Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtenspeicher

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger (1) und einem Schichtladespeicher (2), in dessen Bodenbereich mindestens ein Kaltwasserzuführrohr (4) und in dessen oberen Bereich mindestens ein Warmwasserzuführrohr (5) mündet und der an einen über den Wärmeerzeuger (1) geführten Ladekreis (6) mit einer Ladepumpe (8) angeschlossen ist, mit Temperaturfühlern (T1, T2, T3) für die Temperatur des in den Wärmeerzeuger (1) eintretenden und/oder die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger (1) austretenden Wassermassenstromes und/oder die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter sowie mit einer Regeleinrichtung (7) für den Ladevorgang.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger (1) und einem Schichtladespeicher (2) zu optimieren.
Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass die Regeleinrichtung (7) für den Ladevorgang dem Schichtladespeicher (2) zugeordnet ist und sich automatisch auf die Anlagensituation einstellt und/oder die Warmwasserbereitung optimiert mit
- einer ersten Funktion zur Identifikation der Funktionalität und/oder der Leistungscharakteristik des angeschlossenen Wärmeerzeugers (1),
- einer zweiten Funktion zum Abruf der maximalen Leistung des Wärmeerzeugers (1) und
- einer dritten Funktion für die Regellogik des Schichtladesystems beim Ladevorgang.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekannte Schichtladespeicher, wie sie beispielsweise aus DE 83 10 135 U1 hervor gehen, weisen einen mit Wasser gefüllten Speicherbehälter auf, bei dem aufgrund der unterschiedlichen Dichte eine Schichtung zwischen dem im oberen Bereich des Speicherbehälters befindlichen warmen Wasser und dem sich im unteren Bereich befindlichen kalten Wasser entsteht. Zum Laden des Speichers ist ein Ladekreis mit einer Umwälzpumpe vorgesehen, wobei das kühlere Wasser aus dem unteren Bereich des Speichers zu einem Wärmetauscher oder einem Wärmeerzeuger gefördert wird und dort eine Erwärmung erfährt. Das erwärmte Wasser wird wieder in den oberen Bereich des Speicherbehälters eingeleitet. Über die zu angeschlossenen Zapfstellen führende Warmwasserleitung wird das Warmwasser oben entnommen und durch unten zugeführtes kaltes Wasser ersetzt.
Für eine optimale Funktion des Schichtladespeichers ist dabei auch während der Warmwasserentnahme und des Nachladens eine stabile Temperaturschichtung erforderlich. Aus der DE 38 35 096 C1 ist zum Beispiel ein Schichtenspeicher mit einem Speicherbehälter mit einer Warmwasserzuführung im oberen Abschnitt sowie einer Kaltwasserzuführung und Kaltwasserentnahmestelle im Bodenbereich bekannt. Die Warmwasserzuführung verfügt über eine Strömungsleiteinrichtung in Form eines Leitrohres, welches das zugeführte Warmwasser des Ladekreises in die Tiefe des Speicherbehälters bringt. An der Kaltwasserentnahmestelle bzw. Kaltwasserzuleitung im Bodenbereich des Speicherbehälters ist eine Strömungsbremseinrichtung angebracht. Mit diesen Maßnahmen wird bezweckt, dass weitgehend nur laminare und turbulenzfreie Strömungen innerhalb des Speicherbehälters vorliegen und die Strömungsgeschwindigkeiten so begrenzt bleiben, dass die Strömung keine Injektorwirkung entwickelt, durch die kälteres Wasser in den oberen Speicherbereich mitgerissen werden kann oder umgekehrt heißes Wasser in den unteren Speicherbereich gelangt.
Weiterhin sind in Verbindung mit Schichtladespeichern verschiedene Temperaturfühler bekannt, mit denen beispielsweise die Temperatur des in den Wärmeerzeuger eintretenden oder die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden Wassermassenstromes oder die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter erfasst werden kann.
Eine Regeleinrichtung für den Ladevorgang befindet sich üblicherweise in der Regelung des Wärmeerzeugers oder der Betrieb des Schichtladespeichers erfolgt völlig autark und unabhängig vom Zustand und von der Art des Wärmeerzeugers. Je nach Anlagenkonfiguration, d. h. je nach Auswahl von Schichtladespeicherbauart und -größe, eingesetzter Ladepumpe sowie je nach Leistungscharakteristik des Wärmeerzeugers, müssten speziell angepasste Regeleinrichtungen geschaffen werden, um ein optimales Zusammenspiel der erwähnten Systemkomponenten zu erreichen. Dies erscheint aus fertigungstechnischer und logistischer Sicht unwirtschaftlich. Außerdem würde dies einen hohen Konfigurationsaufwand bei der Installation vor Ort erfordern und ist daher eventuell fehleranfällig. Andererseits wird aber möglicherweise Energieeinsparungspotenzial in einem Heizsystem sowie Komfortpotenzial für die betreffenden Anlagennutzer verschenkt, wenn Schichtladespeicher und Wärmeerzeuger nicht optimal aufeinander abgestimmt sind.

[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher zu optimieren.

[0003] Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0004] Das Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher ist dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung für den Ladevorgang dem Schichtladespeicher zugeordnet ist und sich automatisch auf die Anlagensituation einstellt. Dadurch wird die Warmwasserbereitung im Zusammenhang mit dem zugeordneten Wärmeerzeuger optimiert und auf diesen abgestimmt.
Eine erste Funktion ist zur Identifikation der Funktionalität und/oder der Leistungscharakteristik des angeschlossenen Wärmeerzeugers vorgesehen. Diese wird auf Anforderung und/oder in Abhängigkeit von Betriebssituationen aktiviert. Dabei wird der Lademassenstrom von Null auf einen Grenzwert gesteigert und die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden Wassermassenstromes wird erfasst. Insbesondere der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit wird ermittelt und in einem Funktionsspeicher hinterlegt, so dass sich gute Aussagen über Funktionalität und/oder Leistungscharakteristik des Wärmeerzeugers machen lassen. Vorzugsweise wird diese erste Funktion bei Inbetriebnahme des Schichtladespeicher-Systems und/oder nach Unterbrechung der Stromversorgung aktiviert.
Eine zweite Funktion dient zum Abruf der maximalen Wärmeerzeuger-Leistung und ist während der Warmwasserbereitung, also bei eingeschalteter Ladepumpe, aktivierbar. Dabei wird der Lademassenstrom von einem Ausgangswert mit einer festgelegten Geschwindigkeit angehoben und die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden Wassermassenstromes erfasst. Wenn bei zunehmendem Massenstrom die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden Wassermassenstromes steigt, wird der Wassermassenstrom weiter angehoben. Dagegen wird der Massenstrom reduziert, wenn die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden Wassermassenstromes fällt. In diesem Fall war die Leistungsgrenze des Wärmeerzeugers überschritten
Eine dritte Funktion beinhaltet die Regellogik des Schichtladesystems beim Ladevorgang, Mit dieser Funktion wird insbesondere der Betrieb der Ladepumpe geregelt, wobei damit bestimmt ist, welche Temperaturfühler mit welchen Vorgabewerten auf den Betrieb der Ladepumpe Einfluss haben. Generell kann der Wassermassenstrom beim Ladevorgang durch Regeln der Leistung der Ladepumpe variiert werden. Alternativ dazu ist dies auch mit einer Bypassregelung möglich, wobei in einer die Ladepumpe umgehenden Bypassleitung ein elektronisch geregeltes Ventil angeordnet ist.
Mit der Erfindung steht ein einfaches Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher zur Verfügung, welches vollkommen unabhängig vom zugeordneten Wärmeerzeuger bleibt, aber für eine optimale Abstimmung der wesentlichen Systemkomponenten sorgt. Insbesondere die Leistungsfähigkeit und das charakteristische Betriebsverhalten des zugeordneten Wärmeerzeugers werden erkannt und berücksichtigt. Daher eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für Durchlauferhitzer, indem nämlich die zur Verfügung stehende Leistung bei Ladevorgang voll ausgenutzt bzw. optimal eingebracht wird. Es kann eine einheitliche Regeleinrichtung für Schichtladespeicher in wirtschaftlichen Stückzahlen gefertigt werden, da Einzellösungen nicht erforderlich sind. Weiterhin vereinfacht sich die Inbetriebnahme eines gattungsgemäßen Heizsystems durch minimalen Konfigurationsaufwand bei der Installation vor Ort.

[0005] Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Eine zeigt jeweils schematisch eine Anordnung zur Durchführung der Warmwasserbereitung:

Fig. 1:

mit einer geregelten Ladepumpe und

Fig. 2:

mit einer Bypassregelung.

[0006] Die Anordnung zur Durchführung der Warmwasserbereitung besteht im Wesentlichen aus einem Wärmeerzeuger 1 und einem Schichtladespeicher 2 mit einem Speicherbehälter 3, in dessen Bodenbereich mindestens ein Kaltwasserzuführrohr 4 und in dessen oberen Bereich mindestens ein Warmwasserzuführrohr 5 mündet. Über den Wärmeerzeuger 1 führt ein Ladekreis 6 mit einer Ladepumpe 8.
Temperaturfühler T1, T2, T3 sind für die Erfassung der Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden, des in den Wärmeerzeuger 1 eintretenden Wassermassenstromes und die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter vorgesehen. Sie stehen mit einer Regeleinrichtung 7 in Verbindung, ebenso wie die in die Leitung zum Wärmeerzeuger 1 eingebaute Ladepumpe 8.
Die Ladepumpe 8 ist bei Anwendung einer Bypassregelung gemäß Fig. 2 mit einem elektronisch geregelten Ventil 9 kombiniert, welches in einer die Ladepumpe 8 umgehenden Bypassleitung 10 angeordnet ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger (1) und einem Schichtladespeicher (2) mit einem Speicherbehälter (3), in dessen Bodenbereich mindestens ein Kaltwasserzuführrohr (4) und in dessen oberen Bereich mindestens ein Warmwasserzuführrohr (5) mündet und der an einen über den Wärmeerzeuger (1) geführten Ladekreis (6) mit einer Ladepumpe (8) angeschlossen ist, mit Temperaturfühlern (T1, T2, T3) für die Temperatur des in den Wärmeerzeuger (1) eintretenden und/oder die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger (1) austretenden Wassermassenstromes und/oder die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter(3) sowie mit einer Regeleinrichtung (7) für den Ladevorgang,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (7) für den Ladevorgang dem Schichtladespeicher (2) zugeordnet ist und sich automatisch auf die Anlagensituation einstellt und/oder die Warmwasserbereitung optimiert mit

- einer ersten Funktion zur Identifikation der Funktionalität und/oder der Leistungscharakteristik des angeschlossenen Wärmeerzeugers (1),

- einer zweiten Funktion zum Abruf der maximalen Leistung des Wärmeerzeugers (1) und

- einer dritten Funktion für die Regellogik des Schichtladesystems beim Ladevorgang.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifikation der Leistungscharakteristik des angeschlossenen Wärmeerzeugers (1) auf Anforderung und/oder in Abhängigkeit von Betriebssituationen die erste Funktion aktivierbar ist, wobei der Lademassenstrom von Null auf einen Grenzwert gesteigert und die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger (1) austretenden Wassermassenstromes erfasst wird, und wobei die Regeleinrichtung (7) die Funktionalität und/oder die Leistungscharakteristik des Wärmeerzeugers (1), insbesondere über den Temperaturanstieg pro Zeiteinheit, ermittelt und in einem Funktionsspeicher hinterlegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktion bei Inbetriebnahme des Schichtladespeicher-Systems und/oder nach Unterbrechung der Stromversorgung aktivierbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass während der Warmwasserbereitung eine zweite Funktion zum Abruf der maximalen Leistung des Wärmeerzeugers (1) aktiviert ist, bei welcher der Lademassenstrom von einem Ausgangswert mit einer festgelegten Geschwindigkeit angehoben und die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger (1) austretenden Wassermassenstromes erfasst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wassermassenstrom weiter angehoben wird, wenn bei zunehmendem Massenstrom die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger (1) austretenden Wassermassenstromes steigt, und dass der Massenstrom reduziert wird, wenn die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger (1) austretenden Wassermassenstromes fällt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Funktion die Regellogik des Schichtladesystems beim Ladevorgang beinhaltet, und dass mit dieser Funktion insbesondere der Betrieb der Ladepumpe (8) geregelt wird, wobei damit bestimmt ist, welche Temperaturfühler (T1, T2, T3) mit welchen Vorgabewerten auf den Betrieb der Ladepumpe (8) Einfluss haben.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wassermassenstrom beim Ladevorgang durch Regeln der Leistung der Ladepumpe (8) variiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wassermassenstrom beim Ladevorgang mit einer Bypassregelung variiert wird, wobei in einer die Ladepumpe (8) umgehenden Bypassleitung (10) ein elektronisch geregeltes Ventil (9) angeordnet ist.

Zeichnung