DE3620929A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung mindestens einer heizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Heizungsvorlauftemperatur mindestens einer Heizung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Unter einer Heizung ist eine Heizungsanlage oder ein Teil einer Heizungsanlage verstanden, welche bzw. welcher einen Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf aufweist, wobei der Heizungsvorlauf mit dem Heizungsrücklauf über mindestens zwei zueinander parallel geschaltete Wärmetauscher verbunden ist. Falls auch Wärmetauscher zwischen dem Heizungsvor- und -rücklauf in Reihe geschaltet sind, werden diese als ein einziger Wärmetauscher betrachtet.

Bei den durch die Heizung zu beheizenden Räumen kann es sich bevorzugt um ähnlich genutzte oder gleichartig genutzte Räume handeln, wie die Räume einer Wohnung oder eines Wohngebäudes, Krankenzimmer, Schulräume, ähnlich genutzte Laborräume, Büroräume, Fabrikationsräume od. dergl. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, sondern ist auch bei stark unterschiedlich benutzten Räumen ebenfalls von Vorteil.

Der Heizungsvorlauf kann bspw. direkt an den Kesselvorlauf eines Heizungskessels od. dergl. angeschlossen sein oder mit ihm identisch sein oder auch an eine Fernheizung od. dergl. angeschlossen sein. Bespw. kann die Heizung auch an ein Mischventil angeschlossen sein, über das sie mit dem Kesselvorlauf oder einem sonstigeen von einem Wärmeerzeuger kommenden Vorlauf verbunden ist, usw.

Die Wärmetauscher oder ein Teil der Wärmetauscher können mit der Regelung der betreffenden Räume dienenden Thermostatventilen versehen sein. Bei dem einzelnen Thermostatventil kann es sich um ein den Durchfluß durch den Wärmetauscher beeinflussendes Thermostatventil handeln, so daß der vom Heizungsvorlauf in den Heizungsrücklauf durch diesen Wärmetauscher hindurchströmende Volumenstrom des Wärmeträgermediums mittels dieses Thermostatventils variabel gedrosselt und vorzugsweise auch abgesperrt werden kann.

Die Wärmetauscher oder zumindest eine Teilanzahl von ihnen sind manuell abschaltbar. Diese Abschaltmöglichkeit dient insbesondere dazu, die Beheizung des betreffenden Raumes abzuschalten.

Anstelle von Thermostatventilen können jedoch auch andere Regelungen der Raumtemperaturen vorgenommen werden, wobei jedoch die Raumtemperatur jedes raumtemperaturgeregelten Raumes für sich durch Verstellung des die betreffenden Wärmetauscher durchströmenden Wärmeträgermediums geregelt wird. Hierdurch ist es nicht erforderlich, daß die betreffende Raumtemperaturregelung eine aus diesem Raum herausführende elektrische Verdrahtung benötigt.

Es ist bekannt, einen Heizkreis so zu betreiben, daß die Heizungsvorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur gemäß einer Heizkurve geführt geregelt wird. Die Raumtemperatur wird dann nur gesteuert und es bedarf keines Raumtemperaturfühlers im Raum, was äußerst vorteilhaft ist, weil hierdurch die Heizungsanlage keine elektrischen Verbindungen zwischen dem oder den von dem Heizkreis beheizten Gebäuderäumen und dem den betreffenden Heizkessel od. dergl. aufweisenen Raum (meist einen Kellerraum) des Gebäudes benötigt.

Die Heizkurve kann jedoch nicht wechselnde Fremdwärme berücksichtigen, die in die betreffenden Gebäuderäume eindringt (positive Fremdwärme) oder aus ihnen abgeführt wird (negative Fremdwärme), so daß diese Raumtemperatursteuerung ungenau ist. Bei der Fremdwärme kann es sich um durch Sonneneinstrahlung während des Tages auftretende Fremdwärme, die Körperwärme von in den Räumen sich aufhaltenden Personen oder sonstige zeitweise vorhandene Wärmequellen handeln. Bei aus dem betreffenden Raum abgeführter, negativer Fremdwärme kann es sich bspw. um durch Öffnen von Fenstern, Türen od. dergl. in den Raum eindringende kühlere Umgebungsluft handeln. Um positive und negative Fremdwärme bei einer außentemperaturgeführten Regelung der Heizungsvorlauftemperatur mit zu berücksichtigen, ist es bekannt, die Wärmetauscher mit Thermostatventilen zu versehen. Die Heizkurve wird dann so steil eingestellt, daß die Thermostatventile die variable Fremdwärme einschließlich negativer Fremdwärme ausregeln können. Dies bedingt jedoch Heizungsvorlauftemperaturen, die im Normalfall erheblich zu hoch sind und hierdurch Wärmeverluste der Heizungsanlage verursachen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Heizungsvorlauftemperatur der Heizung an den jeweiligen Wärmebedarf unter Berücksichtigung der jeweiligen Fremdwärme anzupassen, ohne daß es dafür elektrischer Verbindungen zwischen dem betreffenden Raum und dem normalerweise außerhalb dieses Raumes angeordneten Regler für die Heizungsvorlauftemperatur bedarf.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Anspruch 10 beschrieben.

Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren gelingt es trotz Fehlens elektrischer Verbindungen zwischen dem betreffenden Raum und dem Heizungsvorlauftemperaturregler, die Heizungsvorlauftemperatur dem jeweiligen Wärmebedarf der zu beheizenden Räume anzupassen, so daß die Heizungsvorlauftemperatur im zeitlichen Mittel niedriger als bei den vorbeschriebenen bekannten Verfahren sein kann. Hierdurch werden die Wärmeverluste der Heizungsanlage gegebenenfalls auch des Wärmeerzeugers verringert.

Auch erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren rasche Anpassung der Heizungsvorlauftemperatur an sich jeweils ändernde Bedingungen, wie Änderung der Außentemperatur, Änderung der Fremdwärme, Änderung des Sollwertes der Raumtemperatur, manuelle Ab- oder Zuschaltung von Wärmetauschern der Heizung usw. Die Trägheit der Anpassung der Heizungsvorlauftemperatur an die jeweiligen Bedingungen läßt sich gering halten. Auch wird die Regelgüte verbessert. An einen Wärmeerzeuger, wie einen Kessel, eine Fernheizung, eine Gastherme od. dergl., können eine Heizung oder mehrere Heizungen angeschlossen sein. Im letzteren Falle ist es zweckmäßig, jede Heizung über ein an den Kesselvorlauf angeschlossenes Mischventil, das ggfs. auch an den Kesselrücklauf angeschlossen sein kann, anzuschließen. Es ist auch möglich, einen Heizkreis od. dergl. in mehrere Heizungen mit je einer Gruppe von Wärmetauschern zu unterteilen, wobei jeder Heizung ein eigenes Identifikationsmodell zur Ermittlung der jeweils günstigsten Heizungsvorlauftemperatur zugeordnet ist.

Da jedoch in diesem Falle die Heizungsvorlauftemperatur für alle Heizungen gleich groß ist, kann man dann vorsehen, als Sollwert für die Heizungsvorlauftemperatur den jeweis höchsten Sollwert auszuwählen, den die Identifikationsmodelle momentan anfordern. Dann liegt zwar die optimale Heizungsvorlauftemperatur nur jeweils für eine Gruppe von Wärmetauschern vor und für die anderen Gruppen kann sie dann nicht mehr optimal sein, doch sind die Bedingungen in dem betreffenden Gebäude im allgemeinen ähnlich und der jeweils ausgewählte Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur liegt auch für die anderen Wärmetauschergruppen normalerweise nahe am jeweils optimalen Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur.

Der Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur wird durch das Identifikationsmodell jeweils so bestimmt, daß die durch den momentanen Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur mögliche momentan maximale Heizleistung der im Betrieb befindlichen Wärmetauscher vorliegt oder nahezu vorliegt, d. h. daß im Falle des Vorhandenseins von Thermostatventilen der Durchfluß durch die betreffenden Wärmetauscher im Mittel maximal oder nahezu maximal geöffnet sein kann bzw. ist.

Auch sind bei dem erfindungsgemäßen Identifikationsmodell keine Parametereinstellungen mehr nötig bzw. allenfalls kann der Bezugszustand ggfs. eingestellt werden.

Das Identifikationsmodell kann vorzugsweise einen digitalen Rechner, dem die erforderlichen Meßwerte und gegebenenfalls der Bezugszustand eingegeben werden, aufweisen, der die jeweilige fiktive Raumtemperaturabweichung berechnet. Mit dieser wird dann der jeweilige minimal mögliche Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur ermittelt und in einen vorzugsweise digitalen Regler zum Regeln der Heizungsvorlauftemperatur eingegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Heizungsanlagen mit und ohne Nachtabsenkung oder kalenderzeitliche Absenkung der Raumtemperatur angewendet werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dieses Verfahren nur während des nicht abgesenkten Heizbetriebes anzuwenden und es während der Raumtemperatur-Absenkungszeitintervalle nicht anzuwenden. Oder es kann auch vorgesehen sein, es nur während der Zeitdauer jeder Schnellaufheizung von der abgesenkten zur angehobenen Raumtemperatur nicht anzuwenden und an seiner Stelle während dieser Zeitdauer der Schnellaufheizung den Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur ungefähr auf den Maximalwert einzustellen, damit die Schnellaufheizung mit ungefähr maximaler, konstanter Heizungsvorlauftemperatur durchgeführt wird.

Das Identifikationsmodell kann jedoch auch an der Schnellaufheizung beteiligt werden. Bspw. ist es möglich, daß das Identifikationsmodell das Ende der Schnellaufheizung dadurch von alleine erkennen und auf die Regelung der Heizungsvorlauftemperatur gemäß dem vom Identifikationsmodell jeweils ermittelten Sollwert umstellen kann, indem es das Überschreiten des Sollwertes der Raumtemperatur durch die Schnellaufheizung dadurch erkennt, indem hierdurch der Volumenstrom des Wärmeträgermediums mittels der Thermostatventile od. dergl. verringert wird. In diesem Fall kann das Identifikationsmodell also so ausgebildet sein, daß es bei jeder Schnellaufheizung solange für die Regelung des Sollwertes der Heizungsvorlauftemperatur unwirksam gemacht wird, solange der Volumenstrom des Wärmeträgermediums maximal ist, und daß sich das Identifikationsmodell von selbst wieder in die Regelung der Heizungsvorlauftemperatur gemäß dem von ihm jeweils ermittelten Sollwert einschaltet, sobald es bei vorliegendem Befehl "Schnellaufheizung" eine vorbestimmte Verringerung des Volumenstromes des Wärmeträgermediums mittels eines Volumenstrommessers fühlt.

Um auf dem Identifikationsmodell die jeweils minimal notwendige Heizungsvorlauftemperatur aus den in Anspruch 1 genannten Größen gewinnen zu können, muß ein Zusammenhang zwischen der Raumtemperatur und diesen Größen in mindestens einem durch die Heizung beheizbaren Raum, jedoch beim überwiegenden Teil der Heizflächen gegeben sein. Dieser Zusammenhang wird durch den Einsatz von Thermostatventilen, aber genauso durch jede andere Art der Einzelraumtemperaturregelung, durch die der Volumenstrom des Wärmeträgermediums verstellt wird, hergestellt: Bei Eingriff der Thermostatventile oder der sonstigen Ventile zur Verringerung der Heizleistung der Wärmetauscher wird die Wärmeabgabe der Wärmetauscher abgesenkt, es sinkt der Volumenstrom des Wärmeträgermediums (Wasser, Dampf od. dergl.) im Heizungsvor- und -rücklauf.

Eine durch einen die momentane Heizleistung der Heizung erfassenden Heizleistungsmesser (dieser ermittelt die gesamte, in die Heizanlage abgegebene Wärmeleistung) meßbare Veränderung der Heizleistung gegenüber einem theoretisch ermittelten Wärmebedarf kann drei Ursachen haben:

• 1. Einfluß von Fremdwärme;
• 2. Verstellung des Raumtemperatursollwertes in den beheizten Räumen,
• 3. mindestens ein Wärmetauscher bzw. mindestens ein Raum ist ganz abgeschaltet.

Während den Punkten 1. und 2. durch Veränderung der Heizungsvorlauftemperatur Rechnung getragen werden kann, ist dies bei 3. nicht möglich: Bei Nichtbeheizung einzelner Räume wird zwar die Heizleistung der Heizung erniedrigt, doch erlaubt dies keine Verstellung der Heizungsvorlauftemperatur.

Bei den nachfolgenden Rechnungen ist im weiteren angenommen, daß in Räumen, deren Raumtemperatur geregelt wird, und zwar einzeln für sich, gleich große Raumtemperatur-Sollwerte eingestellt sind. Dies ist der Normalfall. Sollte dies in Sonderfällen nicht der Fall sein, so führt das nachfolgend beschriebene Identifikationsmodell zu Istwerten der Raumtemperatur, die ungefähr Mittelwerten der eingestellten Raumtemperatur-Sollwerte entsprechen. Dies ist auch dann der Fall, wenn in einem Raum mehrere Wärmetauscher mit auf unterschiedliche Raumtemperatur-Sollwerte eingestellten Thermostatventilen vorhanden sind.

Im Modellansatz für die Heizung, die einen Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf aufweist und der ein Identifikationsmodell gemäß der Erfindung zugeordnet ist, wird die Teilbeheizung (nicht die Teillast) durch einen Teilbeheizungsfaktor ψ berücksichtigt.ψ gibt an, welcher Anteil der Heizung in Betrieb ist, d. h. welcher Anteil der Wärmetauscher nicht abgeschaltet ist. ψ ist ein Wert zwischen 0 und 1. Z. B. bedeutet ψ = 0,8, daß die der Normleistung _N und der jeweiligen Außentemperatur entsprechende notwendige Wärmeleistung zur Beheizung des gesamten Gebäudes durch Abschalten mindestens eines Wärmetauschers um 20% reduziert ist.

Damit läßt sich der Modellansatz für die Heizung wie folgt gestalten:

• - Es ist ungefähr bekannt die Summe _N der Auslegeleistungen aller Wärmetauscher der Heizung bei einer Auslegeaußentemperatur t _N bzw. der nach entsprechenden Normen ermittelte Normenwärmebedarf. Es ist also wo _jN (j = 1,2 . . .) die Auslegeleistung des einzelnen Wärmetauschers ist. In Mitteleuropa beträgt die Auslegeaußentemperatur t _N meist -8° bis -20°C. Für diese Normleistung _N wird die Heizung berechnet und es kann nach der Reglerinstallation in einem Versuch ermittelt werden, wie groß die tatsächliche Normleistung ist, falls sie von dem berechneten Wert abweicht. Es kann bei einer bevorzugten Ausführungsform auch vorgesehen sein, daß falsche Angaben für _N und t _N vom Identifikationsmodell über eine Parameteranpassung selbsttätig ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck kann man bspw. vorsehen, in gewissen Zeitabständen, bespw. einmal pro Halbjahr, bei Außentemperaturen von vorzugsweise unter 10°C mit einem Wärmemengenzähler die in einem bestimmten Zeitraum, vorzugsweise in 5-8 Stunden verbrauchte Wärmemenge zu ermitteln und durch Extrapolieren auf die Normleistung _N umzurechnen. Dies kann programmiert selbsttätig ausgelöst werden oder ggfs. auch manuell.
• - An der Heizung ist der durch den Teilbeheizungsfaktor ψ bestimmte Teil beteiligt (ψ ist ein Modellparameter und muß später über die Meßgrößen berechnet werden). Die bei ungedrosseltem Durchfluß durch die in Betrieb befindlichen Wärmetauscher zur Aufrechterhaltung des Sollwertes der Raumtemperatur bei der momentanen Außentemperatur t _a erforderliche Heizleistung ohne Einfluß von Fremdwärme sei als theoretische Heizleistung _th bezeichnet. Es ist _th = ψ _N (t _iN - t _a )/(t _iN - t _N ),6(1)t _iN = dem höchsten vorgesehenen Raumtemperatur- Sollwert entsprechende Auslegungsraumtemperatur (für die Berechnung von _N angenommene Raumtemperatur), meist 20-24°C.
• - In den beheizten Räumen besteht jedoch meist ein positiver oder negativer Fremdwärmeanfall _F durch Sonneneinstrahlung, innere Wärmequellen, offene Fenster und Türen, starker Windfall, nicht beheizte Nachbarräume, usw. _F wird auf den theoretischen Wärmebedarf _th bei der jeweils herrschenden Außentemperatur t _a nach Gl. (1) bezogen, der damit erhaltene dimensionslose relative Fremdwärmeanteil _Frel = _F / _th ,6(2)ist ein aus den Meßgrößen zu berechnender Modell-Parameter.

Falls von der Auslegungsraumtemperatur t _iN , z. B. 20°C, abweichende Raumtemperatursollwerte t _iS eingestellt werden, bedingt dies einen gegenüber _th nach Gl. (1) geänderten Wärmebedarf. Damit wirkt sich dies in dem Identifikationsmodell als dieser Veränderung (Erhöhung oder Erniedrigung) des Wärmebedarf entsprechende negative oder positive Fremdwärme aus, die das Identifikationsmodell als Fremdwärme von selbst berücksichtigt.

Da die Meldung von Raumtemperaturen an das Identifikationsmodell vermieden werden soll, um auf elektrische Verbindungen zwischen den zu beheizenden Räumen und dem Heizungsvorlauftemperaturregler verzichten zu können, besteht für das Identifikationsmodell auch keine Möglichkeit für die Kenntnis eingestellter Sollwerte der Raumtemperatur.

• - Für die durch die Heizung jeweils beheizten Räume (es können manuell auch ein oder mehrere Räume durch Abschalten der Wärmetauscher abgestellt sein und sind dann nicht beheizt) gilt die Energiebilanz _th - _F = _HKab ,6(3) _HKab = die von den in Betrieb befindlichen Wärmetauschern abgegebene effektive Wärmeleistung (=Heizleistung).
• - Aus dem relativen Fremdwärmeanfall läßt sich eine "fiktive Raumtemperaturänderung" Δ t _if berechnen wie folgt:
• Δ t _if = - _Frel (t _iN - t _a ),6(4)
• Herleitung der Gl. (4):
  Gl. (1) aufgelöst:
• Wirkliche Heizflächenleistung nach Gl. (3):
• _HKab = _th - _F
• Fiktive Raumtemperatur t _if , die ohne Berücksichtigung der Fremdwärme allein durch die Wärmeabgabe der Heizflächen _HKab gehalten würde:
• Diese fiktive Raumtemperatur ist bei positiver Fremdwärme (Sonneneinstrahlung usw.) niedriger als der gewünschte Sollwert, bei negativer Fremdwärme, d. h. bei Wärmeabfuhr durch offene Fenster und Türen usw. höher.
• Die fiktive Raumtemperaturänderung ist
  t _if - t _iN = Δ t _if
• Die fiktive Raumtemperaturänderung Δ t _if gibt an, um wieviel Kelvin sich die Raumtemperatur ausgehend von der Auslegungstemperatur t _iN nach oben oder unten ändern würde, wenn ausschließlich die von den Heizflächen abgegebene Wärmeleistung _HKab zur Beheizung zur Verfügung stünde. Mit anderen Worten: Geht man von einem Zustand aus, in welchem positive oder negative Fremdwärme auftritt und diese durch Thermostatventile oder Einzelraumregelung zur Beihaltung der Raumtempertaur t _iN ausgeregelt wurde, so Δ t _if an, wie sich die Raumtemperatur fiktiv ändern würde, wenn die aufgetretene Fremdwärme _F zu Null wurde, der durch die Fremdwärme verursachte Regeleingriff (Einstellung der Wärmeleistung der Heizflächen _HKab ) jedoch beibehalten würde und die Randbedingungen sich ebenfalls nicht ändern würden.
• - Die fiktive Raumtemperaturänderung Δ t _if ist das Maß für die Berechnung des neuen Vorlauftempertursollwertes:
  Durch die Auslegeaußentemperatur t _N und die Auslege- Heizungsvorlauftemperatur (= vorgesehene maximale Heizungsvorlauftemperatur) ist eine Heizkurve bzw. Heizkurvengleichung, die sogenannte "Auslegeheizkurve" festgelegt. Ist nun über das Modell eine fiktive Raumtemperaturänderung ermittelt worden, so muß durch Änderung der Heizungsvorlauftemperatur von den Heizflächen eine Wärmeleistung abgegeben werden, die ohne Fremdwärme oder andere Störgrößen eine Raumtemperatur von t _iN + Δ t _if ergeben würde. Die restliche Wärmeleistung zur Erreichung des für den Regler unbekannten wirklichen Raumtemperatursollwertes wird durch Fremdwärme abgedeckt bzw. durch erhöhten Wärmebedarf verbraucht. Damit stellt Δ t _if die Größe dar, um welche die Heizkurve für diesen Betriebszustand verschoben werden muß, damit dann aus der verschobenen Heizkurve der neue Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur bei der vorliegenden Außentemperatur ermittelt werden kann. Die Heizkurve kann durch eine Gleichung mit mindestens einem Parameter gegeben sein oder auch analog realisiert und verschiebbar sein. Bei Vorliegen als Gleichung ergibt sich infolge ihres mindestens einen Parameters ein Kennlinienfeld. Die auf diese Weise ermittelte und geregelte Heizungsvorlauftemperatur führt im stationären Zustand dazu, daß die Ventile der nicht manuell abgeschalteten Wärmetauscher praktisch voll geöffnet sind, wenn die Raumtemperatur den Wert t _iN annimmt.

Ein gegenüber der Auslegungsraumtemperatur t _iN am Thermostatventil bzw. am Einzelraumregler niedriger eingestellter Sollwert wird ebenfalls wie positive Fremdwärme aufgefaßt und führt als Reaktion auf den durch Sollwertverstellung verminderten Volumenstrom zu einer Verminderung der Heizungsvorlauftemperatur. Hierbei wird von einer Auslegung der Thermostatventile ausgegangen, bei welcher der Auslegungsvolumenstrom, d. h. der sich bei Normalbedingungen einstellende Volumenstrom bereits bei einem Teil des zur Verfügung stehenden Ventilhubes erreicht wird, was dem heutigen Stand der Technik entspricht. Gegebenenfalls ist der mit dem Modell errechnete Wert für die Heizungsvorlauftemperatur um wenige Kelvin zu erhöhen, um die Thermostatventile im Regeleingriff zu halten.

Modellansatz der Heizung

Die Energiebilanz gemäß Gl. (3) stellt die Verknüpfung zwischen dem Modell der zu beheizenden Räume und dem Modell der Heizung dar.

Die betreffenden Räume werden durch Gl. (3) quasi-stationär dargestellt, erhöhter oder verminderter Wärmebedarf durch instationäre Vorgänge wird allein durch eine Erniedrigung oder Erhöhung der berechneten Fremdwärme erfaßt.

Die Heizung jedoch muß als Speicherglied mindestens erster Ordnung angesehen werden, da Ein- und Ausspeichervorgänge wesentlich für ihr Betriebsverhalten sind.

Erläuterung des Modellansatzes:

• - Der Zusammenhang zwischen der momentanen, von den in Betrieb befindlichen Wärmetauschern der Heizung in den oder die betreffenden Räume abgegebenen Wärme- oder Heizleistung _HKab und der der Heizung zufließenden Wärmeleistung _WMZ lautet dann _WMZ (Z) = _HKab (Z) + _Sp (Z),6(7)z = Zeit
  _Sp = Wärmeleistung, die der Änderung der Speicherwärme der Heizung dient.
• - Die in die Heizung fließende Wärmeleistung, die vom Wärmemengenmesser erfaßt wird, ist _WMZ = · ρ · c _p (t _HV - t _HR ),6(8)wozu
  ρ die Dichte des Wärmeträgermediums,
  c _p die Wärmekapazität des Wärmeträgermediums,
  t _HV Istwert der Heizungsvorlauftemperatur,
  t _HR Istwert der Heizungsrücklauftemperatur, und
  der Istwert des Volumenstromes des Wärmeträgermediums ist.
• - Die von den Heizflächen der in Betrieb befindlichen Wärmetauscher abgegebene Wärmeleistung (= Heizleistung) ist abhängig von der Differenz zwischen mittlerer Heizkörperoberflächentemperatur und Raumtemperatur, wie es dem Fachmann bekannt ist. Es sei hier die Wärmeabgabe durch Radiatoren behandelt, z. B. die durch die Gleichungen der DIN 4703 beschrieben ist: _HKab = f ₁ f _{2 N} ,6(9) m = Wärmetauscherexponent
  Δ t _VRN = Temperaturdifferenz Heizungsvorlauf - Heizungsrücklauf im Normzustand (z. B. 90°C-70°C), d. h. bei vorgesehener Maximalleistung der Heizung ohne Fremdwärme, t _HKV = Wärmetauschervorlauftemperatur
  t _HKR = Wärmetauscherrücklauftemperatur f ₂ = 1 für c ≦λτ 0,7
  t _i = Istwert der Raumtemperatur. Es kann hier gesetzt werden t _i = t _iN + Δ t _if

Durch diese Gleichungen ist der Einfluß zwischen der Wärmeabgabe des einzelnen Wärmetauschers und der an ihm vorhandenen Temperaturdifferenz t _HKV - t _HKR , die der Temperaturspreizung am Wärmetauscher entspricht, gegeben. Wenn mehrere Wärmetauscher in Reihe geschaltet sind, werden diese als ein einziger Wärmetauscher angesehen und behandelt.

Für die Modellrechnungen wird als Vereinfachung gesetzt:

t _HKV = t _HV (10)

Ferner wird als ebenfalls zulässig vereinfachend angenommen, daß in obiger Gleichung (9) t _HKR gleich der im Heizungsrücklauf vorliegenden Heizungsrücklauftemperatur t _HR gesetzt werden kann. t _HR ist eine Mischtemperatur der Temperaturen der aus den Wärmetauschern abströmenden Wärmeträgermedien, die sich im Heizungsrücklauf stromabwärts des letzten Zuflusses von Wärmeträgermedium aus einem Wärmetauscher einstellt. Und zwar ist es zulässig für Gl. (9), diese Mischtemperatur der Berechnung der Gesamtheizleistung aller in Betrieb befindlichen Wärmetauscher zugrundezulegen. Sie ist eine für das Modell ohne weiteres zulässige Näherung.

Durch diese Setzung werden die Totzeiten zwischen der Meßstelle von _WMZ und Wärmetauschern sowie die Wärmeverluste in den Rohrleitungen vernachlässigt, was zulässig ist.

• - Die Wärmeleistung _Sp zur Änderung der Speicherwärme der Heizung ist durch den Anstieg der mittleren Temperatur der Heizung bestimmt. mit M · C _H = Wärmekapazität der Heizung in kJ/K
  t _m = mittlere Temperatur der Heizung.

Die mittlere Temperatur t _m ist dabei nicht der Mittelwert zwischen Vor- und Rücklauftemperatur, sondern ist durch das Zeitverhalten der Heizung bestimmt.

Der Zusammenhang zwischen zeitlichem Verlauf des im Identifikationsmodell gemäß Gl. (7) erfaßten Wärmestromes _MWZ und dem Wärmestrom zur Erhöhung der Speicherwärme _Sp kann wie folgt dargestellt werden:

mit

wo N wieder der Index für Auslegewerte der betreffenden Größe ist. Ferner ist
C _H = spezifische Wärmekapazität der Heizung einschließlich des in ihr befindlichen Wärmeträgermediums
C _HKN = gesamte Normwärmeleistung aller Wärmetauscher bezogen auf die Temperaturdifferenz zwischen dem arithmetischen Mittelwert der Oberflächentemperatur der Wärmetauscher bei der Auslegetemperaturspreizung zwischen Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf, d. h. die bei maximaler Heizleistung und Auslegeaußentemperatur vorliegende Temperaturspreizung der Heizung, z. B. 90/70°C, und der Auslegeraumtemperatur t _iN
z = Zeit

= arithmetische Mitteltemperatur der Wärmetauscher bei Auslegetemperaturspreizung, z. B. bei t _HKV = 90°C und t _HKR = 70°C.

Die Gleichung 13 dient in diskretisierter Form zur Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Speicherleistung _Sp aus dem zeitlichen Verlauf der ermittelten Wärmeleistung _WMZ .

Identifikationsmodell

Eine grundlegende Gleichung für das Identifikationsmodell kann man durch Einsetzen der Gl. (9) in die Gl. (7) bei gleichzeitiger Berücksichtigung der jeweiligen Teilbeheizung der Räume erhalten, d. h. daß _HKab nach Gl. 9 mit ψ zu multiplizieren ist.

_WMZ (Z) = f ₁ f ₂ ψ _N + _Sp-(Z) (14)

Aus dieser Gleichung läßt sich ψ bestimmen:

Aus dieser Gleichung 15 sieht man einen Grundgedanken dieses vorzugsweisen Identifikationsmodells:

Die Wärmeabgabe der Heizung in die Räume wird aus dem Verhalten von Heizungsvor- und Heizungsrücklauftemperaturen ermittelt und ins Verhältnis zum Normzustand und der zur Veränderung der in der Heizung gespeicherten Wärme notwendigen Wärmeleistung gesetzt.

Aus der Gl. 15 wird auch deutlich, daß der Normwärmebedarf _N lediglich eine Bezugsgröße für ψ ist, eine unkorrekte Einstellung von _n wird durch ψ in ausreichendem Maße kompensiert.

Ablauf der Modellrechnung

Die Modellberechnungen laufen demnach wie folgt ab:

• - Berechnung von _Sp nach Gl. (13) (z. B. diskretisiert oder über Faltungsintegral gelöst), z. B. mit
  Δ T = Abtastzeitintervall
  T _k = Abtastzeitpunkt
  k = Index für die k-te Messung
  T ₁ = Zeitkonstante gemäß Gl. 13 a.
• Die Zeitdauer Δ T jedes Abtastintervalles kann bspw. zweckmäßig in der Größenordnung von einigen Sekunden bis einigen Minuten liegen. Am Ende jedes Abtastzeitintervalles wird die Berechnung von _Sp wiederholt, desgleichen die nachfolgenden Berechnungen aus den Gleichungen 17-17e.
• - Berechnung des Teilbeheizungsfaktors ψ nach Gl. (15)
• - Berechnung des theoretischen Wärmebedarfs (abhängig von der Außentemperatur) nach Gl. (1)
• - Berechnung der momentan abgegebenen Heizflächenleistung nach Gl. (7) _HKab (T _k ) = _WMZ (T _k - _Sp (T _k ),6(17b)
• - Berechnung des Fremdwärmeanfalls aus Gl. (3) und des relativen Fremdwärmeanfalls nach Gl. (2) _F (T _k ) = _th (T _k ) - _HKab (T _k ),6(17c) _Frel (T _k ) = _F (T _k )/ _th (T _k ),6(17d)Δ t _if (T _k ) = - _Frel (T _k ) t _iN - t _a (T _k )),6(17e)

Diese Berechnungen nach den Gl. 16 bis 17d werden am Ende oder zu Beginn jedes Abtastzeitintervalles mittels eines Rechners des Identifikationsmodells aufgrund der momentan eingebenen Meßwerte und der vorangehend ermittelten Speicherwärme _Sp (T _k-1) vorgenommen. T _k-1 ist dabei der letzte Abtastzeitpunkt vor dem momentanen Abtastzeitpunkt T _k .

Damit läßt sich dann die fiktive Raumtemperaturänderung t _if (T _k ) aus Gl. 17e berechnen.

Durch das Identifikationsmodell ist mit Δ t _if bestimmt, welche Heizleistung die Wärmetauscherflächen unter Berücksichtigung der Fremdwärme in das Gebäude abgeben müssen. Es handelt sich um die Heizleistung, welche zur Aufrechterhaltung der fiktiven Raumtemperatur t _if notwendig ist (siehe Gleichung (6)). Da die fiktive Raumtemperaturabweichung Δ t _if = t _if - t _iN ein Maß für die Abweichung der fiktiven Raumtemperatur gegenüber der Auslegungsraumtemperatur ist, ist sie gleichzeitig ein Maß für die Korrektur der Heizungsvorlauftemperatur: Vom Regler ist die Vorlauftemperatur zu ermitteln, die zur Aufrechterhaltung der fiktiven Raumtemperatur notwendig wäre.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schemabild einer Heizungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein Heizkurvendiagramm,

Fig. 3 ein Schemabild einer Heizungsanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Heizungsanlage 9 weist einen Kessel 10 mit einem Brenner 11 auf. Die Kesselvorlaufleitung 12 ist über ein Vierweg-Mischventil 13 an eine Heizungsvorlaufleitung 17 angeschlossen. Diese Heizungsvorlaufleitung 17 führt zu einer Mehrzahl von Räumen 19 eines Gebäudes oder dergleichen, bei denen es sich um alle beheizten Räume dieses Gebäudes handeln kann. In jedem dieser beheizten Räume 19 sind jeweils ein oder mehrere Wärmetauscher 21 angeordnet, denen je ein Thermostatventil 22 zur Raumtemperaturregelung zugeordnet ist. Alle Wärmetauscher 21 sind parallel zueinander an die gemeinsame Heizungsvorlaufleitung 17 und an die gemeinsame Heizungsrücklaufleitung 18 angeschlossen. In manchen Fällen können auch mindestens zwei Wärmetauscher in Reihe geschaltet sein. Die Heizungsrücklaufleitung 18 ist an das Mischventil 13 angeschlossen, dessen einer Anschlußstutzen an die Kesselrücklaufleitung 23 angeschlossen ist. Wie dargestellt, ist einer der Wärmetauscher 21 in Wirklichkeit kein einzelner Wärmetauscher, sondern besteht aus zwei in Reihe geschalteten Einzelwärmetauscher 21′. Diese werden im Modell zusammen wie ein einzelner Wärmetauscher behandelt.

Diese Heizungsanlage 9 weist einen den Kessel 10, die Kesselvorlauf- und Kesselrücklaufleitung 12, 23 aufweisenden Kesselkreis 28 auf. An diesen ist mittels des Mischventiles 13 ein Heizkreis 27 angekoppelt, der hier die Heizung für die Räume 19 bildet und die Heizungsvorlaufleitung 17, die Wärmetauscher 21 und die Heizungsrücklaufleitung 18 aufweist.

Eine Umwälzpumpe 29 dient dem Umwälzen des vorzugsweise aus Wasser bestehenden Wärmeträgermediums der Heizungsanlage 9.

Dieser Heizungsanlage 9 ist ein Identifikationsmodell 25 gemäß einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung zugeordnet, das in vorbestimmten Zeitabständen Δ T die momentane fiktive Raumtemperturabweichung Δ t _if berechnet. Dieses Identifikationsmodell 25 weist einen Heizleistungsmesser 33, einen Bezugszustandsgeber 24 für einen Bezugszustand _N , einen Rechner 34 zum Berechnen der fiktiven Raumtemperaturabweichung t _if und einen Speicher 35 auf. Im Speicher 35 werden die vom Rechner 34 und dem Heizleistungsmesser 33 benötigten Konstanten der Heizung, wie , c _p , M · C _H , ρ, t _iN , t _N , t _HVN , t _HRN , _N gespeichert. Soweit erwünscht, können auch eine oder mehrere dieser Konstanten, bspw. _N , einer vorher festgelegten Heizkurve bei definiertem Betriebszustand oder definierten Betriebszuständen, vorzugsweise bei _F = 0 experimentell ermittelt werden.

Dieses Identifikationsmodell 25 erhält ferner folgende von Fühlern 14, 15, 16 und 20 gemessene Eingangsgrößen eingegeben:

Die Außentemperatur t _a durch einen Außentemperaturfühler 14; die in der Nähe des Mischventiles 13 von einem Temperaturfühler 15 gefühlte Heizungsvorlauftemperatur t _HV ; die ebenfalls in der Nähe des Mischventiles 13 von einem Temperaturfühler 16 gefühlte Heizungsrücklauftemperatur t _HR und den mittels eines Volumenstrommessers 20 gemessenen Volumenstrom des in der Heizungsrücklaufleitung 18 strömenden Wärmeträgermediums. Dieser Volumenstrommesser 20 kann ebenfalls in der Nähe des Mischventiles 13 angeordnet werden. Der Volumenstrommesser 20 kann auch im Heizungsvorlauf 17 angeordnet sein, da die Volumenströme des Heizungsvorlaufes 17 und des Heizungsrücklaufes 18 gleich groß sind.

Bevorzugt sind Volumenstrommesser, Heizungsrücklauf- und Heizungsvorlauftemperaturfühler und Wärmeleistungsmesser als ein Gerät zusammengefaßt.

Der Kessel 10 befindet sich normalerweise in einem Kellerraum des betreffenden Gebäudes. Desgleichen können dann in diesem Kellerraum auch die Fühler 15, 16, das Mischventil 13 und der Volumenstrommesser 20 angeordnet sein; desgleichen die dem Umwälzen des Wärmeträgermediums dienende Umwälzpumpe 29, die in diesem Ausführungsbeispiel im Heizungsvorlauf 17 angeordnet ist.

Die Rechner des Identifikationsmodelles 25 können vorzugsweise digitale Rechner sein. Auch ein Regler 32 kann vorzugsweise digital arbeitend vorgesehen sein, desgleichen ein Heizkurvengeber 26.

Ein digitaler Rechner 33 des Identifikationsmodelles 25 berechnet aus dem in ihn eingegebenen Werten t _HV , t _HR und unter Berücksichtigung der ihm aus dem Speicher 35 zugeleiteten Daten ρ und c _p gemäß Gleichung 8 die momentane Heizleistung (Wärmeleistung) _WMZ der Heizung 9.

Dem Δ t _if berechnenden digitalen Rechner 34 wird die momentane Heizleistung _WMZ eingegeben, desgleichen die Größen t _HV , t _HR , t _a , und aus dem Speicher 35 die ferner für die Berechnung der fiktiven Raumtemperaturabweichung Δ t _if benötigten Konstanten M · C _H , _N , t _iN , t _N und die für die Berechnung der Größen f ₁ und F ₂ benötigten Konstanten. Dieser Rechner 34 wird gesteuert durch einen Taktgenerator 40 od. dergl., um in vorbestimmten Zeitabständen T jeweils eine Berechnung der fiktiven Raumtemperaturabweichung t _if gemäß der Gleichung 17 e unter Verwendung der Gleichung 16-17 d vorzunehmen.

Der Bezugszustandsgeber 24 kann bspw. von Hand so eingestellt sein, daß die von ihm ausgegebene Bezugsgröße die auf das durch die Heizung 9 beheizte Gebäude bzw. den betreffenden Gebäudeteil od. dergl. unter den vorliegenden klimatischen Bedingungen bezogene Auslegeleistung (Normleistung) _N dieser Heizung 27 bei einer vorbestimmten Auslegeaußentemperatur t _N , z. B. bei -15°C ist.

Ein Heizkurvengeber 26 berechnet aus seinen Eingabedaten t _a und t _if zu jedem Abtastzeitpunkt T _k den jeweils neuen Sollwert t _HVsoll der Heizungsvorlauftemperatur und gibt diesen Sollwert in den Regler 32 ein, in den ferner der Istwert t _HV der Heizungsvorlauftemperatur eingegeben wird und dieser Regler 32 steuert dann den Stellmotor 41 des Mischventiles 13 jeweils so an, daß die momentane Regelabweichung verkleinert wird. Dieser Regler 32 kann vorzugsweise ein stetiger Regler sein.

In dem Heizkurvengeber 26 ist der als Heizkurve bezeichnete funktionelle Zusammenhang zwischen der Außentemperatur t _a und der Heizungsvorlauftemperatur t _HV gespeichert, der für diese Heizung bei voll geöffneten Thermostatventilen 22 den gewünschten Sollwert der Raumtemperatur steuert, allerdings ohne Berücksichtigung der Fremdwärme. Um bei Vorliegen von Fremdwärme diese selbsttätig mit zu berücksichtigen, berechnet das Identifikationsmodell 34 die durch sie verursachte fiktive Raumtemperaturabweichung gegenüber der Auslegungsraumtemperatur t _iN d. h. die durch die Fremdwärme überbrückte Temperaturdifferenz, wobei jedoch auch Einzelräume 19 von der Beheizung durch manuelles Schließen der betreffenden Thermostatventile 22 abgesperrt sein können, da dieses Identifikationsmodell, wie erläutert, auch den hierdurch bedingten Teilbeheizungsfaktor von selbst mit berücksichtigt und all dies ohne direkte Messungen in den Räumen 19.

Die im Heizungskurvengeber 26 gespeicherte oder gemäß vorgegebener Gleichung, die als Parameter insbesondere t _a und t _if enthält, berechenbare Heizkurve, die bei der vorbestimmten Auslegungsraumtemperatur t _iN in den Räumen 19 bei fehlender Fremdwärme den Zusammenhang zwischen der Außentemperatur t _a und der Heizungsvorlauftemperatur t _HV so vorgibt, daß in den beheizten Räumen die Auslegungsraumtemperatur bei voll geöffneten Thermostatventilen durch die Heizung 27 ungefähr eingehalten wird, sei als Grundheizkurve bezeichnet. Sie kann aus Gebäude- und Heizungsdaten und/oder experimentell ermittelt oder durch Adaption in üblicher Weise besser und besser angepaßt werden. Sie ist in dem Heizkurvendiagramm nach Fig. 2 mit 42 bezeichnet. Diese Grundheizkurve 42 wird nun jeweils gemäß der zu jedem Abtastzeitpunkt neu ermittelten fiktiven Raumtemperaturabweichung Δ t _if parallel zu sich selbst verschoben, und zwar entlang der geneigten Raumtemperatur- Sollwertachse 47 je nach Vorzeichen der fiktiven Raumtemperaturabweichung Δ t _if nach schräg oben oder schräg links unten. Wenn bspw. die fiktive Raumtemperaturabweichung -Δ t _if beträgt, dann wird die Grundheizkurve 42 in die gestrichelte Lage 42′ verschoben und anhand dieser verschobenen Heizkurve wird aus ihr die für die momentane Außentemperatur t _a1 der momentane Sollwert t _HV1 der Heizungsvorlauftemperatur t _HVsoll ermittelt. Es wird dann dieser Wert t _HV1 in den Regler 32 als neuer Sollwert eingegeben, der bis zum nächsten Abtastzeitpunkt Gültigkeit hat und dann erneut festgelegt wird. Wenn die fiktive Raumtemperaturabweichung Δ t _if anstatt negativ positiv ist, wird die Heizkurve entsprechend anstatt in Richtung des Pfeiles -Δ t _if in Richtung des Pfeiles +Δ t _if von der Grundheizkurve 42 um den betreffenden Betrag ±Δ t _if verschoben und aus ihr der zu der momentanen Außentemperatur t _a gehörende Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur t _HVsoll entsprechend ermittelt.

Derjenige Punkt der Grundheizkurve 42, der bei der beschriebenen Parallelverschiebung von ihr auf der Raumtemperatur-Sollwertachse 47 verschoben wird, ist der Schwenkpunkt der Heizkurve, um den sie zur Einstellung ihrer Steilheit zwecks Anpassung an die betreffenden Werte der Heizungsanlage und der betreffenden Gebäuderäume gemäß der DE-OS 20 04 233 geschwenkt werden kann. Der Heizkurvengeber 26 kann auch anders ausgebildet sein. Die Parallelverschiebung der Heizkurve zu sich selbst entlang der Raumtemperatur-Sollwertachse 47 ist jedoch besonders günstig, wie es durch die DE-OS 20 04 233 bekannt ist.

Es ist auch möglich, daß der Bezugszustandsgeber 24 einen anderen Bezugszustand als _N vorgibt, bspw. einen von der Außentemperatur abhängigen Bezugszustand, der vorzugsweise der Heizleistung entsprechen kann, die im Falle fehlender Fremdwärme zum Aufrechterhalten der Auslegeraumtemperatur in den geheizten Räumen 19 bei voll geöffneten Thermostatventilen 22 gerade ausreichend ist.

Es ist auch möglich, das Mischventil 13 in Fortfall kommen zu lassen oder durch ein Dreiweg-Mischventil zu ersetzen. Im ersten Falle kann die Heizung 27 dann direkt an den Kesselvorlauf des Kessels 10 angeschlossen und die dann der Kesselvorlauftemperatur entsprechende Heizungsvorlauftemperatur mittels des Reglers 32 gleitend bspw. durch Ansteuern des Brenners 11 über dessen Schaltvorrichtung 44 mittels des Ausgangssignales des Reglers 32 geregelt werden, wie es Fig. 3 an einem Beispiel zeigt.

Es ist auch möglich, mehrere Heizkreise an den Kesselvorlauf 12 parallel zueinander mittels je eines gesonderten Mischventiles anzuschließen und jeden solchen Heizkreis, der jeweils die Heizung für mehrere Räume des betreffenden Gebäudes od. dergl. bildet, mittels eines gesonderten Identifikationsmodelles bezüglich der Heizungsvorlauftemperatur zu regeln, so daß jedem Heizkreis ein eigener Volumenstrommesser und eigene Fühler zum Fühlen der Heizungsvorlauf- und -rücklauftemperatur zugeordnet sind.

Es ist auch möglich, wie es an einem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 dargestellt ist, einen Heizkreis 50, der hier den Kessel 10 mit gleitender Kesseltemperaturregelung einschließt, jedoch auch ein den Kessel nicht mit aufweisender Heizkreis sein kann, bspw. ein an ein Mischventil oder an eine Fernheizungsanlage angeschlossener Heizkreis sein kann, in mehrere Heizungen 27′ zu unterteilen, die parallel zueinander an die Heizungsvorlaufleitung 17 und die Heizungsrücklaufleitung 18 dieses Heizkreises 50 angeschlossen sind. Jede solche Heizung 27′ dient der Beheizung mehrerer Räume des betreffenden Gebäudes od. dergl., bspw. je einer Wohnung oder Stockwerkes. Jeder solchen Heizung 27 ist ein eigenes Identifikationsmodell 25 zugeordnet, wobei jeder Heizung 27 in den ihnen jeweils zugeordneten Rücklaufleitungen 18′, die in die gemeinsame Rücklaufleitung 18 führen, je ein eigener Rücklauftemperaturfühler 16 und Volumenstrommesser 20 zugeordnet ist, jedoch die diesen Identifikationsmodellen 25 eingegebenen Meßwerte t _a , t _HV dieselben Werte sind. Es kann nun diesen Identifikationsmodellen 25 eine gemeinsame Auswahlvorrichtung 46 zugeordnet sein, in die die von den Identifikationsmodellen 25 berechneten fiktiven Raumtemperaturabweichungen Δ t _if eingegeben werden und die jeweils diejenige fiktive Raumtemperaturabweichung Δ t _if in den Heizkurvengeber 26 eingibt, die den höchsten Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur ergibt. Falls in nicht dargestellter Weise jedem Identifikationsmodell 25 ein nur ihm zugeordneter eigener Heizkurvengeber zugeordnet ist, kann dann diesen Heizkurvengebern eine Auswahlvorrichtung nachgeschaltet sein, die den von ihnen ausgegebenen jeweils höchsten Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur in den Regler 32 eingeben. Dieser Regler 32 ist allen drei Heizungen 27′ gemeinsam. Von den betreffenden, beheizten Räumen 19 sind ebenfalls wiederum keine elektrischen Verbindungen zu dem Regler 32 erforderlich. Jedoch sind von den Volumenstrommessern 25 und den Heizungsrücklauftemperaturfühlern 16 bzw. von den Identifikationsmodellen 25 aus elektrische Verbindungen über die Auswahlvorrichtung 46 und den Heizkurvengeber 26 elektrische Verbindungen bis zum Regler 32 erforderlich, so daß gegebenenfalls von der obersten und der mittleren Heizung relativ lange elektrische Leitungswege bis zum Temperaturregler 32 in dem betreffenden Gebäude erforderlich sind. Es verbleiben jedoch immer noch erhebliche Vorteile, u. a. deshalb, weil aus den Räumen 19 keine elektrischen Verbindungen nach außen geführt werden müssen, weil kein Testraum für die Messung der Raumtemperaturen benötigt wird, usw. Es genügt, diese elektrischen Leitungen an oder nahe den sowieso vorhandenen Heizungsvorlauf- und Heizungsrücklaufleitungen 17, 18 zu verlegen, bspw. in einem für die Heizungsvorlauf- und Heizungsrücklauf-Steigleitungen gemeinsamen Steigschacht des betreffenden Gebäudes. Auch wird die Regelgüte gegenüber herkömmlichen Regelverfahren verbessert, die Wärmeverluste der Heizungsanlage verringert und es sind keine Parameter-Einstellungen nach einmal erfolgter Einstellung der Grundheizkurve 30 des Heizkurvengebers 26 und der Größe _N erforderlich.

Claims (13)

1. Verfahren zur Regelung der Heizungsvorlauftemperatur mindestens einer Heizung, die eine Mehrzahl von Räumen eines Gebäudes od. dergl. beheizen kann und einen Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf mit variablem Volumenstrom des in ihnen strömenden Wärmeträgermediums und in jedem dieser Räume mindestens je einen Wärmetauscher aufweist und bei Verwendung mehrerer Wärmetauscher diese die gleiche Wärmeabgabe-Charakteristik aufweisen, wobei die Raumtemperatur mindestens eines dieser Räume, vorzugsweise aller dieser Räume, unabhängig von den anderen Räumen mittels mindestens eines Thermostatventiles und/ oder eines Einzelraumtemperaturreglers geregelt wird, wobei diese Raumtemperaturregelung die Verstellung des Volumenstromes des Wärmeträgermediums im Heizungsvorlauf und -rücklauf zur Folge hat, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Identifikationsmodelles aus der Heizungsvorlauftemperatur und der Heizungsrücklauftemperatur der Heizung, der Außentemperatur, des Volumenstromes des Wärmeträgermediums im Heizungsvorlauf oder Heizungsrücklauf, oder aus einer oder mehreren dieser Größen abgeleiteten Größen der ungefähre Wert des jeweiligen Teilbeheizungsfaktors und die jeweilige Fremdwärme relativ zu einem Bezugsstand ermittelt und daraus der momentan minimal notwendige Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur zur Einhaltung der an den Thermostatventilen bzw. Einzelraumtemperaturreglern eingestellten Raumtemperatur-Sollwerte ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbeheizungsfaktor gemäß folgender Gleichung ermittelt wird: wo
_WMZ = momentan aus der Heizungsvorlauftemperatur, der Heizungsrücklauftemperatur und dem Volumenstrom des Wärmeträgermediums ermittelte in die Heizanlage abgegebene Heizleistung
_Sp = momentaner Wärmestrom zur Änderung der in der Heizung gespeicherten Speicherwärme
z = Zeit,
f ₁, f ₂ = die Wärmetauscher der Heizung kennzeichnende Größen,
_N = Summe der Auslegeleistungen der Wärmetauscher der Heizung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine fiktive Raumtemperaturabweichung Δ t _if gemäß folgender Gleichung ermittelt wird: Δ t _if = _Frel (t _iN - t _a )wo
_Frel = relativer Fremdwärmeanfall dimensionslos
t _iN = dem höchsten vorgesehenen Raumtemperatur-Sollwert entsprechende Auslegungsraumtemperatur
t _a = Außentemperatur
sind, und daß aus der jeweiligen fiktiven Raumtemperaturabweichung ein neuer Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur im Sinne einer Verringerung des Absolutwertes der momentanen fiktiven Raumtemperaturabweichung ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Zusammenhang zwischen dem Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur und der Außentemperatur entsprechende Heizkurve oder Heizkurvengleichung in Abhängigkeit der jeweils ermittelten fiktiven Raumtemperaturänderung im Sinne einer Verkleinerung des Absolutwertes der fiktiven Raumtemperaturabweichung geändert, vorzugsweise zu sich selbst parallel verschoben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugszustand von dem Identifikationsmodell selbsttätig ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Dynamik der Heizung bedingten zeitlichen Verläufe der Heizleistung der Wärmetauscher sowie der Speicherwärme der Heizung vom Identifikationsmodell errechnet und bei der jeweiligen Ermittlung des Sollwertes der Heizungsvorlauftemperatur berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungen zumindest im wesentlichen digital erfolgen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Nachtabsenkung oder sonstiger zeitweiser Absenkung der Raumtemperatur mit jeweils anschließender, mit ungefähr maximaler Heizungsvorlauftemperatur erfolgender Schnellaufheizung der Raumtemperatur auf den angehobenen Sollwert der Raumtemperatur das Ende der Schnellaufheizung aus der Verringerung des Volumenstromes des Wärmeträgermediums durch mindestens ein den Volumenstrom verringerndes Thermostatventil erkannt und im Gefolge hiervon wieder auf Regelung des durch das Identifikationsmodell ermittelten Sollwertes der Heizungsvorlauftemperatur übergegangen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugsstand die Summe der Auslegeleistungen der Wärmetauscher der Heizung oder der nach entsprechenden Normen ermittelte Normwärmebedarf verwendet wird.

10. Einrichtung zur Regelung der Heizungsvorlauftemperatur mindestens einer Heizung zum Heizen einer Mehrzahl von Räumen eines Gebäudes od. dergl. zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Fühler (14, 15, 16) zum Fühlen der Außentemperatur, der Heizungsvorlauftemperatur und der Heizungsrücklauftemperatur, einen Volumenstrommesser (20) zum Messen des Volumenstromes des Wärmeträgermediums im Heizungsvorlauf- oder -rücklauf, ferner ein Identifikationsmodell (25) zum Ermitteln einer fiktiven Raumtemperaturabweichung, in Abhängigkeit von welcher eine Heizkurve oder Heizkurvengleichung eines Heizkurvengliedes (26) zur Verringerung des Absolutwertes der fiktiven Raumtemperaturabweichung änderbar ist, und ein Regler (32) zum Regeln des gemäß der jeweils geltenden Heizkurve oder Heizkurvengleichung in Abhängigkeit der Außentemperatur ermittelten Sollwertes der Heizungsvorlauftemperatur, vorgesehen sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen Heizungsvorlauftemperatur, Heizungsrücklauftemperatur und Volumenstrom durch einen Wärmezähler gemessen werden, sowie daß das Heizkurvenglied, das Identifikationsmodell und der Vorlauftemperaturregler in einem digitalen Regelgerät integriert sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung ein Heizkreis ist, dem ein einziges Identifikationsmodell zugeordnet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizkreis in mehrere, an dieselbe Heizungsvorlauf- und Heizungsrücklaufleitung angeschlossene Heizungen (27′) unterteilt ist, von denen jede Heizung dem Beheizen von mindestens zwei Räumen dient, und daß jeder Heizung ein eigenes Identifikationsmodell zugeordnet ist, wobei die Heizungsvorlauftemperatur in Abhängigkeit des höchsten Sollwertes geregelt wird, der sich aufgrund der von den Identifikationsmodellen ermittelten fiktiven Raumtemperaturabweichungen ergibt.