Die Erfindung betrifft ein System zur Gebäudetemperaturregelung, mit welchem unabhängig von der Jahreszeit ein möglichst gleichmäßiges Raumklima und gleichmäßige Betriebsbedingungen für die Gebäudetemperaturregelung geschaffen werden können.

Zur Gebäudetemperaturregelung sind verschiedene Arten von Heizsystemen und Klimasystemen bekannt. Insbesondere kommen immer häufiger kombinierte Systeme zur Anwendung, bei welchen Solaranlagen dazu beitragen, umweltfreundlich Energie zu erzeugen. Die Solaranlagen werden beispielsweise entweder als Vorwärmung für das Brauchwasser oder als Vorlauferwärmung für das Heizwasser verwendet. Zusätzlich ist, wenn eine Solaranlage verwendet wird, in der Regel ein weiteres Heizsystem, beispielsweise auf Basis von Erdöl oder Erdgas oder Strom vorgesehen, das dann die Heizfunktionen übernimmt, wenn die durch die Solaranlage bereitgestellte Wärmemenge nicht ausreicht.

Zur Kühlung von Räumen eines Gebäudes ist in der Regel eine vom Heizsystem getrennte Klimaanlage vorgesehen, welche nach Bedarf zu- und abgeschaltet werden kann. Solche Klimaanlagen bedienen sich meist Gebläseeinrichtungen und sind daher laut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bestehendes Heizsystem eines Gebäudes dahingehend zu ergänzen, dass zusätzliche zur Gebäudeklimatisierung gewünschte Funktionen durch das Heizsystem übernommen werden können, insbesondere eine Dachenteisung bzw. Schneefreihaltung im Winter und/oder eine Kühlung von Räumen bei hohen Umgebungstemperaturen, z.B. im Sommer.

Diese Aufgabe wird durch ein System zur Gebäudetemperaturregelung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein System zur Gebäudetemperaturregelung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

In jedem Fall wird das bestehende Gebäudeheizsystem, das ein Heizungsleitungssystem, das ein Wärmemedium führt, das durch die Heizungsanlage erwärmt wird, und eine Heizungsanlage enthält, dadurch ergänzt, dass eine zusätzliche Steuerung vorgesehen wird, welche zeitweise ein Verschalten des Heizungsleitungssystems mit beispielsweise einem Dachleitungssystem ermöglicht, oder mit Hilfe derer das Heizungsleitungssystem derart mit einem Wärmepumpenkreislauf verschaltet wird, dass das Wärmemedium die Kühlleistung des Wärmepumpenkreislaufes ausnützt und durch Abkühlen des Wärmemediums aufnimmt, so dass das Wärmemedium als Kühlmedium durch das Heizungsleitungssystem geführt wird. Als Wärmemedium kommt z.B. Wasser, ein Solarmedium wie z.B. ein Wasser-Alkoholgemisch, oder Ähnliches in Betracht. Auch Kombinationen davon in unterschiedlichen Abschnitten des Gebäudeheizsystems können eingesetzt werden.

Bei dem System zur Gebäudetemperaturregelung, das zur Abtaufunktion für das Dach ausgerüstet ist, ist zusätzlich ein Dachleitungssystem vorgesehen, welches auf dem Dach oder unmittelbar unter einer obersten Dachschicht oder Dachhaut derart verlegt ist, dass Wärme vom Leitungssystem zur außenseitigen Dachfläche transferiert werden kann. Wird aus dem Heizungsleitungssystem erwärmtes Wärmemedium, z.B. Wasser, durch das Dachleitungssystem geführt, so kann bei entsprechender Witterung, abgetaut werden, ehe sich Schnee ansammeln kann, indem das Dach konstant auf Temperaturen weniger Grade über Null gehalten wird. Dadurch wird verhindert, dass sich größere Mengen Schnee auf dem Dach ansammeln und somit, beispielsweise bei Flachdächern, zu Problemen aufgrund der Schneelast oder des Schneedrucks führen.

Besonders vorteilhaft kann dieses System zur Gebäudetemperaturregelung mit der Dachheizung eingesetzt werden, wenn die normale Gebäudeheizungsanlage eine Solaranlage enthält. In diesem Fall ist vorzugsweise nur der Solaranlagenkreislauf, d.h. ein Teil des Heizungsleitungssystems, mit dem Dachleitungssystem in Strömungsverbindung bringbar. Unter Strömungsverbindung ist im Sinne dieser Beschreibung nicht nur eine direkte Strömungsverbindung durch Austausch von Wärmemedium sondern auch eine indirekte Kopplung, bei der Wärme zwischen Teilleitungssystemen z.B. mittels eines Wärmeaustauschers gezielt übertragen wird, zu verstehen, wobei kein Masseaustausch zwischen den Teilleitungssystemen stattfindet. Allerdings kann es bevorzugt sein, zumindest kurzzeitig auch einen Teil eines Hauptheizkreislaufs, wie z.B. den Verlauf, mit dem Dachleitungssystem zu verbinden, um kurzfristig eine starke Erwärmung des Dachs zu erreichen.

Die Solaranlage, die ihrerseits ebenfalls entweder auf dem Dach oder getrennt davon vorgesehen ist, jedoch aufgrund ihrer schrägeren Stellung in der Regel nicht schneebedeckt ist, bietet das Jahr über, auch bei Bedeckung des Himmels, stets Wassertemperaturen (als eine Heizmediumstemperatur) oberhalb des Gefrierpunktes. Liegt jedoch die durch die Solaranlage erzeugte Temperatur unter etwa 25°C, so wird das Heizmedium nicht mehr, wie gewöhnlich, für die Brauchwasser- oder Heizwassererwärmung verwendet, da die Temperatur zu niedrig ist.

In diesem Fall sorgt die erfindungsgemäße Steuerung oder die Regelung dann dafür, dass das durch die Solaranlage erwärmte Heizmedium (z.B. Wasser) nicht mehr als Vorlauf für die Heizanlage des Gebäudes verwendet wird, sondern durch das Dachleitungssystem geführt wird. Damit wird das Dach konstant auf Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes gehalten, ohne dass – neben einer Pumpenleistung zum Pumpen des Wärmemediums durch das Dachleitungssystem – zusätzliche Energie nötig ist.

Um die zum Betreiben des Dachleitungssystems erforderliche Pumpenleistung und damit benötige Energie ebenfalls auf ein Minimum zu begrenzen, ist vorzugsweise ein Sensor, beispielsweise ein Temperatursensor, als Außentemperatursensor oder Dachtemperatursensor vorgesehen, so dass das durch die Solaranlage erwärmte Heizmedium erst bei Temperaturen unterhalb einer im Voraus festgelegten Grenztemperatur, beispielsweise 3°C, durch das Dachleitungssystem geführt wird. Bei einer solchen Steuerung wird vorzugsweise die Beheizung des Dachs so lange fortgesetzt, bis konstant – auch ohne Heizung – eine Oberflächentemperatur vom mehr als 3°C erreicht ist.

Anstatt die Steuerung mit einem Temperatursensor zu koppeln, kann sie auch mit einem beispielsweise Niederschlagssensor zur Erfassung von Schneefall oder anderen entsprechenden Sensoren, die unmittelbar am Dach oder in der Umgebung des Gebäudes vorgesehen sind, gekoppelt sein.

Die Strömungsverbindung bzw. Wärmetauschverbindung zwischen dem Dachleitungssystem und dem Heizungsleitungssystem, d.h. beispielsweise dem Solarheizungssystem, ist vorzugsweise nach Bedarf, insbesondere abhängig von der Witterung, herstellbar und trennbar, so dass auf die Umgebungsbedingungen reagiert werden kann. Dazu sind vorzugsweise der Heizkreislauf der Heizungsanlage, insbesondere dessen Heizungsleitungssystem, und das Dachleitungssystem durch Ventile oder deren Zuströmung in einen Wärmetauscher verbunden, welche in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturbedingungen und/oder Klimabedingungen (z. B. „Niederschlag") durch die Steuerung geschaltet werden, so dass zwischen Dachleitungssystem und Heizungsleitungssystem die entsprechenden Strömungsverbindungen bzw. Wärmetauschverbindungen hergestellt werden können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Dachleitungssystem Heizschlangen, die flächig vorzugsweise unter der Dachhaut oder einer außenseitig das Dach abschließenden Deckschicht verlegt sind und so die Restwärme des Heizmediums, insbesondere z.B. Wasser, optimal an die Dachhaut abgeben. Die Heizschlangen können entweder flächendeckend verlegt sein, d.h. unter der gesamten Dachfläche, was beispielsweise bei Flachdächern zu bevorzugen ist, um das gesamte Dach schneefrei zu halten. Bei Steildächern ist es alternativ ausreichend, Teilbereiche, insbesondere Dachüberstände oder Randzonen, mit Heizschlangen zu erwärmen, da die von dort aufsteigende Luft die Eindeckung ausreichend erwärmt. Die Heizschlangen sind dann nur in diesen Bereichen vorgesehen. Zu beachten ist bei der Anordnung der Heizschlangen des Dachleitungssystems zudem, dass diese vorzugsweise derart verlegt werden, dass stärker zu beheizende Zonen, an denen z.B. eine Schneeansammlung wahrscheinlicher ist, zunächst durchströmt werden, während andere, weniger stark zu beheizende Zonen, erst gegen Ende durchströmt werden, um somit der Abkühlung des Heizmediums beim Durchlauf durch das Dachleitungssystem Rechnung zu tragen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dachleitungssystem mit dem Vorlauf der Zentralheizungsanlage des Gebäudeheizungssystems verbindbar, um beispielsweise kurzfristig höhere Temperaturen und eine rasche Enteisung zu erzielen.

Bei einer Heizanlage, die derart modifiziert ist, dass sie zur Kühlung von Gebäuden verwendet werden kann, liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, das Heizungsleitungssystem, in dem das Wärmemedium zirkuliert, in ein Wärmetauschverhältnis mit wahlweise der Heizvorrichtung wie gewöhnlich zum Vorsehen einer Heizfunktion für das Gebäude oder mit einem Wärmepumpenkreislauf zu bringen. In diesem Fall wird das Wärmemedium durch den Wärmetemperaturaustausch mit dem Wärmepumpenkreislauf gekühlt, um eine Gebäudekühlfunktion vorzusehen. Dies bedeutet, dass das durch das Heizungsleitungssystem geführte Wärmemedium, beispielsweise Wasser, gekühlt wird und die Kälte an die Räume über die gleiche Infrastruktur wie bei der Heizung, z.B. Rohrleitungen, Heizkörper etc., abgegeben wird. Durch Ergänzung um die Wärmepumpe und die Steuerung kann somit ein bekanntes Heizsystem durch Klimatisierungsfunktionen ergänzt werden, ohne dass am Heizsystem an sich Modifikationen vorgenommen werden müssen. Außerdem ist eine gesundheitlich zu bevorzugende Abkühlung ohne Zug oder Geräuschbelastungen durch Gebläse möglich. Gleichzeitig kann die frei werdende Wärme des Wärmepumpenkreislaufs für die Bauchwassererwärmung genützt werden, z.B. über einen weiteren Wärmetauscher.

Vorzugsweise ist auch hier ein Sensor bzw. zumindest ein Sensor vorgesehen, in Abhängigkeit von dessen erfassten Daten die Temperatursteuerung des Gebäudes vorgenommen wird. Der Sensor kann dabei beispielsweise ein Innentemperatursensor, ein Außentemperatursensor, ein Innenklimasensor, der beispielsweise auch Feuchtigkeit berücksichtigt, ein Außenklimasensor, der Niederschlag berücksichtigt, oder ähnliches sein. Selbstverständlich können auch mehrere derartige Sensoren, auch in unterschiedlichen Räumen, zur Anwendung gelangen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich an den Infrastruktureinrichtungen des Heizungsleitungssystems, also beispielsweise an Radiatoren oder Fußbodenheizschlangen, eine individuelle Regulierung möglich, indem beispielsweise elektronisch angesteuerte Heizkörperventile, manuelle zu betätigende Heizkörperventile oder ähnliches vorgesehen werden, so dass – wie beim erwärmten Heizmedium – das gekühlte Heizmedium nur durch gezielte Heizinfrastrukturelemente geführt wird. Somit kann beispielsweise bei starker Sonneneinstrahlung auf der Südseite die Südseite eines Gebäudes gekühlt werden, während die ost- und nordseitigen Räume nicht gekühlt werden.

Das System zur Heizung von Dächern sowie zur Kühlung von Gebäuden unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktureinrichtungen kann selbstverständlich kombiniert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figur beschrieben, die schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Gebäudetemperaturregelung zeigt.

Das System 10 zur Gebäudetemperaturregelung enthält eine Heizungsanlage 12 mit einer Heizvorrichtung 13, beispielsweise einen Öl- oder einen Gasbrenner, mit welchem über ein Heizungsleitungssystem 14 erwärmtes Wasser durch Pumpen in verschiedene Räume des Gebäudes gepumpt und dort durch Heizungsinfrastrukturelemente (nicht dargestellt), wie z.B. Radiatoren oder Fußbodenheizungsschlangen geleitet werden kann, so dass die Gebäuderäume durch Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft erwärmt werden können.

Das Heizungssystem des Gebäudes enthält ferner eine Solaranlage 18, die eine Solarzelle 20 enthält. Von der Solarzelle wird durch die Sonneneinstrahlung erwärmtes Wärmemedium durch ein Solaranlagenleitungssystem 22 geführt. Dieses wird einer Wärmetauscheinrichtung 24 zugeführt, wo es in ein Wärmetauschverhältnis mit dem Heizungsleitungssystem 14 gelangt, so dass beispielsweise bei einem gewöhnlichen Heizungsbetrieb das Solaranlagenheizungssystem zur Brauchwasser und/oder Heizwassererwärmung verwendet wird. Im normalen Heizungsbetrieb sind die Dreiwegeventile 26, 28 derart geschaltet, dass das Wasser der Solaranlage 18 als Heizungsvorlauf der Heizvorrichtung 13 verwendet wird bzw. im Wärmetauscher 24 die Wärmeenergie an das Wärmemedium im Heizkreislauf der Heizvorrichtung 13 abgibt.

Die Heizungsanlage wird über eine Steuerung 30, die von Sensoren zur Erfassung der Heizungstemperatur TH, der Außentemperatur TA der Temperatur der Solaranlage TS und der Dachtemperatur TD Eingaben enthält, gesteuert. Die Steuerung kann als vollautomatische Regelung bei Hinterlegung einer entsprechenden Strategie in der Steuerung 30 erfolgen. Alternativ ist auch ein manueller Eingriff in die Steuerung 30 oder Mischformen möglich.

Das System zur Gebäudetemperaturregelung enthält ferner ein Dachleitungssystem 32, das am Dreiwegeventil 26 bzw. 28 an den Solaranlagenkreislauf 22 angeschlossen ist. Mittels einer Pumpe 34 kann bei geeigneter Stellung der Dreiwegeventile 26, 28 das Wärmemedium der Solaranlage durch das Dachleitungssystem 32, das in seiner Anordnung als Heizschlangen ausgebildet ist, die gleichmäßig verlegt sind, geleitet werden. Die Heizschlangen des Dachleitungssystems 32 können auch nach Bedarf unregelmäßig über die Dachoberfläche verteilt und verlegt sein.

Die Steuerung 30 leitet bei einem Erfassen einer Dachtemperatur durch den Sensor TD, die unterhalb einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, beispielsweise 3°C oder 5°C, das Wasser aus der Solaranlage 18 durch das Dachleitungssystem 32 durch entsprechende geeignete Ansteuerung der Dreiwegeventile 26, 28 und Aktivierung der Pumpe 34. Dadurch kann das Dachleitungssystem 32 Wärme an das Dach abgeben und dieses derart aufheizen, dass sich beispielsweise bei Schneefall kein Schnee ansammeln kann.

Außerdem ist das System zur Gebäudetemperaturregelung 10 mit einer Wärmepumpenanlage 40 versehen. Der Wärmepumpenkreis 42 steht beispielsweise am gleichen Wärmetauscher 24, der vorher beschrieben wurde, in einem Wärmetauschverhältnis mit dem Heizungsleitungssystem 14 und kann dort auch Abwärme von Wärmepumpenkreis 42 zurück in das Gebäudeheizungssystem zur Brauchwassererwärmung im Brauchwasserkreis 44 einspeisen. Das Wärmetauschverhältnis ist unabhängig von Wärmeaustauschort derart, dass das Heizungsleitungssystem 14 und insbesondere das darin zirkulierende Wärmemedium durch den Wärmepumpenkreislauf 42 gekühlt wird. Das gekühlte Wärmemedium zirkuliert dann durch das normale Heizungsleitungssystem 14 und kann, beispielsweise bei separater Ansteuerung von Radiatoren oder ähnlichem, anhand der durch die Sensoren TH erfassten Temperaturen, bestimmte Zonen des Gebäudes, z.B. einzelne Räume, oder das gesamte Gebäude, wenn keine einzelne Ansteuerung von Radiatoren oder ähnlichem möglich oder gewünscht ist kühlen. Der Wärmepumpenkreis 40 und das Heizungsleitungssystem 14 können anderweitig im Wärmetauschverhältnis stehen, beispielsweise getrennt von dem Wärmetauscher 24. Außerdem kann der Wärmepumpenkreis 40 nach Bedarf auch zur Beheizung des Gebäudes im Heizbetrieb in bekannter Weise eingesetzt werden.

10

System

12

Heizungsanlage

13

Heizvorrichtung

14

Heizungsleitungssystem

18

Solaranlage

20

Heizungssystem

22

Solaranlagenheizungssystem

30

Steuerung

32

Dachleitungssystem

40

Wärmepumpe

42

Wärmepumpenkreislauf

44

Brauchwasserkreis

TD

Sensor

TH

Sensor

TS

Sensor

TA

Sensor