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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage mit einem Wärmeerzeuger, mit wenigstens zwei Wärmespeichervolumina und mit wenigstens einem ersten, auf einem höheren Temperaturniveau betriebenen Heizkreis und mit wenigstens einem zweiten, auf einem gegenüber dem ersten Heizkreis niedrigerem Temperaturniveau betriebenen Heizkreis.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm zum Betreiben der Heizungsanlage.
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Stand der Technik
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In der Offenlegungsschrift
DE 31 05 373 A1 ist eine Heizungsanlage beschrieben, bei der als Haupt-Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe vorgesehen ist. Weiterhin ist ein Hilfs-Wärmeerzeuger vorhanden, der dann aktiviert wird, falls die Wärmepumpe das angeforderte Temperaturniveau nicht oder nur mit einem unbefriedigenden Wirkungsgrad zur Verfügung stellen kann. Der Wärmepumpe ist ein Wärmespeicher zugeordnet, der primärseitig an der Wärmepumpe und sekundärseitig an dem Heizkreis angeschlossen ist. Der mit der Wärmepumpe verbundene Vorlauf-Eingang sowie der mit dem Heizkreis-Vorlauf verbundene Vorlauf-Ausgang des Wärmespeichers sind im oberen Bereich und der mit der Wärmepumpe verbundene Rücklauf-Ausgang sowie der mit dem Heizkreis-Rücklauf verbundene Rücklauf-Eingang sind im unteren Bereich des Wärmespeichers angeschlossen, sodass sich eine Wärmeschichtung im Wärmespeicher ausbilden kann.
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Die in der Offenlegungsschrift
DE 32 20 697 A1 beschriebene Heizanlage wird ebenfalls bivalent betrieben, wobei auch hier als Haupt-Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe eingesetzt ist. Der Brenner des Hilfs-Wärmeerzeugers kann im Wärmespeicher integriert sein. Der mit dem Wärmepumpen-Vorlauf verbundene Vorlauf-Eingang und der mit dem Wärmepumpen-Rücklauf verbundene Rücklauf-Ausgang des Wärmespeichers sind gegenüber dem mit dem Heizkreis-Vorlauf verbundenen Vorlauf-Ausgang beziehungsweise dem mit dem Heizkreis-Rücklauf verbundenen Rücklauf-Eingang des Wärmespeichers jeweils nach unten versetzt angeordnet, sodass aufgrund der Temperaturschichtung im Wärmespeicher die Wärmepumpe gegenüber dem Hilfs-Wärmeerzeuger auf einem niedrigeren Temperaturniveau arbeiten kann.
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Die Patentschrift
DE 27 11 144 C2 beschreibt eine Anlage mit einer Wärmepumpe für zwei unabhängige Verbraucherkreise. Vorgesehen sind ein auf einem höheren Temperaturniveau liegender Brauchwasserkreis und ein auf einem niedrigeren Temperaturniveau liegender Fußbodenheizkreis. Der Brauchwasserspeicher dient gleichzeitig als Wärmespeicher für die von der Wärmepumpe bereitgestellte Energie. Der Wärmepumpenkreislauf enthält zwei in Serie geschaltete Wärmetauscher, wobei an einem Wärmetauscher der Heizkreis angeschlossen ist und der andere Wärmetauscher von Brauchwasser durchströmt ist. Mit der bekannten Anordnung wird das von der Wärmepumpe bereitgestellte Temperaturniveau auf zwei an das abnehmende Temperaturniveau im Wärmepumpenkreislauf abgestimmte Verbraucherkreisläufe verteilt.
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Die in der Offenlegungsschrift
DE 100 65 216 A1 beschriebene Anlage umfasst eine Wärmepumpe, einen Brauchwasserspeicher, der auch eine Speicherfunktion für die Wärmepumpe übernimmt, zwei Heizkreise sowie eine Solaranlage. Der Brauchwasserspeicher enthält einen Wärmetauscher, der gemäß einem Ausführungsbeispiel ohne Solaranlage im unteren Bereich des Speichers und bei einem Beispiel mit Solaranlage im oberen Bereich des Speichers angeordnet ist. Der Brauchwasserspeicher erfüllt nur eine Speicherfunktion hinsichtlich des Brauchwassers. Der eine Heizkreis kann gegenüber dem anderen Heizkreis ein höheres Temperaturniveau aufweisen. Beide Heizkreise werden über einen einzigen Vorlauf gespeist. Die Einstellung der Vorlauftemperatur der Heizkreise erfolgt individuell in jedem Heizkreis, zumindest aber innerhalb eines Heizkreises.
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Die in der Offenlegungsschrift
DE 100 33 669 A1 beschriebene Heizungsanlage enthält einen konventionell betriebenen gas- oder ölbefeuerten Wärmeerzeuger, einen alternativ betriebenen Wärmeerzeuger, einen Wärmespeicher, zwei Heizkreise mit unterschiedlichem Temperaturniveau sowie einen Brauchwasserspeicher. Ausgangspunkt ist die Vermeidung einer hohen Taktung des konventionell betriebenen Wärmeerzeugers, die mittels des Wärmespeichers reduziert werden soll. Der Vorlauf des konventionell betriebenen Wärmeerzeugers mündet oben im Wärmespeicher, während der Vorlauf des alternativ betriebenen Wärmeerzeugers aufgrund seines im Allgemeinen niedrigeren Temperaturniveaus im unteren Drittel des Pufferspeichers mündet. Vorhanden ist ein gemeinsamer Vorlauf der beiden Heizkreise, wobei die unterschiedlichen Temperaturniveaus in den Heizkreisen mit Mischern in den Heizkreisen eingestellt werden, die zum Wärmeträger im Heizkreis-Vorlauf bedarfsweise Wärmeträger vom Heizkreis-Rücklauf beimischen.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 007 053 A1 ist eine Heizanlage beschrieben, die einen alternativ betriebenen Wärmeerzeuger wie eine Solaranlage oder eine Wärmepumpe sowie einen konventionell betriebenen Wärmeerzeuger und einen Wärmespeicher enthält. Der konventionell betriebene Wärmeerzeuger wird zumindest zur Temperaturerhöhung oder allein zur Wärmebereitstellung eingesetzt. Die Wärmepumpe gibt ihre Energie in den unteren Bereich des Wärmespeichers ab. Der obere Bereich des Wärmespeichers kann über Eckventile mit dem Vorlauf beziehungsweise Rücklauf des konventionell betriebenen Wärmeerzeugers verbunden werden. Diese Funktion ist vorgesehen, da der Wärmespeicher einen innenliegenden Brauchwasserspeicher oder einen Brauchwasser-Wärmetauscher aufweist. Im Heizbetrieb kann die Energie entweder allein vom unteren Teil des Wärmespeichers bereitgestellt oder über den konventionell betriebenen Wärmeerzeuger geführt und erforderlichenfalls nachgeheizt werden. Die beiden Heizkreise weisen unterschiedliche Temperaturniveaus auf, wobei ein Heizkreis Radiatoren enthält, und der andere Heizkreis als Fußbodenheizung ausgestaltet ist. Beide Heizkreise können entweder parallel betrieben oder in Serie geschaltet werden. Beide Heizkreise werden über einen Heizkreis-Vorlauf versorgt, der vom konventionell betriebenen Wärmeerzeuger ausgeht, welcher nur erforderlichenfalls den über seinen Rücklauf zugeführten Wärmeträger nachheizt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 196 28 818 A1 beschreibt eine Heizungsanlage mit einem Wärmeerzeuger, mit wenigstens zwei Wärmespeichervolumina und mit wenigstens einem ersten, auf einem höheren Temperaturniveau betriebenen Heizkreis und mit wenigstens einem weiteren, auf einem gegenüber dem ersten Heizkreis niedrigerem Temperaturniveau betriebenen Heizkreis. Der auf dem höheren Temperaturniveau betriebene erste Heizkreis ist an einem Vorlaufanschluss eines ersten Wärmespeichervolumens angeschlossen und der mit einem gegenüber dem ersten Heizkreis niedrigerem Temperaturniveau betriebene zweite Heizkreis ist an einem Vorlauf-Ausgang eines zweiten Wärmespeichervolumens angeschlossen. Als Wärmeerzeuger sind ein mit fossiler Energie betriebener Heizkessel sowie eine Solaranlage zur Bereitstellung einer insbesondere auf niedrigem Temperaturniveau liegenden Vorlauftemperatur oder - bei ausreichendem Solarenergieangebot - zur Bereitstellung einer auf höherem Temperaturniveau liegenden Vorlauftemperatur vorgesehen. Alternativ zur Solaranlage kann eine Wärmepumpe als weiterer Wärmeerzeuger vorhanden sein.
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In der Offenlegungsschrift
EP 819 893 A2 , welche auf die Offenlegungsschrift
DE 196 28 818 A1 zurückgeht, ist der Einsatz der in der Offenlegungsschrift
DE 196 28 818 A1 nur kurz erwähnten Wärmepumpe als zusätzlicher Wärmeerzeuger zur Bereitstellung einer auf niedrigem Temperaturniveau liegenden Vorlauf-Temperatur oder zur Erhöhung eines von der in der Offenlegungsschrift
DE 196 28 818 A1 beschriebenen Solaranlage bereitgestellten Temperaturniveaus detaillierter ausgeführt. Demnach kann beispielsweise der Rücklauf der Wärmepumpe direkt mit dem Vorlaufanschluss des mit niedriger Vorlauftemperatur betriebenen Heizkreises verbunden sein. Alternativ kann die Wärmepumpe zur Erhöhung der Wärmeträgertemperatur der von der Solaranlage auf ein niedriges Temperaturniveau vorgewärmten Wärmeträgertemperatur eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Nutzung der Abwärme der Wärmepumpe durch Beimischung des in einen Wärmeverbraucher fließenden Wärmeträgers vorgesehen sein. Bei den beschriebenen Einsatzmöglichkeiten einer Wärmepumpe ist kein variabler Eingriff in das Temperaturniveau der Wärmepumpe vorgesehen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 33 43 398 A1 ist eine Wärmepumpen-Heizanlage bekannt geworden, die im Teillastbereich zwischen 0 % und 100 % betrieben werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage mit einem als Wärmepumpe ausgestalteten Wärmeerzeuger, mit wenigstens zwei Wärmespeichervolumina und mit wenigstens einem ersten, auf einem höheren Temperaturniveau betriebenen Heizkreis sowie mit wenigstens einem zweiten, auf einem gegenüber dem ersten Heizkreis niedrigerem Temperaturniveau betriebenen Heizkreis, das einen möglichst niedrigen Energieeinsatz erfordert.
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Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage sieht einem Wärmeerzeuger, wenigstens zwei Wärmespeichervolumina, wenigstens einen ersten, auf einem höheren Temperaturniveau in einem Bereich von 40°C bis 90°C betriebenen Heizkreis sowie wenigstens einen zweiten, auf einem gegenüber dem ersten Heizkreis niedrigeren Temperaturniveau in einem Bereich von 25°C bis 45°C betriebenen Heizkreis vor, der auf dem höheren Temperaturniveau betriebenen Heizkreises an einem Vorlauf-Ausgang eines ersten Wärmespeichervolumens angeschlossen ist, und der auf dem gegenüber dem ersten Heizkreis mit niedrigerem Temperaturniveau betriebene zweite Heizkreis an einem Vorlauf-Ausgang eines zweiten Wärmespeichervolumens angeschlossen ist, wobei als Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe vorgesehen, die die Heizwärme für sowohl den wenigstens einen ersten Heizkreis als auch den wenigstens einen zweiten Heizkreis bereitstellt, wobei die Temperatur des Wärmeträgers im Wärmeerzeuger-Vorlauf auf die wenigstens zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus der Heizkreise eingestellt wird, wobei bei einer Wärmeanforderung vom mit dem höheren Temperaturniveau betriebenen ersten Heizkreis der Wärmeerzeuger mit einer entsprechend höheren Temperatur des Wärmeträgers Wärmeerzeuger-Vorlauf im betrieben wird, wobei der Wärmeerzeuger-Vorlauf mit dem Vorlauf-Eingang des ersten Wärmespeichervolumens und der Wärmeerzeuger-Rücklauf mit dem Rücklauf-Ausgang des ersten Wärmespeichervolumens verbunden werden, und bei einer Wärmeanforderung vom zweiten, mit niedrigerem Temperaturniveau betriebenen Heizkreis der Wärmeerzeuger mit einer entsprechend niedrigeren Temperatur des Wärmeträgers im Wärmeerzeuger-Vorlauf betrieben wird, wobei der Wärmeerzeuger-Vorlauf mit dem Vorlauf-Eingang des zweiten Wärmespeichervolumens und der Wärmeerzeuger-Rücklauf mit dem Rücklauf-Ausgang des zweiten Wärmespeichervolumens verbunden werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage weist den wesentlichen Vorteil auf, dass die Wärmepumpe effizient betrieben werden kann. Dadurch wird die benötigte Energie zum Betreiben der Heizungsanlage minimiert. Die erhöhte Vorlauftemperatur muss die Wärmepumpe nur dann bereitstellen, wenn der erste Heizkreis, der mit dem gegenüber dem zweiten Heizkreis höheren Temperaturniveau betrieben wird, einen Wärmebedarf signalisiert. In den Zeiten, in welchen dies nicht der Fall ist und lediglich der zweite Heizkreis, der mit dem gegenüber dem ersten Heizkreis mit dem niedrigeren Temperaturniveau betrieben wird, Wärme anfordert, muss die Wärmepumpe nur eine niedrigere Vorlauftemperatur bereitstellen und wird daher mit einem niedrigeren Temperaturniveau betrieben.
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Ein niedrigeres Temperaturniveau der Wärmepumpe kann mit einem höheren Wärmepumpen-Wirkungsgrad bereitgestellt werden. Insbesondere entfallen jedoch die bei höheren Temperaturen zunehmenden unvermeidlichen Wärmeverluste an unerwünschten Stellen der Heizungsanlage.
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Die Wärmespeichervolumina sorgen einerseits dafür, dass kurzfristig ein erhöhter Wärmebedarf eines Heizkreises gedeckt werden kann. Insbesondere vermeiden die Wärmespeichervolumina einen unregelmäßigen Betrieb der Wärmepumpe, die dadurch mit weniger Einschaltvorgängen betrieben wird, sodass sich ein geringerer Verschleiß ergibt.
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Die beschriebenen Vorteile kommen besonders zum Tragen, weil als Wärmeerzeuger eine Wärmepumpe vorgesehen ist. Bei Wärmepumpen wird die Effizienz durch eine Leistungszahl beschrieben, die als Quotient der abgegebenen Wärmeleistung und der aufgenommenen elektrischen Leistung wiedergegeben wird. Die Leistungszahl hängt vom Vorlauf- und Rücklauftemperaturniveau des Wärmeverbrauchers und von der Temperatur der Wärmequelle ab, von welcher ausgehend die Wärmepumpe das Temperaturniveau erhöht. Die Leistungszahl einer Wärmepumpe beträgt bei einer Vorlauftemperatur von 50° C beispielsweise 3,0 und bei einer Vorlauftemperatur von 35° C beispielsweise 4,5 - 4,8. Darüber hinaus steigt die Leistungszahl, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Wärmepumpen-Vorlauf- und Wärmepumpen-Rücklauftemperatur möglichst hoch ist. Bei einer Temperaturdifferenz von beispielsweise 10° C arbeitet die Wärmepumpe um beispielsweise 10 — 15 % effizienter als bei einer Temperaturdifferenz von 5° C.
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Nachdem die Temperatur der Wärmequelle, beispielsweise die Temperatur des Erdreichs oder die Lufttemperatur nicht beeinflussbar ist, kann eine Erhöhung der Leistungszahl nur durch eine sorgfältige Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben der Heizungsanlage erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage erhöht im zeitlichen Mittel die Leistungszahl der Wärmepumpe dadurch, dass nur bedarfsweise die Wärmepumpen-Vorlauftemperatur auf das vom ersten Heizkreis benötigte höhere Temperaturniveau umgeschaltet wird. Bei einem zu beheizenden Gebäude mit einer Aufteilung zwischen erstem und zweitem Heizkreis von 50 % zu 50 % kann die Leistungszahl gemäß dem beschriebenen Leistungszahlbeispiel von 3,0 auf 3,75 - 3,9, entsprechend einem Effizienzgewinn von 20 - 30 % steigen. Je größer der Anteil des zweiten Heizkreises mit dem niedrigeren Temperaturniveau ausfällt, desto höher fällt der Effizienzgewinn aus.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergibt sich aus einem abhängigen Verfahrensanspruch.
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Mit der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Wärmepumpen-Vorlauf mit dem Vorlauf-Eingang des ersten Wärmespeichervolumens und der Wärmepumpen-Rücklauf mit dem Rücklauf-Ausgang des zweiten Speichervolumens verbunden werden, wobei weiterhin beide Wärmespeichervolumina hydraulisch verbunden sind, können beide Wärmespeichervolumina zur gleichzeitigen Versorgung der beiden Heizkreise in Serie miteinander verbunden werden.
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Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes Computerprogramm zur Steuerung einer Heizungsanlage vorgesehen, wobei das Computerprogramm alle Schritte des Verfahrens ausführt, wenn das Programm in einem Computer des Heizungssteuergeräts abläuft.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Heizungsanlage mit zwei getrennten Wärmespeichern, wobei der im Bild gezeigte untere Wärmespeicher von einem Wärmeträger durchströmt ist,
- 2 zeigt eine Heizungsanlage mit zwei getrennten Wärmespeichern, wobei der im Bild gezeigte obere Wärmespeicher von einem Wärmeträger durchströmt ist,
- 3 zeigt eine Heizungsanlage mit zwei getrennten Wärmespeichern, wobei beide Wärmespeicher von einem Wärmeträger durchströmt sind,
- 4 zeigt eine Heizungsanlage mit einem Wärmespeicher, der ein oberes und unteres Wärmespeichervolumen enthält, wobei das untere Wärmespeichervolumen von einem Wärmeträger durchströmt ist,
- 5 zeigt eine Heizungsanlage mit einem Wärmespeicher, der ein oberes und unteres Wärmespeichervolumen enthält, wobei das obere Wärmespeichervolumen von einem Wärmeträger durchströmt ist,
- 6 zeigt eine Heizungsanlage mit einem Wärmespeicher, der ein oberes und unteres Wärmespeichervolumen enthält, wobei beide Wärmespeichervolumina von einem Wärmeträger durchströmt sind und
- 7 zeigt ein Heizungssteuergerät.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Heizungsanlage 10 mit einem als Wärmepumpe realisierten Wärmeerzeuger 12, der einen Wärmeerzeuger-Vorlauf 14 und einen Wärmeerzeuger-Rücklauf 16 aufweist. Der Wärmeerzeuger-Vorlauf 14 ist über eine Umwälzpumpe 18 mit einem ersten Umschaltventil 20 verbunden, das einen Wärmeträger 22 entweder zu einem Vorlauf-Eingang 24 eines ersten Wärmespeichervolumens 26 oder mit einem Vorlauf-Eingang 28 eines zweiten Wärmespeichervolumens 30 leitet.
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Das erste Wärmespeichervolumen 26 ist in einem ersten Wärmespeicher 32 enthalten, der weiterhin einen Rücklauf-Ausgang 34, einen Vorlauf-Ausgang 36 sowie einen Rücklauf-Eingang 38 aufweist.
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Im ersten Wärmespeicher 32 sind ein oberer Temperaturfühler 40 zur Messung der Wärmeträger-Temperatur im oberen Bereich 42 und ein unterer Temperaturfühler 44 zur Messung der Wärmeträger-Temperatur im unteren Bereich 46 des ersten Wärmespeichervolumens 26 angeordnet.
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Der Vorlauf-Ausgang 36 ist und der Rücklauf-Eingang 38 sind mit einem ersten Heizkreis 48 verbunden, der einen ersten Mischer 50, eine erste Heizkreispumpe 52 sowie eine erste Heizeinrichtung 54 mit einem Heizeinrichtungs-Vorlauf 56 und einem Heizeinrichtungs-Rücklauf 58 enthält, wobei der Heizeinrichtungs-Rücklauf 58 zum ersten Mischer 50 und zum Rücklauf-Eingang 38 führt.
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Der Wärmeerzeuger-Rücklauf 16 ist mit einem zweiten Umschalter 60 verbunden, der den Wärmeerzeuger-Rücklauf 16 entweder mit dem Rücklauf-Ausgang 34 des ersten Wärmespeichervolumens 26 oder mit einem Rücklauf-Ausgang 62 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 verbindet.
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Das zweite Wärmespeichervolumen 30 ist in einem zweiten Wärmespeicher 64 enthalten, der neben dem Vorlauf-Eingang 28 und dem Rücklauf-Ausgang 62 einen Vorlauf-Ausgang 66 sowie einen Rücklauf-Eingang 68 aufweist.
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Im zweiten Wärmespeicher 64 sind ein oberer Temperaturfühler 70 zur Messung der Wärmeträger-Temperatur im oberen Bereich 72 und ein unterer Temperaturfühler 74 zur Messung der Wärmeträger-Temperatur im unteren Bereich 76 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 angeordnet.
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Der Vorlauf-Ausgang 66 und der Rücklauf-Eingang 68 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 sind mit einem zweiten Heizkreis 78 verbunden, der einen zweiten Mischer 80, eine zweite Heizkreispumpe 82 sowie eine zweite Heizeinrichtung 84 mit einem Heizeinrichtungs-Vorlauf 86 und einem Heizeinrichtungs-Rücklauf 88 enthält, wobei der Heizeinrichtungs-Rücklauf 88 zum zweiten Mischer 80 und zum Rücklauf-Eingang 68 führt.
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Der untere Bereich 46 des ersten Wärmespeichervolumens 26 ist über eine Verbindungsleitung 90 mit dem oberen Bereich 72 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 hydraulisch verbunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Heizungsanlage 10 arbeitet folgendermaßen:
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Der erste Heizkreis 48 benötigt ein höheres Temperaturniveau als der zweite Heizkreis 78. Der erste Heizkreis 48 enthält als Heizungseinrichtung 54 beispielsweise wenigstens einen Konvektionsheizkörper und/oder wenigstens einen Lufterhitzer. Das Temperaturniveau kann beispielsweise in einem Bereich von 40 - 90° C liegen. Der zweite Heizkreis 78 benötigt im Vergleich dazu ein geringeres Temperaturniveau, welches beispielsweise im Bereich von 25-45° C liegen kann. Der zweite Heizkreis enthält als Heizungseinrichtung beispielsweise eine Fußbodenheizung und/oder eine Wand- und/oder eine Deckenheizung.
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Der Wärmeerzeuger 12 muss die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers 22, beispielsweise Wasser, auf entweder das höhere oder das niedrigere Temperaturniveau festlegen. In Abhängigkeit von der Wärmeanforderung der beiden Heizkreise 48, 78 muss der Wärmeerzeuger 12 die Temperatur am Wärmeerzeuger-Vorlauf 14 jedoch nicht dauernd mit dem höheren Temperaturniveau bereitstellen. Das Betreiben des Wärmeerzeugers 12 mit dem niedrigeren Temperaturniveau senkt zunächst die Temperaturverluste, die mit steigender Temperatur zunehmen. Hierbei steigt auch der Wirkungsgrad des als Wärmepumpe ausgestalteten Wärmeerzeugers 12 erheblich.
Die mit einer Wärmepumpe erzielbaren Verbesserungen der Leistungszahl bei niedrigerem Temperaturniveau wurden bereits zuvor detailliert beschrieben. Bei der Auslegung der Heizungsanlage 12 ist daher anzustreben, dass hauptsächlich der zweite Heizkreis 78 mit dem niedrigeren Temperaturniveau in Betrieb ist und der erste Heizkreis 48 mit dem höheren Temperaturniveau entsprechend weniger benötigt wird, wobei der erste Heizkreis 48 allein oder zusätzlich zum zweiten Heizkreis 78 in Betrieb genommen werden kann.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird nur der zweite Heizkreis 78 mit Wärmeenergie versorgt. Das erste Umschaltventil 20 leitet daher den Wärmeträger 22 zum Vorlauf-Eingang 28 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 und das zweite Umschaltventil 60 verbindet den Rücklauf-Ausgang 62 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 mit dem Wärmeerzeuger-Rücklauf 16. Der Wärmeträger 22 strömt im zweiten Wärmespeicher 64 von oben nach unten. Die Strömung des Wärmeträgers 22 im zweiten Wärmespeichervolumen 30 ist durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Der Strömungsweg des Wärmeträgers 22 in 1 sowie in den folgenden Figuren ist durch dickere Linien hervorgehoben. Bei der Auslegung des zweiten Wärmespeichers 64 ist darauf zu achten, dass keine turbulenten Strömungen ausgebildet werden, um eine möglichst ungestörte Temperaturschichtung zu erhalten.
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Falls erforderlich, kann im zweiten Heizkreis 78 die Temperatur mittels des gegebenenfalls vorgesehenen zweiten Mischers 80 dadurch beeinflusst werden, dass der zweite Mischer 80 einen Teil des aus dem Heizeinrichtungs-Rücklauf 88 zurückströmenden Wärmeträgers 22 zum Vorlauf dazu mischt.
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Die Umwälzpumpe 18 kann eine temperaturgeregelte Pumpe sein, deren Fördermenge in Abhängigkeit von der erforderlichen Vorlauftemperatur des Heizkreises festgelegt wird.
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Ebenso kann die erste Heizkreispumpe 82 eine temperaturgeregelte Pumpe sein, deren Fördermenge in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizungseinrichtungs-Vorlauf 86 und dem Heizungseinrichtungs-Rücklauf 88 festgelegt wird.
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2 zeigt einen Betriebszustand der erfindungsgemäßen Heizungsanlage10, bei dem nur der erste Heizkreis 48 mit Wärmeenergie versorgt wird.
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Diejenigen in 2 gezeigten Teile, die mit den in 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen jeweils dieselben Bezugszeichen. Dieselbe Vereinbarung soll auch für die folgenden Figuren gelten.
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Das erste Umschaltventil 20 leitet den Wärmeträger 22 nunmehr zum Vorlauf-Eingang 24 des ersten Wärmespeichervolumens 26 und das zweite Umschaltventil 60 verbindet den Rücklauf-Ausgang 34 des ersten Wärmespeichervolumens 26 mit dem Wärmeerzeuger-Rücklauf 16. Der Wärmeträger 22 strömt im ersten Wärmespeicher 32 von oben nach unten. Die Strömung des Wärmeträgers 22 im ersten Wärmespeichervolumen 26 ist wieder durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Bei der Auslegung des ersten Wärmespeichers 32 ist ebenfalls darauf zu achten, dass keine turbulenten Strömungen ausgebildet werden, um auch im ersten Wärmespeichervolumen 26 eine möglichst ungestörte Temperaturschichtung zu erhalten.
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Falls erforderlich, kann im ersten Heizkreis 48 die Temperatur mittels des gegebenenfalls vorgesehenen ersten Mischers 50 dadurch beeinflusst werden, dass der erste Mischer 50 einen Teil des aus dem Heizeinrichtungs-Rücklauf 58 zurückströmenden Wärmeträgers 22 zum Vorlauf dazumischt.
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Die zweite Heizkreispumpe 52 kann wieder eine temperaturgeregelte Pumpe sein, deren Fördermenge in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizungseinrichtungs-Vorlauf 56 und dem Heizungseinrichtungs-Rücklauf 58 festgelegt wird.
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3 zeigt einen Betriebszustand der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 10, bei dem beide Heizkreise 48, 78 mit Wärmeenergie versorgt werden. Rein prinzipiell können beide Heizkreise 48, 78 in zeitlicher Folge mit Energie versorgt werden. Hier soll jedoch ein Ausführungsbeispiel gezeigt werden, bei dem beide Wärmespeichervolumina 26, 30 in Serie geschaltet sind, sodass beide Wärmespeichervolumina 26, 30 vom Wärmeträger 22 durchströmt werden, wobei die Strömungen wieder durch die unterbrochenen Linien angedeutet sind. Wieder rein prinzipiell könnte der Rücklauf-Ausgang 34 des ersten Wärmespeichervolumens 26 unmittelbar mit dem Vorlauf-Eingang 28 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 verbunden werden. Hierzu wäre jedoch ein weiteres Umschaltventil oder ein Vierwegeventil erforderlich. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist daher die Verbindungsleitung 90 vorgesehen, welche den unteren Bereich 46 des ersten Wärmespeichervolumens 26 mit dem oberen Bereich 72 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 verbindet, wobei der Wärmeträger 22 durch die Verbindungsleitung 90 strömt. Das erste Umschaltventil 20 verbindet hierbei den Wärmeerzeuger-Vorlauf 14 mit dem Vorlauf-Eingang 24 des ersten Wärmespeichervolumens 26 und das zweite Umschaltventil 60 verbindet den Rücklauf-Ausgang 62 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 mit dem Wärmeerzeuger-Rücklauf 16. Bei diesem Betrieb werden das höhere Temperaturniveau im ersten Wärmespeichervolumen 26 und das niedrigere Temperaturniveau im zweiten Wärmespeichervolumen 30 sowie die Temperaturschichtungen in beiden Wärmespeichervolumina 26, 30 wenigstens näherungsweise aufrechterhalten. Aufgrund der vergleichsweise hohen Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeerzeuger-Vorlauf 14 und dem Wärmeerzeuger-Rücklauf 16 ergibt sich bei dem als Wärmepumpe realisierten Wärmeerzeuger 12 eine höhere Leistungszahl, entsprechend einem höheren Wirkungsgrad, wie bereits weiter oben beschrieben.
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Bei den in den 4 - 6 gezeigten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Heizungsanlage ist anstelle von zwei getrennten Wärmespeichern 32, 64 ein einziger Wärmespeicher 92 vorgesehen. Das erste Wärmespeichervolumen 26 ist im oberen Teil 94 und das zweite Wärmespeichervolumen 30 im unteren Teil 96 des Wärmespeichers 92 angeordnet. Beide Teile 94, 96 können mit einer Trenneinrichtung 98, die beispielsweise als Lochblende ausgestaltet ist, voneinander zumindest teilweise abgegrenzt sein. Die Trenneinrichtung 98 hat die Aufgabe, die beiden Wärmespeichervolumina 26, 30 voneinander derart abzugrenzen, dass die unterschiedlichen Temperaturniveaus aufrechterhalten werden können. Außerdem soll die Trenneinrichtung 98 die Strömung des Wärmeträgers 22 derart beeinflussen, dass keine turbulente Strömung entsteht, sodass die Ausbildung einer Temperaturschichtung unterstützt wird, die sich über beide Wärmespeichervolumina 26, 30 erstreckt. Die Trenneinrichtung 98 ist daher strömungsdurchlässig zu realisieren.
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Die Heizungsanlage 10 kann einen nicht näher gezeigten Brauchwasserspeicher enthalten. In 4 sind strichlinierte Leitungen eingetragen, wobei die zu einem ebenfalls nicht näher gezeigten Brauchwasserwärmetauscher führende Vorlaufleitung nach der Umwälzpumpe 18 abzweigt und die Rücklaufleitung in den Wärmeerzeuger-Rücklauf 16 mündet. Rein prinzipiell wäre ein Anschluss des Brauchwasser-Wärmetauschers auch beispielsweise am ersten Wärmespeichervolumen 26 denkbar, wobei in diesem Fall die Vorlaufleitung am Vorlauf-Ausgang 36 und die Rücklaufleitung am Rücklauf-Eingang 38 des ersten Wärmespeichervolumens 26 oder die Rücklaufleitung alternativ am Rücklauf-Eingang 68 des zweiten Wärmespeichervolumens 30 angeschlossen werden könnte.
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Die in 4 gezeigte Betriebsart entspricht der in 1 gezeigten Betriebsart. Ebenso entsprechen sich die in den 5 und 2 sowie den 6 und 3 gezeigten Betriebsarten.
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Die Ausgestaltung mit nur einem einzigen Wärmespeicher 92, welcher die beiden Wärmespeichervolumina 26, 30 beherbergt, führt insbesondere bei kleineren Heizungsanlagen 10 zu einer wirtschaftlichen Lösung.
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Die Steuerung der Heizungsanlage 10 übernimmt das in 7 gezeigte Heizungssteuergerät 100, das ein Display 102 sowie Bedienelemente 104 aufweist.
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Die von den Temperaturfühlern 40,44, 70, 74 sowie weiteren, nicht näher gezeigten Temperaturfühlern gemessenen Temperaturen des Wärmeträgers 22 oder gemessenen Temperaturen der zu beheizenden Räume werden dem Heizungssteuergerät 100 als Eingangssignale 106 zur Verfügung gestellt, in Signaleingangsschaltungen 108 des Heizungssteuergeräts 100 erfasst und aufbereitet.
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Die Umschaltventile 20, 60 und die Mischer 50, 80 werden von Ansteuersignalen 110 angesteuert, welche eine Ausgangsschaltung 112 des Heizungssteuergeräts 100 festlegt und bereitstellt.
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Das Heizungssteuergerät 100 enthält weiterhin einen ersten und wenigstens einen zweiten Temperaturregler 114, 116, welche die Funktion zur Regelung der Temperatur der zu beheizenden Räume und/oder die Regelung der unterschiedlichen Temperaturniveaus des Wärmeerzeugers 12 übernehmen.
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Das Heizungssteuergerät 100 enthält weiterhin einen Computer 118, der das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 10 als Computerprogramm abarbeitet. Zumindest die Regler 114, 116 können allein durch das Computerprogramm realisiert sein. Das Computerprogramm kann im Heizungssteuergerät 100 in einem Speicher enthalten sein. Das Computerprogramm kann auf einem Datenträger gespeichert sein oder beispielsweise über das Internet bereitgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Heizungsanlage 10 wurde mit den beiden Wärmespeichervolumen 26, 30 beschrieben, die auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus liegen. Die Heizungsanlage 10 kann selbstverständlich noch weitere Wärmespeichervolumina enthalten, die auf von den bereits vorhandenen zwei Temperaturniveaus abweichenden Temperaturniveaus liegen. In diesem Fall enthalten die Heizungsanlagen 10 jedoch in jedem Fall die beschriebenen wenigstens zwei Wärmespeichervolumina 26, 30 mit den zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus.
