DE102007043442A1

DE102007043442A1 - Verfahren zur Erkennung der Notwendigkeit der Nachladung eines Warmwasserspeichers

Info

Publication number: DE102007043442A1
Application number: DE102007043442A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Beillevert; Richard Huvelin; Nicolas Morilleau; Emmanuel Pelloquin
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2008-03-27
Also published as: EP1906104A1; EP1906104B1; PL1906104T3; AT504286A1; AT504286B1

Abstract

Verfahren zur Ladung eines Warmwasserspeichers (1) mit einer Kaltwasserzuleitung (2) und einer Brauchwasserzapfleitung (3), einem ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1) und einem zweiten Temperatursensor (5) in der Brauchwasserzapfleitung (3), bei dem kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen die Temperatur T₁ des ersten Temperatursensors (4) und die Temperatur T₂ des zweiten Temperatursensors (5) gemessen werden, mit einer Temperaturvorgabe T_Soll für den ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1), wobei eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) erfolgt, wenn die Temperatur T₁ des ersten Temperatursensors (4) die Temperaturvorgabe T_Soll um eine erste vorgegebene Temperaturdifferenz ΔT₁ oder eine vorgegebene Mindesttemperatur T_min unterschreitet, wobei eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) auch dann erfolgt, wenn der Temperaturgradient des zweiten Temperatursensors (5) dT₂/dt einen vorgegebenen Wert (dT/dt)_Grenz übersteigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung der Notwendigkeit der Nachladung eines Warmwasserspeichers vorzugsweise bei Warmwasserzapfung.
Warmwasserspeicher gemäß dem Stand der Technik werden auf eine Solltemperatur erhitzt. Durch Warmwasserzapfung oder Wärmeverluste an die Umgebung kühlt die Temperatur des Warmwasserspeichers ab. Wird eine vorgegebene Mindesttemperatur unterschritten, so wird der Speicher wieder auf Solltemperatur nachgeladen.
Häufig werden Warmwasserspeicher mit Heizungsanlagen kleiner Heizleistung kombiniert, da bei Wasserzapfung das Speichervolumen mit warmem Wasser zur Verfügung steht und man ferner bei der Speicherladung bemüht ist, lange Brennerlaufzeiten zu erreichen.
Wird bei der Entladung beispielsweise eine Badewanne mit dem in dem Speicher befindlichen Wasser befüllt, so ist die entnommene Wärmeleistung häufig größer als diejenige, welche der Speicher und die Heizung zur Verfügung stellen können. Auch bei anderen Formen der Warmwasserzapfung kann es vorkommen, dass die entnommene Wärmemenge größer ist als diejenige, welche die Heizungsanlage mit Speicher zur Verfügung stellt. Dementsprechend kann in ungünstigen Fällen die Temperatur im Warmwasserspeicher die Mindesttemperatur deutlich unterschreiten, da bei Erreichen der Mindesttemperatur dem Speicher mehr Wärme entzogen als zugeführt wird.
Die DE 10 2004 018 034 A1 zeigt einen Warmwasserspeicher, bei dem zur Einschaltung der Speicherladung ein Temperaturfühler im Speicher oder ein Volumenstromzähler im Strömungsweg des Brauchwassers verwendet werden. Ein weiterer Temperatursensor befindet sich in der Brauchwasserzapfleitung; die von diesem Sensor erfasste Temperatur wird von der Temperatur des Heizmediums zur Speicherladung abgezogen. In Abhängigkeit dieser Temperaturdifferenz wird der Volumenstrom des Heizmediums eingestellt.
Die EP 807 790 A2 zeigt einen Pufferspeicher, der über einen Primärkreislauf und einen Wärmetauscher mit einem Brauchwasser führenden Sekundärkreislauf verbunden ist. In der Brauchwasserzapfleitung befindet sich ein Temperatursensor. Das Signal dieses Temperatursensors dient der Steuerung der Pumpe im Primärkreislauf, damit der Primärkreislauf Wärme vom Pufferspeicher auf den Sekundärkreislauf übertragen kann. Die Speicherladung des Pufferspeichers geschieht durch Einschichten von durch Solarkollektoren erwärmtes Fluid oder durch einen Brenner.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Speicherladung nicht erst beim Erreichen der Mindesttemperatur einzuleiten, sondern darüber hinaus ein weiteres Kriterium zu schaffen, wonach bei einer großen Warmwasserzapfmenge die Speicherladung auch zuvor erfolgt.
Erfindungsgemäß wird dies gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass neben der Temperatur im Speicherbehälter auch die Temperatur in der Brauchwasserleitung erfasst wird. Wird festgestellt, dass eine große Menge Warmwasser entnommen wird, so wird die Brauchwasserladung vor Erreichen der Mindesttemperatur bereits gestartet.
Ist der Speicher fast vollständig gefüllt, so ist es nicht notwendig, dass bei jeder größeren Wasserzapfung unmittelbar eine Speicherladung erfolgt. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass bei größeren Brauchwasserzapfungen die Speicherladung erst dann einsetzt, wenn eine bestimmte Grenztemperatur, welche größer als die Mindesttemperatur, jedoch auch kleiner als die Solltemperatur ist, unterschritten wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren erläutert. Hierbei zeigen
1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und
2 den Temperaturverlauf eines Warmwasserspeichers und der Brauchwasserleitung bei der Durchführung des Verfahrens.
1 zeigt einen Warmwasserspeicher 1, welcher als Schichtenspeicher fungiert. In dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 mündet eine Kaltwasserzuleitung 2. Aus dem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 mündet eine Brauchwasserzapfleitung 3, in der sich ein Temperatursensor 5 befindet. Im unteren Drittel des Warmwasserspeichers 1 befindet sich ein weiterer Temperatursensor 4. Von der Kaltwasserzuleitung 2 zweigt eine Leitung ab, in welche sich in Reihe eine Pumpe 6 und ein Wärmeaustauscher 7 befinden. Diese Leitung mündet in eine Speicherladeleitung 9, welche wiederum in den oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 mündet. Der Wärmeaustauscher 7 ist sekundärseitig mit einer Heizung 8 verbunden.
Im Betrieb wird der Warmwasserspeicher 1 thermisch geladen, bis sich der Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 auf Solltemperatur T_Soll erhitzt hat. Die Speicherladung wird dann beendet. Bei Brauchwasserzapfung strömt warmes Wasser aus dem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 in die Brauchwasserzapfleitung 3. Kaltes Wasser strömt über den Kaltwasserzulauf 2 nach. Hierdurch kühlt sich die Temperatur des Warmwasserspeichers 1 ab. Eine weitere Abkühlung erfolgt über die Wärmeverluste an die Umgebung. Unterschreitet die Temperatur, welche mit dem Temperatursensor 4 im unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 gemessen wird, eine vorgegebene Mindesttemperatur T_min, so setzt die Speicherladung ein. Hierzu läuft die Pumpe 6 an, welche auch dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 über die Kaltwasserzuleitung 2 kaltes Wasser aus dem Warmwasserspeicher 1 entnimmt und dem Wärmeaustauscher 7 zuführt. Im Wärmeaustauscher 7 wird das umgewälzte Wasser durch die Wärme der Heizung 8 erwärmt. Das erwärmte Wasser strömt anschließend über die Speicherladeleitung 9 in den Warmwasserspeicher 1 ein.
2 zeigt den Temperaturverlauf am Temperatursensor 4 im unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1, als auch die Temperatur des Temperatursensors 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3.
Im vorliegenden Fall beträgt die Solltemperatur T_Soll des Warmwasserspeichers 1 60°C, die Mindesttemperatur T_min 50°C. Vor dem Zeitpunkt t₁ befindet sich die Temperatur T₁ des Temperatursensors 4 innerhalb des Warmwasserspeichers bei einer konstanten Temperatur von 54°C. Die Temperatur T₂ des Temperatursensors 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3 beträgt derweil konstant 20°C, da sich die Brauchwasserzapfleitung schnell der Umgebungstemperatur anpasst. Der Gradient dT₂/dt beträgt null. Im Zeitpunkt t₁ beginnt die Brauchwasserzapfung. Warmes Wasser wird aus dem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 entnommen und strömt durch die Brauchwasserzapfleitung 3. Gleichzeitig strömt kaltes Wasser durch die Kaltwasserzuleitung 2 in den Warmwasserspeicher 1 nach. Hierdurch kühlt sich die Temperatur im Warmwasserspeicher 1 ab, weshalb die Temperatur T₁ am Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 abfällt. Gleichzeitig erhitzt das warme Wasser, welches durch die Brauchwasserzapfleitung 3 strömt, den Temperatursensor 5, welcher in der Brauchwasserzapfleitung 3 positioniert ist.
Demzufolge steigt die Temperatur T₂ an Zum Zeitpunkt t₂ wird ein Temperaturgradient von 8 K/s am Temperatursensor 5 erfasst. Dieser Temperaturgradient ist größer als der Grenzgradient von in diesem Fall 4 K/s. Demzufolge erkennt das System, dass eine größere Brauchwasserzapfung vorliegt. Ferner erkennt das System, dass die Temperatur T₂ kleiner als die Grenztemperatur T_Grenz von 55°C ist. Die Grenztemperatur T_Grenz stellt die Temperatur dar, oberhalb derer keine vorzeitige Speichernachladung stattfindet. Da die Grenztemperatur T_Grenz im vorliegenden Fall unterschritten ist, wird, um eine Unterkühlung des Warmwasserspeichers 1 zu vermeiden, die Heizung 8 eingeschaltet und die Ladung des Warmwasserspeichers 1 gestartet. Da im vorliegenden Fall mehr Wärme entnommen wird, als über die Speicherladung zugeführt wird, fällt die Temperatur T₁ am Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 weiter, wobei sich jedoch nun die Auskühlung des Warmwasserspeichers 1 verringert, d. h. dass der Gradient des mittels Temperatursensor 4 erfassten Temperatur T₁ nimmt ab. Zum Zeitpunkt t₃ ist die Brauchwasserzapfleitung auf die Temperatur des warmen Wassers im oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 erhitzt. Durch das unten einströmende Kaltwasser kann zu diesem Zeitpunkt die mittels Temperatursensor 5 erfasste Temperatur T₂ größer als die mittels Temperatursensor 4 erfasste Temperatur T₁ sein. Strömt heißes Wasser aus der Speicherladeleitung 9 direkt oder vermischt in die Brauchwasserzapfleitung 3, so kann die mittels Temperatursensor 5 erfasste Temperatur T₂ größer als die Ausgangstemperatur des Warmwasserspeichers 1 bei Brauchwasserzapfung sein. Da sich durch die Wasserentnahme der Speicher insgesamt abkühlt, fällt nun die Temperatur T₂, welche mit dem Temperatursensor 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3 gemessen wird, wieder ab. Zum Zeitpunkt t₄ ist die Brauchwasserzapfung beendet. Demzufolge strömt nun kein Wasser mehr durch die Brauchwasserzapfleitung 3; der Temperatursensor 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3 kühlt sich wieder – verhältnismäßig rasch – auf Umgebungstemperatur ab. Die Speicherladung wird jedoch weitergeführt, bis die Temperatur T₁, welche mit dem Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 gemessen wird, die Solltemperatur T_soll von 60°C erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei konventionellen Warmwasserspeichern mit interner Heizwendel durchgeführt werden. Es ist auch möglich, eine Speicherladung in jedem Fall der Warmwasserzapfung – unabhängig von einer mittleren Grenztemperatur T_Grenz – einzuleiten. Die Messung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in bestimmten Zeitabständen (z.B. 15 ms) erfolgen.

Claims

Verfahren zur Ladung eines Warmwasserspeichers (1) mit einer Kaltwasserzuleitung (2) und einer Brauchwasserzapfleitung (3), einem ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1) und einem zweiten Temperatursensor (5) in der Brauchwasserzapfleitung (3), bei dem kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen die Temperatur T₁ des ersten Temperatursensors (4) und die Temperatur T₂ des zweiten Temperatursensors (5) gemessen werden, mit einer Temperaturvorgabe T_Soll für den ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1), wobei eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) erfolgt, wenn die Temperatur T₁ des ersten Temperatursensors (4) die Temperaturvorgabe T_Soll um eine erste vorgegebene Temperaturdifferenz ΔT₁ oder eine vorgegebene Mindesttemperatur T_min unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) auch dann erfolgt, wenn der Temperaturgradient des zweiten Temperatursensors (5) dT₂/dt einen vorgegebenen Wert (dT/dt)_Grenz übersteigt.
Verfahren zur Ladung eines Warmwasserspeichers (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung des Warmwasserspeichers (1) bei Überschreitung des mittels zweitem Temperatursensor (4) gemessenen Temperaturgradienten (dT/dt)_Grenz nur dann erfolgt, wenn gleichzeitig die Temperatur T₁ des ersten Temperatursensors (4) die Temperaturvorgabe T_Soll um eine vorgegebene zweite Temperaturdifferenz ΔT₂, die kleiner als die erste vorgegebene Temperaturdifferenz ΔT₁ ist, oder eine vorgegebene Grenztemperatur T_Grenz, welche größer der vorgegebene Mindesttemperatur T_min und kleiner der Temperaturvorgabe T_Soll ist, unterschreitet.