DE102021111197B3 - Process for operating a thermotechnical system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer wärmetechnischen Anlage, bei dem Wasser wahlweise mit einem Primärwärmeerzeuger (1) und/oder mit einem im Vergleich zum Primärwärmeerzeuger (1) weniger energieeffizienten Sekundärwärmeerzeuger (2) erwärmt, in einem Warmwasserspeicher (3) gespeichert und zur Warmwasserbereitstellung aus dem Warmwasserspeicher (3) entnommen wird, wobei das Wasser bis zu einem Entnahmegrenzwert ausschließlich mit dem energieeffizienteren Primärwärmeerzeuger (1) und ab dem Entnahmegrenzwert mindestens mit dem Sekundärwärmeerzeuger (2) erwärmt wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Warmwasserentnahme aus dem Warmwasserspeicher (3) mit einem Durchflussmesser (4) der an einer Warmwasserentnahmestelle (5) auftretende Warmwasserdurchfluss ermittelt und der Sekundärwärmeerzeuger (2) eingeschaltet wird, wenn der ermittelte Warmwasserdurchfluss den Entnahmegrenzwert erreicht. The invention relates to a method for operating a heating system, in which water is optionally heated with a primary heat generator (1) and/or with a secondary heat generator (2) that is less energy-efficient than the primary heat generator (1), stored in a hot water storage tank (3) and used for Hot water supply is taken from the hot water tank (3), the water being heated up to a withdrawal limit value exclusively with the more energy-efficient primary heat generator (1) and from the withdrawal limit value at least with the secondary heat generator (2). According to the invention, when hot water is drawn from the hot water tank (3), the hot water flow occurring at a hot water extraction point (5) is determined with a flow meter (4) and the secondary heat generator (2) is switched on when the determined hot water flow reaches the extraction limit value.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer wärmetechnischen Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating a heating system according to the preamble of
Ein Verfahren zum Betrieb einer wärmetechnischen Anlage der eingangs genannten Art ist aus der Offenlegungsschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein einerseits möglichst energieeffizientes andererseits aber auch Komfort bietendes Verfahren geschaffen werden.The object of the invention is to improve a method of the type mentioned at the outset. In particular, a method that is as energy-efficient as possible on the one hand but also offers comfort on the other is to be created.
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved with a method of the type mentioned by the features listed in the characterizing part of
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass bei einer Warmwasserentnahme aus dem Warmwasserspeicher mit einem Durchflussmesser der an einer Warmwasserentnahmestelle auftretende Warmwasserdurchfluss ermittelt und der Sekundärwärmeerzeuger eingeschaltet wird, wenn der ermittelte Warmwasserdurchfluss den Entnahmegrenzwert erreicht.According to the invention it is therefore provided that when hot water is drawn from the hot water tank, the hot water flow occurring at a hot water extraction point is determined with a flow meter and the secondary heat generator is switched on when the determined hot water flow reaches the extraction limit value.
Unter Durchflussmesser ist dabei jede Einrichtung zu verstehen, mit der es möglich ist, einen Durchfluss festzustellen, wobei es letztlich nicht darauf ankommt, den Durchfluss quantitativ ermitteln zu können. Besonders bevorzugt, weil kostengünstig, ist dabei ganz konkret vorgesehen, als Durchflussmesser einen sogenannten Strömungsschalter zu verwenden, der ab einem vorbestimmten Durchflusswert (= Entnahmegrenzwert) einen Durchfluss an eine Regelung der wärmetechnischen Anlage signalisiert.A flow meter is to be understood as meaning any device with which it is possible to determine a flow, although ultimately it is not important to be able to determine the flow quantitatively. It is particularly preferred, because it is cost-effective, to use a so-called flow switch as the flow meter, which signals a flow to a controller of the heating system from a predetermined flow value (=drawing limit value).
Unter Warmwasserentnahmestelle ist dabei derjenige Wasseranschluss an der wärmetechnischen Anlage zu verstehen, an dem das Warmwasser dem Nutzer tatsächlich zur Verfügung steht, also zum Beispiel der Duschkopf, wobei, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird und wie es sich auch aus dem Patentanspruch 1 ergibt, der Durchflussmesser nicht an der Warmwasserentnahmestelle angeordnet sein muss.The hot water extraction point is to be understood as the water connection on the heating system at which the hot water is actually available to the user, e.g. the shower head, whereby, as will be discussed in more detail below and as is also apparent from
Das insgesamt an der Warmwasserentnahmestelle gezapfte Wasser (Mischwasser) besteht dabei regelmäßig aus einem Warm- und einem Kaltwasseranteil. Der Warmwasseranteil entspricht dabei dem oben genannten Warmwasserdurchfluss. Der Kaltwasseranteil wird aus einer unbeheizten (Kalt-) Wasserleitung beigemischt. The total water tapped at the hot water tapping point (mixed water) regularly consists of a warm and a cold water portion. The hot water share corresponds to the hot water flow rate mentioned above. The cold water portion is added from an unheated (cold) water line.
Weiterhin wird noch darauf hingewiesen, dass der vorgenannte „Entnahmegrenzwert“ (wie oben ausgeführt) zwar ein feststehender Wert sein kann. Besonders bevorzugt ist aber, worauf weiter unten auch noch genauer eingegangen wird, vorgesehen, dass er während des Betriebs der wärmetechnische Anlage orientiert an anderen Betriebsparametern festgelegt wird. Der verwendete Begriff „Warmwasserdurchfluss“ entspricht dabei wahlweise einem Instantan- oder einem zeitlich gemittelten Wert.Furthermore, it is pointed out that the aforementioned "withdrawal limit value" (as explained above) can be a fixed value. However, it is particularly preferred, which will also be discussed in more detail below, that it is defined during the operation of the thermotechnical installation based on other operating parameters. The term "hot water flow" used here corresponds to either an instantaneous value or a value averaged over time.
Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus, dass in Phasen mit geringer Warmwassernutzungsmenge innerhalb eines bestimmten Zeitraumes (sogenannter Effizienzbetrieb) das Wasser möglichst energieeffizient mit dem Primärwärmeerzeuger, der vorzugsweise als Wärmepumpeneinrichtung ausgebildet ist, erwärmt wird und dass in (eher seltenen) Phasen mit großer Warmwassernutzungsmenge innerhalb des bestimmten Zeitraumes (sogenannter Komfortbetrieb) jedenfalls der Sekundärwärmeerzeuger, der vorzugsweise als Elektroheizeinrichtung ausgebildet ist, zum besonders schnellen Erwärmen des Wassers eingesetzt wird. Aufgrund der (im Vergleich zur Temperaturmessung) genaueren Detektion der Entnahme des Warmwassers ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders energieeffizient und komfortabel.In other words, the method according to the invention is characterized in that in phases with a low amount of hot water usage within a certain period of time (so-called efficiency operation), the water is heated as energy-efficiently as possible with the primary heat generator, which is preferably designed as a heat pump device, and that in (rather rare) In any case, the secondary heat generator, which is preferably designed as an electric heating device, is used to heat the water particularly quickly during phases with a large amount of hot water usage within a certain period of time (so-called comfort mode). The method according to the invention is particularly energy-efficient and convenient due to the more precise detection (in comparison to the temperature measurement) of the removal of the hot water.
Insbesondere bei Verwendung einer Wärmepumpen- und Elektroheizeinrichtung kann dabei in der zuletzt genannten Phase selbstverständlich neben der Elektroheizeinrichtung auch die Wärmepumpeneinrichtung weiter betrieben werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Elektroheizeinrichtung praktisch sofort wirkt bzw. volle Leistung bringt, während die Wärmepumpeneinrichtung durchaus einige Minuten bis zur Bereitstellung der vollen Leistung benötigt.Especially when using a heat pump and electric heating device, the heat pump device can of course continue to be operated in addition to the electric heating device in the last-mentioned phase, whereby it must be taken into account that the electric heating device works almost immediately or provides full power, while the heat pump device can take a few minutes to required to provide full power.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei weiterhin, was nachfolgend noch genauer erläutert wird, insbesondere bei wärmetechnischen Anlagen mit vergleichsweise kleinem Warmwasserspeicher vorteilhaft, da auf diese Weise trotz der beschränkten Warmwasserkapazität ein hoher Komfort gewährleistet werden kann, wenn tatsächlich einmal (wie zum Beispiel beim Einlassen einer heißen Badewanne) große Mengen warmes Wasser benötigt werden.The method according to the invention is still advantageous, which will be explained in more detail below, particularly in thermal engineering systems with a comparatively small hot water storage tank, since in this way, despite the limited Hot water capacity, a high level of comfort can be guaranteed when large amounts of hot water are actually required (e.g. when running a hot bath tub).
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.Other advantageous developments of the method according to the invention result from the dependent patent claims.
Zum Stand der Technik wird noch auf folgende Dokumente hingewiesen:
- Aus dem Dokument
DE 10 2011 113 615 A1
- From the document
DE 10 2011 113 615 A1
Aus dem Dokument
Nur der Vollständigkeit halber wird schließlich noch auf die weiter abliegenden Dokumente
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The method according to the invention, including its advantageous developments according to the dependent patent claims, is explained in more detail below with reference to the graphic representation of a preferred exemplary embodiment.
Es zeigt
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1 schematisch eine mögliche Ausführungsform der wärmetechnischen Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem im Warmwasserspeicher angeordneten Heizstab.
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1 schematically shows a possible embodiment of the thermotechnical system for carrying out the method according to the invention with a heating element arranged in the hot water tank.
Bei der in
Dabei ist, wie aus
Weiterhin ist bei der wärmetechnischen Anlage, wie aus
Ferner ist - in an sich bekannter Weise - vorgesehen, dass das Wasser bis zu einem Entnahmegrenzwert ausschließlich mit dem energieeffizienteren Primärwärmeerzeuger 1 und ab dem Entnahmegrenzwert mindestens mit dem Sekundärwärmeerzeuger 2 erwärmt wird.Furthermore, it is provided—in a manner known per se—that the water is heated up to a withdrawal limit value exclusively with the more energy-efficient
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass bei einer Warmwasserentnahme aus dem Warmwasserspeicher 3 mit einem Durchflussmesser 4 der an einer Warmwasserentnahmestelle 5 auftretende Warmwasserdurchfluss ermittelt und der Sekundärwärmeerzeuger 2 eingeschaltet wird, wenn der ermittelte Warmwasserdurchfluss den Entnahmegrenzwert erreicht.It is essential for the method according to the invention that when hot water is drawn from the hot
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass sowohl der Entnahmegrenzwert als auch der Warmwasserdurchfluss als Volumen pro Zeit, also insbesondere mit den SI-Einheiten [m3/s] oder entsprechend umgerechneten Einheiten angegeben bzw. bei der weiteren rechnerischen Verarbeitung zugrunde gelegt wird.It is preferably provided that both the withdrawal limit value and the hot water flow rate are specified as volume per time, ie in particular with the SI units [m 3 /s] or correspondingly converted units, or are used as a basis for further mathematical processing.
Bezüglich des vorgenannten Entnahmegrenzwertes ist dabei weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass dieser während des Betriebs der wärmetechnischen Anlage bei einer Warmwasserentnahme in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der wärmetechnischen Anlage festgelegt wird.With regard to the aforementioned extraction limit value, it is further preferably provided that this is defined during the operation of the heating system when hot water is being extracted as a function of at least one operating parameter of the heating system.
Nach einer ersten Option wird dabei als Betriebsparameter eine verfügbare Heizleistung des Primärwärmeerzeugers 1 verwendet. Nach einer zweiten Option wird als Betriebsparameter ein Beladezustand des Warmwasserspeichers 3 verwendet, wobei dieser von einer im Wasser des Warmwasserspeichers 3 gespeicherten Wärmeenergie und einer Temperaturschichtung des Wassers im Warmwasserspeicher 3 abhängt.According to a first option, an available heat output of the
Zudem können je nach Art des Primärwärmeerzeugers 1 auch weitere Parameter, wie etwa Witterungsbedingungen, zu Festlegung des Entnahmegrenzwerts herangezogen werden. Witterungebedingungen sind beispielsweise von Bedeutung, wenn es sich bei dem Primärwärmeerzeuger 1 um eine Wärmepumpe handelt.Depending on the type of
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Entnahmegrenzwert während des Betriebs der wärmetechnischen Anlage bei einer Warmwasserentnahme zu einer bestimmten Tageszeit in Abhängigkeit eines sich aus einer Vielzahl vorausgegangener Warmwasserentnahmen ergebenden Verbrauchsprofils errechnet und festgelegt wird.Furthermore, it is preferably provided that the extraction limit value is calculated and defined during the operation of the heating system when hot water is extracted at a specific time of day as a function of a consumption profile resulting from a large number of previous hot water extractions.
Außerdem ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein Warmwasserspeicher 3 mit einem Wasservolumen von höchstens 200 Litern verwendet wird. Mit anderen Worten: Das erfindungsgemäße Verfahren führt insbesondere trotz Verwendung eines vergleichsweise kleinen Warmwasserspeichers 3 zu einem hohen Komfort bei der Warmwasserversorgung. Für diesen Anwendungsfall ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft einsetzbar.In addition, it is particularly preferred that a
Wie weiterhin aus
Schließlich wird darauf hingewiesen, dass zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich nicht nur die dargestellte Ausführungsform mit einer Rohrwendel im Warmwasserspeicher 3 in Betracht kommt: Genauso gut könnte ein sogenanntes Ladesystem mit Elektroheizung im Speicher und/oder im Sekundärkreis vorgesehen sein. Außerdem ist die wärmetechnische Anlage, was - abgesehen vom Durchflussmesser 4 - nicht extra dargestellt ist, selbstverständlich mit einer entsprechenden Sensorik (zum Beispiel Temperatursensoren) und dazugehöriger Verkabelung versehen.Finally, it is pointed out that for the implementation of the method according to the invention not only the illustrated embodiment with a coiled tubing in the hot
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Primärwärmeerzeugerprimary heat generator
- 22
- Sekundärwärmeerzeugersecondary heat generator
- 33
- Warmwasserspeicherhot water tank
- 44
- Durchflussmesserflow meter
- 55
- Warmwasserentnahmestellehot water tapping point
- 66
- Kaltwasserzulaufcold water inlet
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