Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage mit wenigstens einem Heizkessel und wenigstens einer Umwälzpumpe.

Nach heutigem Stand der Technik schätzt die Kesselsteuerung den momentanen Heiz bedarf der gesamten Heizungsanlage anhand der Außentemperatur ab. Unter Berück sichtigung der messtechnisch erfassten Außentemperatur wird sodann die Mediumtem peratur bedarfsgerecht durch die Steuereinheit des Heizkessels geregelt. Diese Vorge hensweise ist jedoch ungenau und unter Umständen nicht besonders energieeffizient, da beispielsweise an einem sonnigen Tag der Bedarf trotz niedriger Außentemperatur geringer ist. Eine solche Konstellation würde von der bestehenden Kesselsteuerung je doch nicht erkannt und die geregelte Heizleistung unnötig hoch eingestellt werden.

Es ist daher wünschenswert, der Steuereinheit des Heizkessels weitere Größen zur Verfügung zu stellen, die charakteristisch für den tatsächlichen Wärmebedarf der An lage sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen An sprüche. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Umwälzpumpe der Heizungsanlage aus ein oder mehreren Betriebsparametern den aktuellen Wärmebedarf des beheizten Gebäudes ermittelt. Den bestimmten aktuellen Wärmebedarf teilt die Umwälzpumpe so dann einer Steuereinheit zur Steuerung und/oder Regelung des Heizkessels per Kom munikationsschnittstelle mit. Die Steuereinheit kann dann die Mediumtemperatur inner halb des Heizkreislaufs unter Berücksichtigung des mitgeteilten Wärmebedarfs steuern bzw. regeln.

Kurz zusammengefasst sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, eine Kommunika tion zwischen Umwälzpumpe und Heizkessel zu installieren, um Informationen bezüg lich des aktuellen Heizbedarfs der Heizungsanlage austauschen zu können.

Gemäß bevorzugter Ausführungsform handelt es sich bei den ein oder mehreren Be triebsparametern um den aktuell vorliegenden Förderstrom innerhalb des Heizkreis laufs. Da der aktuelle Wärmebedarf des zu beheizenden Gebäudes durch die Ventilstel lung der einzelnen Heizkörper des Heizkreislaufs bestimmt wird, kann die Umwälz pumpe anhand des momentanen Anlagenwiderstandes auf den jeweiligen Heizbedarf innerhalb der Anlage rückschließen. Dieser Anlagenwiderstand lässt sich über den För derstrom ermitteln, der von der Umwälzpumpe bereitgestellt wird.

Üblicherweise reicht die Information über den Förderstrom alleine nicht als Information aus, um den entsprechenden Wärmebedarf der Anlage eindeutig zu bestimmen, denn die Entscheidung, ob ein bestimmter Förderstrom hoch oder niedrig ist, hängt wiederum von der Größe des Gebäudes ab. Vor diesem Hintergrund ist es besonders bevorzugt, wenn eine Bewertung des aktuell vorliegenden Förderstroms hinsichtlich des damit ver bundenen Wärmebedarfs mittels einer aktiven Regelkurve der Umwälzpumpe erfolgt. Üblicherweise wird die Drehzahl der Umwälzpumpe von der pumpeninternen Regelung anhand einer Regelkurve eingestellt, die bei der Pumpeninstallation durch den Hei zungsbauer individuell für die zu beheizende Gebäudegröße bestimmt und festgelegt wird. Besonders bevorzugt arbeitet die Umwälzpumpe mithilfe einer sogenannten Proportio naldruckkurve, die dem Förderstrom die passende Förderhöhe gegenüberstellt. Diese Regelkurve definiert die Relation zwischen Förderhöhe und Förderstrom durch die Pumpe. Unter Berücksichtigung einer solchen Regelkurve kann anhand des erfassten Förderstroms eine Bewertung des Förderstroms hinsichtlich des benötigten Wärmebe darfs erfolgen. Insbesondere wird die Lage des erfassten Förderstroms auf der Regel kurve betrachtet, um eine quantitative Einschätzung des erfassten Förderstromes zu er möglichen. Liegt dieser im Bereich geringerer Förderströme (bspw. linker Kurvenbe reich), so kann von einem geringen Wärmebedarf ausgegangen werden, wohingegen bei einer Lage im Bereich höherer Förderströme (rechter Kurvenbereich) von einem ho hen Wärmebedarf auszugehen ist. Wesentlich für eine belastbare Bewertung auf Grundlage der Regelkurve ist natürlich, dass diese zuvor durch den Heizungsbauer richtig auf die Gebäudebedürfnisse angepasst wurde.

Es ist vorstellbar, dass die Umwälzpumpe über einen Durchflusssensor zur Erfassung des Förderstroms und/oder einen Drucksensor zur Erfassung des bereitgestellten Pum pendrucks (Förderhöhe) verfügt. Aus Kostengründen werden derartige Sensoren in der Praxis oftmals jedoch nicht verbaut. In einem solchen Fall kann die Pumpe ihren aktuel len Betriebspunkt, d.h. die Fördermenge und/oder Förderhöhe anhand der messbaren mechanischen Pumpenleistung und der eingestellten Drehzahl schätzen.

Der aktuelle Wärmebedarf des Gebäudes lässt sich jedoch nicht nur anhand des För derstromes ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann dieser mithilfe der erfassten Medi umtemperatur bestimmt werden. Die Mediumtemperatur lässt sich beispielsweise durch entsprechende Sensoren unmittelbar erfassen, kann jedoch alternativ mittels geeigneter Verfahren anhand sonstiger Betriebsgrößen der Umwälzpumpe mittelbar erfasst wer den, so bspw. aus der Wicklungstemperatur und/oder dem Wicklungsstrom eines pum peninternen Antriebsaggregates. Es wird auf die deutsche Patentanmeldung der Anmel derin mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2017 203 925.6 verwiesen. Der Inhalt die ser Anmeldung wird an dieser Stelle vollumfänglich in Bezug genommen. Gemäß vorteilhafter Ausführung kann die Umwälzpumpe den aktuellen Wärmebedarf aus dem erfassten zeitlichen Verlauf der Mediumtemperatur über einen bestimmten Zeitraum bestimmen. Beispielsweise kann der Wärmebedarf anhand des zeitlichen Ver laufs der Mediumtemperatur während einer Abkühlphase des Heizkessels ermittelt wer den, d.h. während einer Phase, während dessen der Heizkessel nicht heizt und die Me diumtemperatur demzufolge bis zu einem Neustart des Heizkessels abnimmt. Beson ders bevorzugt wird der Wärmebedarf des Gebäudes anhand des ermittelbaren Tempe raturabfalls während dieses Zeitraums bestimmt, d.h. abhängig davon wie schnell die Mediumtemperatur innerhalb des entsprechenden Zeitfensters tatsächlich absinkt. Ein schnellerer Temperaturabfall ist ein Indikator für einen hohen Wärmebedarf innerhalb des Gebäudes, während ein langsamer Temperaturabfall auf einen geringeren Wärme bedarf hinweist.

Die Kommunikation zwischen Steuereinheit und Umwälzpumpe zur Übertragung des jeweiligen Wärmebedarfs kann beispielsweise mittels analoger oder digitaler Datenver bindung erfolgen. Als Kommunikationsschnittstelle ist eine serielle Schnittstelle bevor zugt. Für einen digitalen Datenaustausch kann exemplarisch ein ModBus-Protokoll zum Einsatz kommen.

Die Steuereinheit für die Steuerung und Regelung des Heizungskessels kann beispiels weise eine zentrale Anlagensteuerung oder alternativ eine interne Steuereinheit des Heizkessels sein.

Vorliegend wurde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stets davon ausgegangen, dass die Umwälzpumpe den Wärmebedarf anhand ein oder mehrerer erfasster Be triebsparameter ermittelt. Es ist jedoch genauso gut vorstellbar, dass die Umwälzpumpe lediglich die ein oder mehreren Betriebsparameter über die Schnittstelle an die Steuer einheit zur Steuerung des Heizkessels überträgt und eine entsprechende Auswertung zur Ermittlung des tatsächlichen Wärmebedarfs erst in der Steuerungseinheit erfolgt. Neben den erfassten Betriebsparametern muss hierzu gegebenenfalls auch eine etwa ige Regelkurve der Umwälzpumpe an die Steuereinheit übertragen werden. Bis auf den Ort der Ermittlung des Wärmebedarfs unterscheidet sich dieses Verfahren jedoch nicht von den vorherigen Ausführungen.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Umwälzpumpe für eine Heizungsanlage, wobei sich diese durch eine Pumpensteu erung zur Bestimmung des aktuellen Wärmebedarfs des beheizten Gebäudes aus ein oder mehreren Betriebsparametern auszeichnet. Zusätzlich umfasst die Umwälzpumpe wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle, die derart ausgeführt ist, sodass mittels der Pumpensteuerung über die Schnittstelle der aktuelle Wärmebedarf an eine externe Steuereinheit, insbesondere eine zentrale Anlagensteuerung und/oder eine interne Steuereinheit eines Heizkessels übertragbar ist.

Ferner kann die Umwälzpumpe Mittel zur mittelbaren und/oder unmittelbaren Erfassung des aktuell vorliegenden Förderstroms und/oder des zeitlichen Verlaufs der Medium temperatur aufweisen. Darüber hinaus kann die Pumpensteuerung derart programmiert sein, um den Wärmebedarf anhand des erfassten Förderstroms und einer aktiven Re gelkurve und/oder anhand eines Temperaturabfalls der Mediumtemperatur zu bestim men. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der genauen Vorgehens weise und der konkreten Programmierung der Pumpensteuerung auf die vorgenannten Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 : eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage mit einer Umwälzpumpe sowie einem Heizkessel und

Figur 2: eine Diagrammdarstellung des Förderstroms gegenüber der Förderhöhe mit eingezeichneter Anlagenkennlinie und Regelkurve. Figur 1 zeigt die Steuereinheit des Heizkessels 10, die unter Berücksichtigung der Au ßentemperatur den jeweiligen Wärmebedarf der Anlage ermittelt. Zunächst wird der Be darfswert anhand der erfassten Außentemperatur ermittelt (Block 1 1 ) und auf Grund lage dieses Anlagenbedarfs im Regelungsblock 12 die entsprechende Mediumtempera tur des Heizwassers innerhalb der Heizungsanlage bestimmt. Gemäß dem erfindungs gemäßen Verfahren wird der intern ermittelte Anlagenbedarf mit einem zusätzlichen Be darfswert überlagert, der über eine externe Schnittstelle 30 empfangen wird. Die Bereit stellung des externen Bedarfswertes erfolgt durch die Umwälzpumpe der Heizungsan lage.

Die Steuerung der Umwälzpumpe ist mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Diese arbeitet mit einer konventionellen Proportionaldruckregelung mit einer Soll-Drehzahl als Ausgangsgröße. Hierzu wird auf Grundlage des ermittelten Förderstroms, der als Indi kator für den momentanen Anlagenwiderstand und somit für die aktuellen Ventilstellun gen der Heizkörper dient, der entsprechende Wärmebedarf innerhalb der Heizungsan lage bestimmt (Block 21 ). Auf Grundlage des Wärmbedarfs stellt die Proportionaldruck regelung im Block 22 die passende Drehzahl der Umwälzpumpe ein, um einen mög lichst energiesparenden Betrieb zu gewährleisten.

Der pumpenintern auf Grundlage des Förderstroms ermittelte Bedarfswert wird zusätz lich der Steuereinheit 10 des Heizkessels zur Verfügung gestellt, und zwar über die Kommunikationsschnittstelle 30. Diese kann nun den intern in der Kesselsteuerung er mittelten Wärmebedarf mittels des von der Umwälzpumpe empfangenen Bedarfswertes korrigieren und dadurch gegebenenfalls die Soll-Mediumtemperatur reduzieren, um den Energieverbrauch des Kessels zu reduzieren.

Der in Block 21 ermittelte Wärmebedarf der Umwälzpumpe lässt sich, wie bereits erläu tert, anhand des vorliegenden Förderstroms Q bestimmen. Allerdings reicht der Förder strom alleine nicht als Information aus, um den tatsächlichen Wärmebedarf des Gebäu des zu ermitteln, denn die Entscheidung, ob ein bestimmter Förderstrom hoch oder niedrig ist, hängt ebenfalls von der Größe des Gebäudes ab. Daher zieht die Umwälz pumpe zusätzlich die eingestellte Proportionaldruckkurve für die Bedarfsermittlung hinzu. Die herangezogene Regelkurve wurde üblicherweise vom Heizungsbauer bei der Installation der Anlage so eingestellt, dass sie zum erwarteten Bedarf des jeweiligen Gebäudes passt. Figur 2 zeigt die Verlustkennlinie eines Gebäudes (Anlagenkennlinie), wenn alle Ther mostatventile vollständig geöffnet sind. Diese Anlagenkennlinie ist in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Weiterhin zeigt das Bild die eingestellte Propor tionaldruckkurve 2. Diese wird vom Heizungsbauer derart eingestellt, dass sie sicher über der Verlustkurve 1 des Gebäudes liegt.

Mit diesen Informationen kann die Pumpe den momentanen Wärmebedarf des Gebäu des ermitteln. Liegt der aktuelle Förderstrom in der Darstellung auf dem linken Kurven abschnitt der Regelkurve 2 (Betriebspunkt 15), dann ist der aktuelle Wärmebedarf ver gleichsweise niedrig. Liegt der Förderstrom stattdessen jedoch auf dem rechten Kur- venabschnitt der Regelkurve 2 (hier Betriebspunkt 16), dann ist der Bedarf vergleichs weise hoch.