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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Entnahmemenge von Heißwasser sowie eine hierfür geeignete Sanitärarmatur. Solche Sanitärarmaturen werden insbesondere im Zusammenhang mit Spülbecken und/oder Waschbecken verwendet.
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Aus dem Stand der Technik sind Sanitärarmaturen bekannt, mit denen ein aus einem Kaltwasser und einem Warmwasser gemischtes Mischwasser mit einer Mischwassertemperatur von ca. 20–60°C (Celsius) gezapft werden kann. Weiter sind Sanitärarmaturen bekannt, mit denen zusätzlich auch ein Heißwasser mit einer Heißwassertemperatur von mindestens 90°C gezapft werden kann. Das Heißwasser kann beispielsweise zum Kochen oder zur Zubereitung von Heißgetränken, wie Kaffee oder Tee, verwendet werden. Weiter kann das Wasser gegebenenfalls auch zu Reinigungszwecken durch die Sanitärarmatur hindurchgeführt werden. Hierzu wird das Heißwasser mit einem Heißwasserboiler erhitzt, der beispielsweise unter einer Küchenarbeitsplatte oder Spüle angeordnet sein kann. Der Heißwasserboiler weist Heizelemente auf, mit denen das Heißwasser in einen Heißwasserreservoir des Boilers kontinuierlich auf mindestens 90°C erhitzt wird. Ein Nachheizen des Heißwassers in dem Heißwasserboiler erfolgt dann, wenn die Heißwassertemperatur auf eine (vorgegebene) Mindesttemperatur absinkt, die unterhalb oder genau bei 90°C liegt. Zur Überwachung der Heißwassertemperatur können in dem Heißwasserreservoir Temperatursensoren angeordnet sein. Nachteilig an den bekannten Sanitärarmaturen ist, dass eine Entnahmemenge des Heißwassers mit der Sanitärarmatur nicht ohne zusätzliche Sensoren bestimmbar ist, die zusätzliche Kosten verursachen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung einer Entnahmemenge eines Heißwassers mit einer Sanitärarmatur anzugeben, das keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Darüber hinaus soll auch eine Sanitärarmatur angegeben werden, mit der eine Bestimmung der Entnahmemenge des Heißwassers ohne zusätzliche Sensoren ermöglicht wird.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren und einer Sanitärarmatur gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Entnahmemenge eines Heißwassers mit einer Sanitärarmatur. Mit der Sanitärarmatur kann einerseits Mischwasser, das aus einem Kaltwasser und einem mit einer ersten Heizvorrichtung erhitzten Warmwasser gemischt ist, und andererseits mit einer zweiten Heizvorrichtung erhitztes Heißwasser mit einer Heißwassertemperatur von mindestens 90°C gezapft bzw. bereitgestellt werden. Das Verfahren weist hierbei zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Detektieren einer Temperaturänderung des Heißwassers in einem Heißwasserreservoir der zweiten Heizvorrichtung; und
- b) Bestimmen der Entnahmemenge des Heißwassers mit der Sanitärarmatur anhand der Temperaturänderung.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren wird insbesondere bei bzw. mit Sanitärarmaturen angewendet, die insbesondere im Zusammenhang mit Spülbecken und/oder Waschbecken verwendet werden. Solche Sanitärarmaturen weisen insbesondere ein Mischventil oder ein Thermostatventil auf, mittels dem ein Kaltwasser mit einer Kaltwassertemperatur und ein Warmwasser mit einer Warmwassertemperatur zu einem Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur mischbar sind. Die Kaltwassertemperatur beträgt dabei insbesondere 0°C bis 20°C und/oder die Warmwassertemperatur insbesondere 20°C bis 80°C. Das Warmwasser wird mit einer ersten Heizvorrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine Zentralheizung eines Gebäudes oder eine Warmwassertherme handeln kann, erhitzt und der Sanitärarmatur über eine Warmwasserleitung zugeführt. Entsprechend wird das Kaltwasser der Sanitärarmatur über eine Kaltwasserleitung (ohne regelbaren Heizer) zugeführt. Darüber hinaus weist die Sanitärarmatur eine zweite Heizvorrichtung auf, mit der Heißwasser auf eine Heißwassertemperatur von mindestens 90°C erhitzbar ist. Bei der zweiten Heizvorrichtung handelt es sich insbesondere um einen Heißwasserboiler mit einem Heißwasserreservoir, wobei das Heißwasserreservoir insbesondere ein Fassungsvermögen von weniger als 13 l, vorzugweise von weniger als 10 l [Liter] aufweist. Die Heizvorrichtung kann zumindest ein Heizelement umfassen, mittels der das Heißwasser in dem Heißwasserreservoir erhitzbar ist. Weiterhin ist die zweite Heizvorrichtung mit der Sanitärarmatur über eine (bevorzugt vollständig separate) Heißwasserleitung verbunden, die insbesondere eine Leitungslänge von weniger als 2,0 m [Meter], bevorzugt weniger als 1,0 m, hat.
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In Schritt a) des Verfahrens wird zunächst eine Temperaturänderung des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir der zweiten Heizvorrichtung detektiert. Hierzu kann in dem Heißwasserreservoir zumindest ein Temperatursensor angeordnet sein, der insbesondere datenleitend mit einer Steuerung, die insbesondere einen Mikroprozessor und/oder einen Datenspeicher umfasst, verbunden ist. Da solche Heizvorrichtungen regelmäßig immer mindestens einen Temperatursensor zur Kontrolle der Heißwassertemperatur in dem Heißwasserreservoir ausgestattet sind, werden für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Bestimmung der Entnahmemenge des Heißwassers keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Vielmehr wird der Temperaturverlauf des Heißwassers beim Aufheizen und/oder Abkühlen in dem Heißwasserreservoir erfasst und bewertet.
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Für die Heißwassertemperatur des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir der zweiten Heizvorrichtung können (unter Berücksichtigung des verwendeten Typs der zweiten Heizvorrichtung) spezifische Temperaturkurven bestimmt werden, die von der Füllmenge des Heißwasserreservoirs mit Heißwasser, einem Wärmeleitwert einer Isolierung des Heißwasserreservoirs und einer Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung abhängen. Das in dem Heißwasserreservoir enthaltene Heißwasser weist zudem eine Wärmekapazität auf, die von der Masse des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir abhängig ist. Das Heißwasser in dem Heißwasserreservoir kühlt sich in Abhängigkeit des Wärmeleitwerts der Isolierung des Heißwasserreservoirs beziehungsweise der zweiten Heizvorrichtung mit einer (ersten) Abkühlrate von 1°K/tx1 [Kelvin pro Zeiteinheit] ab, wenn keine Beheizung mittels der zweiten Heizvorrichtung erfolgt. Bei einer Entnahme des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoir mittels der Sanitärarmatur verringert sich die Masse des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir und folglich auch die Wärmekapazität des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir, woraus sich eine (zweite) Abkühlrate von 1°K/tx2 ergibt. Bevorzugt wird die Masse des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir der zweiten Heizvorrichtung (nahezu) konstant gehalten, indem bei einer Entnahme des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoir gleichzeitig neues Wasser nachgefüllt wird. Da das nachgefüllte Wasser eine abweichende beiziehungsweise eine niedrigere Temperatur als das Heißwasser in dem Heißwasserreservoir aufweist, ergibt sich für die Gesamtmasse aus der Masse des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir und der Masse des nachgefüllten Wassers ebenfalls eine spezifische (dritte) Abkühlrate von 1°K/tx3. Aus dem Grad der Änderung der Heißwassertemperatur in dem Heißwasserreservoir kann die Menge der Wasserentnahme beziehungsweise Wasserzuführung in Schritt b) hergeleitet werden. Es sind somit unterschiedliche Systemzustände anhand der jeweils charakteristischen spezifischen Abkühlrate identifizierbar. So ist beispielsweise die Höhe der Abkühlrate positiv mit der Entnahmemenge des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoir der zweiten Heizvorrichtung korreliert. Somit sind zusätzliche Sensoren wie Strömungswächter oder Durchflussmesser überflüssig.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn in Schritt a) die Detektierung der Temperaturänderung mit zumindest einem Temperatursensor in dem Heißwasserreservoir erfolgt. Bei einer Mehrzahl von Temperatursensoren in dem Heißwasserreservoir kann die Detektierung der Temperaturänderung des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir durch Berechnung einer Durchschnittstemperatur erfolgen.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn in Schritt a) die Heißwassertemperatur des Heißwassers zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten bestimmt wird. Hierdurch kann durch Bildung einer Differenz zwischen der Heißwassertemperatur zu einem ersten Zeitpunkt und der Heißwassertemperatur zu einem zweiten bzw. zu mindestens einem weiteren Zeitpunkt besonders einfach die Temperaturänderung (bzw. zeitliche Temperaturänderungsrate) bestimmt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in Schritt a) ein Verlauf der Heißwassertemperatur des Heißwassers über die Zeit erfasst wird. Dies bedeutet insbesondere, dass die Heißwassertemperatur des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir mit sehr hoher Häufigkeit oder sogar kontinuierlich erfasst wird.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn aus dem Verlauf der Heißwassertemperatur eine Funktion der Heißwassertemperatur in Abhängigkeit von einer Zeit gebildet wird. Bei der Funktion handelt es sich insbesondere um eine mathematische Funktion, die den konkreten Zusammenhang zwischen der Heißwassertemperatur und der Zeit für die tatsächliche Anwendung angibt.
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Vorzugsweise wird die Temperaturänderung durch Ableitung der Funktion berechnet. Hierdurch kann die Temperaturänderung durch ein einfaches mathematisches Verfahren bestimmt werden.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn die in Schritt a) detektierte Temperaturänderung zumindest (auch) zur Erkennung einer Leckage, einer fehlenden oder unzureichenden Wassernachführung, einer abweichenden Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung oder von Standzeiten des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir verwendet wird. Bevorzugt ist, wenn anhand der detektierten Temperaturänderung mehrere oder sogar alle vorstehenden Überwachungsfunktionen mit vorgenommen werden. Bei einer Leckage (in der Zuführleitung hin zum Heißwasserreservoir) wird kontinuierlich eine geringe Menge von Kaltwasser dem Heißwasserreservoir der zweiten Heizvorrichtung nachgeführt. Hierdurch sinkt die Heißwassertemperatur in einer Ruhephase der Sanitärarmatur beziehungsweise der zweiten Heizvorrichtung über einen längeren Zeitraum geringfügig schneller, als durch eine reine Abkühlung des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir zu erwarten wäre. Bei einer fehlenden oder unzureichenden Wassernachführung ist die Masse des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir nicht (im Wesentlichen) konstant, sondern verringert sich bei einer Entnahme des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoirs mittels der Sanitärarmatur. Hierdurch verringert sich die Wärmekapazität des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir, sodass die Heißwassertemperatur in einer Heizphase der zweiten Heizvorrichtung schneller steigt, als dies bei einer intakten Wassernachführung zu erwarten wäre. Eine Standzeit des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir kann durch Bestimmung einer Zeitspanne detektiert werden, in der die Heißwassertemperatur des Heißwassers in dem Heißwasserreservoir mit einer (erwarteten bzw. vorgegebenen) Geschwindigkeit sinkt, die bei einem Unterbleiben einer Entnahme des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoir und einem Unterbleiben einer Nachführung von Kaltwasser in das Heißwasserreservoir regelmäßig zu erwarten ist.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn in Schritt b) die Bestimmung der Entnahmemenge des Heißwassers mit einer Steuerung der Sanitärarmatur erfolgt. Die Steuerung ist insbesondere datenleitend mit dem zumindest einen Temperatursensor der zweiten Heizvorrichtung verbunden.
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Einem weiteren Aspekt folgend, wird auch eine Sanitärarmatur angegeben, die ein Armaturengehäuse mit einem Auslauf aufweist, wobei ein Mischwasser mittels der Sanitärarmatur aus einem Kaltwasser und einem mit einer ersten Heizvorrichtung erhitzbarem Warmwasser mischbar ist, und weiter eine zweite Heizvorrichtung aufweist, mit der ein Heißwasser auf eine Heißwassertemperatur von mindestens 90°C erhitzbar ist, wobei die zweite Heizvorrichtung mit einer Steuerung steuerbar ist, die zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet und vorgesehen ist. Bezüglich weiterer Einzelheiten der Sanitärarmatur wird auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen beispielhaft und schematisch:
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1: eine Sanitärarmatur; und
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2: eine Temperaturkurve.
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Die 1 zeigt eine Sanitärarmatur 1 mit einem Armaturengehäuse 8 und einem Auslauf 9, über den (einerseits) ein Mischwasser mit einer gewünschten Mischwassertemperatur und (andererseits) ein Heißwasser mit einer Heißwassertemperatur von mindestens 90°C gezapft beziehungsweise bedarfsgerecht abgegeben werden kann. Das Mischwasser ist mittels eines hier nicht gezeigten Mischventils aus einem Kaltwasser mit einer Kaltwassertemperatur und einem Warmwasser mit einer Warmwassertemperatur mischbar. Die Mischwassertemperatur ist mittels eines hier als Hebel ausgebildeten ersten Stellglieds 10 einstellbar, das an dem Armaturengehäuse 8 angeordnet ist. Das Kaltwasser wird der Sanitärarmatur 1 über eine Kaltwasserleitung 12 und das Warmwasser der Sanitärarmatur 1 über eine Warmwasserleitun 13 zugeführt. Das Warmwasser wird zuvor mittels einer ersten Heizvorrichtung 2 auf eine vorgegebene Warmwassertemperatur vorgeheizt. Bei der ersten Heizvorrichtung 2 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Zentralheizung eines Gebäudes. Zudem wird der Sanitärarmatur 1 ein Heißwasser mit einer Heißwassertemperatur von mindestens 90°C über eine Heißwasserleitung 14 zugeführt. Das Zapfen des Heißwassers ist mittels eines zweiten Stellglieds 11 aktivierbar, das ebenfalls an dem Armaturengehäuse 8 angeordnet ist. Das zweite Stellglied 11 ist hier als Sicherheitsgriff mit einer Kindersicherung ausgebildet. Das Heißwasser ist in einem Heißwasserreservoir 4 einer zweiten Heizvorrichtung 3 auf die Heißwassertemperatur von mindestens 90°C erhitzbar. In dem Heißwasserreservoir ist in einem unteren Bereich ein erster Temperatursensor 5 und in einem oberen Bereich ein zweiter Temperatursensor 6 angeordnet. Der erste Temperatursensor 5 und der zweite Temperatursensor 6 sind datenleitend mit einer Steuerung 7 verbunden. Die Steuerung 7 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und vorgesehen.
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Die 2 zeigt exemplarisch eine Temperaturkurve 20, die den Verlauf der Heißwassertemperatur des Heißwassers in dem in der 1 gezeigten Heißwasserreservoir 4 über eine Zeit t veranschaulicht. Die Temperaturkurve 20 weist eine erste Abkühlphase 15, eine erste Nachheizphase 16, eine zweite Abkühlphase 17 und eine zweite Nachheizphase 18 auf. In diesen Phasen erfolgt keine Entnahme des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoir 4. Dies ist aus der negativen Steigung der Temperaturkurve 20 in der ersten Abkühlphase 15 und der zweiten Abkühlphase 17 erkennbar, die lediglich den zu erwartenden spezifische Temperaturverlust des Heißwassers über eine Isolierung des Heißwasserreservoirs 4 entspricht. Am Ende der ersten Abkühlphase 15 und der zweiten Abkühlphase 17 ist die Heißwassertemperatur auf eine eingestellte Mindesttemperatur von 95°C abgesunken. Das Heißwasser wird daher in der ersten Nachheizphase 16 und der zweiten Nachheizphase 18 durch die zweite Heizvorrichtung nachgeheizt. An die zweite Nachheizphase 18 schließt sich eine dritte Abkühlphase 19 an, in der die Temperaturkurve 20 mit einer deutlich größeren negativen Steigung als in der ersten Abkühlphase 15 und zweiten Abkühlphase 17 abfällt. Aus der konkreten Höhe der negativen Steigung und/oder deren Dauer kann in der dritten Abkühlphase 19 auf eine Entnahme und/oder auf eine bestimmte Entnahmemenge des Heißwassers aus dem Heißwasserreservoir 4 mit der Sanitärarmatur 1 geschlossen werden. Der Zusammenhang zwischen der negativen Steigung und der tatsächlich entnommenen Menge des Heißwassers kann zuvor durch Versuche an der zweiten Heizvorrichtung 3 bestimmt werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere eine Bestimmung einer Entnahmemenge des Heißwassers mittels der Sanitärarmatur ohne zusätzliche Sensoren wie Strömungswächter oder Durchflussmesser. Weiter ermöglicht sie eine erweiterte Funktionsüberwachung der Sanitärarmatur bzw. des Heizwasserreservoirs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sanitärarmatur
- 2
- erste Heizvorrichtung
- 3
- zweite Heizvorrichtung
- 4
- Heißwasserreservoir
- 5
- erster Temperatursensor
- 6
- zweiter Temperatursensor
- 7
- Steuerung
- 8
- Armaturengehäuse
- 9
- Auslauf
- 10
- erstes Stellglied
- 11
- zweites Stellglied
- 12
- Kaltwasserleitung
- 13
- Warmwasserleitung
- 14
- Heißwasserleitung
- 15
- erste Abkühlphase
- 16
- erste Nachheizphase
- 17
- zweite Abkühlphase
- 18
- zweite Nachheizphase
- 19
- dritte Abkühlphase
- 20
- Temperaturkurve
