[0001] Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes
und eine Verwendung eines Bypassventils.
[0002] Zur Warmwasserbereitstellung weist ein Heizgerät häufig einen Wärmetauscher auf,
der einen Wärmestrom auf einen zu erwärmenden Massestrom Trink- oder Brauchwasser
übertragen kann. Nachteilig hat das Wasser hierbei zu Beginn einer Warmwasserentnahme
häufig eine zu niedrige Temperatur bis sich ein ausreichender Wärmestrom im Wärmetauscher
eingestellt hat. Zudem können auch überhöhte Temperaturen auftreten, wenn der Warmwasserauslauf
kurz nach dessen Schließen erneut geöffnet wird.
[0003] Beispielsweise wird in der
DE 10 2005 036 882 A1 ein Warmwasserbereitungssystem vorgeschlagen, bei dem ein Regelventil zum Einsatz
kommt, das sehr schnelle Regelzeiten aufweist, wodurch auf den Einsatz eines Warmwasserspeichers
verzichtet werden kann. Gleichwohl kann das System unerwünschte Temperaturschwankungen
zu Beginn einer Warmwasserentnahme nicht verhindern.
[0004] In diesem Umfeld kommen daher teilweise Speicher zum Einsatz, in denen auf die gewünschte
Temperatur erwärmtes Wasser gespeichert ist und die zwischen Wärmetauscher und Warmwasserauslauf
angeordnet sind. Insbesondere bei kleineren, beispielsweise wandhängenden, Heizgeräten
können hierzu sogenannte Mikrotanks zur Anwendung kommen, die eine geringe Wassermenge
speichern können. Um ein Auskühlen des in den Mikrotanks enthaltenen Warmwassers zu
verhindern, kann ein elektrischer Zusatzheizer vorgesehen sein, dazu eingerichtet,
das Wasser im Mikrospeicher zu erwärmen. Insbesondere bei einer häufigen Entnahme
nur geringer Warmwassermengen, bei denen der Nutzer in der Regel Wasser der gewünschten
Temperatur nicht erwartet, muss der elektrische Zusatzheizer sehr regelmäßig in Betrieb
genommen werden. Nachteilig sind die mit der Inbetriebnahme des Zusatzheizers verbundenen
hohen Energiekosten. Zudem erhöht ein Zusatzheizer die Komplexität des Heizgerätes
und erfordert zusätzlichen Bauraum.
[0005] Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Heizgerät und ein Verfahren zum
Betreiben eines Heizgerätes vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes
der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll eine komfortable und
energieeffiziente Warmwasserbereitstellung ermöglicht werden.
[0006] Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich
erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern und eine
einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess ermöglichen.
[0007] Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen
Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen
Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise
miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren.
Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung
näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
dargestellt werden.
[0008] Hierzu trägt ein Heizgerät bei, aufweisend eine Warmwasserbereitung mit zumindest
folgenden Elementen:
- einen Wärmetauscher, dazu eingerichtet, einen Wärmestrom von einem Heizkreislauf auf
einen Wasserstrom zur Warmwasserbereitung zu übertragen, und
- einen zwischen dem Wärmetauscher und einem Warmwasserauslauf angeordneten Speicher,
wobei ein steuerbares Warmwasser-Bypassventil derart angeordnet und eingerichtet ist,
dass Warmwasser vom Wärmetauscher direkt zum Warmwasserauslauf geleitet werden kann.
[0009] Das Heizgerät umfasst zumindest einen Wärmeerzeuger, insbesondere einen Gas-Brennwertkessel,
der durch Verbrennung eines Brennstoffes Wärmeenergie freisetzt und über mindestens
einen Wärmetauscher auf einen Heizkreislauf übertragen kann, wobei Verbraucher des
Heizkreislaufes über einen Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf an das Heizgerät
anschließbar sind. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase können über einem Abgaskanal
des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden. Im Heizgerät kann im Heizkreislauf
eine Umwälzpumpe dazu eingerichtet sein, ein Wärmeträgermedium (Heizungswasser) umzuwälzen,
wobei über einen Heizungsvorlauf erwärmtes Wärmeträgermedium Verbrauchern, wie Konvektoren
oder Flächenheizungen, zugeführt und über einen Heizungsrücklauf zum Wärmeerzeuger
bzw. dem mindestens einen Wärmetauscher rückgeführt werden kann.
[0010] Zur Verwirklichung einer Warmwasserbereitung kann das Heizgerät einen Wasserzulauf
und eine Warmwasserauslauf zur Entnahme des erwärmten Trink- oder Brauchwassers aufweisen.
[0011] Der Speicher kann ein beliebiger Speicherbehälter nach dem Stand der Technik sein.
Insbesondere kann der Speicher ein Schichtspeicher sein, der durch Ausbildung einer
(vertikalen bzw. geodätischen) Temperaturschichtung des enthaltenen Trink- oder Brauchwassers
eine Zuführung und Entnahme von Wasser verschiedener Temperaturen in Abhängigkeit
der Entnahmehöhe im Schichtspeicher. Der Speicher kann zudem eine thermisch isolierende
Umhüllung aufweisen, um Wärmeverluste an die Umgebung zu mindern.
[0012] Das steuerbare Warmwasser-Bypassventil kann in eine geöffnete Position (in der es
von Wasser durchflossen werden kann) und eine geschlossene Position (in der ein Wasserdurchfluss
verhindert wird) gebracht werden. In der geöffneten Position kann Warmwasser aus dem
Wärmetauscher am Speicher vorbei direkt in den Warmwasserauslauf fließen. Insbesondere
kann in der geöffneten Position auch ein geringer Anteil des Wassers in bzw. durch
den Schichtspeicher fließen und so die Temperatur dort konstant halten. Diese Position
ist besonders geeignet, wenn aus dem Wärmetauscher ausfließendes Wasser die gewünschte
Temperatur erreicht hat.
[0013] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Speicher ein sogenannter Mikrospeicher
sein. Diese Mikrospeicher können eine Kapazität von maximal 10 Litern aufweisen, häufig
im Bereich von etwa 3 Litern. Innerhalb eines Mikrospeichers kann sich (beispielsweise
bei sehr schlanker Form) eine Temperaturschichtung ausbilden, so dass dieser auch
als Schichtspeicher angesehen werden kann.
[0014] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Wärmetauscher zur Übertragung eines
Wärmestromes vom Heizkreislauf ein Wasserstrom der Warmwasserbereitung ein Plattenwärmetauscher
sein. Ein Plattenwärmetauscher ermöglicht eine besonders hohe Wärmeübertragungsleistung.
[0015] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Zuführleitung für erwärmtes Wasser
vom Wärmetauscher der Warmwasserbereitung zum Speicher in einem unteren Kaltbereich
des Speichers enden. Der Kaltbereich weist insbesondere einen Temperaturbereich von
5 bis 45 °C [Grad Celsius] auf. Beziehungsweise kann der Kaltbereich die tiefsten
Temperaturen in dem Speicher umfassen.
[0016] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Entnahmeleitung aus einem
oberen Heißbereich des Speichers zum Wasserauslauf führen. Der Heißbereich weist insbesondere
einen Temperaturbereich von 45 bis 65 °C [Grad Celsius] auf. Beziehungsweise kann
der Heißbereich die höchsten Temperaturen in dem Speicher umfassen.
[0017] Das Warmwasser-Bypassventil kann insbesondere in einer Bypassleitung zwischen Entnahmeleitung
und Zuführleitung angeordnet sein, oder je nach den baulichen Gegebenheiten des Heizgerätes
Zuführ- und Entnahmeleitung direkt verbinden.
[0018] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in einem Bereich zwischen einem Wasserzulauf
und dem Wärmetauscher und/ oder dem Wärmetauscher (3) und dem Warmwasser-Bypassventil
eine Durchflussmesseinrichtung angeordnet sein. Mittels der Durchflussmesseinrichtung
kann eine Entnahme von Warmwasser am Warmwasserauslauf erkannt werden und in die Steuerung
des Warmwasser-Bypassventils einbezogen werden.
[0019] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Temperatursensor derart angeordnet
sein, dass eine Temperatur des Wassers am Ausgang des Wärmetauschers in einer Zuführleitung
zum Speicher messbar ist. Der Temperatursensor ermöglicht ein Erfassen einer Temperatur
des erwärmten Wassers und somit einen Vergleich derselben mit einer gewünschten (Soll-)Temperatur.
[0020] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines hier vorgeschlagenen
Heizgerätes angegeben, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- a) Schließen des Warmwasser-Bypassventils, so dass bei einer beginnenden Warmwasserentnahme
am Warmwasserauslauf das Warmwasser aus dem Speicher entnommen wird,
- b) Öffnen des Warmwasser-Bypassventils, wenn aus dem Wärmetauscher ausfließendes Warmwasser
eine gewünschte Temperatur hat.
[0021] Die Schritte a) und b) können in Abhängigkeit der angegebenen Betriebszustände des
Heizgerätes durchgeführt werden. So kann Schritt a) ein Schließen oder Geschlossenhalten
des Warmwasser-Bypassventils erfolgen, wenn keine Wasserentnahme am Warmwasserauslauf
festgestellt wird, oder wenn eine Wasserentnahme festgestellt wird, jedoch die Temperatur
des aus dem Wärmetauscher ausfließenden Warmwassers nicht der gewünschten Temperatur
entspricht.
[0022] So kann das Warmwasser-Bypassventil gemäß Schritt a) geschlossen werden oder sein,
wenn die Temperatur des aus dem Wärmetauscher ausfließenden Wassers zu niedrig oder
auch zu hoch ist. Durch das geschlossene Warmwasser-Bypassventil wird dem Warmwasserauslauf
Warmwasser der gewünschten Temperatur aus dem Speicher zugeführt.
[0023] Gemäß einem Schritt b) kann das Warmwasser-Bypassventil geöffnet werden, wenn aus
dem Wärmetauscher Wasser der gewünschten Temperatur austritt. Durch das Öffnen des
Warmwasser-Bypassventils kann nun aus dem Wärmetauscher austretendes Wasser direkt
zum Warmwasserauslauf strömen und es wird ermöglicht auch eine große Menge Warmwasser
zu entnehmen, beispielsweise zum Füllen einer Badewanne.
[0024] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches
zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft
mit anderen Worten ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung
des Programms durch einen Computer (wie einem Steuergerät) diesen veranlassen, ein
hier beschriebenes Verfahren durchzuführen.
[0025] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das
Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem Speicherträger
um einen computerlesbaren Speicherträger.
[0026] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen,
eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Steuergerät
kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen oder über diesen verfügen, welcher
das beispielsweise auf einem Speicher des Steuergerätes hinterlegte Verfahren bzw.
Computerprogramm ausführen kann.
[0027] Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein hier beschriebenes Heizgerät vorgeschlagen,
aufweisend, ein hier vorgeschlagenes Steuergerät.
[0028] Nach einem weiteren Aspekt, wird auch eine Verwendung eines Warmwasser-Bypassventils,
angeordnet zwischen einem Wärmetauscher und einem Speicher eines Heizgerätes zur Komfortsteigerung
einer Warmwasserbereitung, vorgeschlagen. Die Komfortsteigerung kann insbesondere
in einer Warmwasserbereitstellung bestehen, welche von Beginn der Warmwasserentnahme
an eine gewünschte Temperatur aufweist und zudem eine große Entnahmemenge gewährleistet.
[0029] Hier werden somit ein Heizgerät, ein Verfahren zu dessen Betreiben, ein Computerprogramm,
ein Speichermedium, ein Steuergerät sowie eine Verwendung angegeben, welche die mit
Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen.
Insbesondere trägt die Erfindung zumindest dazu bei, einen hohen Komfort der Warmwasserbereitstellung
zu ermöglichen, insbesondere kann gewährleistet werden, dass die Warmwasserentnahme
weitestgehend zu jedem Zeitpunkt mit einer gewünschten Temperatur erfolgen kann. Zudem
kann die Erfindung eine besonders hohe Energieeffizienz der Warmwasserbereitstellung
ermöglichen.
[0030] Nicht zuletzt kann die Erfindung sehr einfach in einem Heizgerät umgesetzt werden
und erfordert kaum zusätzliche Bauteile und somit auch nur geringen zusätzlichen Bauraum.
Vielmehr kann sogar ein aus dem Stand der Technik bekannter elektrischer Zusatzheizer
für den Speicher entfallen. Gleichfalls vorteilhaft ist so eine sehr kostengünstige
Verwirklichung der Erfindung möglich.
[0031] Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden
Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten
Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht
explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten
Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der
vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass
die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch
sind. Es zeigt:
- Fig. 1:
- ein hier vorgeschlagenes Heizgerät.
[0032] Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 12.
Dieses kann einen Wärmeerzeuger 1 umfassen, der einen Wärmestrom auf einen Heizkreislauf
13 übertragen kann. Der Wärmeerzeuger 1 kann beispielsweise ein Gas-Brennwertkessel
sein und der durch die Verbrennung eines Brennstoffes erzeugte Wärmestrom über einen
Wärmetauscher auf den Heizkreislauf 13 übertragen werden. Im Heizkreislauf 13 kann
eine Umwälzpumpe angeordnet sein, die ein Wärmeträgermedium (Heizwasser) zirkuliert.
[0033] Zwischen einem Heizungsvorlauf 6 und einem Heizungsrücklauf 5 des Heizkreislaufes
13 kann ein Wärmetauscher 3 derart angeordnet sein, dass dieser vom Wärmeträgermedium
des Heizkreislaufes 13 durchströmt werden kann. Der Wärmetauscher 3 kann zudem mit
einem Wasserzulauf 7 verbunden sein, und einen Wärmestrom vom Wärmeträgermedium im
Heizkreislauf 13 auf einen Wasserstrom vom Wasserzulauf 7 übertragen.
[0034] Dem Wärmetauscher 3 nachgeordnet, kann ein Speicher 9 sein, der insbesondere als
Schichtspeicher, mit einem oberen Heißbereich und einem unteren Kaltbereich, ausgebildet
sein kann. Eine Zuführleitung 17 vom Ausgang des Wärmetauschers 3, aus dem erwärmtes
Wasser vom Wasserzulauf 7 austritt, kann in den Kaltbereich des Speichers 9 münden.
Eine Entnahmeleitung 15 kann den oberen Heißbereich des Speichers (9) mit einem Warmwasserauslauf
8 verbinden. Über dem Warmwasserauslauf 8 kann Warmwasser zur Entnahme bereitgestellt
werden.
[0035] Zwischen der Zuführleitung 17 und der Entnahmeleitung 15 kann ein Warmwasser-Bypassventil
4 in einer Bypassleitung 11 angeordnet sein. Das Warmwasser-Bypassventil 4 kann steuerbar
sein und mit einem Steuergerät 16 des Heizgerätes 12 elektrisch verbunden sein.
[0036] In der Zuführleitung 17 kann ein erster Temperatursensor 14 angeordnet sein, der
mit dem Steuergerät 16 elektrisch verbunden sein kann. Die Leitung vom Wasserzulauf
7 zum Wärmetauscher 3 kann eine Durchflussmesseinrichtung 10 aufweisen, zur Messung
des durchfließenden Massestromes Wasser, mit der eine Entnahme von Wasser aus der
Warmwasserauslauf 8 feststellbar ist.
[0037] Entsprechend einem hier vorgeschlagenen Verfahren kann das in Fig. 1 gezeigte Heizgerät
wie folgt betrieben werden: Gemäß einem Schritt a) erfolgt ein Schließen des Warmwasser-Bypassventils
4, so dass bei einer beginnenden Warmwasserentnahme am Warmwasserauslauf 8 das Warmwasser
aus dem Speicher 9 entnommen wird. Mit anderen Worten kann das Warmwasser-Bypassventil
4 immer geschlossen sein, wenn keine Entnahme von Warmwasser erfolgt und somit die
Durchflussmesseinrichtung 10 keinen Massestrom Wasser feststellen kann. Gemäß einem
Schritt b) erfolgt ein Öffnen des Warmwasser-Bypassventils 4, wenn aus dem Wärmetauscher
3 ausfließendes Warmwasser eine gewünschte Temperatur erreicht hat. Beispielsweise
kann hierzu von der Durchflussmesseinrichtung 10 ein Massestrom Wasser festgestellt
werden, wobei das Warmwasser-Bypassventil 4 vorerst verschlossen bleibt und die Wasserentnahme
aus dem (oberen Heißbereich) des Speichers 9 erfolgt und gleichzeitig Wasser über
die Zuführleitung in den Speicher 9 nachfließt.
[0038] Vorteilhaft hat das Wasser im (oberen Heißbereich) des Speichers 9 die gewünschte
Temperatur und somit ist ein hoher Komfort gewährleistet, da direkt nach dem Öffnen
einer Wasserentnahmestelle Wasser der gewünschten Temperatur austreten kann. Erst
wenn bei einem festgestellten Massestrom Wasser sich die Temperatur am Ausgang des
Wärmetauschers 3 in der Zuführleitung 17 die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird
das Warmwasser-Bypassventil 4 geöffnet und die Entnahme erfolgt direkt aus dem Wärmetauscher
3.
[0039] Ein hier vorgeschlagenes Verfahren kann auf dem Steuergerät 16 des Heizgerätes 12
durchgeführt werden. Hierzu kann dieses die Temperatur am Temperatursensor 14 und
den Massestrom an der Durchflussmesseinrichtung 10 erfassen und das Warmwasser-Bypassventil
4 schalten.
Bezugszeichenliste
[0040]
- 1
- Wärmeerzeuger
- 2
- Umwälzpumpe
- 3
- Wärmetauscher
- 4
- Warmwasser-Bypassventil
- 5
- Heizungsrücklauf
- 6
- Heizungsvorlauf
- 7
- Wasserzulauf
- 8
- Warmwasserauslauf
- 9
- Speicher
- 10
- Durchflussmesseinrichtung
- 11
- Bypassleitung
- 12
- Heizgerät
- 13
- Heizkreislauf
- 14
- Temperatursensor
- 15
- Entnahmeleitung
- 16
- Steuergerät
- 17
- Zuführleitung
1. Heizgerät (12), aufweisend eine Warmwasserbereitung umfassend zumindest:
- einen Wärmetauscher (3), dazu eingerichtet einen Wärmestrom von einem Heizkreislauf
(13) auf eine Wasserstrom zur Warmwasserbereitung zu übertragen, und
- einen zwischen dem Wärmetauscher (3) und einem Warmwasserauslauf (8) angeordneten
Speicher (9),
wobei ein steuerbares Warmwasser-Bypassventil (4) derart angeordnet und eingerichtet
ist, dass Warmwasser vom Wärmetauscher (3) direkt zum Warmwasserauslauf (8) geleitet
werden kann.
2. Heizgerät (12) nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher (3) ein Plattenwärmetauscher
ist.
3. Heizgerät (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Speicher (9) ein
Schichtspeicher ist und eine Leitung vom Wärmetauscher (3) in einem unteren Kaltbereich
desselben mündet.
4. Heizgerät (3) nach Anspruch 3, wobei eine Entnahmeleitung aus einem oberen Heißbereich
des Speichers (9) zum Wasserauslauf (8) führt.
5. Heizgerät (3) nach Anspruch 3, wobei in einem Bereich zwischen einem Wasserzulauf
(7) und dem Wärmetauscher (3) und/ oder dem Wärmetauscher (3) und dem Warmwasser-Bypassventil
(4) eine Durchflussmesseinrichtung (10) angeordnet ist.
6. Heizgerät (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Temperatursensor (14)
derart angeordnet ist, dass eine Temperatur des Wassers am Ausgang des Wärmetauschers
(3) in einer Zuführleitung (17) zum Speicher (9) messbar ist.
7. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
umfassend zumindest die folgenden Schritte:
a) Schließen des Warmwasser-Bypassventils (4), so dass bei einer beginnenden Warmwasserentnahme
am Warmwasserauslauf (8) das Warmwasser aus dem Speicher (9) entnommen wird,
b) Öffnen des Warmwasser-Bypassventils (4), wenn aus dem Wärmetauscher (3) ausfließendes
Warmwasser eine gewünschte Temperatur hat.
8. Computerprogramm eingerichtet zur Durchführung eines Verfahren nach Anspruch 7.
9. Steuergerät (16) eines Heizgerätes (12) eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens
nach Anspruch 7.
10. Heizgerät (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend ein Steuergerät (16) nach
Anspruch 9.
11. Verwendung eines Warmwasser-Bypassventils (4), angeordnet zwischen einem Wärmetauscher
(3) und einem Speicher (9) eines Heizgerätes (12), zur Komfortsteigerung einer Warmwasserbereitung.