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DE102005058570B3 - Method for controlling water heater and hot water tank with a control circuit to monitor the effect of the heater to optimize the heating to match the hot water demands - Google Patents

Method for controlling water heater and hot water tank with a control circuit to monitor the effect of the heater to optimize the heating to match the hot water demands Download PDF

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DE102005058570B3
DE102005058570B3 DE102005058570A DE102005058570A DE102005058570B3 DE 102005058570 B3 DE102005058570 B3 DE 102005058570B3 DE 102005058570 A DE102005058570 A DE 102005058570A DE 102005058570 A DE102005058570 A DE 102005058570A DE 102005058570 B3 DE102005058570 B3 DE 102005058570B3
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Abstract

A method for controlling a water heating system connected to a hot water tank with a layered storage of hot and cold water has a control system (7) linked to the heating circuit which draws cold water from the bottom of the tank and returns heated water into the top of the tank. The control circuit monitors the heating effect and the hot water storage to compute the optimum output from the heater (1) as well as the optimum pump loading (8) to best match the heating with the demands for heated water and without undue turbulence.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a process for hot water preparation with a Heat generator and a stratified storage according to the preamble of claim 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.Known stratified storage, as for example DE 83 10 135 U1 show, have a water-filled storage container, in which due to the different density, a stratification between the located in the upper region of the storage tank warm water and the cold water located in the lower area. To charge the memory, a charging circuit is provided with a circulation pump, wherein the cooler water is conveyed from the lower region of the memory to a heat exchanger or a heat generator and undergoes heating there. The heated water is returned to the upper area of the storage tank. The warm water is taken from above via the hot water pipes leading to the connected taps and replaced by cold water supplied at the bottom.

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.For optimal operation of the stratified charge storage, a stable temperature stratification is also required during hot water removal and reloading. From the DE 38 35 096 C1 For example, a stratified storage tank with a storage tank with a hot water supply in the upper section and a cold water supply and cold water removal point in the floor area is known. The hot water supply has a flow guide in the form of a guide tube, which brings the supplied hot water of the charging circuit in the depth of the storage container. At the cold water outlet or cold water supply in the bottom region of the storage container, a flow brake device is attached. These measures are intended to ensure that largely only laminar and turbulence-free flows are present within the storage tank and the flow rates remain limited so that the flow develops no injector, can be entrained by the colder water in the upper storage area or vice versa hot water in the lower storage area arrives.

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.Farther are known in connection with stratified storage different temperature sensors, with which, for example, the temperature of the heat generator entering or the temperature of the exiting the heat generator water mass flow or the hot water temperature in the storage tank can be detected.

Aus der DE 199 24 758 A1 geht ein gattungsgemäßes Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher mit einem Speicherbehälter hervor. Dieses betrifft eine Öko-Schaltung, die bei Speicherladung nach Brauchwasserentnahme die Leistungen des Wärmeerzeugers und der Ladepumpe auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.From the DE 199 24 758 A1 is a generic method for water heating with a heat generator and a stratified storage with a storage tank out. This relates to an eco-circuit that limits the performance of the heat generator and the charge pump to a predetermined value at storage charge after hot water extraction.

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.A Control device for the charging process is usually located in the regulation of the heat generator or the operation of the stratified storage system is completely self-sufficient and independent on the condition and type of heat generator. Depending on the system configuration, d. H. depending on the choice of Schichtladespeicherbauart and size, used charge pump and depending on the performance characteristics of the heat generator, would have special adapted control devices are created to be optimal Interplay of the mentioned To achieve system components. This appears from production engineering and logistical point of view uneconomical. In addition, this would require a lot of configuration require on-site installation and may therefore be prone to error. on the other hand but may be Energy saving potential in a heating system as well as comfort potential for the given to plant users concerned, if stratified storage and heat generator not optimally matched.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher zu optimieren.Of the Invention is based on the object, the hot water with a heat generator and to optimize a stratified storage.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this is solved with the features of claim 1. Advantageous developments are the dependent claims refer to.

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.The Process for hot water preparation with a heat generator and a stratified storage tank is characterized in that the regulating device for the charging process is associated with the stratified storage and automatically on adjusts the investment situation. This will make the hot water optimized in connection with the associated heat generator and on coordinated.

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.A first function is provided for identifying the functionality and / or the performance characteristics of the connected heat generator. This is activated on request and / or depending on operating situations. The charge mass flow is increased from zero to a limit value and the temperature of the water mass flow emerging from the heat generator is detected. In particular, the temperature rise per unit time is determined and stored in a function memory, so that good statements about functionality and / or performance of the heat let make a mariner. Preferably, this first function is activated at startup of the stratified charge storage system and / or after interruption of the power supply.

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 überschrittenA second function is to retrieve the maximum heat generator power and is while the hot water, that is activated when the charge pump is switched on. The charge mass flow is from an initial value with a specified Speed raised and the temperature of the heat generator detected leaking water mass flow. When increasing mass flow the temperature of the heat generator escaping water mass flow increases, the water mass flow further raised. In contrast, the mass flow is reduced when the Temperature of the heat generator escaping water mass flow drops. In this case was the Power limit of the heat generator exceeded

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.A third function includes the rule logic of the stratified charge system during charging, this function is in particular the operation regulated by the charge pump, whereby it is determined which temperature sensor with which default values influence the operation of the charge pump. In general, the water mass flow during charging by rules the performance of the charge pump can be varied. Alternatively, it is this is also possible with a bypass control, in which the charge pump bypassing Bypass line an electronically controlled valve is arranged.

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.With The invention is a simple process for hot water with a heat generator and a stratified storage, which is completely independent of associated heat generator stays, but for optimum coordination of the essential system components. In particular, the performance and the characteristic operating behavior of the associated heat generator are recognized and considered. Therefore, the method of the invention is particularly well suited for instantaneous water heater by namely the available standing power during charging fully utilized or optimally introduced becomes. It can be a uniform control device for stratified storage in economic quantities be manufactured, since individual solutions are not required are. Furthermore, commissioning is simplified a generic heating system with minimal on-site installation.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Eine zeigt jeweils schematisch eine Anordnung zur Durchführung der Warmwasserbereitung:The Drawing represents an embodiment of One each shows schematically an arrangement for execution the hot water preparation:

1: mit einer geregelten Ladepumpe und 1 : with a regulated charge pump and

2: mit einer Bypassregelung. 2 : with a bypass control.

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.The arrangement for carrying out the hot water preparation consists essentially of a heat generator 1 and a stratified storage 2 with a storage tank 3 in whose bottom area at least one cold water supply pipe 4 and in the upper area thereof at least one hot water supply pipe 5 empties. About the heat generator 1 leads a charging circuit 6 with a charge pump 8th ,

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.Temperature sensors T1, T2, T3 are for detecting the temperature of the exiting from the heat generator, that in the heat generator 1 entering water mass flow and the hot water temperature provided in the storage tank. They stand with a control device 7 in connection, as well as in the line to the heat generator 1 built-in charge pump 8th ,

Die Ladepumpe 8 ist bei Anwendung einer Bypassregelung gemäß 2 mit einem elektronisch geregelten Ventil 9 kombiniert, welches in einer die Ladepumpe 8 umgehenden Bypassleitung 10 angeordnet ist.The charge pump 8th is when using a bypass control according to 2 with an electronically controlled valve 9 combined, which in one the charge pump 8th immediate bypass line 10 is arranged.

Claims (8)

Verfahren zur Warmwasserbereitung mit einem Wärmeerzeuger und einem Schichtladespeicher mit einem Speicherbehälter, in dessen Bodenbereich mindestens ein Kaltwasserzuführrohr und in dessen oberen Bereich mindestens ein Warmwasserzuführrohr mündet und der an einen über den Wärmeerzeuger geführten Ladekreis mit einer Ladepumpe angeschlossen ist, mit Temperaturfühlern für die Temperatur des in den Wärmeerzeuger eintretenden und/oder die Temperatur des aus dem Wärmeerzeuger austretenden Wassermassenstromes und/oder die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter sowie mit einer Regeleinrichtung 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.A process for hot water preparation with a heat generator and a stratified storage with a storage container, in the bottom region at least one Kaltwasserzuführrohr and in the upper region at least one hot water supply pipe opens and which is connected to a guided via the heat generator charging circuit with a charge pump, with temperature sensors for the temperature of in entering the heat generator and / or the temperature of the exiting from the heat generator water mass flow and / or the hot water temperature in the storage tank and with a control device for the charging process, characterized in that the control device ( 7 ) for loading the stratified charge storage ( 2 ) and automatically adjusts to the installation situation and / or optimizes the hot water preparation with - a first function for identifying the functionality and / or the performance characteristics of the connected heat generator ( 1 ), - a second function for retrieving the maximum output of the heat generator ( 1 ) and - a third function for the control logic of the stratified charge system during the charging process. 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.A method according to claim 1, characterized in that for identifying the performance characteristics of the connected heat generator ( 1 ) On request and / or depending on operating situations, the first function is activated, the charge mass flow increased from zero to a limit and the temperature of the heat generator ( 1 ) water mass flow is detected, and wherein the control device ( 7 ) the functionality and / or the performance characteristics of the heat generator ( 1 ), in particular on the temperature rise per unit time, determined and stored in a function memory. 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.Process according to claims 1 or 2, characterized that the first function when commissioning the stratified storage system and / or can be activated after interruption of the power supply. 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.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that during the hot water preparation, a second function for retrieving the maximum power of the heat generator ( 1 ) is activated, in which the charge mass flow is raised from an initial value at a fixed speed and the temperature of the heat generator ( 1 ) exiting water mass flow is detected. 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.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mass flow of water is further increased when, with increasing mass flow, the temperature of the heat generator ( 1 ) water mass flow increases, and that the mass flow is reduced when the temperature of the heat generator ( 1 ) leaking mass flow of water drops. 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.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the third function includes the control logic of the stratified charge system during charging, and that with this function in particular the operation of the charge pump ( 8th ), whereby it is determined which temperature sensors (T1, T2, T3) with which default values on the operation of the charge pump ( 8th ) Have influence. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassermassenstrom beim Ladevorgang durch Regeln der Leistung der Ladepumpe (8) variiert wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the water mass flow during charging by regulating the power of the charge pump ( 8th ) is varied. 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.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the water mass flow is varied during the charging process with a bypass control, wherein in a charge pump ( 8th ) bypass line ( 10 ) an electronically controlled valve ( 9 ) is arranged.
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