[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Warmwasserspeichers mit
einer elektrischen Heizeinheit, einem Sensor zum Bestimmen des Ladegrades des Warmwasserspeichers
und einer Steuereinheit zum Steuern des Ladegrads des Warmwasserspeichers.
[0002] Gemäß dem Stand der Technik erfolgt bei Warmwasserspeichern die Regelung der Nachheizung
z.B. mittels eines elektrischen Heizkörpers über einen in der Regel im unteren Bereich
des Speichers angebrachten Temperaturfühler. Bei einer Wasserentnahme wird der Speicher
unmittelbar nachgeheizt.
[0003] Die
DE 10 2008 059 056 A1 zeigt einen Warmwasserspeicher, bei dem die Aufladung und Erwärmung des Warmwassers
vorzugsweise in der so genannten Niedertarifzeit zu begünstigten Kosten. Dabei wird
das Wasser bis zum Beginn der Niedertarifzeit auf eine erste Solltemperatur aufgeheizt
und auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wird das Wasser weiter erwärmt, so
dass es zum Ende der Niedertarifzeit eine zweite Solltemperatur erreicht hat. Damit
ist erreicht, dass der Warmwasserspeicher nicht unnötig aufgeheizt wird, aber eine
Mindestwarmwassertemperatur bereitsteht.
[0004] Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Energieeffizienz
eines Warmwasserspeichers weiter zu verbessern und Wärmeverluste zu vermeiden.
[0005] Erfindungsgemäß ist die obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
[0006] Danach wird ein Entnahmeverhalten eines Benutzers erfasst und eine Entnahmesystematik
hinsichtlich des Entnahmeverhaltens bestimmt. Das Entnahmeverhalten ist charakterisiert
durch eine Abfolge von Wasserentnahmen in unterschiedlichen Mengen zu unterschiedlichen
Zeiten. Die Entnahmesystematik ist gekennzeichnet durch eine Regelmäßigkeit hinsichtlich
des Entnahmeverhaltens und weist mindestens eine Entnahmespitze auf. Eine Entnahmespitze
liegt dabei vor, wenn der Entnahmewert einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Die Entnahmemenge wird dabei vorzugsweise über eine Temperaturdifferenz, eine Wassermenge
oder einen Energiegehalt bestimmt. Der Warmwasserspeicher wird in einer ersten Betriebsart
mit mindestens einem ersten Ladegrad und in einer zweiten Betriebsart mit mindestens
einem zweiten Ladegrad gesteuert, wobei der zweite Ladegrad kleiner ist als der erste
Ladegrad. Die erste Betriebsart wird vor einer Entnahmespitze aktiviert. Nach einer
Entnahmespitze wird die zweite Betriebsart aktiviert.
[0007] Vorzugsweise wird die Warmwasserentnahme über den Temperatursensor ermittelt und
über einen definierten Zeitraum beobachtet. Dabei wird die Entnahmemenge und der Zeitpunkt
ermittelt und gespeichert. Sodann berechnet die Steuerung, ob eine Systematik hinsichtlich
des Entnahmeverhaltens dahingehend erkennbar ist, dass regelmäßig zu einer bestimmten
Uhrzeit eine bestimmte Wassermenge entnommen wird. Anschließend wird die Entnahmesystematik
weiter beobachtet und verifiziert. Die Entnahmesystematik ist nun in der Steuerung
hinterlegt. Wird bei diesen Entnahmevorgängen ein vorgegebener Schwellwert überschritten,
wird dieser Entnahmevorgang als Entnahmespitze erkannt. Vorzugsweise wird vor einer
Entnahmespitze die erste Betriebsart aktiviert und der Ladegrad angehoben, so dass
der Warmwasserspeicher nun geeignet ist, die Entnahmespitze abzudecken. Nach der Entnahmespitze
wird die zweite Betriebsart aktiviert und der Ladegrad wieder abgesenkt. Dies hat
zur Folge, dass der Speicher in dem Zeitraum, in dem viel Wasser entnommen wird, durch
die rechtzeitige Anhebung des Ladegrads aufgeladen ist, um genügend Warmwasser für
die Entnahmespitze vorzuhalten. In der übrigen Zeit ist die Vollaufladung nicht notwendig,
so dass der Ladegrad abgesenkt wird, um Energie zu sparen und Wärmeverluste zwischen
den Entnahmespitzen zu reduzieren.
[0008] In einem Ausführungsbeispiel wird die erste Betriebsart zumindest vor der ersten
Entnahmespitze eines definierten Zeitraums, beispielsweise eines Tages, aktiviert
und der Ladegrad angehoben, so dass der Warmwasserspeicher geeignet ist, diese erste
Entnahmespitze und weitere Entnahmespitzen abzudecken. Nach Beendigung der ersten
Entnahmespitze wird die zweite Betriebsart aktiviert und der Warmwasserspeicher mit
dem geringeren zweiten Ladegrad betrieben. Sinkt nach weiteren Entnahmespitzen aufgrund
der Entnahme der Ladegrad unter den zweiten Ladegrad ab, wird wiederum die erste.
Betriebsart mit dem ersten Ladegrad geschaltet, um eine oder mehrere weitere Entnahmespitzen
abzudecken.
[0009] In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die erste Betriebsart vor jeder Entnahmespitze
aktiviert, so dass bei jeder Entnahmespitze der Ladegrad auf den ersten Ladegrad angehoben
ist, damit genügend Warmwasser zur Verfügung steht, um die Entnahmespitzen abzudecken.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Entnahmeverhalten mittels eines Integralsensors
ermittelt.
[0011] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Entnahmespitze anhand einer
hinterlegten Mischwassermenge erkannt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird
die Entnahmespitze anhand einer hinterlegten Energiemenge erkannt.
[0012] Vorzugsweise erfolgt die Aktivierung der ersten und/oder der zweiten Betriebsart
absolut, insbesondere mittels einer Funkuhr oder einer Echtzeituhr. Bevorzugt erfolgt
damit die Aktivierung der Betriebsarten zu einer bestimmten Uhrzeit.
[0013] In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Aktivierung der ersten und/oder
der zweiten Betriebsart relativ, insbesondere mittels eines Timers. Der Timer wird
betätigt, wenn der Benutzer beim Entnahmevorgang einen vorgegebenen Schwellwert hinsichtlich
der entnommenen Wassermenge überschreitet. Hierin wird eine Entnahmespitze erkannt.
Wird die Entnahmespitze erreicht, wird der Timer ausgelöst. Dabei wird der Timer zunächst
auf null gesetzt und die Entnahmemenge anhand der Literzahl gespeichert. In einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Speicherung der Entnahmemenge anhand
der Energiemenge. Wird eine weitere Entnahmespitze anhand einer Schwellwertüberschreitung
erkannt, wird die Entnahmemenge sowie die Zeitdifferenz zwischen der ersten Entnahmespitze
und der zweiten Entnahmespitze gespeichert. Sodann wird der Timer wieder auf null
gesetzt. Ist eine Entnahmessystematik hinterlegt, wird die erste Betriebsart eine
vorgegebene Zeitspanne vor der Entnahmespitze aktiviert. Weiterhin betrifft die Erfindung
eines Warmwasserspeicher mit einem elektrischen Heizkörper, einem Sensor zum Bestimmen
des Ladegrads des Warmwasserspeichers und einer Steuereinheit zum Steuern des Ladegrades
des Warmwasserspeichers. Weiterhin weist der Speicher eine Systematikbestimmungseinheit
zum Erfassen eines Entnahmeverhaltens eines Benutzers und zum Bestimmen einer Entnahmesystematik
hinsichtlich des Entnahmeverhaltens auf. Dabei weist die Entnahmesystematik mindestens
eine Entnahmespitze auf, bei der ein Entnahmewert einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Der Warmwasserspeicher weist weiterhin eine Steuereinheit zum Steuern des Warmwasserspeichers
in einer ersten Betriebsart mit mindestens einem ersten Ladegrad und in einer zweiten
Betriebsart mit mindestens einem zweiten Ladegrad auf, wobei der zweite Ladegrad kleiner
ist als der erste Ladegrad. Außerdem weist der Warmwasserspeicher eine Aktivierungseinheit
zur Aktivierung der ersten Betriebsart vor einer Entnahmespitze und eine Aktivierungseinheit
zur Aktivierung der zweiten Betriebsart nach einer Entnahmespitze auf.
[0014] In der Zeichnung zeigen
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Warmwasserspeichers
- Figur 2
- ein Blockschaltbild eines Warmwasserspeichers
- Figur 3
- ein Schema verschiedener Entnahmevorgänge in einem Ausführungsbeispiel
- Figur 4
- ein Schema der Steuerung des Ladegrades
- Figur 5
- eine schematische Darstellung verschiedener Entnahmevorgänge
[0015] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Warmwasserspeichers 100 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. Der Warmwasserspeicher 100 weist einen Speicherbehälter
110, eine Heizeinheit HE und mindestens einen Temperatursensor TS auf. Weiterhin verfügt
der Warmwasserspeicher über eine Steuereinheit SE, die mit dem Temperatursensor TS
und der Heizeinheit HE verbunden ist. Die Steuereinheit SE weist eine Systematikbestimmungseinheit
SBE auf, die ein Entnahmeverhalten eines Benutzers erfasst und bestimmt. In der Steuereinheit
SE ist eine erste Betriebsart BA1 und eine zweite Betriebsart BA2 hinterlegt, die
den Ladegrad des Warmwasserspeichers 100 vorgibt.
[0016] In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel
eines Warmwasserspeichers 100 dargestellt. Ein Sensor TS ist mit dem Warmwasserspeicher
100 sowie mit einer Steuereinheit SE verbunden. Mit dem Warmwasserspeicher 100 ist
eine Heizeinheit HE verbunden, die von der Steuereinheit SE gesteuert wird. Die Steuereinheit
SE weist eine Systematikbestimmungseinheit SBE auf, die ein Entnahmeverhalten eines
Benutzers erfasst und bestimmt. Eine erste Betriebsart BA1 und eine zweite Betriebsart
BA2 ist in der Steuereinheit SE hinterlegt und gibt den jeweiligen Ladegrad des Warmwasserspeichers
100 vor.
[0017] Fig. 3 zeigt eine Darstellung verschiedener Entnahmevorgänge bei Warmwasserspeichern
in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Anhand einer für den Entnahmevorgang aufgewendeten
Energiemenge wird ermittelt, zu welcher Uhrzeit ein Benutzer dem Warmwasserspeicher
Wasser entnommen hat und wie viel Wasser der Benutzer entnommen hat. In diesem Ausführungsbeispiel
hat der Benutzer um 7.15 Uhr, um 12.45 Uhr, um 20.30 Uhr und um 21.30 Uhr Wasser in
unterschiedlicher Menge entnommen. Um 7.15 Uhr und um 21.30 Uhr beträgt die für den
Entnahmevorgang aufgewendete Energiemenge 1400 kWh, so dass hieran erkennbar ist,
dass der Benutzer vergleichsweise viel Wasser entnommen hat. Da der Benutzer bei diesen
Entnahmevorgängen einen vorgegebenen Schwellwert, in diesem Ausführungsbeispiel 1100
kWh, überschritten hat, wird dieser Entnahmevorgang als Entnahmespitze erkannt.
[0018] In Fig. 4 ist die Steuerung des Ladegrades des Warmwasserspeichers in Abhängigkeit
von einer Entnahmesystematik anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigt. Dargestellt
ist eine Entnahmekurve E mit Entnahmespitzen E1, E2. Die Entnahmespitzen E1, E2 werden
als solche erkannt, weil bei der entnommenen Energiemenge ein Schwellwert S überschritten
wurde. Eine erste Energiegehaltkurve P1 zeigt die Steuerung des Ladegrades nach dem
Stand der Technik, bei dem nach jeder Entnahme nachgeheizt wird, so dass ein erster
Ladegrad LG1 beibehalten wird. Eine zweite Energiegehaltkurve P2 zeigt demgegenüber
die Steuerung des Ladegrades in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Wurde
durch Erfassen und Auswerten des Entnahmeverhaltens des Benutzers eine Entnahmesystematik
bestimmt, nach der zu vorgegebenen Zeiten Entnahmespitzen E1, E2 auftreten, wird vor
der ersten Entnahmespitze E1 eine erste Betriebsart BA1 mit einem ersten Ladegrad
LG1 aktiviert und der Ladegrad auf den ersten Ladegrad LG1 angehoben. Sinkt im Zeitpunkt
Z1 der Ladegrad des Warmwasserspeichers unter den ersten Ladegrad LG1, weil ein Benutzer
begonnen hat, Wasser zu entnehmen, wird im Zeitpunkt Z1 die zweite Betriebsart BA2
mit einem zweiten Ladegrad LG2 aktiviert. In der Folgezeit sinkt der Energiegehalt
P2 und damit der Ladegrad durch weitere Entnahmen weiter ab, bis im Zeitpunkt Z2 der
Energiegehalt P2 bis auf den zweiten Ladegrad LG2 abgesunken ist. In diesem Zeitpunkt
Z2 wird die zweite Betriebsart BA2 beendet und wiederum die erste Betriebsart BA1
aktiviert. Der Ladegrad wird in der ersten Betriebsart BA1 wieder auf den ersten Ladegrad
LG1 angehoben, so dass die zweite Entnahmespitze E2 abgedeckt wird. In einem weiteren,
nicht gezeigten, Ausführungsbeispiel, wird die erste Betriebsart BA1 bereits vor der
zweiten Entnahmespitze E2 aktiviert.
[0019] Fig. 5 zeigt eine Darstellung verschiedener Entnahmevorgänge bei Warmwasserspeichern
in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Anhand der Menge des entnommenen Mischwassers
wird ermittelt, wann ein Benutzer dem Warmwasserspeicher Wasser entnommen hat und
wie viel Wasser der Benutzer entnommen hat. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine
Entnahmesystematik anhand eines Timers bestimmt. Der Timer wird betätigt, wenn der
Benutzer beim Entnahmevorgang einen vorgegebenen Schwellwert hinsichtlich der entnommenen
Wassermenge überschreitet. Hierin wird eine Entnahmespitze erkannt. Das Entnahmeverhalten
des Benutzers wird über einen vorgegebenen Zeitraum beobachtet, beispielsweise 7 Tage.
Wird die Entnahmespitze E1 erreicht, wird der Timer ausgelöst. Dabei wird der Timer
zunächst auf null gesetzt und die Entnahmemenge anhand der Literzahl gespeichert.
Möglich ist allerdings auch die Speicherung der Entnahmemenge anhand der Energiemenge.
Wird eine zweite Entnahmespitze E2 anhand einer Schwellwertüberschreitung erkannt,
wird die Entnahmemenge sowie die Zeitdifferenz zwischen der ersten Entnahmespitze
E1 und der zweiten Entnahmespitze E2 gespeichert. Sodann wird der Timer wieder auf
null gesetzt. Wird eine dritte Entnahmespitze E3 erkannt, wird wiederum die Entnahmemenge
sowie die Zeitdifferenz zwischen der zweiten Entnahmespitze E2 und der dritten Entnahmespitze
E3 berechnet. Das Programm berechnet sodann, ob eine Systematik dahingehend erkennbar
ist, dass Entnahmespitzen in regelmäßigen Zeitintervallen auftreten. Ist eine solche
Systematik zu erkennen, wird diese Systematik über weitere Perioden beobachtet und
verifiziert. Wird die Systematik bestätigt, wird die erste Betriebsart eine vorgegebene
Zeitspanne vor der Entnahmespitze, beispielsweise 3 Stunden, aktiviert.
1. Verfahren zur Steuerung eines Warmwasserspeichers (100) mit einer elektrischen Heizeinheit
(HE), einem Sensor (TS) zum Bestimmen des Ladegrads des Warmwasserspeichers (100)
und einer Steuereinheit (SE) zum Steuern des Ladegrads des Warmwasserspeichers (100)
mit den Verfahrensschritten:
- Erfassen eines Entnahmeverhaltens eines Benutzers,
- Bestimmen einer Entnahmesystematik hinsichtlich des Entnahmeverhaltens, wobei die
Entnahmesystematik mindestens eine Entnahmespitze aufweist, bei der ein Entnahmewert
einen vorgegebenen Schwellwert (S) überschreitet,
- Steuern des Warmwasserspeichers (100) in einer ersten Betriebsart (BA1) mit mindestens
einem ersten Ladegrad (LG1) und in einer zweiten Betriebsart (BA2) mit mindestens
einem zweiten Ladegrad (LG2), wobei der zweite Ladegrad (LG2) kleiner ist als der
erste Ladegrad (LG1),
- Aktivierung der ersten Betriebsart (BA1) vor einer Entnahmespitze,
- Aktivierung der zweiten Betriebsart (BA2) nach einer Entnahmespitze.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Entnahmeverhalten über einen Integralsensor ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
wobei die die Entnahmespitze anhand einer hinterlegten Mischwassermenge oder Energiemenge
erkannt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Aktivierung der ersten und/oder der zweiten Betriebsart (BA1, BA2) absolut,
insbesondere mittels einer Funkuhr oder einer Echtzeituhr, erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Aktivierung der ersten und/oder der zweiten Betriebsart (BA1, BA2) relativ,
insbesondere mittels eines Timers, bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit den Verfahrensschritten:
- Setzen des Timers auf null und Speicherung der Entnahmemenge, wenn eine erste Entnahmespitze
(E1) erfolgt, und Starten des Timers,
- erneutes Setzen des Timers auf null, wenn eine zweite Entnahmespitze (E2) erfolgt,
und erneutes Starten des Timers,
- Speichern einer Zeitdifferenz zwischen der ersten Entnahmespitze (E1) und der zweiten
Entnahmespitze (E2).
7. Warmwasserspeicher (100), mit
einer elektrischen Heizeinheit (HE),
einem Sensor (TS) zum Bestimmen des Ladegrads des Warmwasserspeichers (100) und
einer Steuereinheit (SE) zum Steuern des Ladegrads des Warmwasserspeichers (100),
ferner
mit einer Systematikbestimmungseinheit (SBE) zum Erfassen eines Entnahmeverhaltens
eines Benutzers und zum Bestimmen einer Entnahmesystematik hinsichtlich des Entnahmeverhaltens,
wobei die Entnahmesystematik mindestens eine Entnahmespitze aufweist, bei der ein
Entnahmewert einen vorgegebenen Schwellwert (S) überschreitet,
mit einer Steuereinheit (SE) zum Steuern des Warmwasserspeichers (100) in einer ersten
Betriebsart (BA1) mit mindestens einem ersten Ladegrad (LG1) und in einer zweiten
Betriebsart (BA2) mit mindestens einem zweiten Ladegrad (LG2), wobei der zweite Ladegrad
(LG2) kleiner ist als der erste Ladegrad (LG1),
mit einer Aktivierungseinheit zur Aktivierung der ersten Betriebsart (BA1) vor einer
Entnahmespitze und
mit einer Aktivierungseinheit zur Aktivierung der zweiten Betriebsart (BA2) nach einer
Entnahmespitze.