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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Haustechnikgerät zum Erwärmen von Wasser, insbesondere elektricher Durchlauferhitzer, sowie ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Durchlauferhitzers.
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Zur Verbesserung der Übersicht der Geräteleistungsangebote ist es bekannt, nicht Geräte mit jeweils verschiedenen Leistungsstufen vorzusehen, sondern vielmehr ein Universalgerät vorzusehen, dessen Nennleistung entsprechend kodiert und reduziert werden kann.
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EP 0 709 758 B1 zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer, dessen Nennleistung vorab eingestellt bzw. reduziert werden kann. Durch entsprechende Einstellungen kann somit gewährleistet werden, dass ein Durchlauferhitzer mit verschiedenen Nennleistungen vorgesehen werden kann. Die Einstellung der Nennleistung hängt dann von dem jeweiligen Einsatzbereich ab.
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Eine Vorrichtung zur Warmwasserversorgung mit einer Dusche ist aus
DE 198 40 962 A1 bekannt. Der in der Duscheinrichtung vorgesehene Durchlauferhitzer weist eine Strombegrenzerschaltung auf, die den Strom des Durchlauferhitzers in der Startphase entlang einer Kennlinie abregelt, deren Verlauf der Temperaturzunahme des Wassers an einem Erhitzerzulauf oder -auslauf umgekehrt proportional ist. Die Grenzwertkennlinie ist gegenüber der temperaturabhängigen Kennlinie vorrangig und sie repräsentiert die Grenzbelastbarkeit der elektrischen Zuleitung sowie der Schaltorgane die dem Durchlauferhitzer zugeordnet sind.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Haustechnikgerät zum Erwärmen von Wasser, insbesondere elektricher Durchlauferhitzer, vorzusehen, welches eine vorab einstellbare Leistungsbegrenzung und eine dynamische Leistungsbegrenzungseinheit aufweist und welches in vielen verschiedenen Einsatzgebieten beziehungsweise Einsatzmöglichkeiten verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Haustechnikgerät zum Erwärmen von Wasser, insbesondere elektricher Durchlauferhitzer, gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Somit wird ein elektrischer Durchlauferhitzer mit einer Leistungseinstellungseinheit zum Einstellen einer reduzierten Nennleistung des Durchlauferhitzers in Bezug auf die maximale Nennleistung des Durchlauferhitzers vorgesehen. Die Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers wird auf einen ersten Pegel begrenzt, welcher kleiner als die maximale Nennleistung des elektrischen Durchlauferhitzers ist. Der elektrische Durchlauferhitzer weist eine dynamische Leistungsbegrenzungseinheit zum Begrenzen der Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers auf einen zweiten Pegel auf, welcher geringer als der erste Pegel ist. Die dynamische Leistungsbegrenzungseinheit weist einen Zähler zum Erfassen des Betriebs des elektrischen Durchlauferhitzers auf. Der Zähler weist einen Grenzwert auf. Die dynamische Leistungsbegrenzungseinheit ist dazu ausgestaltet, die Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers auf den zweiten Pegel zu begrenzen, wenn der Zähler den Grenzwert erreicht. Die dynamische Leistungsbegrenzungseinheit ist dazu ausgestaltet, keine weitere Leistungsbegrenzung durchzuführen, wenn der Zähler den Grenzwert noch nicht erreicht hat.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt der erste Pegel 75% der Nennleistung und der zweite Pegel 60% der Nennleistung des elektrischen Durchlauferhitzers.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt der Grenzwert des Zählers 10 Minuten.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen elektrischen Durchlauferhitzer mit einer einstellbaren Leistungsbegrenzung, wobei der Durchlauferhitzer derart gesteuert wird, dass der benötigte Phasenstrom weiter reduziert wird, um sicherzustellen, dass der benötigte Phasenstrom den maximalen beispielsweise durch eine elektrische Sicherung zugelassenen Strom zumindest nicht dauerhaft übersteigt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls ein elektrisches Haustechnikgerät zum Erwärmen von Wasser mit einer Leistungseinstellungseinheit zum Einstellen einer reduzierten Nennleistung des Haustechnikgerätes in Bezug auf die maximale Nennleistung des Haustechnikgerätes. Die Leistung des elektrischen Haustechnikgerätes wird auf einen ersten Pegel begrenzt, welcher kleiner als die maximale Nennleistung des elektrischen Haustechnikgerätes ist. Das elektrische Haustechnikgerät weist eine dynamische Leistungsbegrenzungseinheit zum Begrenzen der Leistung des elektrischen Haustechnikgerätes auf einen zweiten Pegel auf, welcher geringer als der erste Pegel ist. Die dynamische Leistungsbegrenzungseinheit weist einen Zähler zum Erfassen des Betriebs des elektrischen Haustechnikgerätes auf. Der Zähler weist einen Grenzwert auf. Die dynamische Leistungsbegrenzungseinheit ist dazu ausgestaltet, die Leistung des elektrischen Haustechnikgerätes auf den zweiten Pegel zu begrenzen, wenn der Zähler den Grenzwert erreicht. Die dynamische Leistungsbegrenzungseinheit ist dazu ausgestaltet, keine weitere Leistungsbegrenzung durchzuführen, wenn der Zähler den Grenzwert noch nicht erreicht hat.
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Die vorliegende Erfindung betrifft den physikalischen Effekt, dass wenn ein Universalgerät mit einer bestimmten maximalen Nennleistung verwendet und die Leistung reduziert wird, dann erfolgt die Reduzierung des benötigten Phasenstromes nicht linear zur Reduzierung der Leistung. Somit kann ein Fall eintreten dass sich bei einer Reduzierung der Nennleistung ein Phasenstrom einstellt, der als Dauerbelastung für die haustechnische elektrische Sicherung zu hoch sein kann. Eine Reduzierung der Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers kann beispielsweise durch ein angepasstes Takten erfolgen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reduzierung der Leistung eines Durchlauferhitzers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reduzierung der Leistung eines Durchlauferhitzers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In 1 sind drei Graphen gezeigt, wobei der obere Graph eine zeitliche Abfolge eines Kontrollzählers darstellt. In dem mittleren Graphen ist das sogenannte dynamische Derating, d. h. die dynamische Begrenzung der Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers und in dem unteren Graphen ist ein beispielhafter Zapfbetrieb gezeigt.
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Der Durchlauferhitzer gemäß der Erfindung wird laut der 1 zwischen einem Zeitpunkt T0 und T4 mit 75% der Leistung betrieben. Der Durchlauferhitzer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird somit bei einem statischen Derating bzw. einer statischen Leistungsbegrenzung auf 75% der maximalen Nennleistung des elektrischen Durchlauferhitzers betrieben. Zum Zeitpunkt zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 erfolgt eine Heizperiode bzw. Zapfperiode. Zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 erfolgt kein Heizen bzw. Zapfen und zwischen den Zeitpunkten T3 bis T5 erfolgt wiederum eine Heizperiode bzw. Zapfperiode. Zum Zeitpunkt T4 wird die Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers von 75% auf 60% begrenzt, d. h. es erfolgt ein dynamisches Derating. Mittels des in 1 gezeigten Kontrollzählers wird die thermische Belastung sowie die allgemeine Belastung der Hausinstallation oder des elektrischen Durchlauferhitzers erfasst. Insbesondere wird durch den Kontrollzähler die Zeitdauer erfasst, während der elektrische Durchlauferhitzer betrieben wird. Zum Zeitpunkt T4 ist der elektrische Durchlauferhitzer gemäß 1 bereits seit 10 Minuten in Betrieb. Hierbei besteht – bei weiterer Aktivierung des elektrischen Durchlauferhitzers – die Gefahr, dass die thermischen Belastungen zum Auslösen, eines Sicherungselementes in der Hausinstallation führt. Somit erfolgt zum Zeitpunkt T4 eine zweite Begrenzung der Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers.
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Zum Zeitpunkt T5 wird die Heizperiode beendet, so dass die verfügbare Nennleistung des elektrischen Durchlauferhitzers wieder auf 75% der maximalen Nennleistung des elektrischen Durchlauferhitzers begrenzt wird. Zwischen den Zeitpunkten T5 und T6 erfolgt weder ein Heizbetrieb noch ein Zapfbetrieb, daher wird der Kontrollzähler reduziert. Wenn jedoch zum Zeitpunkt T6 wiederum ein Zapf- bzw. Heizbetrieb aktiviert wird, dann wird der Kontrollzähler wieder erhöht bis er zum Zeitpunkt 17 den maximal zulässigen Wert erreicht. Dies hat dann zur Folge, dass die Leistung wieder auf 60% der maximalen Nennleistung begrenzt wird.
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Wenn der Zapfbetrieb zum Zeitpunkt T8 wiederum beendet wird, dann kann die zur Verfügung stehende Leistung von 60% auf 75%. der Nennleistung erhöht werden. Zwischen den Zeitpunkten T8 und T10 erfolgt weder ein Heizbetrieb noch ein Zapfbetrieb. Somit geht der Kontrollzähler auf 0 zurück. Zum Zeitpunkt T10 erfolgt wiederum ein Zapf- bzw. ein Heizbetrieb und der Kontrollzähler fängt wieder an hochzuzählen bis zum Zeitpunkt T11, wo der maximale Wert erreicht wird, so dass die zur Verfügung stehende Leistung von 75% auf 60% der maximalen Nennleistung begrenzt wird.
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Somit wird eine Zeit von 10 Minuten als Kriterium für ein dynamische Derating verwendet, d. h. wenn der elektrische Durchlauferhitzer 10 Minuten durchgehend in Betrieb ist, dann kann eine weitere Reduzierung der Leistung erfolgen. Der Wert des dynamischen Deratings bzw. der dynamischen Leistungsbegrenzung wird in 1 auf 60% festgelegt. Somit wird ein elektrischer Durchlauferhitzer dauerhaft mit einer geringeren Leistung als der Nennleistung betrieben. Wenn der Kontrollzähler einen bestimmten Wert überschreitet, dann wird die Leistung des elektrischen Durchlauferhitzers weiter reduziert. Wenn der Grenzwert des Kontrollzählers somit noch nicht erreicht ist, dann erfolgt eine Leistungsabgabe basierend auf einem ersten Niveau oder Pegel, welches/welcher kleiner als die Nennleistung ist. Wenn jedoch der Schwellwert des Kontrollzählers erreicht wird, dann erfolgt eine Leistungsabgabe basierend auf einem zweiten Niveau oder Pegel, das/der kleiner als der erste Level ist.
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Wie in der 1 gezeigt ist, werden kurze Zapfunterbrechungen beispielsweise zwischen den Zeitpunkten T5 und T6 anders von dem Kontrollzähler gehandhabt als eine große Zapfunterbrechung beispielsweise zwischen den Zeitpunkten T8 und T10. Wenn lediglich eine kurze Zapfunterbrechung vorhanden war, dann wird der Kontrollzähler zwar reduziert aber nicht auf 0 gesetzt. Wenn jedoch eine längere Zapfunterbrechung vorhanden war, dann kann der Kontrollzähler auf 0 gesetzt werden. Die Funktion des Kontrollzählers entspricht beispielsweise einem Integrator mit einer Begrenzung nach oben (10 min) und nach unten (0).
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung zum einen ein statisches Derating, d. h. eine Leistungsbegrenzung auf einen bestimmten Prozentsatz (beispielsweise 75%) und ein dynamisches Derating in Abhängigkeit des Heiz- bzw. Zapfbetriebes des elektrischen Durchlauferhitzers.
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Die Erfindung betrifft den Gedanken, dass bei einer Begrenzung der Leistung eines elektrischen Durchlauferhitzers (maximale Nennleistung 24 kW mit einem Phasenstrom von 35 A) auf eine Leistung von 18 kW der Phasenstrom nur auf 35 A × (18/24)0.5 = 30 A begrenzt wird. Wenn jedoch lediglich eine Sicherung mit 25 A sowie einem Überstromfaktor von 1,2 vorhanden ist, dann kann eine derartige Sicherung allenfalls kurzfristig einen Phasenstrom von 30 A aufnehmen. Somit muss der maximal mögliche Phasenstrom begrenzt werden.
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Die oben angeführten Leistungsreduzierungen auf 75% bei einem statischen Derating und 60% bei einem dynamischen Derating sind lediglich Beispiele. Es sei darauf hingewiesen, dass auch andere Zahlenwerte möglich sind. Ferner ist oben ein Kontrollzähler mit einem Schwellwert von 10 Minuten beschrieben. Auch hier können andere Zahlenwerte verwendet werden.
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Der oben beschriebene Kontrollzähler wird in einem Heiz- bzw. Zapfbetrieb inkrementiert und weist vorzugsweise einen Schwell- bzw. Grenzwert von 10 Minuten auf. Wenn der Heizbetrieb wiederum verlassen wird, dann wird der Kontrollzähler dekrementiert und gegebenenfalls auf 0 begrenzt. Wenn der Kontrollzähler kleiner als der Grenzwert von 10 Minuten ist, dann erfolgt ein statisches Derating bzw. eine statische Leistungsreduzierung auf 75%. Wenn der Kontrollzähler 10 Minuten erreicht hat, dann kann ein dynamische Derating bzw. eine dynamische Leistungsreduzierung auf 60% verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung kann somit beispielsweise ein 24 kW Durchlauferhitzer auf eine Leistung von 21 oder 18 kW beschränkt werden.
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Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass eine Reduzierung der Leistung beispielsweise von 24 kW auf 18 kW sich nicht linear auf den Strom auswirkt. Vielmehr geht die Leistungsreduzierung lediglich mit √2 in eine Reduzierung des Stromes über. Bei einem Derating bzw. einer Reduzierung der Leistung eines Durchlauferhitzers kann es auch bei einer Taktung des Durchlauferhitzers dazu kommen, dass die Phasenströme nicht ausreichend reduziert werden können.
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Obwohl in de obigen Ausführungsbeispielen Bezug genommen wurde auf einen elektrischen Durchlauferhitzer, betrifft die Erfindung ebenfalls ein elektrisches Haustechnikgerät, welches zur Erwärmung von Wasser dient. Ein derartiges Haustechnikgerät kann beispielsweise ein Warmwasserspeicher oder ein Nachtspeicher darstellen.
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Zitierte Patentliteratur
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