Anordnung zur Anpassung eines Heizgerätes an den tatsächlichen Wärmebedarf

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Anpassung der Leistung eines Heizgerätes an den tatsächlichen Wärmebedarf, insbesondere eines Gebäudes, gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

[0002] Allgemein bekannt sind witterungsgeführte Regelungen, bei denen beispielsweise der Sollwert der Vorlauftemperatur einer Heizungsanlage bzw. eines Heizgerätes nach der Außentemperatur geregelt und nach einem Zeitprogramm gesteuert wird. Weiterhin ist allgemein die Raumtemperaturaufschaltung bekannt, die den Sollwert der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Raumtemperatur und gegebenenfalls einem Raumtemperatursollwert und/oder einem Zeitprogramm für den Raumtemperatursollwert beeinflusst. Es ist weiterhin bekannt, den Zusammenhang zwischen Außentemperatur und Sollwert der Vorlauftemperatur automatisch, beispielsweise mit Hilfe eines Raumtemperaturfühlers und eines Außentemperaturfühlers, auf die Heizungsanlage und das Gebäude zu adaptieren.

[0003] Der Sinn der witterungsgeführten Regelung liegt, wie bei jeder Heizungsregelung, darin, den gewünschten Komfort bezüglich der Temperaturen in den zu beheizenden Räumen mit einem möglichst geringen Energieaufwand, mit möglichst geringen Kosten und mit möglichst geringer Umweltbelastung sicherzustellen.

[0004] Um diese Ziele zu erreichen, sollte der Sollwert der Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich und die Dauer einer Absenkung der Vorlauftemperatur so lange wie möglich sein. Es sollte jeder Raum nur dann, nur so viel und nur so lange beheizt werden, wie zur Erfüllung des Komfortbedarfs erforderlich ist.

[0005] Um eine lange Absenkzeit zu erreichen, sollten demnach die Räume möglichst schnell aufgeheizt werden können. Dazu sollten die Heizkörperleistungen in den Räumen möglichst groß sein, was aber zu teuer und evtl. unschön ist. Folglich sollte die Vorlauftemperatur möglichst hoch sein, was aber ein Widerspruch zu dem vorher Gesagten ist. Um die Komfortwünsche zu erfüllen, wird in der Praxis meist entweder ein für den stationären Betrieb viel zu hoher Sollwert der Vorlauftemperatur oder eine unnötig kurze Absenkzeit eingestellt. Beim allgemein bekannten Stand der Technik ist es also in der Praxis schwierig, die genannten Maßnahmen miteinander ein Einklang zu bringen. Trotz der vorhandenen Regelung wird im praktischen Betrieb oft nicht das erhoffte Ergebnis erzielt.

[0006] Aus der DE 197 10 645 ist eine Anordnung und ein Verfahren zur Anpassung der Leistung eines Heizgerätes an den tatsächlichen Wärmebedarf durch Regelung der Heizungsvorlauftemperatur bekannt. Dazu sind in den einzelnen Räumen thermoelektrisch oder motorisch verstellbare Heizkörperventile an den Heizkörpern und Raumtemperaturregler vorgesehen, welche die Heizkörperventile beeinflussen und verstellen. Des Weiteren ist ein Bussystem, über welches das Steuergerät, die Raumtemperaturregler und die Heizkörperventile informativ miteinander verbunden werden können, vorgesehen. Die Vorlauftemperatur der Heizung wird in Abhängigkeit von den Raumtemperaturen mittels des Steuergerätes optimierbar und an den Wärmebedarf anpassbar.

[0007] In der DE 197 10 646 ist eine sehr ähnliche Anordnung wie vorstehend beschrieben, bei der jedoch die Heizungsvorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Öffnungsstellung der Heizkörperventile mittels des Steuergerätes optimierbar und somit an den Wärmebedarf anpassbar ist.

[0008] Die DE 44 46 974 A1 beschreibt ein Verfahren zur raschen Aufheizung eines Raumes nach einer Absenkphase oder einer Abschaltung bei einer Heizungsanlage mit regelbarer Vorlauftemperatur. Zur Schnellaufheizung der Raumtemperatur wird die Vorlauftemperatur über einen für den Betrieb im Auslegungspunkt vorgesehenen Wert erhöht, z.B. von 45° auf 90° und gleichzeitig der Durchsatz des Heizmediums durch Erhöhung der Pumpendrehzahl erhöht, z.B. verdoppelt, bis die Raumtemperatur einen nahe der vorgesehenen Raumtemperatur liegenden Wert erreicht hat. - Im Hinblick auf vorliegende Erfindung ist dieser Entgegenhaltung gänzlich fremd die bestimmte Zeit und deren Einstellung für die Schnellaufheizung, ebenso wie der Beginn des Zeitzählung für die Dauer der Schnellaufheizung. Auch über die Einstellbarkeit des Betrages der Temperaturerhöhung sind keine konkreten Hinweise enthalten. Diese Entgegenhaltung beschreibt darüber hinaus auch nicht den Fall eines erkannten Wärmebedarfs, z.B. das Aufdrehen eines Heizkörperthermostatventils in einem bestimmten Raum während der Tagesheizperiode.

[0009] Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, die es dem Benutzer erlaubt, die weiter oben genannten Ziele im praktischen Betrieb zu erreichen, ohne ständig von Hand eingreifen zu müssen, und die darüber hinaus in der Lage ist, die Heizungsregelung bzw. Heizungssteuerung in möglichst kostengünstiger Weise zu realisieren.

Vorteile der Erfindung

[0010] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 beinhaltet den entscheidenden Vorteil, dass die Heizungsanlage im stationären Betrieb mit niedriger Vorlauftemperatur betrieben werden kann. Das Heizgerät bzw. dessen Vorlauftemperatur kann nach der Nachtabsenkung oder bei bestimmtem erkannten Wärmebedarf automatisch auf eine höhere Vorlauftemperatur angehoben werden, und zwar so lange, wie erhöhter Wärmebedarf vorhanden ist. Dabei beginnt die Dauer der Schnellaufheizung entsprechend der bestimmten Zeit erst dann zu laufen, wenn die tatsächlich erreichte Vorlauftemperatur höher ist als die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb. Dadurch wird ohne Komfortverlust Energie und Kosten eingespart sowie die Umweltbelastung gemindert und es wird weiterhin sichergestellt, dass für die eingestellte Dauer tatsächlich mit einer Vorlauftemperatur geheizt wird, die höher liegt als der normale Wert im stationären Bereich.

[0011] Gemäß der Erfindung wird dies prinzipiell dadurch erreicht, dass der Sollwert der Vorlauftemperatur nach der Nachtabsenkung oder bei erkanntem Wärmebedarf für eine bestimmte, gegebenenfalls einstellbare, Zeit und einen bestimmten, gegebenenfalls einstellbaren, Betrag über die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb anhebbar ist, und dass die Dauer der Schnellaufheizung entsprechend der bestimmten Zeit erst dann zu laufen beginnt, wenn die tatsächlich erreichte Vorlauftemperatur höher ist als die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb.

[0012] Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung möglich.

[0013] Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Erkennungsvorrichtung für den Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur vorgesehen, um die Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur dann zu beenden, wenn über den ermittelten Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur erkannt ist, dass Heizkörperthermostatventile in den Räumen anfangen herunter zu regeln.

[0014] Entsprechend einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung, die eine besonders flexible Handhabung ermöglicht, ist vorgesehen, dass auch tagsüber immer dann die Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur vorgenommen wird, wenn ein manuelles Öffnen von Heizkörperthermostatventilen erkennbar ist. Erkannt werden kann dies in sehr zweckmäßiger Weise mit der Erkennungsvorrichtung für den Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur.

[0015] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen ein Durchflussmesser im Heizgerät vorgesehen. Dadurch wird auf einfache Weise der Heizgeräteregelung mitgeteilt, ob eine Absenkung oder Anhebung der Vorlauftemperatur gefordert ist.

[0016] In einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Mitteilung an die Steuerung, dass besonderer Wärmebedarf besteht, ist vorgesehen, dass zu der tagsüber oder bei erkanntem besonderen Wärmebedarf zu erfolgenden Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur, in jedem Raum ein von Hand zu betätigender Schalter vorgesehen ist. Dadurch kann manuell die Anhebung der Vorlauftemperatur eingeleitet werden, damit möglichst rasch der entsprechende Raum aufgeheizt wird.

[0017] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen eine oder mehrere Drucksensoren im Heizgerät vorgesehen.

[0018] In dazu alternativer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen ein Sensor in jedem Heizkörperthermostatventil vorgesehen ist und dass jeder Sensor mit der witterungsgeführten Regelung des Heizgerätes verbunden ist.

[0019] Die Erfindung ist nachfolgend anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0020] Die gemäß der Erfindung gestaltete Anordnung zur Anpassung der Leistung eines Heizgerätes an den tatsächlichen Wärmebedarf sieht in jedem einzelnen Raum eines Gebäudes eine Einzelraumregelung vor, die über Heizkörperthermostatventile realisiert wird. Die Vorlauftemperatur der Heizung wird über eine Steuerung bzw. eine Regelung bestimmt. Insbesondere wird bei der Regelung die Außentemperatur mit einbezogen. Entsprechend dem wesentlichen Gesichtspunkt der Erfindung wird der Sollwert der Vorlauftemperatur nach der Nachtabsenkung oder ganz allgemein bei erkanntem Wärmebedarf für eine bestimmte Zeit und um einen bestimmten Betrag angehoben. Die Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur erfolgt auf einen Wert, der über dem Sollwert der Vorlauftemperatur im stationären Betrieb liegt, so dass die damit erreichte Heizleistung beim Aufheizen höher ist als es bei der Vorlauftemperatur im stationären Betrieb der Fall wäre. Erfindungsgemäß beginnt dabei die Dauer der Schnellaufheizung entsprechend der bestimmten Zeit erst dann zu laufen, wenn die tatsächlich erreichte Vorlauftemperatur höher ist als die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Gebäude bzw. die einzelnen Räume schneller aufgeheizt werden, ohne dass der Sollwert der Vorlauftemperatur im stationären Bereich unnötig hoch einzustellen ist. Man kann also insgesamt mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur im stationären Betrieb fahren. Die bestimmte Zeit, für die der Sollwert der Vorlauftemperatur angehoben wird, kann einstellbar sein, ebenso wie der bestimmte Betrag einstellbar sein kann, um den der Sollwert der Vorlauftemperatur über den Sollwert der Vorlauftemperatur im stationären Betrieb angehoben wird. Nach der vorliegenden Erfindung beginnt die eingestellte bestimmte Dauer der Schnellaufheizung erst dann, wenn die Vorlauftemperatur denjenigen Wert erreicht hat, der bei Tagbetrieb ohne Schnellaufheizung gelten würde. Denn erst kurz vor diesem Zeitpunkt wirkt sich der erhöhte Sollwert überhaupt aus. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass für die eingestellte Dauer tatsächlich mit einer Vorlauftemperatur geheizt wird, die höher liegt als der normale Wert im stationären Bereich.

[0021] Gemäß der Erfindung ist also, für jeden Heizkreis getrennt, einstellbar, ob Schnellaufheizung erfolgen soll, für welche Dauer und um welchen Betrag die Vorlauftemperatur zu überhöhen ist. Für jeden Heizkreis, für den Schnellaufheizen freigegeben ist, wird bei jedem Übergang vom Frostschutz- oder Sparbetrieb zum Heizbetrieb, den man als Tagbetrieb bezeichnen kann, der Sollwert der Vorlauftemperatur um den eingestellten Betrag erhöht. Die noch verbleibende Dauer der Schnellaufheizung wird zunächst auf die eingestellte Dauer gesetzt. Diese eingestellte Dauer bleibt solange unverändert, bis die Vorlauftemperatur des betreffenden Heizkreises den Sollwert erreicht, den sie im Heizbetrieb ohne Schnellaufheizung hätte. Solange wie dieser Wert erreicht oder überschritten ist, wird dann die verbleibende Zeit, beispielsweise 60 Minuten Schnellaufheizung, jede Minute um eine Minute reduziert. Ist die eingestellte Zeit abgelaufen, regelt der Heizkreis auf den normalen Sollwert der Vorlauftemperatur für den Heizbetrieb zurück.

[0022] Es ist in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung eine Erkennungsvorrichtung für den Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur vorgesehen. Damit wird erkennbar, wann nach Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur einzelne oder mehrere Heizkörperthermostatventile in den Räumen anfangen herunter zu regeln. Somit kann die Anhebung der Vorlauftemperatur einfach und zweckmäßig dann beendet werden, wenn sie ihren Zweck erfüllt hat.

[0023] Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es auch möglich, die Anhebung der Vorlauftemperatur tagsüber immer dann durchzuführen, wenn ein manuelles Öffnen eines oder mehrerer der Heizkörperthermostatventile in einem oder mehreren Räumen, beispielsweise durch Gradientenauswertung mittels der Erkennungsvorrichtung für den Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur, erkannt wird. Alternativ oder in Ergänzung dazu können auch Schalter in den einzelnen Räumen vorgesehen sein, durch die die Anhebung der Vorlauftemperatur über den Wert im stationären Betrieb hinaus eingeschaltet wird, wenn ein bestimmter Raum beispielsweise besonders stark abgekühlt ist oder man ihn besonders schnell aufheizen will. Zu diesem Zweck wird ein in jedem oder in einem bestimmten Raum vorgesehener Schalter eingeschaltet.

[0024] Es ist zweckmäßig, dass zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen und damit beispielsweise der Herabregelung von diesen, ein Durchflussmesser im Heizgerät vorgesehen ist. Dadurch wird die verminderte Anforderung von Heizleistung schnell erkennbar. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann auch zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperventilen im Heizgerät ein Drucksensor oder mehrere Drucksensoren vorgesehen sein, deren Wert dann entsprechend auf die Steuerung bzw. Regelung der Heizungsanlage einwirkt.

[0025] Eine weitere Ausgestaltungsform zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen sieht in jedem Heizkörperthermostatventil einen Sensor vor, welcher mit der witterungsgeführten Regelung des Heizgerätes verbunden ist.

[0026] Wie erkennbar, sind für die einzelnen Anforderungen verschiedene Lösungen möglich, um den Hauptgedanken der vorliegenden Erfindung zu realisieren. Dieser besteht in der Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur über den Sollwert im stationären Betrieb hinaus dann, wenn besonderer Wärmebedarf erkannt und gemeldet wird. Dies kann nach der Nachtabsenkung sein, dies kann vom Benutzer durch Betätigung des Handschalters als Anforderungsschalter ausgelöst werden oder es kann beispielsweise durch das manuelle Öffnen eines Heizthermostatventils in einem Raum geschehen.

[0027] In vorteilhafter Weise wird somit die gemäß der Erfindung ausgestaltete Heizungsanlage bzw. das so gesteuerte Heizgerät oder der Heizkreis mit niedrigerer Vorlauftemperatur im stationären Betrieb betrieben. Die Anlage kann automatisch auf eine höhere Vorlauftemperatur gefahren werden, und zwar so lange, wie der erhöhte Wärmebedarf tatsächlich bei einer Vorlauftemperatur besteht, die höher ist als die bei normalem Heizbetrieb. Auslösende Momente sind die Beendigung der Nachtabsenkung, manuelles Öffnen eines Thermostatventils oder manuelles Schließen eines Anforderungsschalters in einem der Räume. Auf diese Weise wird ohne Komfortverlust Energie und Kosten eingespart und die Umweltbelastung herabgesetzt. Die Bedienung und die Einstellung der Anlage ist dem engagierten Benutzer leicht möglich, denn er hat nur die Heizkörperthermostatventile bzw. Anforderungsschalter zu betätigen.

Ansprüche

1. Anordnung zur Anpassung der Leistung eines Heizgerätes an den tatsächlichen Wärmebedarf, insbesondere eines Gebäudes, wobei innerhalb mehrerer Räume eine Einzelraumregelung über Heizkörperthermostatventile vorgesehen ist und die Vorlauftemperatur der Heizung über eine Steuerung bzw. Regelung bestimmbar und für eine Schnellaufheizung über die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb anhebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass

der Sollwert der Vorlauftemperatur nach der Nachtabsenkung oder bei erkanntem Wärmebedarf für eine bestimmte, gegebenenfalls einstellbare, Zeit und einen bestimmten, gegebenenfalls einstellbaren, Betrag über die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb anhebbar ist, und

dass die Dauer der Schnellaufheizung entsprechend der bestimmten Zeit erst dann zu laufen beginnt, wenn die tatsächlich erreichte Vorlauftemperatur höher ist als die Vorlauftemperatur im stationären Betrieb.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennungsvorrichtung für den Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur vorgesehen ist, um die Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur dann zu beenden, wenn über den ermittelten Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur erkannt ist, dass Heizkörperthermostatventile in den Räumen anfangen herunter zu regeln.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch tagsüber immer dann die Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur vorgenommen wird, wenn ein manuelles Öffnen von Heizkörperthermostatventilen erkennbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erkennen der manuellen Öffnung eine Gradientenauswertung mittels der Erkennungsvorrichtung für den Gradienten der mittleren Vorlauftemperatur durchgeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen ein Durchflussmesser im Heizgerät vorgesehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu der tagsüber oder bei erkanntem besonderem Wärmebedarf zu erfolgenden Anhebung des Sollwertes der Vorlauftemperatur in jedem Raum ein von Hand zu betätigender Schalter vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen ein oder mehrere Drucksensoren im Heizgerät vorgesehen sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Änderung der Stellung von Heizkörperthermostatventilen ein Sensor in jedem Heizkörperthermostatventil vorgesehen ist und dass jeder Sensor mit der witterungsgeführten Regelung des Heizgerätes verbunden ist.