Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Wasserheizanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei derartigen Verfahren wird der Sonnenkollektor ständig vom Wasser durchströmt. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass es bei fehlender Sonneneinstrahlung auch zu einer Abkühlung des Wassers im Bereich des Sonnenkollektors kommen kann.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine Abkühlung des aus dem Wärmeverbraucher abfliessenden Wassers vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass das vom Wärmeverbraucher abfliessende Wasser in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen dem dem Sonnenkollektor zufliessenden und dem von diesem abfliessenden Wasser teilweise oder zur Gänze über den Sonnenkollektor oder direkt dem Primär-Wärmetauscher zugeführt wird. Dadurch wird verhindert, dass bei zu geringer Temperaturdifferenz oder einer negativen Temperaturdifferenz, d.h. dass das dem Sonnenkollektor zufliessende Wasser aufgrund einer fehlenden Sonneneinstrahlung eine höhere Temperatur aufweist, als das vom Sonnen kollektor abfliessende Wasser, den Sonnenkollektor durchströmt und es dabei zu einer Abkühlung des Wassers kommt.
Ausserdem ist durch die vorgeschlagenen Massnahmen auch möglich, durch ein Aufspalten des Wasserstromes die Durchströmungsgeschwindigkeit durch den Sonnenkollektor zu vermindern, sodass es zu einer stärkeren Erwärmung des Wassers im Sonnenkollektor kommt und daher die eingestrahlte Wärme besser verwertet werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich die Möglichkeit einer sehr genauen Anpassung der Aufteilung des vom Wärmeverbraucher abströmenden Wassers über den Sonnenkollektor und einem direkten Zustrom zum Primär-Wärmetauscher unter Umgehung des Sonnenkollektors an die jeweiligen Verhältnisse.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Wasserheizanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorzuschlagen.
Bei einer Wasserheizanlage, bei der ein von einem Brenner beaufschlagter Primär-Wärmetauscher mit einem Wärmeverbraucher über eine Vorlaufleitung und der Wärmeverbraucher über eine Rücklaufleitung mit einem Sonnenkollektor verbunden ist, der abströmseitig über eine Umwälzpumpe mit dem Primär-Wärmetauscher in Verbindung steht und in der Vorlaufleitung und abströmseitig des Sonnenkollektors Temperaturfühler angeordnet sind, die an eine mit einem Soll-Wert-Geber für die Vorlauftemperatur versehene Steuerung angeschlossen sind, werden daher die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 vorgeschlagen.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, wobei eine Erfassung der Temperatur des vom Wärmeverbraucher abströmenden Wassers und eine einfache Steuerung der Aufteilung dieses Wasserstromes über die Bypassleitung und den Sonnenkollektor möglich sind. Weiter ist es durch die vorgeschlagenen Massnahmen auf einfache Weise möglich, die Wasserströme entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten, insbesondere der jeweiligen Temperaturverteilung, zu steuern.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich ein sehr schonender Betrieb des Umschalt- beziehungsweise Mischventiles, wobei nur bei Änderungen der Temperaturverteilung im Bereich des aus dem Wärmeverbraucher abströmenden Wassers, des zum Wärmeverbraucher zuströmenden Wassers und des vom Sonnenkollektor abströmenden Wassers Energie zum Steuern des Umschalt- beziehungsweise Mischventils benötigt werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil einer sehr einfachen Ausbildung des Antriebes des Umschalt- beziehungsweise Mischventils.
Bei einer erfindungsgemässen Wasserheizanlage, bei der der Wärmeverbraucher durch eine Heizungsanlage gebildet ist, ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 der Vorteil einer einfachen Steuerung auch in Abhängigkeit von einer Erfassung eines Durchflusses durch die Brauchwasserleitung.
Bei der Ausführungsform nach den Merkmalen des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil, dass der Pufferspeicher über längere Zeit aufgeladen werden kann und sich daher eine entsprechend geringe Schaltzahl für den Brenner ergibt. Letzteres ergibt sich auch bei den Merkmalen des Anspruches 8 oder 9.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 5 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Wasserheizanlagen und Fig. 6 ein Diagramm der Ventilstellung des Umschalt- beziehungsweise Mischventils in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz über dem Sonnenkollektor.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist ein Sonnenkollektor 1 über eine Kollektor-Rücklaufleitung 24, eine an diese anschliessende Rücklaufleitung 28 und eine an diesen anschliessende Heizungsrücklaufleitung 22 mit einem durch eine Heizungsanlage 4 gebildeten Wärmeverbraucher verbunden, der seinerseits über eine Heizungs-Vorlaufleitung 21 und eine an diese angeschlossene Vorlaufleitung 26 mit einem Primär-Wärmetauscher 35 eines Wärmerzeugers 2 verbunden ist.
Der Sonnenkollektor 1 ist über eine Kollektor-Vorlaufleitung 25 mit einem Mischventil 5 verbunden, das über eine Bypassleitung 23 mit der Rücklaufleitung 28 und eine Verbindungsleitung 68 mit einer Umwälzpumpe 3 verbunden ist, die ihrerseits über eine Primär-Wärmetauscher-Rücklaufleitung 27 mit dem Primär-Wärmetauscher 35 verbunden ist. Dieser Primär-Wärmetauscher 35 ist von einem Brenner 36 beaufschlagt, der über eine Gasleitung 31 und ein Gasventil 18 mit Gas versorgbar ist. Dieses Gasventil 18 ist mit einem Antrieb 19 versehen, der über eine Steuerleitung 51 mit einer Steuerung 60 verbunden ist. Diese Steuerung 60 ist weiter über eine Steuerleitung 52 mit einem Antrieb 20 der Umwälzpumpe 3 verbunden. Auch ein Antrieb des Umschalt- beziehungsweise Mischerventils 5 ist über eine Steuerleitung 53 mit der Steuerung 60 verbunden.
An die Steuerung 60 sind noch Soll-Wert-Geber 48 zur Vorgabe einer Soll-Temperatur der Heizungsanlage 4 und ein Soll-Wert-Geber 50 zur Vorgabe der Soll-Vorlauftemperatur angeschlossen. Weiter ist in der Vorlaufleitung 26 ein Temperaturfühler 42 angeordnet, der über eine Signalleitung 62 mit der Steuerung 60 verbunden ist. Ausserdem ist noch ein Temperaturfühler 41, der am höchsten Punkt des Sonnenkollektors 1 angeordnet ist und über eine Signalleitung 61 mit der Steuerung 60 verbunden ist, ein Raum-Temperaturfühler 44, der in der Rücklaufleitung 28 angeordnet und über eine Signalleitung 64 mit der Steuerung 60 verbunden ist und ein Temperaturfühler 43 vorgesehen, der über eine Signalleitung 63 mit der Steuerung 60 verbunden ist. Weiter ist noch ein Aussen-Temperaturfühler 46 über eine Signalleitung 66 an die Steuerung 60 angeschlossen.
Wird im Bereich des Temperaturfühlers 43 eine vorgegebene Temperatur unterschritten, so wird die Umwälzpumpe 3 durch die Steuerung 60 gestartet. Ist dabei am Auslauf des Sonnenkollektors 1 eine über der Soll-Vorlauftemperatur liegende Temperatur gegeben, beziehungsweise wird eine solche vom Temperaturfühler 41 erfasst, so sperrt das Umschalt- beziehungsweise Mischventil 5 die Bypassleitung 23. Um die vorgesehene Vorlauf-Soll-Temperatur, die vom Temperaturfühler 42 erfasst wird, nicht zu überschreiten, wird die Drehzahl des Motors 20 der Umwälzpumpe 3 entsprechend von der Steuerung 60 erhöht und damit die Verweilzeit des Wassers im Sonnenkollektor 1 vermindert.
Sinkt die Temperatur im Bereich des Auslaufs des Sonnenkollektors 1 aufgrund einer verminderten Sonneneinstrahlung unter die Soll-Vorlauftemperatur ab, so öffnet das Umschalt- beziehungsweise Mischventil 5 die Bypassleitung 23 teilweise oder intermittierend. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit im Sonnenkollektor 1 vermindert, sodass sich die Verweilzeit des Wassers im Sonnenkollektor 1 erhöht und das aus diesem abströmende Wasser eine höhere Temperatur erreicht. Gleichzeitig wird auch der Brenner 36 gestartet und das Wasser im Primär-Wärmetauscher 35 auf die vorgesehene Soll-Vorlauftemperatur gebracht.
Dabei wird in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen den von den Temperaturfühlern 44 und 41 erfassten Temperaturen das Ausmass des Durchflusses durch die Bypassleitung 23 entsprechend eingestellt, wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist. Ergibt sich eine positive Temperaturdifferenz zwischen der vom Temperaturfühler 41 und der vom Temperaturfühler 44 erfassten Temperatur von mehr als 2 K, so ist die Bypassleitung 23 geschlossen, und es erfolgt eine ausschliessliche Durchströmung des Sonnenkollektors 1. Sinkt die Temperaturdifferenz weiter ab, so wird die Bypassleitung mehr und mehr geöffnet und bei Fehlen einer positiven Temperaturdifferenz ist die Bypassleitung 23 voll geöffnet und der Durchfluss durch den Sonnenkollektor 1 unterbleibt.
Erreicht die Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 44 eine bestimmte vorgegebene Temperatur, so ist dies ein Signal dafür, dass keine Wärmeanforderung im Bereich der Heizungsanlage mehr vorliegt und der Brenner 36 wird durch Schliessen des Gasventiles 18 stillgesetzt und die Umwälzpumpe 3 ebenfalls abgestellt.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass die Vorlaufleitung 26 mit einem Umschalt-Ventil 6 verbunden ist, das über eine Steuerleitung 54 mit der Steuerung 60 verbunden ist. An dem weiteren Umschalt-Ventil 6 sind die Heizungs-Vorlaufleitung 21 und eine Wärmetauscher-Vorlaufleitung 29 angeschlossen, die mit einem Brauchwasser-Wärmetauscher 7 verbunden ist, der über eine Wärmetauscher-Rücklaufleitung 30 mit der Rücklaufleitung 28 verbunden ist. Der Sekundärzweig 69 des Wärmetauschers 7 ist mit einem Kaltwasseranschluss 16, der mit einem Durchflussfühler 38 versehen ist, sowie mit einer Brauchwasserleitung 17 verbunden, in der eine Zapfstelle 37 angeordnet ist. Der Durchflussfühler 38 ist über eine Signalleitung 55 mit der Steuerung 60 verbunden.
Der Brauchwasser-Wärmetauscher 7 kann auch durch einen Speicherwasserwärmer ersetzt sein. Dann erfolgt die Umschaltung des Umschalt-Ventils 6 nicht bei Beginn einer Zapfung, sondern bei Unterschreitung einer Soll-Temperatur im Speicher.
Der Heizbetrieb erfolgt bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1.
Wird die Zapfstelle 37 geöffnet, so erfasst der Durchflussfühler 38 die entsprechende Strömung, und die Steuerung 60 bewirkt eine Umstellung des Umschalt-Ventiles 6 über einen Antrieb 72 in der Weise, dass der Weg von der Vorlaufleitung 26 zur Wärmetauscher-Vorlaufleitung 29 freigegeben wird und der Weg zur Heizungs-Vorlaufleitung 21 gesperrt wird. Gleichzeitig wird von der Steuerung 60 der Sollwert für die Vorlauftemperatur auf einen Maximalwert von z.B. 78 bis 86 DEG C gesetzt.
Wird die Zapfstelle 37 geschlossen, so wird dies vom Durchflussfühler 38 erfasst und das Umschalt-Ventil 6 umgesteuert, sodass der Weg von der Rücklaufleitung 26 zur Heizungs-Vorlaufleitung 21 freigegeben wird. Besteht dabei keine Wärmeanforderung von der Heizungsanlage 4, so wird die Umwälzpumpe 3 und der Brenner 36 stillgesetzt. Besteht eine Wärmeanforderung, so erfolgt die Versorgung der Heizungsanlage 4 in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise.
Die Ausführungsform nach der Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 2 in der Weise, dass die Vorlaufleitung 26 nicht mit einem Drei-Wege-Ventil 6 verbunden ist, sondern mit einem Pufferspeicher 8, in dem ein Wärmetauscher 9 angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher 9 ist mit der Heizungs-Vorlaufleitung 21 und der Heizungs-Rücklaufleitung 22 verbunden, wobei in Letzterer eine weitere Umwälzpumpe 10 angeordnet ist, deren Antrieb 11 über eine Steuerleitung 56 mit der Steuerung 60 verbunden ist.
Im unteren Bereich des Pufferspeichers 8 ist ein Temperaturfühler 45 angeordnet, der über eine Signalleitung 65 mit der Steuerung verbunden ist.
Die Zufuhr von Wärme zur Heizungsanlage 4 erfolgt dabei in der Weise, dass bei Vorliegen einer Wärmeanforderung die Umwälzpumpe 10 gestartet wird und dadurch Wärme aus dem Pufferspeicher 8 entnommen wird. Aufgeheizt wird der Pufferspeicher 8 in der Weise, wie anhand der Fig. 1 die Wärmezufuhr zur Versorgung der Heizungsanlage 4 erläutert wurde. Dabei wird die Aufheizung des Pufferspeichers 8 gestartet, wenn der Temperaturfühler 45 eine unter einer vorgegebenen Soll-Temperatur liegende Temperatur erfasst.
Dabei wird das die Heizungsanlage 4 durchströmende Heizmittel nicht direkt im Sonnenkollektor 1 oder im Primär-Wärmetauscher 35 erwärmt, sondern über den Pufferspeicher 8, beziehungsweise den Wärmetauscher 9 ausgekoppelt. Wird vom Raum-Temperaturfühler 43 eine den mittels des Soll-Wert-Gebers 48 vorgegebene Temperatur unterschritten, so wird die Umwälzpumpe 10 in Betrieb genommen. Das Heizwasser strömt dabei über die Heizungsanlage 4, die Heizungs-Vorlaufleitung 21, die Heizungs-Rücklaufleitung 22 und den Wärmetauscher 9, wo es erwärmt wird.
Die Aufladung des Pufferspeichers 8 erfolgt, wenn die durch den Aussentemperaturfühler 46 und den Soll-Wert-Geber 50 vorgegebene Soll-Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 45 im Pufferspeicher 8 unterschritten wird. In diesem Fall wird auch die Umwälzpumpe 3 in Betrieb genommen.
Die Stellung des Drei-Wege-Ventiles 5 erfolgt dabei in Abhängigkeit von den Temperaturfühlern 44 und 41 ermittelten Temperaturen, wie dies bereits anhand der Fig. 1 erläutert wurde.
Die Soll-Vorlauftemperatur am Temperaturfühler 42 und die Soll-Abschalttemperatur im Bereich des Temperaturfühlers 45 sollen etwa 5 bis 10 K über der durch den Aussen-Temperaturfühler 46 und den Soll-Wert-Geber 50 vorgegebenen Wert liegen. Wird diese Soll-Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 42 unterschritten, so wird der Primär-Wärmetauscher 36 in Betrieb genommen, wird diese Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 45 erreicht, so wird die Umwälzpumpe 3 und gegebenenfalls auch der Primär-Wärmetauscher 36 ausser Betrieb gesetzt.
Da die Heizungsvorlauftemperatur maximal die im Pufferspeicher 8 vorherrschende Temperatur erreichen kann, bedingt diese Schaltung eine Schwankung der Vorlauftemperatur im Bereich der Heizungs-Vorlaufleitung 21. Dies kann durch den Einbau eines Mischers mit einer Bypassleitung und eines Temperaturfühlers, wie dies nach der Fig. 4 vorgesehen ist, weitgehend vermieden werden.
Die Brauchwassererwärmung kann analog der Ausführungsform nach der Fig. 2 nach dem Durchlauf- oder Speicherprinzip erfolgen. Dazu ist ein Drei-Wege-Ventil zwischen dem Temperaturfühler 42 und dem Pufferspeicher 8 zu installieren. Die Wärmetauscher-Rücklaufleitung 30 mündet dann hinter dem Pufferspeicher 8 in die Rücklaufleitung 28.
Die Ausführungsform nach der Fig. 4 unterscheidet sich von jener dadurch, dass die Vorlaufleitung 26 mit einem Wärmeübertrager 14 verbunden ist, der in einem Pufferspeicher 8 angeordnet ist. Das Innere des Pufferspeichers 8 ist mit der Heizungs-Vorlaufleitung 21 und mit der Heizungs-Rücklaufleitung 22 verbunden. Dabei ist in der Heizungs-Vorlaufleitung ein Drei-Wege-Ventil 70 und ein Temperaturfühler 47 angeordnet, die über eine Steuerleitung 58, beziehungsweise eine Signalleitung 67 mit der Steuerung 60 verbunden sind. Dabei ist das Drei-Wege-Ventil 70 mit einer Bypassleitung 40 verbunden, die mit der Heizungs-Rücklaufleitung 22 verbunden ist.
Weiter ist das Innere des Pufferspeichers 8 über eine Wärmetauscher-Vorlaufleitung 33 und eine Wärmetauscher-Rücklaufleitung 32 mit einem Brauchwasser-Wärmetauscher 12 verbunden, wobei in der Wärmetauscher-Rücklaufleitung 32 eine Umwälzpumpe 13 angeordnet ist, deren Antrieb 39 über eine Steuerleitung 57 mit der Steuerung 60 verbunden ist. Der Sekundärzweig 69 des Brauchwasser-Wärmetauschers 12 ist in gleicher Weise wie anhand der Fig. 2 erläutert angeschlossen.
Bei dieser Ausführungsform ist das Volumen des Pufferspeichers 8 nicht im Kreis des Wärmeerzeugers 2 beziehungsweise des Sonnenkollektors 1 eingeschaltet, sondern im Heizungskreis. Da die Brauchwassertemperatur bei der dargestellten Ausführungsform von der Temperatur im Pufferspeicher 8 abhängt, soll daher die Soll-Temperatur am Temperaturfühler 45 nicht in Abhängigkeit vom Aussen-Temperaturfühler 46 und Soll-Wert-Geber 50, sondern über den Soll-Wert-Geber 49 vorgegeben werden, der an der Steuerung 60 angeordnet ist.
Die Aufladung des Pufferspeichers 8 erfolgt, wenn die Soll-Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 45 unterschritten wird, wobei die Umwälzpumpe 3 in Betrieb gesetzt wird. Das Drei-Wege-Ventil 5 wird, wie bereits anhand der Fig. 1 erläutert wurde, in Abhängigkeit von den von den Temperaturfühlern 41 und 44 erfassten Temperaturen gestellt. Wird die Soll-Vorlauftemperatur im Bereich des Temperaturfühlers 42, die über den Soll-Wert-Geber 50 vorgegeben ist, unterschritten, so geht der Primär-Wärmetauscher 36 in Betrieb. Der Aufheizvorgang wird beendet, wenn der Temperaturfühler 45 die Abschalttemperatur erfasst, die ca. 5 bis 10 K über der Soll-Temperatur liegt, wobei die Umwälzpumpe 3 und gegebenenfalls der Primär-Wärmetauscher 36 stillgesetzt werden.
Die Heizungsanlage 4 wird mit Wärme versorgt, wenn der Raum-Temperaturfühler eine unter der durch den Soll-Wert-Geber 48 vorgegebene Temperatur erfasst. Dabei wird die Umwälzpumpe 10 durch die Steuerung 60 gestartet und fördert Wasser aus dem Pufferspeicher 8 über die Heizungsanlage 4.
Da die Temperatur im Pufferspeicher aufgrund der Brauchwasserbereitung gegebenenfalls deutlich über der durch den Aussentemperaturgeber 46 und dem Soll-Wert-Geber 50 vorgegebenen Soll-Vorlauftemperatur liegen kann, ist das Drei-Wege-Ventil 70 beziehungsweise ein Mischer in der Heizungs-Vorlaufleitung 21 angeordnet, an dem die Bypassleitung 40 angeschlossen ist. Damit kann die Vorlauftemperatur für die Heizungsanlage 4 entsprechend eingestellt werden, wobei die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage 4 durch den Temperaturfühler 47 erfasst wird. Dabei wird das Drei-Wege-Ventil beziehungsweise der Mischer 70 durch die Steuerung 60 entsprechend angesteuert und gibt den Durchfluss über die Bypassleitung umso mehr frei, je mehr die Temperatur des Pufferspeichers 8 über der Soll-Vorlauftemperatur liegt.
Die Soll-Vorlauftemperatur der Heizungsanlage 4 wird durch den Aussentemperaturfühler 46 und den Soll-Wertgeber 50 vorgegeben.
Ist an dem Raum-Temperaturfühler 43 die Soll-Temperatur erreicht, so wird die Umwälzpumpe 10 von der Steuerung 60 stillgesetzt.
Zur Brauchwasserbereitung wird die Zapfstelle 37 geöffnet, wobei die dadurch bedingte Strömung vom Durchflussfühler 38 erkannt wird. Zur Bereitstellung der erforderlichen Wärme wird die Umwälzpumpe 13 von der Steuerung 60 in Betrieb gesetzt und fördert Wasser aus dem Pufferspeicher 8 über die Wärmetauscher-Vorlaufleitung 33, den Brauchwasser-Wärmetauscher 12 und die Wärmetauscher-Rücklaufleitung 32, wobei über den Sekundärzweig 69 das Brauchwasser erwärmt wird.
Alternativ wäre auch die Möglichkeit gegeben, analog zur Ausführungsform nach der Fig. 2 ein Drei-Wege-Ventil 6 in der Vorlaufleitung 26 zwischen dem Temperaturfühler 42 und dem im Pufferspeicher 8 angeordneten Wärmeübertrager 14 vorzusehen und daran einen Durchlaufwärmetauscher oder einen Brauchwasserspeicher anzuschliessen. Die Wärmetauscher-Rücklaufleitung 32 mündet dann hinter dem Wärmetauscher 14 vor dem Temperaturfühler 44 in der Rücklaufleitung 28.
Die Ausführungsform nach der Fig. 5 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 4 nur dadurch, dass statt des Pufferspeichers 8 ein Brauchwasserspeicher 15 vorgesehen ist, der neben dem Wärmetauscher 14 noch einen weiteren Wärmetauscher 9 aufweist, an dem wie bereits anhand der Fig. 3 beschrieben ist, die Heizungs-Vorlaufleitung 21 und die Heizungs-Rücklaufleitung 22 angeschlossen sind. Dabei ist ein Kaltwasseranschluss 16 und eine Brauchwasserleitung 17, in der eine Zapfstelle 37 angeordnet ist, an den Brauchwasserspeicher 15 angeschlossen. Der übrige Aufbau des Heizkreises ist gleich, wie anhand der Fig. 4 erläutert.
Bei dieser Ausführungsform wird der Brauchwasserspeicher 15 über den Wärmetauscher 14 vom Sonnenkollektor 1 und beziehungsweise oder vom Primär-Wärmetauscher 36 aufgeheizt. Aus diesem wird die Heizwärme über den Wärmetauscher 9 ausgekoppelt. Die Steuerung der Aufladung des Brauchwasserspeichers erfolgt analog der Aufladung des Pufferspeichers 8 nach der Fig. 4. Die Entnahme von Brauchwasser ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 5 unabhängig von einem Aufheizvorgang.
Auch die Steuerung des Heizkreises erfolgt anlog der Ausführungsform nach der Fig. 4, allerdings mit dem Unterschied, dass nach der Fig. 5 das Heizwasser nicht direkt dem Speicher 8 entnommen wird, sondern den Wärmetauscher 9 durchströmt und dabei aufgeheizt wird.
The invention relates to a method for controlling a water heating system according to the preamble of claim 1.
In such processes, water flows continuously through the solar collector. However, this has the disadvantage that, in the absence of solar radiation, the water in the area of the solar collector can also cool down.
The aim of the invention is to avoid this disadvantage and to propose a method of the type mentioned in the introduction in which cooling of the water flowing out of the heat consumer is avoided.
According to the invention, this is achieved in a method of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
The proposed measures ensure that the water flowing away from the heat consumer, depending on the temperature difference between the water flowing to the solar collector and the water flowing away from it, is supplied partly or entirely via the solar collector or directly to the primary heat exchanger. This prevents that if the temperature difference is too small or a negative temperature difference, i.e. that the water flowing to the solar collector is at a higher temperature than the water flowing out of the solar collector, flows through the solar collector due to a lack of solar radiation, and this leads to a cooling of the water.
In addition, the proposed measures also make it possible to reduce the flow rate through the solar collector by splitting the water flow, so that the water in the solar collector heats up more and therefore the radiated heat can be better utilized.
The features of claim 2 give the possibility of a very precise adaptation of the distribution of the water flowing out of the heat consumer via the solar collector and a direct inflow to the primary heat exchanger bypassing the solar collector to the respective conditions.
Another object of the invention is to propose a water heating system for carrying out the method according to the invention.
In a water heating system in which a primary heat exchanger charged by a burner is connected to a heat consumer via a flow line and the heat consumer via a return line is connected to a solar collector which is connected to the primary heat exchanger on the outflow side and in the flow line and are arranged on the downstream side of the solar collector, temperature sensors which are connected to a controller provided with a setpoint value transmitter for the flow temperature, the characterizing features of claim 3 are proposed.
The proposed measures result in a very simple structure, whereby the temperature of the water flowing out of the heat consumer can be detected and the distribution of this water flow can be easily controlled via the bypass line and the solar collector. Furthermore, the proposed measures make it possible in a simple manner to control the water flows in accordance with the particular circumstances, in particular the respective temperature distribution.
The features of claim 4 result in a very gentle operation of the switchover or mixing valve, energy for controlling the switchover only when the temperature distribution changes in the area of the water flowing out of the heat consumer, the water flowing to the heat consumer and the water flowing out from the solar collector. or mixing valve are required.
The features of claim 5 result in the advantage of a very simple design of the drive of the changeover or mixing valve.
In a water heating system according to the invention, in which the heat consumer is formed by a heating system, the characterizing features of claim 6 result in the advantage of simple control, also as a function of detecting a flow through the service water line.
In the embodiment according to the features of claim 7, there is the advantage that the buffer store can be charged over a long period of time and therefore there is a correspondingly low number of operations for the burner. The latter also results from the features of claim 8 or 9.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. 1 to 5 show different embodiments of water heating systems according to the invention and FIG. 6 shows a diagram of the valve position of the changeover or mixing valve as a function of the temperature difference above the solar collector.
The same reference numerals mean the same details in all figures.
In the embodiment according to FIG. 1, a solar collector 1 is connected via a collector return line 24, a return line 28 adjoining this and a heating return line 22 adjoining this, to a heat consumer formed by a heating system 4, which in turn is connected via a heating flow line 21 and a flow line 26 connected to this is connected to a primary heat exchanger 35 of a heat generator 2.
The solar collector 1 is connected via a collector feed line 25 to a mixing valve 5, which is connected via a bypass line 23 to the return line 28 and a connecting line 68 to a circulating pump 3, which in turn is connected to the primary via a primary heat exchanger return line 27. Heat exchanger 35 is connected. This primary heat exchanger 35 is acted upon by a burner 36, which can be supplied with gas via a gas line 31 and a gas valve 18. This gas valve 18 is provided with a drive 19 which is connected to a controller 60 via a control line 51. This controller 60 is also connected via a control line 52 to a drive 20 of the circulation pump 3. A drive of the changeover or mixer valve 5 is also connected to the controller 60 via a control line 53.
Setpoint value transmitters 48 for specifying a setpoint temperature of heating system 4 and a setpoint value setter 50 for specifying setpoint flow temperature are also connected to controller 60. Furthermore, a temperature sensor 42 is arranged in the flow line 26 and is connected to the controller 60 via a signal line 62. In addition, there is also a temperature sensor 41, which is arranged at the highest point of the solar collector 1 and is connected to the controller 60 via a signal line 61, a room temperature sensor 44, which is arranged in the return line 28 and connected to the controller 60 via a signal line 64 and a temperature sensor 43 is provided, which is connected to the controller 60 via a signal line 63. Furthermore, an outside temperature sensor 46 is connected to the controller 60 via a signal line 66.
If the temperature falls below a predetermined temperature in the area of the temperature sensor 43, the circulation pump 3 is started by the controller 60. If there is a temperature above the target flow temperature at the outlet of the solar collector 1, or if the temperature is detected by the temperature sensor 41, the changeover or mixing valve 5 blocks the bypass line 23. The intended flow target temperature, which is provided by the temperature sensor 42 is detected, not to be exceeded, the speed of the motor 20 of the circulating pump 3 is increased accordingly by the controller 60 and thus the residence time of the water in the solar collector 1 is reduced.
If the temperature in the area of the outlet of the solar collector 1 drops below the desired flow temperature due to reduced solar radiation, the changeover or mixing valve 5 opens the bypass line 23 partially or intermittently. As a result, the flow velocity in the solar collector 1 is reduced, so that the residence time of the water in the solar collector 1 increases and the water flowing out of it reaches a higher temperature. At the same time, the burner 36 is started and the water in the primary heat exchanger 35 is brought to the intended target flow temperature.
The extent of the flow through the bypass line 23 is set accordingly as a function of the temperature difference between the temperatures detected by the temperature sensors 44 and 41, as can be seen from FIG. 6. If there is a positive temperature difference between the temperature detected by the temperature sensor 41 and the temperature by the temperature sensor 44 of more than 2 K, then the bypass line 23 is closed and there is an exclusive flow through the solar collector 1. If the temperature difference drops further, the bypass line becomes more and more open and in the absence of a positive temperature difference, the bypass line 23 is fully open and the flow through the solar collector 1 does not occur.
If the temperature in the area of the temperature sensor 44 reaches a certain predetermined temperature, this is a signal that there is no longer any heat demand in the area of the heating system and the burner 36 is stopped by closing the gas valve 18 and the circulation pump 3 is also switched off.
The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that the flow line 26 is connected to a changeover valve 6, which is connected to the controller 60 via a control line 54. On the further changeover valve 6, the heating flow line 21 and a heat exchanger flow line 29 are connected, which is connected to a process water heat exchanger 7, which is connected to the return line 28 via a heat exchanger return line 30. The secondary branch 69 of the heat exchanger 7 is connected to a cold water connection 16, which is provided with a flow sensor 38, and to a process water line 17, in which a tap 37 is arranged. The flow sensor 38 is connected to the controller 60 via a signal line 55.
The process water heat exchanger 7 can also be replaced by a storage water heater. Then the changeover of the changeover valve 6 does not take place at the start of a tap, but when the temperature falls below a target temperature in the memory.
The heating operation takes place in the embodiment according to FIG. 2 in the same way as in the embodiment according to FIG. 1.
If the tap 37 is opened, the flow sensor 38 detects the corresponding flow, and the controller 60 effects a changeover of the changeover valve 6 via a drive 72 in such a way that the path from the feed line 26 to the heat exchanger feed line 29 is released and the path to the heating flow line 21 is blocked. At the same time, the controller 60 sets the setpoint for the flow temperature to a maximum value of e.g. 78 to 86 ° C.
If the tap 37 is closed, this is detected by the flow sensor 38 and the changeover valve 6 is reversed so that the path from the return line 26 to the heating flow line 21 is released. If there is no heat request from the heating system 4, the circulation pump 3 and the burner 36 are stopped. If there is a demand for heat, the heating system 4 is supplied in the manner described with reference to FIG. 1.
The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that the flow line 26 is not connected to a three-way valve 6, but to a buffer store 8 in which a heat exchanger 9 is arranged. This heat exchanger 9 is connected to the heating flow line 21 and the heating return line 22, a further circulation pump 10 being arranged in the latter, the drive 11 of which is connected to the controller 60 via a control line 56.
A temperature sensor 45 is arranged in the lower area of the buffer memory 8 and is connected to the control system via a signal line 65.
The supply of heat to the heating system 4 takes place in such a way that the circulation pump 10 is started when there is a heat request and heat is thereby removed from the buffer store 8. The buffer store 8 is heated up in the manner in which the heat supply for supplying the heating system 4 was explained with reference to FIG. 1. In this case, the heating of the buffer memory 8 is started when the temperature sensor 45 detects a temperature below a predetermined target temperature.
The heating medium flowing through the heating system 4 is not heated directly in the solar collector 1 or in the primary heat exchanger 35, but is coupled out via the buffer store 8 or the heat exchanger 9. If the room temperature sensor 43 falls below a temperature specified by means of the setpoint value transmitter 48, the circulation pump 10 is started up. The heating water flows through the heating system 4, the heating flow line 21, the heating return line 22 and the heat exchanger 9, where it is heated.
The buffer store 8 is charged when the target temperature in the area of the temperature sensor 45 in the buffer store 8, which is predetermined by the outside temperature sensor 46 and the target value transmitter 50, is undershot. In this case, the circulation pump 3 is also put into operation.
The position of the three-way valve 5 takes place as a function of the temperatures determined by the temperature sensors 44 and 41, as has already been explained with reference to FIG. 1.
The target flow temperature at the temperature sensor 42 and the target switch-off temperature in the area of the temperature sensor 45 should be about 5 to 10 K above the value specified by the outside temperature sensor 46 and the target value transmitter 50. If the temperature falls below this target temperature in the area of the temperature sensor 42, the primary heat exchanger 36 is put into operation, if this temperature is reached in the area of the temperature sensor 45, then the circulation pump 3 and possibly also the primary heat exchanger 36 are put out of operation.
Since the heating flow temperature can reach a maximum of the temperature prevailing in the buffer store 8, this circuit causes a fluctuation in the flow temperature in the area of the heating flow line 21. This can be done by installing a mixer with a bypass line and a temperature sensor, as provided for in FIG. 4 is largely avoided.
The hot water can be heated analogously to the embodiment according to FIG. 2 according to the flow or storage principle. For this purpose, a three-way valve must be installed between the temperature sensor 42 and the buffer store 8. The heat exchanger return line 30 then opens into the return line 28 behind the buffer store 8.
The embodiment according to FIG. 4 differs from that in that the flow line 26 is connected to a heat exchanger 14 which is arranged in a buffer memory 8. The inside of the buffer memory 8 is connected to the heating flow line 21 and to the heating return line 22. In this case, a three-way valve 70 and a temperature sensor 47 are arranged in the heating flow line, which are connected to the controller 60 via a control line 58 or a signal line 67. The three-way valve 70 is connected to a bypass line 40, which is connected to the heating return line 22.
Furthermore, the interior of the buffer store 8 is connected via a heat exchanger feed line 33 and a heat exchanger return line 32 to a process water heat exchanger 12, a circulation pump 13 being arranged in the heat exchanger return line 32, the drive 39 of which is connected to the controller via a control line 57 60 is connected. The secondary branch 69 of the domestic water heat exchanger 12 is connected in the same way as explained with reference to FIG. 2.
In this embodiment, the volume of the buffer store 8 is not switched on in the circuit of the heat generator 2 or the solar collector 1, but in the heating circuit. Since the hot water temperature in the embodiment shown depends on the temperature in the buffer memory 8, the setpoint temperature at the temperature sensor 45 should therefore not be dependent on the outside temperature sensor 46 and setpoint value transmitter 50, but via the setpoint value transmitter 49 which is arranged on the controller 60.
The buffer store 8 is charged when the temperature falls below the target temperature in the area of the temperature sensor 45, the circulation pump 3 being put into operation. As already explained with reference to FIG. 1, the three-way valve 5 is set as a function of the temperatures detected by the temperature sensors 41 and 44. If the temperature falls below the target flow temperature in the area of the temperature sensor 42, which is predetermined via the target value transmitter 50, the primary heat exchanger 36 goes into operation. The heating process is ended when the temperature sensor 45 detects the switch-off temperature, which is approximately 5 to 10 K above the target temperature, the circulation pump 3 and possibly the primary heat exchanger 36 being stopped.
The heating system 4 is supplied with heat when the room temperature sensor detects a temperature below that specified by the setpoint value transmitter 48. The circulation pump 10 is started by the controller 60 and conveys water from the buffer store 8 via the heating system 4.
Since the temperature in the buffer tank can possibly be significantly higher than the desired flow temperature specified by the outside temperature sensor 46 and the desired value transmitter 50 due to the hot water preparation, the three-way valve 70 or a mixer is arranged in the heating flow pipe 21, to which the bypass line 40 is connected. The flow temperature for the heating system 4 can thus be set accordingly, the flow temperature of the heating system 4 being detected by the temperature sensor 47. The three-way valve or the mixer 70 is controlled accordingly by the controller 60 and releases the flow through the bypass line the more the temperature of the buffer store 8 is above the desired flow temperature.
The desired flow temperature of the heating system 4 is specified by the outside temperature sensor 46 and the desired value transmitter 50.
If the target temperature is reached at the room temperature sensor 43, the circulation pump 10 is stopped by the controller 60.
The tap 37 is opened for hot water preparation, the flow caused thereby being recognized by the flow sensor 38. In order to provide the required heat, the circulation pump 13 is put into operation by the controller 60 and conveys water from the buffer store 8 via the heat exchanger feed line 33, the process water heat exchanger 12 and the heat exchanger return line 32, the process water being heated via the secondary branch 69 becomes.
Alternatively, it would also be possible, analogous to the embodiment according to FIG. 2, to provide a three-way valve 6 in the flow line 26 between the temperature sensor 42 and the heat exchanger 14 arranged in the buffer store 8 and to connect a continuous heat exchanger or a domestic hot water store to it. The heat exchanger return line 32 then opens behind the heat exchanger 14 in front of the temperature sensor 44 in the return line 28.
The embodiment according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 4 only in that instead of the buffer store 8, a domestic water tank 15 is provided which, in addition to the heat exchanger 14, also has a further heat exchanger 9, on which, as already shown in FIG. 3, the heating flow line 21 and the heating return line 22 are connected. In this case, a cold water connection 16 and a hot water line 17, in which a tap 37 is arranged, are connected to the hot water tank 15. The remaining structure of the heating circuit is the same, as explained with reference to FIG. 4.
In this embodiment, the hot water tank 15 is heated via the heat exchanger 14 by the solar collector 1 and / or by the primary heat exchanger 36. From this, the heat is coupled out via the heat exchanger 9. The charging of the domestic hot water tank is controlled analogously to the charging of the buffer tank 8 according to FIG. 4. In the embodiment according to FIG. 5, the removal of domestic water is independent of a heating process.
The heating circuit is also controlled in the same way as in the embodiment according to FIG. 4, but with the difference that, according to FIG. 5, the heating water is not taken directly from the store 8, but flows through the heat exchanger 9 and is thereby heated.