölbrenners kann es sich auch um ein Magnetventil handeln. Für die Erfindung ist vorausgesetzt, daß die vom Raumtemperaturfühler 3 gemessene Raumtemperatur stets beträchtlich über der vom Außentemperaturfühler 7 gemessenen Temperatur liegt.

An das Steuerelement 5 ist über eine Stelleitung 20 das Energiestellglied 17 angeschlossen. Weiterhin führt eine erste Ausgangsleitung 21 zu einem Speicher 22, eine zweite Ausgangsleitung 23 zu einem zweiten Speicher 24, eine dritte Ausgangsleitung 25 zu einem dritten Speicher 26 und eine vierte Ausgangsleitung 27 zu einem vierten Speicher 28. Alle vier Speicher 22, 24, 26 und 28 sind zugleich Integratoren. Alle vier Speicher sind über Ausgangsleitungen 29 bis 32 mit einem Mikroprozessor 33 verbunden, dessen Ausgangsleitung 34 mit dem Steuerelement 5 verbunden ist.

Für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nunmehr auf die Fig. 2 verwiesen. Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dessen Abszisse die Zeit t in der Einheit Sekunden aufgetragen, während in der Ordinate Temperaturen T in Grad Celsius bzw. Temperaturdifferenzen aufgetragen sind. Beginnend von einem beliebigen Zeitpunkt t₀, soll gemäß der Kurve 45 eine Ist-Wert-Temperaturdifferenz herrschen, die sich aus der Differenz der vom Fühler 3 gemessenen Raumtemperatur und der vom Fühler 7 gemessenen Außentemperatur darstellt.

Es ist nun vorgesehen, daß, beginnend mit dem Zeitpunkt t₁ t₁ eine Absenkung gemäß einem Kurvenzug 46 stattfinden soll, die bis zum Kurvenpunkt 47 entsprechend t₂ reicht. Ab dem Punkt 47 soll eine Schnellaufheizung gemäß dem Kurvenzug 48 bis zum Zeitpunkt t₄ entsprechend dem Punkt 49 stattfinden, wobei die Zeitdauer zwischen t₂ und t₃ zu ermitteln und zu minimieren ist zwecks der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist wesentlich, daß das sich ab dem Punkt t₃ einstellende erneute Temperaturniveau entsprechend dem Kurvenzug 50 ab dem Zeitpunkt t₃ auf einem beliebigen Niveau liegt, was dem Niveau 45 gleich sein kann, es aber in der Regel nicht sein wird.

Es wird nun davon ausgegangen, daß die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, beginnend mit einem beliebigen Zeitpunkt t₀ laufend die von den Fühlern 3 und 7 gemessenen Werte an das Steuergerät 5 gibt. Von hier werden die Werte über die Leitungen 21 und 23 auf die Speicher 22 und 24 gegeben. Bevor sie gespeichert werden, wird aus den Werten die Differenz gebildet, und die Werte werden laufend integriert, und zwar durch Aufsummieren in den Speicher. Dieses fortlaufende Ermitteln der Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Außentemperatur findet nicht nur während Zeiten erhöhter oder normaler Raumtemperatur statt, sondern auch während Zeiten vorangegangener Absenkung. Es soll an dieser Stelle klargestellt werden, daß der Kurvenzug 45 nicht unbedingt eine Gerade mit parallelem Abstand zur Zeitachse sein muß, es kann sich hier auch um eine beliebige steigende und fallende Kurve handeln.

Wesentlich ist nun, daß mit Beginn des Absenkzeitpunktes, also dem Zeitpunkt t₁, die Differenz zwischen der aktuell gemessenen Raumtemperatur und der Außentemperatur kleiner wird, und zwar deswegen, weil durch Ausschalten der Wärmequelle 15 die Raumtemperatur abzusinken beginnt. Mit Beginn von t₁ aktiviert der Rechner 33 über die Stelleitung 34 das Steuergerät 5, so daß nun die von den beiden Fühlern 3 und 7 gemessenen Raum- und Außentemperatur-Ist-Werte über die Leitungen 25 und 27 den Speichern zusätzlich zugeführt werden. Das Verarbeiten der Meßsignale von den beiden Fühlern 3 und 7 über die Speicher 22 und 24 geht kontinuierlich weiter, übrigens auch in der Zeitspanne zwischen t₂ und t₃.

Auch die Speicher 26 und 28 stellen Integratoren dar, bilden also fortlaufend die Differenz zwischen den beiden Temperaturwerten und summieren sie in dem Speicher auf.

Es versteht sich von selbst, daß diese Differenztemperaturbildung einmal die fortlaufende und zum zweiten die während der Absenkphase 46 in beliebigen, also auch schwankenden Zeitabständen erfolgt, aber nicht zu dicht aufeinanderfolgen kann, und zwar im wesentlichen aus praktischen Gesichtspunkten. Es ist zwar einerseits ratsam, die Zeitabstände zwischen zwei Differenzbildungen so dicht wie möglich aufeinanderfolgen zu lassen, um die Genauigkeit des Verfahrens zu steigern, andererseits ist hierfür aber gegenläufig ein entsprechend hoher Speicherplatzaufwand zu erwarten. Der Speicherplatzaufwand pro Speicher 22 bis 28 ist aber erheblich niedriger als beim Stand der Technik, weil jeweils nur eine einzige Zahl, allerdings mit einer entsprechend großen Ziffernzahl, zu speichern ist.

Während der Absenkphase, also zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ entsprechend der Kurve 46, prüft die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens laufend, ob, da der Zeitpunkt t₃ bereits vorgegeben ist, der Zeitpunkt t₂ bereits erreicht ist, von dem ausgehend entsprechend dem Kurvenzug 48 bei dauernder Speisung der Wärmequelle 15 mit Energie eine Hochheizung noch möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ errechnet, so daß man bei vorgegebenem Zeitpunkt t₃ allein aufgrund der Kenntnisse der Speicherinhalte den Zeitpunkt t₂ beziehungsweise die Zeitspanne errechnen kann, bei der die Absenkungsphase unterbrochen werden muß.

Dieses Errechnen geht wie folgt vor sich:

Unter der Prämisse, daß die Raumtemperatur regelmäßig höher ist als die Außentemperatur, fließt aus dem Testraum 2 durch die Wandungen des Gebäudes 1 ein Wärmestrom gemäß Gleichung 1 in die Außenatmosphäre ein.

Hierin bedeuten: P = eine Leistung in Kilowatt, T _R den Raumtemperatur-Ist-Wert, T _A den Außentemperatur-Ist-Wert und R _A eine Konstante mit der Dimension Grad pro Kilowatt, die den Wärmedurchlaßwiderstand des Gebäudes 1 beschreibt. Zur Bestimmung der Größe von R _A wird von der Energiebilanz ausgegangen: Die aus dem Raum 2 über die Außenwände abgeführte Wärmemenge muß der Wärmemenge entsprechen, die über die Wärmequelle 1 dem Raum wieder zugeführt wird. Hierbei darf nicht ein momentaner Zustand betrachtet werden, sondern eine erhebliche Zeitdauer beziehungsweise ein zeitlicher Mittelwert. Diese Energiebilanz ist durch Gleichung 2 beschrieben.

In Gleichung 2 bedeutet P₀ die Brennerleistung, das heißt also, die Leistung, die über das Energiestellglied 17 dem Brenner 19 zugeführt wird, und L _A ist die Gesamtbrennerlaufzeit in dem betrachteten Zeitraum, wobei demgemäß die rechte Seite der Gleichung 2 die gesamte vom Brenner 19 abgegebene Energie bedeutet, während die linke Gleichungsseite die gesamte vom Testraum 2 an die Außenatmosphäre abgegebene Energie bedeutet. Wird der Wert für P von Gleichung 1 in Gleichung 2 eingesetzt, ergibt sich die Gleichung 3.

Für die Berechnung des Zeitintegrals über die Differenz der Raum- und der Außentemperatur kann jedes beliebige numerische Integrationsverfahren Anwendung finden.

Gemäß Gleichung 4a wird das Integral gleich S _A gesetzt.

Aus Gleichung 4b wird ersichtlich, daß das Integral über die Differenz der Raum- zur Außentemperatur durch eine Vielzahl von Messungen entsprechender Werte, multipliziert mit den Zeitdifferenzen Δ t, als Summe dieser Werte dargestellt werden kann, wobei dieses Verfahren natürlich eine Näherung ergibt.

Nunmehr wird Gleichung 3 nach R _A aufgelöst und der Wert von Gleichung 4a eingesetzt, so daß sich Gleichung 5 ergibt.

Gleichung 5 besagt, daß der gesuchte Wert für R _A proportional zum Integral über die Temperaturdifferenz und umgekehrt proportional einer bestimmten Brennerleistung und der Gesamtlaufzeit dieses Brenners ist.

Es ist weiterhin erforderlich, eine Größe zu bestimmen, die das Trägheitsverhalten des Gebäudes ausdrückt. Hierzu dient die Gleichung 6, die ansetzt, daß die Wärmekapazität C _A des Gebäudes 1 dem Quotienten aus einer Energiedifferenz Δ Q und einer Temperaturdifferenz Δ T _R ist.

Diese Energiedifferenz kann während der Absenkphase gemäß Fig. 2 bestimmt werden, indem die Wärmemenge ermittelt wird, die aus dem Gebäude an die Außenatmosphäre abgegeben wird und die Wärmemenge, die weiterhin ab dem Zeitpunkt t₁ impulsweise vom Brenner 19 an das Gebäude abgegeben wurde, obwohl die Brenndauerimpulse des Brenners aufsummiert werden. Die Differenz beider Energien ist nicht 0, die Differenz wird vielmehr von der Gebäudekapazität C _A gedeckt. Q läßt sich gemäß Gleichung 7 ausdrücken, wobei das Integral P _dt entsprechend Gleichung 1 ermittelt wird, jedoch mit der unteren Integrationsgrenze t₁ und L _B die Gesamtlaufzeit des Brenners 19 ab dem Zeitpunkt t₁ bedeutet.

Weiterhin wird gemäß Gleichung 8 der Wert für S₀ eingeführt, der dem Zeitintegral über die Differenz der Raum- zur Außentemperatur ab dem Zeitpunkt t₁ entspricht.

Δ T ist gemäß Gleichung 9 die Temperaturdifferenz, um die die Wärmekapazität C _A des Gebäudes während der Dauer der Absenkung abgekühlt ist, hierin ist T _{R 0} der Raumtempertur- Ist-Wert im Zeitpunkt t₁ und T _{R 1} der Raumtemperatur- Ist-Wert im Zeitpunkt t₂, das heißt der abgesenkte Raumtemperatur-Ist-Wert.

Δ T = T _{R 0} - T _{R 1} (9)

Nunmehr werden die Gleichungen 7 bis 9 in Gleichung 6 eingesetzt, so daß sich Gleichung 10 ergibt.

Für die folgenden Überlegungen zur Ermittlung der Zeitdifferenz zwischen t₂ und t₃ wird von der Annahme ausgegangen, daß der Brenner fortlaufend in Betrieb ist, und daß weiterhin ein Leistungsüberschuß zur Verfügung steht, der zum Schnellaufheizen des Gebäudes Anwendung findet. Die Steilheit der Kurve 48 ergibt sich gemäß Gleichung 11 und ist naturgemäß davon abhängig, wie groß der Teil der Leistung ist, der für das Nachladen der Wärmekapazität zur Verfügung steht.

Die Steilheit stellt sich somit als Differential der Raumtemperatur T _R- gemäß Gleichung 11 dar. Hierin bedeutet T _R die fortlaufend während der Schnellaufheizung anwachsende Raumtemperatur, die damit zwischen den Werten T _{R 1} auf T _{R 2} steigt, wobei der Wert für T _{R 2} dem Niveau der Kurve 50 entsprechen soll. T _{A 1} bedeutet in Gleichung 11 die Außentemperatur im Zeitpunkt t₂, wobei zur Vereinfachung davon ausgegangen wird, daß T _{A 1} zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ konstant bleibt.

Nach Lösung der Differentialgleichung 11 und nach Einsetzen des Wertes von T _R gleich dem Wert T _{R 2} läßt sich die Zeit T _vor ermitteln, die der Differenz zwischen t₂ und t₃ entspricht.

Damit stellt Gleichung 12 die allgemeine mathematische Abhängigkeit dar, nach der von einem festgelegten Zeitpunkt t₃ her rückwärts der Zeitpunkt t₂ ermittelt werden kann, bei dem im Punkt 47 der Brenner 19 durch Betätigen des Energiestellgliedes 17 mit Volleistung arbeitet, und die Raumtemperatur T _R im Testraum 2 so anhebt, daß im Zeitpunkt t₃ der neue Raumtemperatur-Ist-Wert T _{R 2} herrscht.

Der einzige Schönheitsfehler, mit dem Gleichung 12 behaftet ist, ist die Tatsache, daß ein einfacher Mikrorechner nicht ohne weiteres imstande ist, den natürlichen Logarithmus aus einem Quotienten zu berechnen, wobei sich dessen Zähler und Nenner aus Summanden zusammenzusetzen. Es ist daher vorgesehen, die Gleichung 12 zu vereinfachen. Es wird daher davon ausgegangen, daß die Änderung der Raumtemperatur T _R während der Aufheizphase zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ linear verläuft. Es ist wichtig, einen möglichst praxisgerechten Wert für die Größe der mittleren Steilheit des Kurvenzuges 48 zu finden.

Aus der Tatsache, daß die Kurve 48 zunächst eine Grade sein soll, kann man Gleichung 11 gemäß Gleichung 13 umschreiben.

Hierbei bedeutet T _RM eine mittlere Raumtemperatur, die zwischen den Werten T _{R 1} und T _{R 2} liegt. Praxisgerecht wird der Wert T _RM gemäß Gleichung 14 gewählt, wobei A eine vorgewählte Konstante bedeutet.

T _RM = A (T _{R 2} - T _{R 1} ) + T _{R 1} (14)

Aus praktischen Erwägungen ist A im Bereich von 0,5 bis 0,7, bevorzugt 0,51, zu wählen.

Löst man die Differentialgleichung 13 und setzt Gleichung 14 in die Lösung ein, so ergibt sich eine Näherungslösung für die Zeit T _vor nach Gleichung 15.

Um eine weitere Verbesserung der Näherung zu erzielen, kann die Konstante A in Gleichung 15 durch eine veränderliche Größe A gemäß Gleichung 16 ersetzt werden.

A = A₀ + B₀ · X (16)

A₀ und B₀ sind in Gleichung 16 frei wählbare Konstanten. Die Größe X berechnet sich gemäß Gleichung 17. Sie kann nur Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Für die Wahl der Konstanten A₀ und B₀ gilt folgendes:
Setzt man die Gleichungen 16 und 17 in Gleichung 15 ein, so erhält man die Gleichung 18.

Bei Vergleich der Rechenergebnisse von Gleichung 18 und Gleichung 12 stellt man einen mehr oder weniger großen Approximationsfehler fest, dessen Größe von der Wahl der Konstanten A₀ und B₀ abhängt. Zweckmäßig werden diese Zahlenwerte so gewählt, daß in einem möglichst großen Ergebnisintervall ausreichende Approximationsgüte herrscht. Nach Vorgabe des Intervalls kann diese Aufgabe numerisch zum Beispiel durch Aufsuchen des Minimums der Fehlerquadratsumme beziehungsweise des Fehlerquadratintegrals gelöst werden. Ebenso können empirisch oder grafisch gefundene Werte verwendet werden (zum Beispiel A₀ = 0,40, B₀ = 0,30).

Vom mathematischen Standpunkt aus gesehen liefern die Gleichungen 15 und 18 grundsätzlich ungenaue Ergebnisse, wenn es sich um extrem lange Aufheizzeiten, gemessen an der Gebäudezeitkonstanten R _A · C _A, handelt. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn die Brennerleistung bei der gegebenen Außentemperatur nicht oder nur sehr knapp ausreicht, um den gewünschten Raumtemperaturwert im Dauerbetrieb aufrechtzuerhalten.

Für die Erfindung ist noch eine weitere Vereinfachung möglich, wenn man nämlich davon ausgeht, daß es nur zwei Raumtemperatur-Soll- beziehungsweise -Ist-Werte gibt, von denen der eine den Hochtemperaturwert, der andere jeweils den abgesenkten Temperaturwert definiert.

Es sollen also demgemäß die Werte fürT _{R 2} gleich den Werten von T _{R 0} sein. Somit ergeben sich nur die Werte T _{R 2} beziehungsweise T _{R 0} einerseits und T _{R 1} als abgesenkter Wert andererseits. Für diesen Fall kann die Vorlaufzeit, also die Differenz zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃, statt der Gleichung 11 beziehungsweise der Gleichung 18 auch gemäß Gleichung 19 angegeben werden.

Wenn man die Gleichungen 12, 15, 17, 19, Gleichung 5 einsetzt, so werden diese Gleichungen unabhängig von der speziellen Brennerleistung P₀. Der Wert für Gleichung 19 setzt weiterhin voraus, daß A zu 0,5 oder gemäß Gleichung 16 gewählt ist. Aus dem Aufbau der Gleichungen 15, 16, 17 18 und 19 ergibt sich, daß die Zeit zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ lediglich durch Multiplizieren, Dividieren und Aufsummieren zu bilden ist.

Stellt sich heraus, daß die gesamte während der Schnellaufheizungsdauer vom Brenner 19 abgegebene Leistung an die Wärmequelle von dieser nicht über den oder die Heizkörper 11 auf den oder die Räume 2 abgegeben werden kann, wird aufgrund des Vorhandenseins der Vorlauftemperaturregelung beziehungsweise Begrenzung die Vorlauftemperatur über die Begrenzungstemperatur überschwingen, und der Brenner 19 wird abgeschaltet werden, obwohl aus dem Gesichtspunkt der Schnellaufheizung ein weiteres Brennen des Brenners sinnvoll wäre.

Um also diesen Gegebenheiten Rechnung zu tragen, daß die Heizungsanlage in ihrer maximal abzugebenden Leistung sehr viel größer dimensioniert ist als die Leistung, die von den Radiatoren an die Räume abgegeben werden kann, wird ein Faktor K eingefügt, um den die Zeitspanne zwischen t₂ und t₃ verlängert wird, um solche Zwangspausen der Wärmeanlieferung zu berücksichtigen. Dieser Wert für K wird zwar einer Zeitverlängerung gleichgesetzt, ist aber im Grunde ein Leistungswert. Insofern könnte man, wenn man K als Zeitwert auffaßt, die rechten Seiten der Gleichungen 12, 15, 18 und 19 mit dem Wert K multiplizieren, so daß die entsprechenden Werte für T _vor größer werden, es wäre gleichermaßen möglich, K als Leistungswert in Verbindung mit P₀ darzustellen, so daß also nicht die volle Brennerleistung für die Schnellaufheizung zur Verfügung steht, sondern eine um den Wert K niedrigere effektive Leistung.

Bislang wurde betrachtet, daß der Wärmeträgerfluß über Vor- und Rücklaufleitung 12 und 13 zum Radiator 11 behinderungsfrei abläuft. Ist der Kessel 15 hingegen über einen Mischer an den beziehungsweise die Radiatoren 11 angeschlossen, so muß für die Zeit der Schnellaufheizung der Mischung in die Endstellung fahren, in der der Wärmequellenvorlauf auf die Heizkörper ohne Behinderung geschaltet ist. Die Erfindung setzt weiterhin voraus, daß die Wärmekapazität der Wärmequelle 15 kleiner gegenüber der Wärmekapazität des Gebäudes 1 ist. Weiterhin wird vorausgesetzt, daß die Wärmemenge, die notwendig zur Durchführung der Schnellaufheizung so groß ist, daß sie von der Wärmequelle 15 ohne Anspringen des Brenners 19 nicht geliefert werden kann. Dieser Fall käme aber nur dann zum Tragen, wenn die Temperaturabsenkung nur um wenige Grade oder Bruchteile von Graden erfolgt, oder wenn der Heizkessel gegenüber dem Gebäude erheblich überdimensioniert ist. In diesen beiden letztgenannten Fällen ist aber ohnehin ein wirtschaftlicher Betrieb der Heizungsanlage nicht mehr möglich, so daß es dann auch nicht auf die Schnellaufheizung ankäme.

Wenn man die Werte der Gleichungen 5 und 10 in die Gleichungen 12, 15 und 18 - aufgelöst nach R _A bziehungsweise C _A - einsetzt, kommt man zu mathematischen Abhängigkeiten für den Wert T _vor, die unabhängig von der jeweiligen Brennerleistung sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Ermitteln der Zeitdauer einer Schnellaufheizung eines Raumes mittels einer von einem Brenner in einem Pulspausenverhältnis beheizten Wärmequelle unter Berücksichtigung der Außen- und der Raumtemperatur, bei dem der Zeitpunkt ermittelt wird, bei dem bei einem Pulspausenverhältnis von eins während der Schnellaufheizung ein erhöhter Raumtemperatur- Ist-Wert zu einem wählbaren danach folgenden Zeitpunkt erreichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß, beginnend in einem beliebigen Startzeitpunkt, die Differenz der Raum- und Außentemperatur in Zeitabständen fortlaufend ermittelt, integriert und gespeichert wird, daß während der gleichen Zeitdauer die Gesamtlaufzeit des Brenners ermittelt und daß in einer vorangegangenen Absenkphase oder während einer vorangegangenen Schnellaufheizphase das Zeitintegral der Differenz der Raum- und der Außentemperatur gebildet und für dieselbe Zeit die Laufzeit des Brenners ermittelt werden und daß aus diesen Werten die Zeitspanne für die Dauer der Schnellaufheizung (T _vor) nach folgender Beziehung ermittelt wird, wobei R _A eine Konstante mit der Dimension °C/kW, C _A die Wärmekapazität des Gebäudes, P₀ die Brennerleistung, T _{A 1} die Außentemperatur, T _{R 1} die Raumtemperatur jeweils zum letztfolgenden Absenkungszeitpunkt und T _{R 2} die Raumtemperatur nach der Schnellaufheizung bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit T _vor wie folgt angenähert ist: wobei A eine Konstante im Bereich 0,5-0,7 bedeutet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer weiteren Annäherung die Zeit T _vor nach folgender Beziehung ermittelt wird: wobei A₀ und B₀ Zahlenwerte mit in einem möglichst großen Ergebnisintervall ausreichender Approximationsgüte, bevorzugt 0,6 < A₀ < 0,2, 0,5 < B₀ < 0,1 und bedeuten.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für R _A nach folgender Beziehung ermittelt wird: wobeiS _A das Zeitintegral über die Differenz der Raumtemperatur und der Außentemperatur in einem vorgegebenen Zeitintervall und L _A die Gesamtbrennerlaufzeit in diesem Zeitintervall bedeuten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für C _A nach folgender Beziehung ermittelt wird: wobei S₀ das Zeitintegral über die Differenz der Raumtemperatur und der Außentemperatur während einer vorausgegangenen Absenkphase, L _B die Gesamtbrennerlaufzeit in dieser Absenkphase und T _{R 0} die Raumtemperatur zu Beginn dieser Absenkphase bedeuten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für C _A nach folgender Beziehung ermittelt wird: wobei S₁ das Zeitintegral über die Differenz der Raumtemperatur und der Außentemperatur während ein einer vorausgegangenen Schnellaufheizung, L₁ die Brennerlaufzeit in dieser Schnellaufheizphase, T _{R 1} die Raumtemperatur zu Beginn und T _{R 2} die Raumtemperatur am Ende dieser Schnellaufheizung bedeuten.