DE102008009285B3

DE102008009285B3 - A layered charge storage system and method of operating a stratified charge storage system

Info

Publication number: DE102008009285B3
Application number: DE102008009285A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kröll; Jürgen Waidner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-02-16
Also published as: EP2090836A2; EP2090836A3

Abstract

Schichtladespeichersystem zur Erwärmung, Bevorratung und Bereitstellung eines Speichermediums, insbesondere für die Trinkwarmwasserversorgung, mit einem das Speichermedium beinhaltenden Speicherbehälter (1) mit Anschlüssen an eine Kaltwasserzulaufleitung (4) und eine Kaltwasserauslaufleitung (7) im unteren Behälterbereich und mit Anschlüssen an eine Warmwasserzulaufleitung W1 und eine Warmwasserauslaufleitung (5) im oberen Behälterbereich, sowie mit einem das Speichermedium erwärmenden Speicherladekreis (6), umfassend einen Wärmeübertrager (8) mit primärseitiger Anbindung an einen Wärmeerzeuger (9) und mit sekundärseitigen Anschlüssen an die Kaltwasserauslaufleitung (7) und die Warmwasserzulaufleitung W1 sowie eine Umwälzpumpe (10) zum Umwälzen des Speichermediums durch den Speicherladekreis (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Speicherbehälters (1) funktional in ein oben liegendes Bereitschaftsvolumen (2) und ein darunter liegendes Reservevolumen (3) untergliedert ist, und dass der Speicherladekreis (6) neben der den Wärmeübertrager (8) mit dem Bereitschaftsvolumen (2) verbindenden Warmwasserzulaufleitung W1 eine weitere Warmwasserzulaufleitung W2 umfasst, die den Wärmeübertrager (8) mit dem Reservevolumen (3) verbindet.Layer charge storage system for heating, storage and provision of a storage medium, in particular for the domestic hot water supply, with a storage medium containing storage container (1) with connections to a cold water supply line (4) and a cold water outlet line (7) in the lower tank area and with connections to a hot water supply line W1 and a Hot water outlet pipe (5) in the upper tank area, and with a storage medium heating storage charging circuit (6), comprising a heat exchanger (8) with primary-side connection to a heat generator (9) and with secondary connections to the cold water outlet pipe (7) and the hot water supply line W1 and a Circulation pump (10) for circulating the storage medium through the storage charging circuit (6), characterized in that the volume of the storage container (1) functionally in an overhead readiness volume (2) and an underlying reserve volume (3) unte is rgliedert, and that the storage charging circuit (6) in addition to the heat exchanger (8) with the standby volume (2) connecting hot water supply line W1 comprises a further hot water supply line W2, which connects the heat exchanger (8) with the reserve volume (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtladespeichersystem zur Erwärmung, Bevorratung und Bereitstellung eines Speichermediums, wie es insbesondere für die Trinkwarmwasserversorgung Anwendung findet, sowie ein Verfahren zu seinem Betrieb.The The invention relates to a stratified charge storage system for heating, storage and provision of a storage medium, as in particular for the domestic hot water supply Application, as well as a procedure for its operation.

Gattungsgemäße Schichtladespeichersysteme umfassen einen das Speichermedium beinhaltenden Speicherbehälter mit Anschlüssen an eine Kaltwasserzulaufleitung und eine Kaltwasserauslaufleitung im unteren Behälterbereich, und mit Anschlüssen an eine Warmwasserzulaufleitung und eine Warmwasserauslaufleitung im oberen Behälterbereich. Ferner umfassen solche Schichtladespeichersysteme einen das Speichermedium erwärmenden Speicherladekreis, der über einen Wärmeübertrager mit primärseitiger Anbindung an einen Wärmeerzeuger und sekundärseitigen Anschlüssen an die Kaltwasserauslaufleitung und die Warmwasserzulaufleitung verfügt, sowie über eine Umwälzpumpe zur Umwälzung des Speichermediums durch den Wärmeübertrager.Generic stratified charge storage systems comprise a storage container containing the storage medium with connections to a cold water supply line and a cold water outlet pipe in the lower tank area, and with connections to a hot water supply line and a hot water outlet pipe in the upper tank area. Furthermore, such layered charge storage systems include the storage medium heated Storage charging circuit over a heat exchanger with primary-side Connection to a heat generator and secondary-sided connections to the cold water outlet pipe and the hot water supply pipe features, as well as over a circulation pump for circulation of the storage medium through the heat exchanger.

Bekannte Schichtladespeicher, wie sie für Trinkwarmwasser beispielsweise aus der DE 83 10 135 U1 hervorgehen, weisen einen mit Trinkwasser gefüllten Speicherbehälter auf, bei dem aufgrund der unterschiedlichen Dichte eine Schichtung zwischen dem im oberen Behälterbereich befindlichen warmen Wasser und dem im unteren Behälterbereich befindlichen kalten Wasser entsteht. Zum Laden des Speichers, also zum Erwärmen des Trinkwassers, ist ein Speicherladekreis mit einer Umwälzpumpe vorgesehen, die das kühlere Wasser aus dem unteren Behälterbereich über eine Kaltwasserauslaufleitung zu einem Wärmeübertrager oder Wärmeerzeuger fördert. Hier wird das Wasser auf eine vorgegebene konstante Solltemperatur erwärmt, die (in etwa) gleich der Warmwasserauslauf-Solltemperatur des Schichtladespeichers ist. Das warme Wasser wird über eine Warmwasserzulaufleitung wieder in den oberen Behälterbereich eingeleitet. Über die zu angeschlossenen Zapfstellen führende Warmwasserauslaufleitung wird das warme Speicherwasser im oberen Behälterbereich entnommen und durch dem unteren Behälterbereich über eine Kaltwasserzulaufleitung neu zugeführtes kaltes Wasser ersetzt. Die verschiedenen Zulaufleitungen und Auslaufleitungen können an jeweils zugeordneten, einzelnen Be hälteranschlüssen in den Speicherbehälter münden, oder sie können im oberen und unteren Behälterbereich jeweils paarweise zu einem Anschluss zusammengefasst sein. Der Wärmeübertrager zur Erwärmung des Speicherwassers wird primärseitig in der Regel von einem Heizfluid beheizt, das seinerseits in einem öl- oder gasgefeuerten Wasserheizgerät oder im Kondensator einer Wärmepumpe erwärmt wurde.Known stratified storage, as for drinking water, for example, from the DE 83 10 135 U1 emerge, have a filled with drinking water storage tank, where due to the different density, a stratification between the located in the upper tank area warm water and the cold water located in the lower tank area. To load the memory, ie for heating the drinking water, a storage charging circuit is provided with a circulating pump, which promotes the cooler water from the lower tank area via a cold water outlet pipe to a heat exchanger or heat generator. Here, the water is heated to a predetermined constant setpoint temperature, which is (approximately) equal to the hot water outlet setpoint temperature of the stratified charge storage. The warm water is returned to the upper tank area via a hot water supply line. The hot storage water in the upper tank area is removed via the hot water outlet pipe leading to the connected taps and replaced by the lower tank area via a cold water supply pipe newly supplied cold water. The various supply lines and discharge lines can open at respectively associated, individual loading container connections in the storage tank, or they can be summarized in pairs in the upper and lower tank area in pairs to a port. The heat exchanger for heating the storage water is heated on the primary side usually by a heating fluid, which in turn was heated in an oil or gas-fired water heater or in the condenser of a heat pump.

In der DE 103 44 003 B3 wird eine Schichtladespeicheranordnung mit einem Speicherbehälter und einem Ladekreis vorgeschlagen. Der Speicherbehälter ist mit einem Kaltwasserabzug und einem Warmwasserzulauf an einen Wärmetauscher angeschlossen. Im Ladekreis ist eine Umwälzpumpe angeordnet, die eine Wasserumlaufmenge zum Aufladen des Speicherbehälters fördert. Im Ladekreis ist ferner ein Wassermengenregler angeordnet, der die Wasserumlaufmenge im Ladekreis steuert bzw. regelt, so dass die Wasserumlaufmenge der Kaltwassertemperatur und/oder der Warmwassertemperatur angepasst wird. Gekennzeichnet ist die Schichtladespeicheranordnung durch ein Wassermengenregelventil, das als ein elektrisch beheizbares thermisches Ausdehnungselement ausgeführt ist.In the DE 103 44 003 B3 a stratified charge storage arrangement with a storage container and a charging circuit is proposed. The storage tank is connected with a cold water outlet and a hot water inlet to a heat exchanger. In the charging circuit, a circulating pump is arranged, which promotes a water circulation amount for charging the storage container. In the charging circuit, a water flow regulator is further arranged, which controls the amount of circulating water in the charging circuit or so that the water circulation rate of the cold water temperature and / or the hot water temperature is adjusted. The stratified charge storage arrangement is characterized by a water quantity control valve, which is designed as an electrically heatable thermal expansion element.

Das Speicherwasser wird bei der Speicherladung im Wärmeübertrager in einem Schritt von der jeweils gerade herrschenden Kaltwasserauslauftemperatur auf die vorgegebene, konstant hohe Warmwasserauslauf-Solltemperatur erwärmt, da dies ja die Temperatur ist, die abrufbereit im Speicherbehälter vorliegen soll. Für den Wirkungsgrad des Wärmeübertragers und/oder Wärmeerzeugers kann das nachteilig sein. So führen hohe Wärmeübertragertemperaturen wegen der geringeren Kühlwirkung auf das Heizfluid zu ebenfalls erhöhten Betriebstemperaturen des Wärmeerzeugers, beispielsweise eines Abgaswärmeübertragers eines Brennwertheizgerätes bzw. eines Wärmepumpenkondensators. Dies ist wiederum für eine verminderte Kondensation im Brennwertheizgerät oder in der Wärmepumpe verantwortlich. Dagegen profitieren die genannten Wärmeübertrager bzw. Wärmeerzeuger von niedrigen Betriebstemperaturen zur Optimierung ihres Wirkungsgrades bzw. ihrer Leistungszahl (COP-Wert, coefficient of performance). Eine nach herkömmlichem Speicherkonzept damit einhergehende niedrigere Trinkwarmwassertemperatur würde dem Nutzer einer solchen Trinkwarmwasseranlage allerdings nicht den gewünschten Warmwasserkomfort gewähren.The Storage water is stored in the heat exchanger in one step from the currently prevailing cold water outlet temperature to the specified, constantly high hot water outlet setpoint temperature heated since this is the temperature that is available in the storage container on call should. For the efficiency of the heat exchanger and / or heat generator that can be detrimental. To lead high heat exchanger temperatures because of the lower cooling effect on the heating fluid to likewise increased operating temperatures of the Heat generator, for example, a Abgaswärmeübertragers a condensing boiler or a heat pump condenser. This is again for a reduced condensation in the condensing boiler or in the heat pump responsible. In contrast, the aforementioned heat exchangers benefit or heat generator from low operating temperatures to optimize their efficiency or their coefficient of performance (COP value, coefficient of performance). One after conventional Storage concept associated with lower domestic hot water temperature would that Users of such a drinking water system, however, not the desired Provide hot water comfort.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schichtladespeichersystem zur Erwärmung, Bevorratung und Bereitstellung eines Speichermediums zu entwickeln, das die konstruktiven Randbedingungen für möglichst hohe Wirkungsgrade bzw. Leistungszahlen schafft. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem das erfindungsgemäße Schichtladespeichersystem bei möglichst hohen Wirkungsgraden bzw. Leistungszahlen betrieben werden kann, ohne dass dabei der Warmwasserkomfort eingeschränkt wird.The The object of the present invention is a stratified charge storage system for heating, storage and providing a storage medium that the constructive boundary conditions for preferably creates high efficiencies and performance figures. It is also a task the present invention to provide a method by which the Layer charge storage system according to the invention if possible high efficiencies or performance numbers can be operated, without limiting the hot water comfort.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this is with the characteristics of the independent claims 1 and 9 solved. Advantageous developments can be found in the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Schichtladespeichersystems ist gekennzeichnet durch einen funktional in ein oben liegendes Bereitschaftsvolumen und ein darunter liegendes Reservevolumen untergliederten Speicherbehälter, und durch einen Speicherladekreis, der neben der den Wärmeübertrager mit dem Bereitschaftsvolumen verbindenden Warmwasserzulaufleitung W1 eine weitere Warmwasserzulaufleitung W2 umfasst, die den Wärmeübertrager mit dem Reservevolumen verbindet.Of the inventive structure of the stratified charge storage system is characterized by a functional into an overhead standby volume and one below it Reserve volume subdivided storage containers, and by a storage loading circuit, the next to the heat exchanger with the standby volume connecting hot water supply line W1 comprises a further hot water supply line W2, which is the heat exchanger connects with the reserve volume.

Im Bereitschaftsvolumen liegt jederzeit eine ausreichend große Menge Trinkwarmwasser bei Warmwasserauslauf-Solltemperatur zum Auslauf aus dem Speicherbehälter zum Nutzer bereit, so ist eine schnelle Versorgung des Nutzers bei verschieden großen Warmwasseranwendungen gewährt. Zur Ladung des Bereitschaftsvolumens fließt Warmwasser bei Warmwasser-Solltemperatur vom Wärmeübertrager über die Warmwasserzulaufleitung W1 in den Speicherbehälter. Das Reservevolumen bevorratet eine Warmwassermenge, die bei Bedarf oder Wärmeangebot seitens eines Wärmeerzeugers bis auf Warmwasserauslauf-Solltemperatur erwärmt wird. Zur Ladung des Reservevolumens fließt Warmwasser bei Temperaturen kleiner oder gleich der Warmwasser-Solltemperatur vom Wärmeübertrager über die Warmwasserzulaufleitung W2 in den Speicherbehälter.in the Standby volume is always a sufficient amount Hot water at hot water outlet setpoint temperature to the outlet off the storage container ready for the user, so a quick supply of the user is included different sizes Hot water applications granted. To charge the ready volume hot water flows at hot water setpoint temperature from the heat exchanger over the Hot water supply line W1 in the storage tank. The reserve volume is kept in stock a quantity of hot water, if necessary or heat supply from a heat generator is heated to the hot water outlet setpoint temperature. To charge the reserve volume flows Hot water at temperatures less than or equal to the hot water setpoint temperature from the heat exchanger over the Hot water supply line W2 in the storage tank.

An den Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 ist mindestens ein ihnen gemeinsamer Temperaturfühler S3 angeordnet, der die Temperatur des durch die Warmwasserzulaufleitungen W1 und/oder W2 umgewälzten Speichermediums misst und überwacht. Der Temperaturfühler S3 kann beispielsweise in oder an einem strömungsabwärts des Wärmeübertragers angeordneten, den beiden Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 gemeinsamen Leitungsstück angebracht sein.At the hot water supply lines W1 and W2 is at least one of them common temperature sensor S3 arranged, the temperature of the through the hot water supply lines W1 and / or W2 circulated Storage medium measures and monitors. The temperature sensor S3, for example, arranged in or at a downstream of the heat exchanger, the two hot water supply lines W1 and W2 common line piece attached be.

Die Warmwasserzulaufleitung W2 mündet in einer Ausführung an einem Speicherbehälteranschluss im Bereich des Reservevolumens. Sie kann sich aber auch innerhalb des Speicherbehälters an die Warmwasserzulaufleitung W1 nach unten bis in den Bereich des Reservevolumens anschließen. In diesem Fall könnte ein an der Verbindungsstelle zwischen den beiden Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 angeordnetes Ventil bei Wechsel eines von der Umwälzpumpe dem zulaufenden Speichermedium aufgeprägten Förderdruckes selbsttätig zwischen einem Zulauf in den Bereich des Bereitschaftsvolumens und einem Zulauf in den Bereich des Reservevolumens umschalten. So wäre ein Behälteranschluss gegenüber der erstgenannten Ausführung einzusparen.The Hot water supply line W2 opens in one execution at a storage tank connection in the area of the reserve volume. It can also be within of the storage container to the hot water supply line W1 down to the area of the reserve volume. In this case could one at the junction between the two hot water supply lines W1 and W2 arranged valve when changing one of the circulation pump the incoming storage medium impressed delivery pressure automatically between a Inlet into the area of the ready volume and an inlet switch to the area of the reserve volume. That would be a container connection across from save the first-mentioned design.

Eine erfindungsgemäße Ausführung umfasst zwei Umwälzpumpen, die in jeweils einer der beiden Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 angeordnet sind. Damit kann der Warmwasserzulauf in die genannten Behälterbereiche gesteuert werden. Eine oder beide Umwälzpumpen können über eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung verfügen, mit der sich ihre Förderleistung einstellen lässt.A Embodiment of the invention comprises two circulation pumps, in each one of the two hot water supply lines W1 and W2 are arranged. Thus, the hot water supply in the mentioned container areas to be controlled. One or both circulation pumps can have a speed control device feature, with their output can be set.

Alternativ dazu verfügt der Speicherladekreis über ein umschaltbares Dreiwegeventil, mit dem das erwärmte Speichermedium entweder in das Bereitschaftsvolumen oder in das Reservevolumen gelenkt wird. Das Dreiwegeventil kann zum Beispiel an einer Abzweigstelle der Warmwasserzulaufleitung W2 von der Warmwasserzulaufleitung W1, hinter einem den beiden Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 gemeinsamen Leitungsstück sitzen. In diesem Fall ist die Umwälzpumpe zweckmäßigerweise in der Kaltwasserauslaufleitung, und in den Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 jeweils eine einstellbare Drossel angeordnet.alternative to the storage charging circuit via a switchable three-way valve, with which the heated storage medium either in the standby volume or in the reserve volume is steered. The three-way valve may, for example, at a branch point the hot water supply line W2 from the hot water supply line W1, behind a common to the two hot water supply lines W1 and W2 Sitting pipe line. In this case, the circulation pump expediently in the cold water outlet pipe, and in the hot water supply pipes W1 and W2 each arranged an adjustable throttle.

Innerhalb des Speicherbehälters ist das Bereitschaftsvolumen nach oben durch den oberen Behälterboden und nach unten durch einen von einem Speichertemperaturfühler S1 definierten Behälterquerschnitt begrenzt. Das darunter liegende Reservevolumen ist nach unten wiederum durch den unteren Behälterboden begrenzt, wobei im unteren Bereich des Reservevolumens ein weiterer Speichertemperaturfühler S2 angeordnet ist.Within of the storage container is the ready volume up through the top tank bottom and down through one of a storage temperature sensor S1 defined container cross-section limited. The underlying reserve volume is down again through the bottom of the container limited, wherein in the lower part of the reserve volume another Storage temperature sensor S2 is arranged.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schichtladespeichersystems zur Erwärmung, Bevorratung und Bereitstellung eines Speichermediums, insbesondere für die Trinkwarmwasserversorgung, ist gekennzeichnet durch einen in ein oben liegendes Bereitschaftsvolumen und ein darunter liegendes Reservevolumen untergliederten Speicherbehälter.The inventive method for operating a stratified charge storage system for heating, storage and provision of a storage medium, in particular for the domestic hot water supply, is characterized by a ready-in volume in a top and an underlying reserve volume of subdivided storage containers.

Ausgelöst wird der Speicherladezyklus für das Bereitschaftsvolumen, wenn die an einem Speichertemperaturfühler S1 gemessene Temperatur um mehr als eine zugelassene Temperaturdifferenz unter der Warmwasserauslauf-Solltemperatur liegt. Diese zulässige Temperaturdifferenz kann zum Beispiel 3 K betragen. Angestrebt wird in dieser Betriebsphase die möglichst schnelle Bereitstellung einer komfortablen Warmwassermenge auf Solltemperatur. Die Speicherladung des Bereitschaftsvolumens erfolgt daher über eine Warmwasserzulaufleitung W1, die einen Wärmeübertrager mit dem Bereitschaftsvolumen verbindet. Der Speicherladezyklus für das Bereitschaftsvolumen basiert auf einer konstanten Warmwasserzulauftemperatur T1 des umgewälzten Speichermediums in der Warmwasserzulaufleitung W1, wobei die Warmwasserzulauftemperatur T1 in etwa gleich einer Warmwasserauslauf-Solltemperatur ist. Das ist die Temperatur, bei der das Warmwasser zum Auslauf aus dem Speicher zur Zapfung bereitstehen soll. Aufgrund von Wärmeverlusten zum Beispiel in der Warmwasserzulaufleitung W1 kann die Warmwasserzulauftemperatur T1 geringfügig über der Warmwasserauslauf-Solltemperatur liegen. Die während des Speicherladezyklus' für das Bereitschaftsvolumen sich einstellende Warmwasserzulauftemperatur T1 ist eine Funktion der Parameter Kaltwasserauslauftemperatur, Heizleistung des Wärmeerzeugers und/oder des Wärmeübertragers, Förderleistung der Umwälzpumpe und/oder Drosselwirkung einer einstellbaren Drossel in der Warmwasserzulaufleitung W1. Die Einhaltung der Sollvorgabe an die Warmwasserzulauftemperatur T1 (Begrenzung durch die vorgegebene Warmwasserauslauf-Solltemperatur) erfolgt durch eine geeignete Verstellung einzelner oder aller Parameter innerhalb der zur Verfügung stehenden Regel- und Wertebereiche. Das kann beispielsweise eine Modulation der Wärmeerzeugerheizleis tung oder der Wärmeübertragerheizleistung sein oder eine Veränderung der Pumpendrehzahl.The storage charge cycle for the standby volume is triggered when the temperature measured at a storage temperature sensor S1 is more than an approved temperature difference below the set point hot water outlet temperature. This permissible temperature difference can be 3 K, for example. The aim in this phase of operation is the fastest possible provision of a comfortable amount of hot water to set temperature. The storage charge of the ready volume is therefore via a hot water supply line W1, which connects a heat exchanger with the standby volume. The standby volume storage charge cycle is based on a constant hot water supply temperature T1 of the circulating storage medium in the hot water supply line W1, the hot water supply temperature T1 being approximately equal to a target hot water discharge temperature. This is the temperature at which the hot water to the outlet from the store for tapping be to stand up. Due to heat losses, for example in the hot water supply line W1, the hot water inlet temperature T1 may be slightly above the hot water outlet setpoint temperature. The hot water supply temperature T1 during the storage charge cycle for the standby volume is a function of the parameters cold water outlet temperature, heat output of the heat generator and / or the heat exchanger, delivery rate of the circulation pump and / or throttling effect of an adjustable throttle in the hot water supply line W1. Compliance with the target specification to the hot water inlet temperature T1 (limitation by the specified hot water outlet setpoint temperature) is achieved by a suitable adjustment of individual or all parameters within the available control and value ranges. This may be, for example, a modulation of the Wärmeerzeugerheizleis device or the Wärmeübertragerheizleistung or a change in the pump speed.

Der Speicherladezyklus für das Reservevolumen wird ausgelöst, sobald die an einem Speichertemperaturfühler S2 gemessene Temperatur um mehr als eine zugelassene Temperaturdifferenz unter einer Reservevolumen-Solltemperatur liegt. Angestrebt werden in dieser Betriebsphase optimierte Betriebsbedingungen für Wärmeerzeuger wie Wärmepumpen und Brennwertheizgeräte. Durch die Wahl vergleichsweise niedriger Betriebstemperaturen im Speicherladekreis werden die Leistungszahlen bzw. Wirkungsgrade der Wärmeerzeuger deutlich erhöht. Die Speicherladung des Reservevolumens erfolgt über eine Warmwasserzulaufleitung W2, die den Wärmeübertrager mit dem Reservevolumen verbindet. Der Speicherladezyklus für das Reservevolumen basiert auf einer Warmwasserzulauftemperatur T2 des umgewälzten Speichermediums in der Warmwasserzulaufleitung W2, wobei die Warmwasserzulauftemperatur T2 um einen vorgebbaren, vergleichsweise geringen Betrag über der Kaltwasserauslauftemperatur des umgewälzten Speichermediums in der Kaltwasserauslaufleitung liegt, jedoch maximal gleich der Warmwasserauslauf-Solltemperatur ist. Das dabei umgewälzte Wasservolumen kann wegen der vergleichsweise geringen Temperaturerhöhung deutlich größer als bei der Speicherladung des Bereitschaftsvolumens sein. Eine während des Speicherladezyklus' für das Reservevolumen am Wärmeübertrager sich einstellende Temperaturdifferenz zwischen Kaltwasserauslauftemperatur und Warmwasserzulauftemperatur T2 ist eine Funktion der Parameter Kaltwasserauslauftemperatur, Wärmeerzeugerheizleistung, Wärmeübertragerheizleistung, Umwälzpumpenförderleistung sowie der Drosselwirkung einer einstellbaren Drossel in der Warmwasserzulaufleitung W2. Bei einer einfachen Ausführungsform wird die gewünschte Temperaturdifferenz am Wärmeübertrager für die Aufladung des Reservevolumens durch in geeigneter Weise definiert vorgegebene Einstellungen der genannten Parameter festgelegt. Die Warmwasserzulauftemperatur T2 steigt gleitend in etwa rampenförmig oder stufenförmig über der Zeit an und liegt um einen vorgebbaren Betrag von zum Beispiel 10 K über der Kaltwasserauslauftemperatur. In der Regel und je nach Kaltwasserauslauftemperatur reicht eine teilweise oder einmalige Umwälzung des Speichermediums mit Erwärmung um zum Beispiel 10 K nicht aus, um es bis auf Solltemperatur zu erwärmen. Daher wird das im Reservevolumen bevorratete Speichermedium während des Speicherladezyklus' für das Reservevolumen bis zum Erreichen einer den Speicherladezyklus beendenden Abschaltbedingung in der Regel mehrfach über den Wärmeübertrager umgewälzt. Eine natürliche Warmwasserschichtung, wie sie sich im Reservevolumen unter Einwirkung der Dichte verschieden temperierten Wassers einstellt, hat zur Folge, dass immer das kühlste Wasser im Reservevolumen im unteren Behälterbereich liegt und in den Speicherladekreis gelangt. Bei mehrmaliger Umwälzung und schrittweiser Erwärmung wird schließlich die Solltemperatur erreicht. Erreicht wird damit ein vergleichsweise langer Betrieb des Speicherladekreises bei vergleichsweise niedrigen Betriebstemperaturen. Dadurch werden die Betriebsbedingungen für Wärmepumpen und für kondensierende Wärmeerzeuger wie zum Beispiel Brennwertheizgeräte optimiert, da deren Leistungszahlen bzw. Wirkungsgrade entscheidend von der Betriebstemperatur ihrer Wärmeübertrager abhängen.Of the Memory charging cycle for the reserve volume is triggered as soon as the temperature measured at a storage temperature sensor S2 by more than one allowed temperature difference below a reserve volume setpoint temperature lies. The aim is optimized operating conditions in this phase of operation for heat generators like heat pumps and condensing boilers. By choosing comparatively low operating temperatures in the storage charging circuit become the performance numbers or efficiencies of the heat generator clearly increased. The Storage loading of the reserve volume is via a hot water supply line W2, the heat exchanger connects with the reserve volume. The storage load cycle for the reserve volume is based at a hot water inlet temperature T2 of the circulating storage medium in the hot water supply line W2, the hot water inlet temperature T2 by a predeterminable, comparatively small amount above the Cold water outlet temperature of the circulating storage medium in the Cold water outlet pipe is, however, at most equal to the hot water outlet set temperature is. That turned around Water volume can be clear because of the relatively low increase in temperature greater than be at the storage charge of the ready volume. One during the Memory Load Cycle 'for the reserve volume at the heat exchanger self-adjusting temperature difference between cold water outlet temperature and hot water inlet temperature T2 is a function of the parameters Cold water outlet temperature, heat generator heat output, Wärmeübertragerheizleistung, Circulation pump capacity and the throttling action of an adjustable throttle in the hot water supply line W2. In a simple embodiment the desired Temperature difference at the heat exchanger for the Charging the reserve volume by appropriately defined specified settings of the specified parameters. The Hot water inlet temperature T2 increases slidably in approximately ramp-shaped or stepped over the Time and is by a predetermined amount of, for example, 10 K over the cold water outlet temperature. As a rule and depending on the cold water outlet temperature sufficient partial or one-time circulation of the storage medium Warming around For example, 10K is not enough to heat it up to set point temperature. Therefore the storage medium stored in the reserve volume during the Memory Load Cycle 'for the reserve volume until reaching a memory loading cycle terminating shutdown condition usually over several times the heat exchanger circulated. A natural one Hot-water stratification, as reflected in the reserve volume under action the density of different tempered water, has the consequence that always the coolest Water is in the reserve volume in the lower tank area and in the Storage charging circuit arrives. With repeated circulation and gradual warming finally the Target temperature reached. This is a comparatively achieved long operation of the storage charging circuit at comparatively low Operating temperatures. This will change the operating conditions for heat pumps and for condensing heat generators such as for example condensing boilers optimized, since their performance figures and efficiencies crucial depend on the operating temperature of their heat exchanger.

Der Speicherladezyklus für das Bereitschaftsvolumen hat Vorrang vor dem Speicherladezyklus für das Reservevolumen. Das gewährleistet, dass die Komfortanforderungen des Nutzers an die Trinkwarmwasserversorgung jederzeit zu erfüllen sind. Die Warmwasserzulauftemperaturen T1 und/oder T2 werden mittels eines Temperaturfühlers S3 gemessen und überwacht.Of the Memory charging cycle for the standby volume takes precedence over the storage loading cycle for the Reserve volume. That ensures that the comfort requirements of the user to the domestic hot water supply are to be fulfilled at any time. The hot water supply temperatures T1 and / or T2 are by means of a Temperature sensor S3 measured and monitored.

Ein Speicherladezyklus wird aus Sicherheitsgründen (z. B. Verbrühungsschutz für den Nutzer) dann beendet, wenn die Warmwasserzulauftemperaturen T1 oder T2 die Warmwasserauslauf-Solltemperatur, trotz Ausschöpfen der zur Verfügung stehenden Regel- und Wertebereiche der einstellbaren und/oder vorgebbaren Randbedingungen von Wärmeerzeugerheizleistung, Wärmeübertragerheizleistung, Umwälzpumpenförderleistung und/oder Drosseleinstellung, übersteigen. Das bedeutet, dass zur Senkung oder Einhaltung der Warmwasserauslauf-Solltemperatur am Temperaturfühler S3 beispielsweise zunächst die Heizleistung des Wärmeerzeugers reduziert oder die Förderleistung der Umwälzpumpe erhöht wird, bevor der Speicherladezyklus beendet wird.One Storage charging cycle is for safety reasons (eg scalding protection for the User) then terminated when the hot water inlet temperatures T1 or T2 the hot water outlet setpoint temperature, despite exhausting the to disposal standing control and value ranges of the adjustable and / or specifiable Boundary conditions of heat generator heat output, Wärmeübertragerheizleistung, Circulation pump capacity and / or throttle setting, exceed. This means that to reduce or maintain the hot water outlet setpoint temperature at the temperature sensor S3, for example, first the heat output of the heat generator reduced or the delivery rate the circulation pump elevated before the memory load cycle is completed.

Eine Regelabschaltung des Speicherladezyklus' für das Bereitschaftsvolumen erfolgt bei Erreichen und/oder Überschreiten der Warmwasserauslauf-Solltemperatur am Speichertemperaturfühler S1. Dann ist davon auszugehen, dass das gesamte Bereitschaftsvolumen von oben her bis zur Position des Speichertemperaturfühlers S1 auf Solltemperatur aufgeladen ist.A control shutdown of the storage drawer cycle 'for the standby volume takes place when the hot water outlet setpoint temperature is reached and / or exceeded at the cylinder temperature sensor S1. Then it can be assumed that the entire standby volume is charged from above to the position of the storage tank temperature sensor S1 to target temperature.

Eine Regelabschaltung des Speicherladezyklus' für das Reservevolumen erfolgt bei Erreichen und/oder Überschreiten einer vorgebbaren Reservevolumen-Solltemperatur am Speichertemperaturfühler S2. Diese Solltemperatur kann die Warmwasserauslauf-Solltemperatur oder eine andere, darunter liegende Temperatur sein. Dann ist davon auszugehen, dass das gesamte Reservevolumen zwischen den Speichertemperaturfühlern S1 (oben) und S2 (unten) auf Solltemperatur aufgeladen ist.A Control shutdown of the storage charging cycle 'for the reserve volume occurs upon reaching and / or exceeding a predetermined reserve volume setpoint temperature on the storage tank temperature sensor S2. This setpoint temperature may be the hot water outlet setpoint temperature or another, including lying temperature. Then it can be assumed that the whole Reserve volume between the tank temperature sensors S1 (top) and S2 (bottom) charged to target temperature.

Mit dieser Erfindung werden ein Schichtladespeichersystem und ein Verfahren zu seinem Betrieb insbesondere für die Trinkwarmwasserversorgung vorgestellt, die basierend auf der Unterteilung des Speicherbehälters in ein Bereitschaftsvolumen und ein Reservevolumen die konstruktiven Rand- und Verfahrensbedingungen für möglichst hohe Wirkungsgrade bzw. Leistungszahlen schaffen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Schichtladespeichersystems gewährt einerseits uneingeschränkten Warmwasserkomfort aus dem Bereitschaftsvolumen heraus. Mit dem Speicherladezyklus für das Reservevolumen sind optimierte Betriebsbedingungen für einen Einsatz von an Brennwertheizgeräte oder Wärmepumpensysteme angeschlossenen Wärmetauschern geschaffen.With This invention relates to a stratified charge storage system and method to his operation in particular for presented the drinking water supply based on the Subdivision of the storage tank into a standby volume and a reserve volume the constructive Boundary and process conditions for the highest possible efficiency or create performance figures. The method according to the invention for operating the stratified charge storage system granted on the one hand unrestricted DHW convenience out of the standby volume. With the memory load cycle for the reserve volume are optimized operating conditions for use with condensing boilers or Heat pump systems connected heat exchangers created.

Die Zeichnung stellt in zwei Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:The Drawing shows in two figures two embodiments of the invention It shows:

1 Schichtladespeichersystem mit zwei Umwälzpumpen im Speicherladekreis und 1 Stratified storage system with two circulating pumps in the storage charging circuit and

2 Schichtladespeichesystem mit Umwälzpumpe und Dreiwegeventil. 2 Laminated storage system with circulating pump and three-way valve.

Das Schichtladespeichersystem in 1 umfasst einen Speicherbehälter 1, der in ein Bereitschaftsvolumen 2 und ein Reservevolumen 3 untergliedert ist. Gespeist wird der Speicherbehälter 1 über eine Kaltwasserzulaufleitung 4. Über eine Warmwasserauslaufleitung 5 wird das warme Speichermedium den Zapfstellen (nicht dargestellt) zugeführt. Am oder im Speicherbehälter 1 sind zwei Temperaturfühler S1 und S2 angeordnet. Das Schichtladespeichersystem umfasst ferner einen Speicherladekreis 6. Durch eine Kaltwasserauslaufleitung 7 wird das kalte Speichermedium aus dem unteren Bereich des Reservevolumens 3 abgezogen und einem Wärmeübertrager 8 zugeführt, der seinerseits primärseitig an einen Wärmeerzeuger 9 angebunden ist. Über zwei Warmwasserzulaufleitungen W1 und W2 fließt das erwärmte Wasser zurück in den Speicherbehälter 1. An oder in einem den beiden Warmwasserzulaufleitungen gemeinsamen Leitungsstück ist ein Temperaturfühler S3 angeordnet. Die Zirkulation des Speichermediums im Speicherladekreis 6 wird durch die Umwälzpumpen 10 oder 11 erreicht. Zur Speicherladung des Bereitschaftsvolumens 2 wird kaltes Speichermedium über die Kaltwasserauslaufleitung 7 dem Reservevolumen 3 entnommen und im Wärmeübertrager 8 auf Warmwasserauslauf-Solltemperatur erwärmt. Die Umwälzpumpe 10 fördert das warme Wasser durch die Warmwasserzulaufleitung W1 in das Bereitschaftsvolumen 2 des Speicherbehälters. Das Speichermedium wird solange gefördert und erwärmt, bis am Speichertemperaturfühler S1 die Warmwasserauslauf-Solltemperatur anliegt. Zur Speicherladung des Reservevolumens wird kaltes Speichermedium über die Kaltwasserauslaufleitung 7 dem Reservevolumen 3 entnommen und im Wärmeübertrager 8 um eine vorgegebene Temperaturdifferenz von beispielsweise 10 K erwärmt. Die Umwälzpumpe 11 fördert das warme Wasser durch die Warmwasserzulaufleitung W2 in das Reservevolumen des Speicherbehälters, wo es sich seiner Temperatur und Dichte entsprechend einschichtet. Das Speichermedium im Reservevolumen wird solange umgewälzt und erwärmt, bis am Speichertemperaturfühler S2 die Reservevolumen-Solltemperatur anliegt. Die Zirkulation des Speichermediums im Speicherladekreis 6 von 2 wird durch die Umwälzpumpe 12 in der Kaltwasserauslaufleitung 7 erreicht. Strömungsabwärts des Wärmeübertragers 8 bestimmt die Stellung eines Dreiwegeventils 13, ob das warme Wasser durch die Warmwasserzulaufleitung W1 oder W2 in den Speicherbehälter zurückströmt. Mit Drosseln 14 und 15 wird der Volumenstrom im Speicherladekreis eingestellt.The stratified storage system in 1 includes a storage container 1 in a standby volume 2 and a reserve volume 3 is subdivided. The storage tank is fed 1 via a cold water supply line 4 , Via a hot water outlet pipe 5 the warm storage medium is fed to the taps (not shown). On or in the storage tank 1 two temperature sensors S1 and S2 are arranged. The stratified charge storage system further includes a storage charging circuit 6 , Through a cold water outlet pipe 7 the cold storage medium is removed from the lower area of the reserve volume 3 deducted and a heat exchanger 8th fed, in turn, the primary side to a heat generator 9 is connected. The heated water flows back into the storage tank via two hot water supply lines W1 and W2 1 , At or in one of the two hot water supply lines common line piece a temperature sensor S3 is arranged. The circulation of the storage medium in the storage charging circuit 6 is through the circulation pumps 10 or 11 reached. For storage loading of the ready volume 2 becomes cold storage medium via the cold water outlet pipe 7 the reserve volume 3 removed and in the heat exchanger 8th heated to hot water outlet setpoint temperature. The circulation pump 10 promotes the warm water through the hot water supply line W1 in the ready volume 2 of the storage container. The storage medium is conveyed and heated until the store temperature sensor S1, the hot water outlet setpoint temperature is applied. For storage loading of the reserve volume is cold storage medium via the cold water outlet pipe 7 the reserve volume 3 removed and in the heat exchanger 8th heated by a predetermined temperature difference of, for example, 10 K. The circulation pump 11 promotes the warm water through the hot water supply line W2 in the reserve volume of the storage container, where it stratified according to its temperature and density. The storage medium in the reserve volume is circulated and heated until the storage volume setpoint temperature is applied to the storage tank temperature sensor S2. The circulation of the storage medium in the storage charging circuit 6 from 2 is through the circulation pump 12 in the cold water outlet pipe 7 reached. Downstream of the heat exchanger 8th determines the position of a three-way valve 13 whether the warm water flows back through the hot water supply line W1 or W2 into the storage tank. With chokes 14 and 15 the volume flow is set in the storage charging circuit.

Claims

Layer charge storage system for heating, storage and provision of a storage medium, in particular for the domestic hot water supply, with a storage container containing the storage medium ( 1 ) with connections to a cold water supply line ( 4 ) and a cold water outlet pipe ( 7 ) in the lower tank area and with connections to a hot water supply line W1 and a hot water outlet pipe ( 5 ) in the upper container area, as well as with a storage medium heating storage charging circuit ( 6 ), comprising a heat exchanger ( 8th ) with primary-side connection to a heat generator ( 9 ) and with secondary connections to the cold water outlet pipe ( 7 ) and the hot water supply line W1 and a circulating pump ( 10 ) for circulating the storage medium through the storage charging circuit ( 6 ), characterized in that the volume of the storage container ( 1 ) functionally in an overhead ready volume ( 2 ) and an underlying reserve volume ( 3 ) and that the memory loading circuit ( 6 ) next to the heat exchanger ( 8th ) with the ready volume ( 2 ) connecting hot water supply line W1 comprises a further hot water supply line W2, the heat exchanger ( 8th ) with the reserve volume ( 3 ) connects.

Layer charge storage system according to claim 1, characterized characterized in that on the hot water supply lines W1 and W2 at least one common temperature sensor S3 is arranged, which the Temperature of the through the hot water supply lines W1 and / or W2 circulated Storage medium measures and monitors.

Layer charge storage system according to claim 1 or 2, characterized in that the hot water supply line W2, the hot water supply line W1 within the storage container ( 1 ) down to the area of the reserve volume ( 3 ), wherein at the connection point between the two hot water supply lines W1 and W2, a valve is arranged, which when changing one of the circulating pump ( 10 ) to the incoming storage medium impressed delivery pressure automatically between an inlet in the region of the ready volume ( 2 ) and an inflow into the area of the reserve volume ( 3 ) switches.

Layer charge storage system according to one of claims 1 to 3, characterized in that in both hot water supply lines W1 and W2 each have a circulating pump ( 10 . 11 ) is arranged.

A stratified charge storage system according to claim 4, characterized in that one or both circulating pumps ( 10 . 11 ) have a device for adjusting their capacity.

Layer charge storage system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hot water supply line W2 branches off from the hot water supply line W1, and that at the branch point, a three-way valve ( 13 ) is arranged.

Laminated charge storage system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the circulating pump ( 12 ) in the cold water outlet pipe ( 7 ), and that in each case an adjustable throttle ( 14 . 15 ) is arranged in the hot water supply lines W1 and W2.

Layer charge storage system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the readiness volume ( 2 ) is bounded at the top by an upper container bottom and at the bottom by a container cross-section defined by the installation position of a storage temperature sensor S1, and that the underlying reserve volume ( 3 ) is bounded below by a lower container bottom, wherein in the lower region of the reserve volume, a further storage temperature sensor S2 is arranged.