DE102016001112A1

DE102016001112A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie zum Pufferspeicher einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE102016001112A1
Application number: DE102016001112.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Langgartner
Original assignee: Kamax GmbH
Current assignee: Quimax De GmbH
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-03
Also published as: EP3411636A1; WO2017133834A1

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Steuern der Beladung und Entladung eines Pufferspeichers einer Heizungsanlage ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Energiezufuhr einzuschalten, wenn die Temperatur des Speicherinhalts im oberen Bereich des Pufferspeichers eine vorgegebene erste Temperaturschwelle unterschreitet, und erst dann wieder auszuschalten, wenn die Temperatur im oberen Bereich die erste Temperaturschwelle überschreitet und auch eine Temperatur im unteren Bereich des Pufferspeichers eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie zum Speicherinhalt eines Pufferspeichers einer Heizungsanlage, bei dem in einem vertikal oberen Bereich des Pufferspeichers ein erster Temperaturwert und in einem vertikal unteren Bereich des Pufferspeichers ein zweiter Temperaturwert des Speicherinhalts erfaßt und in Abhängigkeit davon die Zufuhr von Wärmeenergie ein- bzw. ausgeschaltet wird, und auf eine derartige Vorrichtung.
Pufferspeicher dienen insbesondere dazu, die zeitlichen Unterschiede im Wärmeangebot und der Wärmenachfrage in einer Heizungsanlage auszugleichen. Im einfachsten Fall werden sie durch einen primären Kreislauf mit Heizwasser gespeist und geben in einem sekundären Kreislauf Wärme an einen Verbraucher ab. Das Laden und Entladen des Speichers erfolgt derart, daß die Temperatur des Speicherinhalts in dem Speicher von oben nach unten abnimmt. Insbesondere sind sie als Schichtenspeicher ausgebildet, in denen besondere Vorkehrungen getroffen sind, daß sowohl beim Laden als auch beim Entladen die Durchmischung des Speicherinhalts möglichst klein bleibt. Üblicherweise weisen Pufferspeicher, insbesondere Schichtenspeicher, eine hohe und schlanke Bauform auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Steigerung der Beladungseffizienz von Pufferspeichern ermöglicht, und eine hierfür geeignete Vorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß die Zufuhr von Wärmeenergie dann und nur dann eingeschaltet wird, wenn der erste Temperaturwert eine voreingestellte erste Temperaturschwelle unterschreitet, sowie dann und nur dann ausgeschaltet wird, wenn sowohl der erste Temperaturwert die erste Temperaturschwelle als auch der zweite Temperaturwert eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Zufuhr von Wärmeenergie, beispielsweise durch die Zufuhr von Heizwasser aus einem Heizkessel, genau dann eingeschaltet, wenn der im oberen Bereich des Pufferspeichers erfaßte erste Temperaturwert des Speicherinhalts die voreingestellte erste Temperaturschwelle unterschreitet. Durch die dann erfolgende Zufuhr von Wärmeenergie wird der Speicherinhalt zuerst oben warm, so daß der erste Temperaturwert ansteigt. Wenn durch diesen Anstieg der erste Temperaturwert die voreingestellte erste Temperaturschwelle überschreitet, führt dies nicht zur Ausschaltung der Wärmeenergiezufuhr, solange nicht auch der im vertikal unteren Bereich des Pufferspeichers erfaßte zweite Temperaturwert eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet. Wenn also dem Pufferspeicher durch Entladung Wärme entzogen wird und dadurch der zweite Temperaturwert unterhalb die voreingestellte zweite Temperaturschwelle abgesenkt ist, bleibt die Energiezufuhr eingeschaltet, wenngleich der erste Temperaturwert oberhalb der voreingestellten ersten Temperaturschwelle liegt. Hierdurch wird eine gesteigerte Beladungseffizienz erreicht.
Das Verfahren ist insbesondere für den Fall anwendbar, daß der Speicherinhalt des Pufferspeichers Heizwasser oder Brauchwasser, beispielsweise Trinkwarmwasser, ist.
In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie zum Speicherinhalt eines Pufferspeichers einer Heizungsanlage, mit einer in einem vertikal oberen Bereich des Pufferspeichers angeordneten ersten Temperaturerfassungsstelle zur Erfassung eines ersten Temperaturwertes des Speicherinhalts, einer in einem vertikal unteren Bereich des Pufferspeichers angeordneten zweiten Temperaturerfassungsstelle zur Erfassung eines zweiten Temperaturwertes des Speicherinhalts und einer in Abhängigkeit davon gesteuerten Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie, gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung die Zufuhr von Wärmeenergie dann und nur dann einschaltet, wenn der erste Temperaturwert eine voreingestellte erste Temperaturschwelle unterschreitet, sowie dann und nur dann ausschaltet, wenn sowohl der erste Temperaturwert die erste Temperaturschwelle als auch der zweite Temperaturwert eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, daß ein erster Temperaturschalter vorgesehen ist, der geöffnet ist, wenn der erste Temperaturwert oberhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, und geschlossen ist, wenn der erste Temperaturwert unterhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, und ein zweiter Temperaturschalter, der geöffnet ist, wenn der zweite Temperaturwert oberhalb der zweiten Temperaturschwelle liegt, und geschlossen ist, wenn der zweite Temperaturwert unterhalb der zweiten Temperaturschwelle liegt, und daß die Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie eine Logikschaltung aufweist, welche die Schaltzustände des ersten und zweiten Temperaturschalters als logische Eingangsgrößen empfängt und durch ihren logischen Ausgang die Ein- und Ausschaltung der Energiezufuhr bestimmt.
Wenn der im oberen Bereich des Pufferspeichers erfaßte erste Temperaturwert infolge Wärmeentzugs durch Entladung unter die voreingestellte erste Temperaturschwelle absinkt, geht der erste Temperaturschalter in den Schaltzustand ”geschlossen” über, wodurch die Zufuhr von Wärmeenergie eingeschaltet wird. Hierdurch steigt die Temperatur im oberen Bereich des Pufferspeichers an, so daß schließlich der erste Temperaturwert die voreingestellte erste Temperaturschwelle überschreitet. Hierdurch geht der erste Temperaturschalter in den Schaltzustand ”geöffnet” über. Wenn dabei der im unteren Bereich des Pufferspeichers erfaßte zweite Temperaturwert infolge Wärmeentzugs durch Entladung unterhalb der zweiten Temperaturschwelle liegt, befindet sich der zweite Temperaturschalter in dem Schaltzustand ”geschlossen”, was die Logikschaltung dazu veranlaßt, die Zufuhr von Wärmeenergie aufrechtzuerhalten, wenngleich der erste Temperaturschalter den Schaltzustand ”geöffnet” einnimmt. Erst wenn durch die fortgesetzte Wärmezufuhr der zweite Temperaturwert über die voreingestellte zweite Temperaturschwelle ansteigt und dadurch den Schaltzustand ”geöffnet” einnimmt, veranlaßt dies die Logikschaltung zur Ausschaltung der Energiezufuhr.
In einer baulich besonders einfachen Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie eine gesteuerte Schaltervorrichtung mit mindestens zwei Schaltkontakten aufweist, die durch Öffnen bzw. Schließen eines Steuerstromkreises gemeinsam zum Öffnen bzw. Schließen betätigbar sind und von denen der eine zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie vorgesehen ist und der andere mit dem zweiten Temperaturschalter in einer Reihenschaltung angeordnet ist, die zu dem im Steuerstromkreis liegenden ersten Temperaturschalter parallel geschaltet ist.
Wenn der erste Temperaturschalter infolge des Absinkens des ersten Temperaturwerts unter die voreingestellte erste Temperaturschwelle in den geschlossenen Zustand übergeht, wird dadurch der Steuerstromkreis der Schaltervorrichtung geschlossen und folglich die beiden Schaltkontakte der Schaltervorrichtung gemeinsam geschlossen. Durch den einen Schaltkontakt wird dabei die Wärmeenergiezufuhr eingeschaltet. Wenn dabei der zweite Temperaturschalter geschlossen ist, weil der zweite Temperaturwert die zweite Temperaturschwelle unterschreitet, hält die dem ersten Temperaturschalter parallel geschaltete Reihenschaltung aus dem geschlossenen Schaltkontakt und dem zweiten Temperaturschalter den Steuerstromkreis weiterhin geschlossen, wenn der erste Temperaturschalter durch Anstieg der ersten Temperatur über den voreingestellten ersten Schwellwert hinaus geöffnet wird. Damit bleibt auch die Wärmeenergiezufuhr so lange eingeschaltet, bis auch der zweite Temperaturwert die zweite voreingestellte Temperaturschwelle überschreitet und dadurch geöffnet wird. Zweckmäßigerweise ist die Schaltervorrichtung ein Relais, dessen Steuerstromkreis ein Netzstromkreis ist.
In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Hierin zeigen:
1 eine rein schematische Darstellung eines Pufferspeichers, und
2 ein Schaltschema einer Vorrichtung zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie.
Gemäß 1 weist ein Pufferspeicher 1 in einem vertikal oberen Bereich eine erste Temperaturerfassungsstelle 2 und in einem vertikal unteren Bereich eine zweite Temperaturerfassungsstelle 3 auf, die jeweils über eine Signalleitung 4, 5 mit einer schematisch in 2 dargestellten Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie verbunden sind.
Gemäß 2 weist diese Einrichtung eine gesteuerte Schaltervorrichtung 8 auf, die beispielsweise in Form eines Relais ausgebildet ist. Dieses Relais weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Schaltkontakte auf, die mit den Anschlußbezeichnungen 1-2 bzw. 3-4 bzw. 5-6 versehen sind, wobei diese Schaltkontakte durch eine Relaisspule 9 elektromechanisch jeweils gemeinsam zwischen einem in 2 dargestellten Öffnungszustand und einem nicht dargestellten Schließzustand betätigbar sind. Außerdem ist ein erster Temperaturschalter 10 und ein zweiter Temperaturschalter 11 vorgesehen. Der erste Temperaturschalter 10 ist über die Signalleitung 4 mit der ersten Temperaturerfassungsstelle 2 des Pufferspeichers 1 verbunden. Er wird von dem Signal der ersten Temperaturerfassungsstelle 2 in den in 2 dargestellten geöffneten Zustand geschaltet, wenn der von der ersten Temperaturerfassungsstelle 2 erfaßte erste Temperaturwert eine voreingestellte erste Temperaturschwelle überschreitet. Beim Unterschreiten dieser ersten Temperaturschwelle wird er in den nicht dargestellten geschlossenen Zustand geschaltet. Der zweite Temperaturschalter 11 wird von dem Signal der zweiten Temperaturerfassungsstelle 3 in den in 2 dargestellten geöffneten Zustand geschaltet, wenn der an der zweiten Temperaturerfassungsstelle 3 erfaßte zweite Temperaturwert eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet. Beim Unterschreiten der zweiten Temperaturschwelle wird er in den nicht dargestellten geschlossenen Zustand geschaltet.
Eine Reihenschaltung aus dem Leiter L des öffentlichen Stromversorgungsnetzes, dem Schaltkontakt 10a des ersten Temperaturschalters 10, der Relaisspule 9 und dem Leiter N des öffentlichen Stromversorgungsnetzes bildet den Steuerstromkreis der Schaltervorrichtung 8. Eine weitere Reihenschaltung aus dem Schaltkontakt 11a des zweiten Temperaturschalters 11 und dem Schaltkontakt 1-2 der Schaltervorrichtung 8 ist zu dem Schaltkontakt 10a des ersten Temperaturschalters 10 parallel geschaltet.
Ferner ist zwischen die Leiter L und N des öffentlichen Stromversorgungsnetzes eine Kontrollampe 12 geschaltet, die durch ihr Leuchten das Anliegen der Netzspannung anzeigt. Außerdem ist zwischen diese beiden Leiter eine Reihenschaltung aus einer Kontrollampe 13 und dem Schaltkontakt 3-4 geschaltet, deren Aufleuchten anzeigt, daß die Schaltkontakte der Schaltervorrichtung 8 in ihren geschlossenen Zustand geschaltet sind. Der Schaltkontakt 5-6 der Schaltervorrichtung 8 liegt in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Stromkreis, durch den die Zufuhr von Wärmeenergie zum Speicherinhalt des Pufferspeichers 1 eingeschaltet wird, wenn der Schaltkontakt 5-6 geschlossen wird, und ausgeschaltet wird, wenn er geöffnet wird.
Durch diesen Aufbau ergibt sich folgende Funktionsweise: Der in 2 dargestellte Schaltzustand des ersten Temperaturschalters 10 und des zweiten Temperaturschalters 11, in dem jeweils der Schaltkontakt 10a bzw. 11a geöffnet ist, tritt ein, wenn der von der ersten Temperaturerfassungsstelle 2 erfaßte erste Temperaturwert größer als die voreingestelite erste Temperaturschwelle und der von der zweiten Temperaturerfassungsstelle 3 erfaßte zweite Temperaturwert größer als die zweite voreingestelite Temperaturschwelle ist. Dann ist der Steuerstromkreis der Schaltervorrichtung 8 geöffnet, und es fließt kein Steuerstrom durch die Relaisspule 9. Dies hat zur Folge, daß die Schaltkontakte 1-2, 3-4 und 5-6 der Schaltervorrichtung 8 in dem in 2 dargestellten geöffneten Zustand verharren. Somit ist in dem in 2 dargestellten Zustand die Zufuhr von Wärmeenergie zum Speicherinhalt des Pufferspeichers 1 ausgeschaltet. Wenn der erste Temperaturwert beispielsweise durch Entladen des Pufferspeichers unter die voreingestellte erste Temperaturschwelle absinkt, wird der Schaltkontakt 10a des ersten Temperaturschalters 10 geschlossen. Dadurch fließt durch die Spule 9 Steuerstrom, wodurch die drei Kontakte der Schaltervorrichtung 8 geschlossen werden. Dabei wird durch das Schließen des Schaltkontakts 5-6 die Zufuhr von Wärmeenergie eingeschaltet.
Wenn der von der zweiten Temperaturerfassungsstelle 3 erfaßte zweite Temperaturwert unter die voreingestelite zweite Temperaturschwelle absinkt, wird auch der Schaltkontakt 11a des zweiten Temperaturschalters 11 geschlossen. Dadurch wird der Schaltkontakt 10a des ersten Temperaturschalters 10 durch die dann eine galvanische Verbindung darstellende Reihenschaltung aus dem Schaltkontakt 11a des zweiten Temperaturschalters 11 und dem Schaltkontakt 11-2 der Schaltervorrichtung 8 überbrückt, so daß die Energiezufuhr eingeschaltet bleibt, wenn der Schaltkontakt 10a des ersten Temperaturschalters 10 geöffnet wird. Eine Unterbrechung der Energiezufuhr tritt erst dann ein, wenn auch der Schaltkontakt 11a des zweiten Temperaturschalters 11 dadurch geöffnet wird, daß der an der zweiten Temperaturerfassungsstelle 3 erfaßte zweite Temperaturwert die voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet.
Bezugszeichenliste

1: Pufferspeicher
2: erste Temperaturerfassungsstelle
3: zweite Temperaturerfassungsstelle
4, 5: Signalleitung
6, 7: Rohrleitungen
8: gesteuerte Schaltervorrichtung
9: Relaisspule
1-2; 3-4; 5-6: Schaltkontakte
10: erster Temperaturschalter
10a: Schaltkontakt
11: zweiter Temperaturschalter
11a: Schaltkontakt
12: Kontrollampe
13: Kontrollampe

Claims

Verfahren zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie zum Speicherinhalt eines Pufferspeichers einer Heizungsanlage, bei dem in einem vertikal oberen Bereich des Pufferspeichers ein erster Temperaturwert und in einem vertikal unteren Bereich des Pufferspeichers ein zweiter Temperaturwert des Speicherinhalts erfaßt und in Abhängigkeit davon die Zufuhr von Wärmeenergie ein- bzw. ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Wärmeenergie dann und nur dann eingeschaltet wird, wenn der erste Temperaturwert eine voreingestellte erste Temperaturschwelle unterschreitet, sowie dann und nur dann ausgeschaltet wird, wenn sowohl der erste Temperaturwert die erste Temperaturschwelle als auch der zweite Temperaturwert eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherinhalt Heizwasser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherinhalt Brauchwasser ist.
Vorrichtung zum Steuern der Zufuhr von Wärmeenergie zum Speicherinhalt eines Pufferspeichers (1) einer Heizungsanlage, mit einer in einem vertikal oberen Bereich des Pufferspeichers (1) angeordneten ersten Temperaturerfassungsstelle (2) zur Erfassung eines ersten Temperaturwertes des Speicherinhalts, einer in einem vertikal unteren Bereich des Pufferspeichers (1) angeordneten zweiten Temperaturerfassungsstelle (3) zur Erfassung eines zweiten Temperaturwertes des Speicherinhalts und einer in Abhängigkeit davon gesteuerten Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung die Zufuhr von Wärmeenergie dann und nur dann einschaltet, wenn der erste Temperaturwert eine voreingestellte erste Temperaturschwelle unterschreitet, sowie dann und nur dann ausschaltet, wenn sowohl der erste Temperaturwert die erste Temperaturschwelle als auch der zweite Temperaturwert eine voreingestellte zweite Temperaturschwelle überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Temperaturschalter (10) vorgesehen ist, der geöffnet ist, wenn der erste Temperaturwert oberhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, und geschlossen ist, wenn der erste Temperaturwert unterhalb der ersten Temperaturschwelle liegt, und ein zweiter Temperaturschalter (11), der geöffnet ist, wenn der zweite Temperaturwert oberhalb der zweiten Temperaturschwelle liegt, und geschlossen ist, wenn der zweite Temperaturwert unterhalb der zweiten Temperaturschwelle liegt, und daß die Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie eine Logikschaltung aufweist, welche die Schaltzustände des ersten und zweiten Temperaturschalters (10, 11) als logische Eingangsgrößen empfängt und durch ihren logischen Ausgang die Ein- und Ausschaltung der Energiezufuhr bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie eine gesteuerte Schaltervorrichtung (8) mit mindestens zwei Schaltkontakten (1-2; 5-6) aufweist, die durch Öffnen bzw. Schließen eines Steuerstromkreises gemeinsam zum Öffnen bzw. Schließen betätigbar sind und von denen der eine (5-6) zum Ein- und Ausschalten der Zufuhr von Wärmeenergie vorgesehen ist und der andere (1-2) mit dem zweiten Temperaturschalter (3) in einer Reihenschaltung angeordnet ist, die zu dem im Steuerstromkreis liegenden ersten Temperaturschalter (10) parallel geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Schaltervorrichtung (8) ein Relais ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromkreis ein Netzstromkreis ist.