Lauschangriff: Der Herzschlag Ihrer Heizung!

Transkript

1 Lauschangriff: Der Herzschlag Ihrer Heizung! Satellite image of Ganges Deltat(C) ESA Beck & Partner KG Kontakt: Dr.Günther Beck Tel.: +43/(0)676/

2 Kann man den Energiebedarf von morgen vorhersagen? Wir haben für das Gebäude eine Formel errechnet, die den Energiebedarf des nächsten Tages vorhersagt. Die Graphik zeigt, wie gering die Differenz zwischen der Prognose und dem tatsächlichen Wert ist. Für die Formel verwenden wir kostenfrei Wetterprognosen. Die Abweichung ist in diesem Fall nur 7% über einen rollenden Zeitraum von 3 Tagen. Die Prognose erlaubt einen optimierten Heizbetrieb für den nächsten Tag zu errechnen. 2 of 16

3 Kann man den Beitrag von Solarthermie zur Warmwasserbereitung herausfinden? Die Sensorwerte sind als ein Balken pro Stunde dargestellt. Die Solarthermie ist leicht an den beiden Sensoren (Vorund Rücklauf Solar) zu sehen. Die Temperatur von Brennerabgas (rot), Heizungsvorlauf (blau) und Heizungsrücklauf (grün) ist stabil, weil zu diesem Zeitpunkt kein Heizbetrieb läuft. Die Solarthermie endet nach 16:00 aufgrund der Ausrichtung des Kollektorfeldes. 3 of 16

4 Sieht man Fehlfunktionen oder falsche Timer-Einstellungen? Der gleiche Zeitraum wie zuvor, aber dargestellt als durchgehende Kurve. Der ausgewählte Teil zeigt ein abnormales Verhalten des Solarkreises. Nähere Untersuchungen zeigen, daß das solar erwärmte Wasser noch nicht die gewünschte Temperatur erreicht hat und daher der Brenner zusätzliche Wärme bereitstellt. Dabei überträgt sich Wärme auch auf die SolarZuleitungen, da der Kreis nicht gesperrt wird, sondern nur die Pumpe abgestellt ist. Es bedeutet, daß in diesem Fall kein Fehler vorliegt, sondern die Position der Sensoren nicht ideal ist. 4 of 16

5 Was passiert im Heizkreis, während Warmwasser bereitet wird? Für diese Ansicht betrachtet man Vor- und Rücklauf als Paar. Die Wärmemenge läßt sich aus der Temperaturdifferenz und dem Massenstrom errechnen. Man sieht, daß der Wärmeinput zwischen 13:00 und 16:00 gering ist, da der Brenner nur einmal kurz startet und das Wasser dann nur mehr zur Verteilung gepumpt wird, weil offenbar die Thermostatventile großteils geschlossen sind. Die Spitze um 16:51 zeigt die Warmwasserbereitung, wobei überschüssige Wärme am Ende in den Heizkreis gepumpt wird. Die negative Spitze ergibt sich nur rechnerisch als Differenz während des Stillstands des Heizkreises. 5 of 16

6 Schauen Sie besondere Zeiten genau an! Die Graphik zeigt, was passiert, wenn das System aus der Nachtabsenkung wieder hochfährt. der Brenner startet der Rücklauf erwärmt sich (d.h. erwärmtes Wasser kommt bereits wieder zurück) normaler Tagbetrieb ist wieder erreicht Brenner schaltet ab (2x), die Zeitdifferenz ist die Zyklusdauer 6 of 16

7 Wie hoch ist die Systemauslastung? Die maximale Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf ist in diesem Fall ca. 20K. Die Spitze der gemessenen Differenz sinkt über den Tag (wegen der Tageserwärmung und der eingestellten Heizkurve). Im Zeitraum liegt die Spitze bei rund 15K für sehr kurze Intervalle. Die Systemauslastung liegt deutlich unter 30%. P.S.: genaue numerische Daten lassen sich ermitteln. Damit kann der Lastfaktor pro Tag, Stunde oder Minute berechnet werden.. 7 of 16

8 Wie verhält sich der Kessel? Wenn der Brenner startet, erwärmt sich das Abgasrohr sofort. Sobald diese Temperatur wieder sinkt, erkennt man, daß der Brenner ausgeschalten wurde. Der Vorlauf wird mit einer gewissen Verzögerung warm, was durch die thermische Masse des Kessels bedingt ist. Je größer der Kessel, desto länger wird die Verzögerung zwischen der roten und der grünen Spitze. 8 of 16

9 Schauen Sie ein paar Minuten an! 4:37 der Brenner startet 4:46 der Brenner ist wieder aus 4:47 die Vorlauftemperaur übersteigt die Temperatur des Abgasrohres, da der Kessel noch wam ist und weitere Energie abgeben kann 4:47 eine leichte Reaktion des Rücklaufs ist zu sehen, d.h. das erste erwärmte Wasser kommt schon nach 10 Minuten im Heizkreis retour. Wenn alle Thermostatventile der Radiatoren offen sind, dauert es 20 Minuten, bis der Heizkreis einmal gepumpt wurde. In diesem Fall sind 50% der Ventile geschlossen bzw. die Ventile nur zu 50% geöffnet. Der Bedaf ist also geringer als die Heizungsregelung annimmt. 9 of 16

10 Wie lange braucht der Kessel, um warm zu werden? Nach 3-4 Minuten verringert sich die Differenz zwischen Abgastemperatur und Vorlauftemperatur. Das bedeutet, daß der Kessel erst jetzt warm genug ist, um Wärme an den Vorlauf abzugeben. Brennerzyklen, die kürzer als diese Zeit sind, sind besonders ineffizient. Man kann sie mit dem Stop&Go eines Autos in der Stadt vergleichen. 10 of 16

11 Gehen Sie seltsamen Effekten auf den Grund! Täglich um 16:00 ist ein Spitze zu sehen. Der Grund ist die Warmwasserbereitung, die hier per Timer ausgelöst wird. In dieser Zeit wird der Heizkreis gestoppt, woraus sich rechnerisch eine hohe Temperaturdifferenz zwischen Abgas und Vorlauf ergibt. Tatsächlich landet die Wärme aber im Brauchwassertank. An sonnigen Tagen ist dieser Zyklus kürzer oder entfällt ganz, da eine Solarthermieanlage eine Großteil der Wärme liefert. Die Heizung liefert nur den Rest, wenn keine ausreichende Temperatur erreicht wird. 11 of 16

12 Wie genau ist eine Prognose des Wärmebedarfs für morgen? In diesem Fall hat die Formel den Bedarf unterschätzt. Die Differenz über rollende 3 Tage wird hier ausgewertet. Man sieht, daß die Abweichung rund 10% der tatsächlichen Wärme beträgt und über 3 Tage hinweg wieder von alleine verschwindet. Es hängt vom Gebäude ab, ob dieser Effekt überhaupt bemerkt wird. Bei Massivbauten mit guter Dämmung und hoher thermischer Masse wird die Differenz vermutlich nicht auffallen. Bei Leichtbau lassen sich sehr einfach zusätzliche Brennerzyklen schalten, bevor eine Referenztemperatur in einem Innenraum unterschritten wird. Da das System weit unter seiner Auslastungsgrenze läuft, steht genug Leistung für kurzfristige Korrekturen zur Verfügung. 12 of 16

13 Wie sieht der Herzschlag einer Wärmepumpe aus? Um Mitternacht sind hohe Heißgastemperaturen zu sehen. Offenbar wird billiger Nachtstrom verwendet, um Warmwasser zu bereiten. Die Vor- und Rücklauftemperaturen sind fast ident, was darauf schließen läßt, daß der Heizkreis gestoppt ist und die Wärme tatsächlich im Warmwassertank landet. Es ist zu vermuten, daß die Sensoren zu nahe am Heizkreis liegen und sich daher mit erwärmen. 13 of 16

14 Wie wirkt sich die Außentemperatur auf das Heizsystem aus? Man sieht, daß das System aus der Nachtabsenkung hochfährt. Das erklärt den relativ hohen Temperaturhub, der von der Wärmepumpen-Regelung angeordert wird. Langsam reduziert sich dieser Temperaturhub, da die Außentemperatur steigt und durch die Heizkurve eine geringere Vorlauftemperatur angefordert wird. Der kleine Sprung in den Linien deutet auf einen (unerklärten) Stop der Wärmepumpe hin. Wäre der Wärmebedarf aus der Prognose bekannt, so würde man die Wärmepumpe früher starten, aber mit einem geringeren Temperaturhub. Der Effekt wäre ein verbesserter COP. 14 of 16

15 Wie verhalten sich Heizgas und Vorlauftemperaturen zueinander? Heißgasbetrieb zeigt sich als negativer Wert (Vorlauf minus Heißgas). Die grüne Linie zeigt 0 Grad Differenz zwischen den Sensoren eines Paares (VL/RL und VL/HG). Man sieht, daß sich die beiden Kurven spiegelbildlich verhalten und nur eine Verzögerung von rund 1 Minute haben. Wo die Kurven wieder auseinander streben, beginnt ein neuer Heizzyklus. 15 of 16

16 Welche Zeitverzögerung haben Vor- und Rücklauf? Die Graphik zeigt eine Zeitspanne von etwa 20 Minuten. Nicht überraschend ist die Tatsache, daß Heißgas sehr schnell warm wird und Vorlauf bzw. Rüklauf dagegegen eine Verzögerung haben. Beim Durchschreiten der Linie von 40 C hat der Vorlauf ca. 3 Minuten Verzögerung zum Heißgas. der Rücklauf hat wiederum 3 Minuten Verzögerung gegenüber dem Vorlauf. Diese rasche Reaktion des Rücklaufs ist überraschend, liegt aber vermutlich an der Temperatur des Estrichs der Fußbodenheizung, die relativ hoch ist und durch den Pumpbeginn in die Wärmepumpe hineingefördert wird. 16 of 16