DE102016107627B4

DE102016107627B4 - Anordnung zur Warmwasser- und Heizungswasser- Erzeugung unter mindestens teilweiser Nutzung von regenerativer elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102016107627B4
Application number: DE102016107627.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Droste; Rudolf Neufeld
Original assignee: Oventrop GmbH and Co KG
Current assignee: Oventrop GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: DE102016107627A1

Abstract

Anordnung zur Warmwasser- und HeizungswasserErzeugung unter mindestens teilweiser Nutzung von regenerativer elektrischer Energie in einem Bauwerk, bestehend aus einem Wärmeerzeuger (7), zum Beispiel einem öl- oder gas- gespeisten Brenner, der über mindestens eine Vorlaufleitung und mindestens eine Rücklaufleitung an einen Pufferspeicher (15) mit flüssigem Wärmespeichermedium, insbesondere Wasser, angeschlossen ist, wobei der Pufferspeicher (15) mindesten einen ersten Wärmetauscher aufweist, der von Trinkwasser (17) zur Warmwassererzeugung durchströmt ist, sowie mindestens einen zweiten Wärmetauscher, der von einem Wärmeträger, insbesondere von Heizwasser (18) durchströmt ist, wobei das Warmwasser zu Zapfstellen geführt ist und gegebenenfalls mit einer Zirkulationsleitung gekoppelt ist und der Wärmeträger zu Heizelementen des Bauwerkes geführt ist, gegebenenfalls ebenfalls mit einem Zirkulationskreis gekoppelt,
wobei das Bauwerk eine Energieerzeugungsanlage zur Erzeugung regenerativer Energie aufweist, vorzugsweise eine Photovoltaikanlage (2), deren Anschlussleitungen über einen Wechselrichter (3), gegebenenfalls über einen Stromzähler (5), an ein externes Stromnetz (6) angeschlossen sind, wobei eine Speicherladestation (1) angeordnet ist, die funktionell in die Vorlaufleitung eingeschaltet ist und die einen elektrischen Wärmeerzeuger (9), insbesondere Durchlauferhitzer, eine Pumpe (10, 23) sowie mindestens ein schaltbares Ventil, insbesondere Verteilerventil (12,14) und einen elektrischen Regler (8) aufweist,
wobei an die Anschlussleitungen zwischen Wechselrichter (3) und externem Anschluss, insbesondere externem Stromnetz (6), die Speicherladestation (1) zum Zwecke der Stromversorgung insbesondere des Reglers (8) und des elektrischen Wärmeerzeugers (9) angeschlossen ist,
wobei ferner zwischen dem Wechselrichter (3) und dem Anschluss der Speicherladestation (1) eine Leistungsmesseinheit (4) angeschlossen ist, die mit dem Regler (8) in kommunizierender Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Warmwasser- und Heizungswasser- Erzeugung unter mindestens teilweiser Nutzung von regenerativer elektrischer Energie in einem Bauwerk.
Solche Anordnungen sind im Stand der Technik bekannt. Bisher werden Anlagen zur Erzeugung von regenerativer Energie in der Weise genutzt, dass die erzeugte Energie in das Stromnetz eingespeist wird und der Energieerzeuger dafür eine Rückvergütung erhält.
Mit fallender Vergütung für die Einspeisung von regenerativer Energie, wie Strom aus Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen, in das Stromnetz wird es zunehmend interessanter, diese Energie selbst zu verbrauchen. Es sind Energiemanagementsysteme bekannt, die es ermöglichen, die selbst erzeugte Energie selbst zu nutzen, zum Beispiel für Haushaltsgeräte oder Wärmepumpen, oder auch diese Energie zu speichern. Eine direkte Nutzung des gewonnenen regenerativen Stromes ist aus wirtschaftlicher Sicht einer Speicherung vorzuziehen, da sie den teuren Zukauf von externem Strom reduziert.
Zur Speicherung des selbst erzeugten Stromes ist es bekannt, Batterien einzusetzen, was aber zu hohen Anschaffungskosten führt und auch insofern nachteilig ist, als die Batterien eine begrenzte Lebensdauer haben.
Mit weniger Aufwand ist die Speicherung des erzeugten Stromes in Form von Wärmenergie in einem Pufferspeicher zur Unterstützung der Heizung und der Trinkwassererwärmung zu erreichen. Ist bereits ein größerer Pufferspeicher vorhanden, reduziert sich der Aufwand einer Nachrüstung zusätzlich. Auch bei einer Nachrüstung ist die Verwendung von Photovoltaik gegenüber dem Einsatz von Solarthermie vorteilhaft, weil die Verlegung von Kabeln mit weniger Aufwand erfolgen kann, als die nachträgliche Installation einer entsprechenden Verrohrung mit Pumpe, wie dies bei der Solarthermie notwendig ist.
Aus der US 2017/0 211 829 A1 ist eine Anordnung zur Warmwasser- und Heizungswassererzeugung bekannt, unter Nutzung eines regenerativen Strom- und Wärmeerzeugers, mit einem Pufferspeicher und zwei sekundären Wärmetauschern für die Wärmeentnahme in zwei getrennten Kreisen für das Trinkwasser und für das Heizwasser, für welche ein elektrischer Durchlauferhitzer vorgesehen ist und einem Regler zur Steuerung aller Systemkomponenten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei der die beispielsweise mit einer Photovoltaikanlage gewonnene regenerative Energie optimal als Wärmeenergie umgesetzt und ausgenutzt werden kann, ohne dass die Verwendung eines Energiemanagers für das gesamte Gebäude erforderlich ist. Es soll auf einfachem Wege die zur Verfügung stehende, erzeugte regenerative Energie, vorzugsweise die Energie, die nach der Versorgung vorrangiger elektrischer Verbraucher übrig bleibt, zur Erwärmung benutzt werden.
Eine Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Durch eine solche Anordnung ist es auf einfachem Wege möglich, die zur Verfügung stehende regenerative Energie zu erfassen und optimal zur Erwärmung des Pufferspeichers zu nutzen. Dabei wird zur Erwärmung des Heizwassers vorrangig das Prinzip der Durchlauferhitzung verwendet. Eine solche Anordnung, und insbesondere die zugehörige Speicherladestation, ist dazu geeignet, mit geringem Aufwand in bestehende Anlagen zur Erzeugung von regenerativer Energie, wie zum Beispiel Photovoltaikanlagen, und Heizungsanlagen integriert zu werden.
Im Stand der Technik sind bereits Speicherladestationen bekannt, die nach dem Durchlaufprinzip zur Umwandlung von regenerativer Energie in Wärme arbeiten und bei denen die Speicherung in Pufferspeichern erfolgt. Ein solches bekanntes System kann auch relativ leicht in bestehende Anlagen integriert werden, wobei aber nur eine aktuell vorliegende regenerative Energie zur Erwärmung des Heizwassers berücksichtigt wird und keine gezielte Einspeisung in einen Pufferspeicher erfolgen kann.
Für eine wirtschaftliche Nutzung des aus einer regenerativen Quelle gewonnenen Stromes ist es vorteilhaft, diesen direkt für elektrische Verbraucher, wie zum Beispiel Haushaltsgeräte, zu nutzen. Der nach Deckung des eigenen Bedarfs überschüssige Strom kann entweder in das Stromnetz eingespeist werden oder aber auch gespeichert werden. Erfindungsgemäß dient die Speicherladestation dazu, diesen Überschuss des regenerativ erzeugten Stromes in Wärmeenergie umzuwandeln und optimal in einen Pufferspeicher einzubringen, um so diese Energie zu speichern. Die Speicherladestation wird dazu in die Vorlaufleitung zwischen einem Wärmeerzeuger und einem Pufferspeicher eingebunden. Diese Einbindung kann sowohl nachträglich in einer Bestandsanlage als auch in neuen Heizungsanlagen erfolgen.
Die erfindungsgemäße Anordnung bietet hierzu einen besonders vorteilhaften neuen Weg.
Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale der Anordnung sind bevorzugte Weiterbildungen, die auch im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch besonders vorteilhaft sind.
Durch eine einfache Leistungserfassung wird die Menge des Stromes erfasst, welcher nicht für den Betrieb elektrischer Verbraucher verwendet wird und welcher eigentlich in das Stromnetz eingespeist werden könnte. Die Information darüber, dass überschüssiger Strom zu Verfügung steht und auch über diese Menge wird dem Regler zugeführt. Die Erfassung des überschüssigen regenerativen Stromes kann mit einer Strommesszange erfolgen, welche an den elektrischen Leiter angebracht wird und dort indirekt die elektrische Stromstärke anhand des den Leiter umgebenden Magnetfeldes erfasst. Hierdurch ist es nicht erforderlich, den überwachten elektrischen Leiter aufzutrennen, sondern die Installation kann ohne Auftrennung des Leitungsnetzes erfolgen.
Die Information über die zur Verfügung stehende Strommenge kann auch von einem elektronischen Stromzähler kommen, welcher die Energie erfasst, die in das Stromnetz eingespeist werden kann.
Eine weitere Möglichkeit der Erfassung der Strommenge ist es, diese Information an einem Ausgang eines Energiemanagers abzugreifen, welcher für das Management aller elektrischer Verbraucher in einem Gebäude zuständig ist.
Neben der Erkennung und Mengenerfassung der selbst erstellten regenerativen Energie kann alternativ auch zusätzlich erkannt werden, ob überflüssiger Strom im Netz vorhanden ist, welcher günstig zur Erwärmung des Heizwassers für den Speicher genutzt werden könnte (smart grid).
In dem entsprechenden Pufferspeicher sind mindestens zwei Temperaturfühler angeordnet, welche jeweils einer bestimmten Temperaturschicht in dem Pufferspeicher zugeordnet sind. Mit diesen Temperaturfühlern wird die aktuelle Temperatur der jeweils zugeordneten Schicht in dem Pufferspeicher erfasst und somit der Beladungszustand des Speichers ermittelt.
Vorzugsweise ist ein weiterer Temperaturfühler in der Vorlaufleitung in Strömungsrichtung dem Heizelement nachgeordnet vorgesehen. Mit diesem Temperaturfühler wird die Temperatur erfasst, auf welche das Heizwasser durch das Heizelement erwärmt worden ist.
Weitere Informationen, wie Wetterprognosen, Sonnenscheindauer, Sonnenaufgang und Sonnenuntergang können dem Regler über ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Netzwerk zugeführt werden, so dass diese Daten ebenfalls bei der Nutzung des regenerativ erzeugten Stromes genutzt werden.
Informationen über den Energiebedarf für den Betrieb der Speicherladestation, insbesondere der Energiebedarf für den Betrieb der Pumpe und der Stellantriebe sowie der Energiebedarf für das Heizelement, können in dem Regler als Datensätze hinterlegt werden, auf die der Regler zurückgreifen kann.
Ein Nutzungsprofil, d.h. Informationen zu welchem Zeitpunkt der Pufferspeicher wie beladen sein muss, kann in den Regler eingegeben werden, so dass auch diese Daten bei der weiteren Nutzung berücksichtigt werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass sich der Regler das Nutzungsprofil selbst erstellt, und zwar auf der Basis der Entnahmen aus dem Speicher, welche sich durch die Temperaturfühler im Speicher erfassen lassen und dann als Daten in den Regler eingegeben und berücksichtigt werden.
Mit seinen Ausgängen ist der Regler mindestens mit dem Heizelement, der Pumpe und einem Stellantrieb für das Mehrwegeschaltventil für eine Bypassschaltung und einen Stellantrieb für ein Mehrwegestellventil für die Schichtung im Pufferspeicher verbunden.
Außerdem ist noch ein Ausgang vorhanden, mit welchem der konventionelle Wärmeerzeuger (Ölbrenner oder Gasbrenner oder dergleichen) ein- und ausgeschaltet wird.
Alternativ kann noch ein Ausgang für ein Drei-Wege-Ventil vorgesehen sein, mit dem neben der Entnahme von Heizwasser aus der untersten Schicht des Speichers auch die Entnahme von Heizwasser aus einer höher gelegenen Schicht mit einer höheren Temperatur erfolgen kann. Dieses vorgewärmte Heizwasser erleichtert es, Heizwasser zu erzeugen, welches in die oberste Schicht eingespeist werden kann.
Alternativ können zusätzlich auch entsprechende Ausgänge für die witterungsgeführte Regelung von Heizkreisen und die Regelung einer Trinkwassererwärmung vorhanden sein. Die Daten aus dieser Regelung können auch zur Erstellung des Nutzungsprofiles für die Speicherbeladung genutzt werden, die der Regler gegebenenfalls selbst bearbeitet und verarbeitet.
Soll regenerativ erzeugte Energie, welche nicht für den Eigenbedarf verbraucht wurde, in das Stromnetz eingespeist werden, so wird dies von der Leistungserfassung erkannt und die Daten über die vorliegende Energiemenge werden dem Regler übermittelt. Mit den im Pufferspeicher angebrachten Temperaturfühlern wird der Beladungszustand des Pufferspeichers ermittelt und festgestellt, ob Bedarf besteht, dem Speicher Wärme zuzuführen. Wird ein Bedarf erkannt dem Speicher Wärme zuzuführen, bewertet der Regler durch ein entsprechendes Programm, ob dies wirtschaftlich sinnvoll ist, indem verglichen wird, ob die Energiemenge, die dem Speicher zugeführt werden kann, größer ist als die Energiemenge, welche zum Betreiben der Station, d.h. der Pumpe und der Stellantriebe, erforderlich ist. Wird dies positiv bewertet, so schaltet der Regler das Heizelement ein und regelt dessen Leistung entsprechend der vorhandenen Energie. Das Drei-Wege-Bypassventil wird so eingestellt, dass das Heizwasser zur Zirkulation in den Bypass geleitet wird und die Pumpe wird eingeschaltet. Das Heizwasser zirkuliert in dem Bypass, bis es eine Zieltemperatur erreicht, welche für die Einspeisung in eine bestimmte Schicht des Pufferspeichers ausreichend ist. Ist die Zieltemperatur erreicht, öffnet der Regler das Drei-Wege-Ventil für den Bypass zum Durchgang in Richtung des Pufferspeichers.
Alternativ zu dieser beschriebenen Temperaturregelung des Heizwassers mit dem Bypass kann diese auch durch eine Drehzahlregelung der Pumpe erfolgen. Dabei wird über die Drehzahl der Pumpe der Volumenstrom geregelt, welcher an dem Heizelement vorbeigeführt wird.
Entsprechend der Temperatur des Heizwassers wird das Verteilventil für die Schichtung durch den Regler so eingestellt, dass das Heizwasser in die entsprechende Schicht eingespeist wird.
Alternativ kann neben der Entnahme von Heizwasser aus der untersten Schicht des Speichers die Möglichkeit vorhanden sein, Heizwasser aus einer höheren Schicht zu entnehmen. Dies kann durch ein weiteres Mehrwegeventil, beispielsweise Drei-Wege-Ventil, erfolgen, welches zwischen zwei Entnahmestellen umschaltet. Dadurch wird es erleichtert, Heizwasser für die oberste Schicht des Speichers zu erzeugen, da das Heizwasser bereits vorgewärmt ist.
Die jeweilige Zieltemperatur ist abhängig davon, in welche Schicht des Speichers das erwärmte Heizwasser eingebracht werden soll. Dabei wird der Bedarf des Speichers und die aktuell und voraussichtlich in der folgenden Zeit zur Verfügung stehende regenerative Energie für die Erwärmung des Heizwassers berücksichtigt.
Im Sommer besteht zum Beispiel vorrangig Bedarf an Wärme zur Trinkwassererwärmung. Dafür wird der obere Bereich des Speichers, in welchem die höchste Temperatur vorliegt, benötigt. Somit wird das Heizwasser mit der Speicherladestation so weit erwärmt, dass es in die obere Schicht des Speichers eingespeist werden kann. Dies kann solange erfolgen, bis der Speicher vollständig geladen ist. Besteht die Möglichkeit Heizwasser aus verschiedenen Schichten des Speichers zu entnehmen, kann dies genutzt werden, um Heizwasser aus einer mittleren Temperaturschicht zu entnehmen und mit einer geringeren Energiezufuhr für die oberste Schicht im Speicher weiter zu erwärmen.
Im Winter besteht ein erhöhter Bedarf an Wärme für die Raumheizung. Diese wird aus dem mittleren Bereich des Speichers entnommen, in dem ein niedrigeres Temperaturniveau vorliegt. Das Heizwasser wird nun vorrangig auf eine Temperatur erwärmt, welche für die Einspeisung in den mittleren Bereich des Speichers ausreichend ist.
Wann welche Schicht vorrangig zu beladen ist, ergibt sich aber auch aus dem Nutzungsprofil. Wird zum Beispiel von dem Regler anhand des Nutzungsprofiles oder einem schnellen Abfall der Temperatur in einer Schicht, was einer Wärmeentnahme für einen Verbraucher entspricht, erkannt, dass eine kurzfristige Beladung des Speichers erforderlich ist, welche nicht durch die zur Verfügung stehende regenerative Energie gedeckt werden kann, schaltet dieser den Wärmeerzeuger ein.
Der Wärmeerzeuger wird abhängig von dem Bedarf des Speichers und unter Einbeziehung von Ertragsprognosen für die regenerative Energie, zum Beispiel auf Basis von Wettervorhersagen, von dem Regler gesteuert.
Die regenerative Energie kann auch zum Betrieb der Pumpe und der Stellantriebe verwendet werden, auch wenn der Wärmeerzeuger statt des Heizelementes in Betrieb ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Speicherladestation, welche die regenerative Energie gezielt und optimal in Wärme umsetzen kann und in der Lage ist, diese Wärme gezielt und bedarfsgerecht in einen Speicher einzubringen. Dafür ist die Speicherladestation in der Lage, zu erfassen, ob und wieviel regenerative Energie vorliegt, auch unabhängig von der Einbindung in ein zentrales Energiemanagement.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung in Prinzipdarstellung;
2 eine Variante einer Anordnung in einer Ansicht analog zu 1 gesehen;
3 eine weitere Variante in gleicher Ansicht;
4 eine Übersicht über Daten, die dem Regler der Speicherladestation zugeführt werden können sowie daraus resultierende Ausgangssignale.

In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Warmwasser- und Heizungswasser- Erzeugung unter mindestens teilweiser Nutzung von regenerativer elektrischer Energie in einem Bauwerk gezeigt.
Die Anordnung besteht aus einem üblichen Wärmeerzeuger 7, beispielsweise einem öl- oder gas- gespeisten Brenner, der über eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung an einen Pufferspeicher 15 mit flüssigem Wärmespeichermedium, insbesondere Wasser, angeschlossen ist.
Die Strömungsrichtung im Vorlauf und Rücklauf ist mit Pfeilen verdeutlicht. Der Pufferspeicher 15 weist einen ersten Wärmetauscher auf, der von Trinkwasser 17 zu einer Trinkwassererwärmung durchströmt ist. Ferner weist der Pufferspeicher 15 einen zweiten Wärmetauscher auf, der von einem Wärmeträger, insbesondere von Heizwasser 18 für den Heizkreis durchströmt ist. Bekanntermaßen ist das als Trinkwasser 17 dienende Warmwasser zu Zapfstellen geführt. Der Wärmeträger zur Raumbeheizung ist zu Heizelementen des Bauwerkes geführt, die in der Zeichnung skizziert dargestellt sind. Die Heizelemente sind jeweils wieder über Vorlauf- und Rücklaufleitungen mit dem zugehörigen Wärmetauscher verbunden.
Das Bauwerk weist zudem eine Energieerzeugungsanlage zur Erzeugung regenerativer Energie auf. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu eine Photovoltaikanlage 2 mit einem Photovoltaikkollektor angeordnet, der üblicherweise auf einem Dach oder dergleichen des Bauwerkes angebracht wird. Die Anschlussleitungen der Photovoltaikanlage 2 sind über einen Wechselrichter 3 und einen Stromzähler 5 an ein externes Stromnetz 6 angeschlossen. Ferner ist eine funktionelle Speicherladestation 1 angeordnet, die funktionell in die Vorlaufleitung des herkömmlichen Heizsystemes eingeschaltet ist, also einfach an dieser Stelle in das System eingebaut werden kann. Im Falle einer Nachrüstung übernimmt die Speicherladestation 1 die Funktion der Ladepumpe. Diese Speicherladestation 1 weist einen elektrischen Wärmeerzeuger 9, vorzugsweise in Form eines Durchlauferhitzers, auf sowie eine Pumpe 10 zum Fördern des Wärmeträgermediums sowie mindestens ein schaltbares Ventil, insbesondere Verteilerventil 12, 14, und einen elektrischen Regler 8.
An die Anschlussleitungen zwischen Wechselrichter 3 und externem Anschluss bzw. externem Stromnetz 6 ist die Speicherladestation 1 zum Zwecke der Stromversorgung insbesondere des Reglers 8 und des elektrischen Wärmeerzeugers 9 angeschlossen. Zwischen dem Wechselrichter 3 und dem Anschluss der Speicherladestation 1 ist eine Leistungsmesseinheit 4 angeschlossen, die mit dem Regler 8 in kommunizierender Verbindung steht. Der Anschluss der Speicherladestation 1 kann auch unmittelbar an die Leistungsmesseinheit 4 angeschlossen sein.
In 1 ist eine einfache Variante zur Einbindung einer Speicherladestation 1 in eine entsprechende Anordnung gezeigt. Dieser Aufbau kann zum Beispiel vorliegen, wenn die Speicherladestation 1 in eine bestehende Anlage eingebaut wird, welche ursprünglich aus zwei voneinander getrennten Systemen besteht. Zum einen gibt es die Heizungsanlage mit dem Wärmeerzeuger 7, der den Pufferspeicher 15 belädt, welcher für die Versorgung von einem Kreis für Trinkwasser 17 und einem Kreis für Heizwasser 18 zuständig ist. Zum anderen ist eine Anlage zur Erzeugung von regenerativer Energie vorgesehen, die aus einem Photovoltaikkollektor besteht, einem Wechselrichter 3 und einem Stromzähler 5, deren ursprünglicher Zweck es ist, die aus dem Photovoltaikkollektor gewonnene regenerative Energie in das Stromnetz 6 einzuspeisen.
Um die regenerative Energie auch für eigene Zwecke nutzen zu können, wird die Speicherladestation 1 in die Vorlaufleitung vom Wärmeerzeuger 7 zum Pufferspeicher 15 eingebaut. In die Leitung zwischen dem Photovoltaikmodul und dem Stromzähler 5 wird eine Leistungserfassung, insbesondere eine Leistungsmesseinheit 4, eingebracht, mit der ein Regler 8 der Speicherladestation 1, Informationen über die aktuell vorliegende Energie erhält. Der Anschluss der Speicherladestation 1 an die Spannungsversorgung erfolgt über den Regler 8, der an die Spannungsversorgung aus dem Photovoltaikmodul beziehungsweise Stromnetz 6 angeschlossen ist.
Über Temperatursensoren 16 im Pufferspeicher 15 werden Daten über die Temperaturen in den jeweiligen Schichten des Pufferspeichers 15 an den Regler 8 übermittelt. Die Vorlauftemperatur wird mit einem weiteren Temperaturfühler 11 erfasst, welcher im Vorlauf in Strömungsrichtung hinter dem Heizelement bzw. dem elektrischen Wärmeerzeuger 9 angeordnet ist. Externe Informationen 24, wie zum Beispiel Wetterprognosen, können zum Beispiel drahtlos an den Regler 8 übertragen werden. Der Regler 8 verarbeitet die zugeführten Daten und Informationen und schaltet in Abhängigkeit davon das Heizelement bzw. den Wärmeerzeuger 9 und die Pumpe 10 ein und aus, regelt die Leistung des Heizelementes und regelt die Stellung eines Ventils, insbesondere Verteilerventils 12, für einen Bypass, zur Temperaturregelung, und die Stellung des Ventils, insbesondere Verteilerventils 14, für die Verteilung des Wärmeträgermediums auf die Temperaturschichten in dem Pufferspeicher 15. Die Speicherladestation 1 weist die Bypassleitung 13 auf, die parallel zum elektrischen Wärmeerzeuger 9 und zur Pumpe 10 angeschlossen ist und die über das Verteilventil 12 schaltbar ist, welches mit dem Regler 8 kommunizierend verbunden ist, so dass je nach der erforderlichen Temperatur das durchströmende Wärmeträgermedium über den Bypass geleitet wird oder direkt zum Pufferspeicher 15 geführt wird.
Der Pufferspeicher 15 weist mindestens zwei Eingänge für den erwärmten Wärmeträger, zum Beispiel Wasser, auf, die über das schaltbare Ventil, insbesondere Verteilerventil 14, alternativ mit dem vom elektrischen Wärmeerzeuger 9 zufließenden Medium verbindbar sind. Das Ventil 14 dient als Verteilventil für die Speicherschichtung, so dass das Heizwasser 18 an unterschiedlichen Stellen des Pufferspeichers 15 zugeführt werden kann. Zur Erfassung der Temperaturen im Pufferspeicher 15 sind im Ausführungsbeispiel drei Temperaturmesssensoren 16 vorgesehen, die in unterschiedlichen Temperaturschichten des Pufferspeichers 15 Temperaturen erfassen und die Daten an den Regler 8 transferieren.
Mittels der Temperatursensoren 16 wird die Temperatur im obersten Bereich des Pufferspeichers 15 gemessen, die die höchste Temperatur ist, und für die Trinkwassererwärmung vorgesehen ist, sowie in einem mittleren Bereich des Pufferspeichers 15, der für den Heizbedarf bestimmt ist und in einem unteren Bereich des Pufferspeichers 15, von dem der Rücklauf zum Wärmeerzeuger 7 abgeht.
Bei 25 ist ein Anschluss der Speicherladestation 1 an die regenerative Stromversorgung gezeigt sowie ein Stromzähler 26 im Stromkreis der elektrischen Verbraucher 20.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird die regenerative Energie vorrangig für andere elektrische Verbraucher 20 verwendet, und nur nachrangig für die Speicherladestation 1.
Mittels der Leistungserfassung bzw. Leistungsmesseinheit 4 wird die regenerative Energie erfasst, die für die Speicherung übrig bleibt. Zusätzlich besteht hierbei neben der Möglichkeit, das erwärmte Heizwasser 18 in unterschiedliche Schichten des Pufferspeichers 15 einzubringen, auch die Möglichkeit, Heizwasser 18 aus verschiedenen Schichten des Pufferspeichers 15 zu entnehmen, was durch die Pfeile beziehungsweise den Doppelpfeil am Pufferspeicher 15 verdeutlicht ist. Zusätzlich übernimmt der Regler 8 die Regelung der Erwärmung des Trinkwassers 17, wozu entsprechende Ein- und Ausgänge bei der Trinkwassererwärmung vorgesehen sind, die mit dem Regler 8 in kommunizierender Verbindung stehen. Ebenso übernimmt der Regler 8 die Regelung des Heizkreises, wozu ebenfalls entsprechende Ein- und Ausgänge im Bereich des Heizkreises vorgesehen sind, die mit dem Regler 8 in kommunizierender Verbindung stehen.
Bei der Darstellung gemäß 3 ist der Aufbau analog 2 vorgesehen, wobei bei dieser Variante die Regelung der Vorlauftemperatur nicht über einen Bypass erfolgt, sondern indem der Volumenstrom mit einer drehzahlgeregelten Pumpe 23 anstelle der einfachen Pumpe 10 geregelt wird.
4 zeigt eine Übersicht über mögliche Daten, welche dem Regler 8 der Speicherladestation 1 beispielsweise zugeführt werden können und die sich aus diesen Eingangsdaten ergebenden Ausgangssignale, die der Regler 8 zur Verfügung stellt. Bei den Eingangsdaten handelt es sich beispielsweise um externe Wetterprognosen, Nutzerprofile, die Daten der Leistungsmesseinheit 4 und alternativ oder zusätzlich auch die Daten eines zusätzlichen Energiemanagers und/oder die Daten eines Stromzählers verbunden mit Tarifangeboten, d.h. mit günstigen Stromangeboten im Stromnetz 6, die Vorlauftemperatur, die mit dem Messfühler bzw. Temperaturfühler 11 erfasst wird sowie die Speichertemperaturen, die mit den Temperatursensoren 16 erfasst werden. Als Ausgangssignale generiert der Regler 8 beispielsweise Steuersignale für das Heizelement bzw. den Wärmeerzeuger 9 in Form der Heizpatrone, für die Pumpe 10 und/oder 23, für die Ventile, insbesondere Verteilerventil 12 beziehungsweise 14, für die Erwärmung des Trinkwassers 17 und die Erwärmung des Heizwassers 18 sowie Signale für den Wärmeerzeuger 7 für das konventionelle Heizsystem.
Die Aufzählung der entsprechenden Eingangsdaten und Ausgangsdaten ist nicht abschließend, sondern es können mehr oder weniger solcher Daten als Eingangssignale in den Regler 8 eingegeben oder als Ausgangssignale (Steuersignale) vom Regler 8 abgegeben werden.
Ein Kernelement der Erfindung ist die Speicherladestation 1, mittels derer regenerative Energie gezielt und optimal in Wärme umgesetzt werden kann und mittels derer diese Wärme gezielt und bedarfsgerecht in einem Pufferspeicher 15 gespeichert und Verbrauchern zugeführt werden kann. Die Speicherladestation 1 ist dazu bestimmt und in der Lage, zu erkennen, ob und wieviel regenerative Energie vorliegt, völlig unabhängig von anderen Systemen.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
Bezugszeichenliste

1: Speicherladestation
2: Photovoltaikanlage
3: Wechselrichter
4: Leistungsmesseinheit
5: Stromzähler für Netzeinspeisung und Verbrauch
6: Stromnetz
7: Wärmeerzeuger
8: Regler der Speicherladestation
9: elektrischer Wärmeerzeuger, stufenlos regelbar
10: Pumpe
11: Temperaturfühler Vorlauf
12: Verteilerventil für Bypass
13: Bypassleitung
14: Verteilerventil für Speicherschichtung
15: Pufferspeicher
16: Temperatursensoren Speicher
17: Trinkwasser
18: Heizwasser
19: Verteilerventil für Speicherentnahme
20: elektrische Verbraucher
21: Anschluss Speicherladestation an Stromversorgung
22: Anschluss Speicherladestation an Leistungsmesseinheit
23: Pumpe, drehzahlgeregelt
24: Externe Informationen, z.B. Wetterprognosen
25: Anschluss Speicherladestation an regenerative Stromversorgung
26: Stromzähler Verbrauch

Claims

Anordnung zur Warmwasser- und HeizungswasserErzeugung unter mindestens teilweiser Nutzung von regenerativer elektrischer Energie in einem Bauwerk, bestehend aus einem Wärmeerzeuger (7), zum Beispiel einem öl- oder gas- gespeisten Brenner, der über mindestens eine Vorlaufleitung und mindestens eine Rücklaufleitung an einen Pufferspeicher (15) mit flüssigem Wärmespeichermedium, insbesondere Wasser, angeschlossen ist, wobei der Pufferspeicher (15) mindesten einen ersten Wärmetauscher aufweist, der von Trinkwasser (17) zur Warmwassererzeugung durchströmt ist, sowie mindestens einen zweiten Wärmetauscher, der von einem Wärmeträger, insbesondere von Heizwasser (18) durchströmt ist, wobei das Warmwasser zu Zapfstellen geführt ist und gegebenenfalls mit einer Zirkulationsleitung gekoppelt ist und der Wärmeträger zu Heizelementen des Bauwerkes geführt ist, gegebenenfalls ebenfalls mit einem Zirkulationskreis gekoppelt, wobei das Bauwerk eine Energieerzeugungsanlage zur Erzeugung regenerativer Energie aufweist, vorzugsweise eine Photovoltaikanlage (2), deren Anschlussleitungen über einen Wechselrichter (3), gegebenenfalls über einen Stromzähler (5), an ein externes Stromnetz (6) angeschlossen sind, wobei eine Speicherladestation (1) angeordnet ist, die funktionell in die Vorlaufleitung eingeschaltet ist und die einen elektrischen Wärmeerzeuger (9), insbesondere Durchlauferhitzer, eine Pumpe (10, 23) sowie mindestens ein schaltbares Ventil, insbesondere Verteilerventil (12,14) und einen elektrischen Regler (8) aufweist, wobei an die Anschlussleitungen zwischen Wechselrichter (3) und externem Anschluss, insbesondere externem Stromnetz (6), die Speicherladestation (1) zum Zwecke der Stromversorgung insbesondere des Reglers (8) und des elektrischen Wärmeerzeugers (9) angeschlossen ist, wobei ferner zwischen dem Wechselrichter (3) und dem Anschluss der Speicherladestation (1) eine Leistungsmesseinheit (4) angeschlossen ist, die mit dem Regler (8) in kommunizierender Verbindung steht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsmesseinheit (4) einen Messaufnehmer aufweist, der, zum Beispiel induktiv, ohne Auftrennung der überwachten Leitung an die Leitung ankoppelbar oder angekoppelt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (15) mindestens zwei Eingänge für den erwärmten Wärmeträger, zum Beispiel Wasser, aufweist, die über ein schaltbares Ventil, insbesondere Verteilerventil (14), alternativ mit dem vom elektrischen Wärmeerzeuger (9) zufließenden Medium verbindbar sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (15) mindestens zwei Temperatursensoren (16) in unterschiedlichen Temperaturschichten des Pufferspeichers (15) aufweist, wobei die Temperatursensoren (16) mit dem Regler (8) kommunizierend verbunden sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherladestation (1) eine Bypassleitung (13) aufweist, die parallel zum elektrischen Wärmeerzeuger (9) und zur Pumpe (10) angeschlossen ist und über ein Verteilerventil (12) schaltbar ist, welches mit dem Regler (8) kommunizierend verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (23) mit einer Drehzahlregelung ausgestattet ist, die mit dem Regler (8) kommunizierend verbunden ist.