Bestimmung der Modellparameter (Lernen Phase)

Bevor die Prädiktive Regelung in Betrieb genommen werden kann, müssen die Modellparameter jeder Zone bestimmt werden.
Dies wird anhand der gemessenen Daten über einen Zeitraum berechnet ( IST-Temperaturverlauf, die Stellventilöffnung, die Sonneneinstrahlung sowie die Aussentemperatur in einem Zeitraum von ca. 3 Wochen). In dieser Zeit werden die Zonen auch einzeln angeregt. Das heisst, dass in der Nacht automatisch die Ventilöffnung des Stellventils ca. 4 Stunden statisch auf 30%, und danach auf 70% für weitere 4 Stunden gestellt wird. Die Anregung wird in der Nacht durchgeführt, da der Störeinfluss der Sonneneinstrahlung konstant auf 0 Watt/m2 ist. Mit dieser einmaligen Anregung wird die Sprungantwort des Systems bestimmt. Wie schnell kühlt sich die Zone ab und wie verzögert reagiert die Temperatur im Raum, wenn geheizt wird (sprich Trägheit der Bodenheizung beim erwärmen und abkühlen). Bei der Anregung soll der Komfort nicht beeinträchtigt werden. Die Ist-Temperatur wird überwacht, so dass keine Abweichungen von +/-2 Grad entstehen können.
All diese Informationen werden benötigt, um die Modellparameter der Zonen zu berechnen. Die Software zur Berechnung dieser Parameter hat Prof. Dr. Thierry Prud’homme, Dozent an der Hochschule Luzern – Technik & Architektur, geschrieben und entwickelt.
Fazit: Über gemessene Daten werden die Parameter des Modells für jede Zone bestimmt. Darin enthalten ist der Einfluss der Fensterfläche sowie die gesamten Isolationswerte. Es sind Messdaten die zu den Modellparametern führen.

Optimierung der Heizleistung in den Zonen (Optimierungs Phase)

Ein Server bekommt von Meteo Schweiz die Wetterprognosen für den Standort, an welcher die Prädiktive Heizungsreglung eingesetzt wird. Zusammen mit den Modellparametern jeder Zone wird dann ein optimaler Verlauf der Heizventilöffnung für die nächsten 24 Stunden berechnet. Dieser Dienst läuft auf dem selben Server wie der Dienst, der die Meteoprognosen von Meteo Schweiz bearbeitet. Die lokale Steuerung des Hauses holt sich regelmässig die optimalen berechneten Werte für die Ventilöffnung von diesem Server. Somit sind bei Implementierung der Prädiktiven Regelung nur minimale Anpassungen im Haus/Wohnung erforderlich. Je präziser die Wetterprognosen und die Modell Parameter sind, umso mehr Heizungsenergie kann eingespart werden, und zwar ohne Komforteinbusse.
Was passiert, wenn die Wetterprognosen falsch sind?
Der standardmässige PID Regler für die Regelung der Temperaturen in den Zonen bleibt unverändert und berechnet Korrekturen, wenn die Wetterprognosen oder die Modell Parameter der Zone falsch sind. Somit ist immer ein hoher Komfort garantiert. Bei korrekten Prognosen und perfektem Modell muss der PID Regler nicht eingreifen.