DE102021124584A1

DE102021124584A1 - Domestic hot water preparation system and method for its operation

Info

Publication number: DE102021124584A1
Application number: DE102021124584.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Grammling
Original assignee: Mishco GmbH
Current assignee: Mishco GmbH
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2022-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trinkwarmwasserbereitungsanlage (10) und Verfahren zu deren Betrieb, bei welchem
- Trinkwarmwasser über einen Wärmespeicher (12) erwärmt und bedarfsabhängig entnommen wird,
- mittels einer Messeinheit (16) ein Betriebsparameter des Wärmespeichers (12) erfasst wird,
- und der Wärmespeicher (12) abhängig von dem Betriebsparameter durch einen Wärmeerzeuger (14) aufgeladen wird,
- ein Referenzprofil der in einem Tagesverlauf veränderlichen Warmwasserentnahme in einer Speichereinheit (40) hinterlegt wird, und
- ein Einschaltzeitpunkt des Wärmeerzeugers (14) für das Aufladen des Wärmespeichers (12) unter Berücksichtigung des Referenzprofils in einer Steuereinheit (18) bestimmt wird.

The invention relates to a domestic hot water preparation system (10) and a method for its operation, in which
- Domestic hot water is heated via a heat accumulator (12) and drawn off as required,
- an operating parameter of the heat accumulator (12) is recorded by means of a measuring unit (16),
- and the heat accumulator (12) is charged by a heat generator (14) depending on the operating parameters,
- a reference profile of the hot water withdrawal that varies over the course of the day is stored in a storage unit (40), and
- A switch-on time of the heat generator (14) for charging the heat accumulator (12) is determined taking into account the reference profile in a control unit (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and a system according to the preamble of the independent patent claims.

Wärmespeicher zum Vorhalten oder Bereiten von Trinkwarmwasser sind die Standardlösung, um den z. T. sehr hohen Wärmeleistungsbedarf bei der Nutzung von Warmwasser sehr kurzfristig auch dann nachkommen zu können, wenn die Wärmeleistung des zur Aufheizung zur Verfügung stehenden Wärmeerzeugers wesentlich geringer ist als die benötigte Wärmeleistung bei der Warmwasserentnahme. Bei modernen Gebäuden werden heute zunehmend elektrische Wärmepumpen als Wärmeerzeuger eingesetzt; meist handelt es sich hierbei um Luft-Wasser-Wärmepumpen, also Wärmepumpen, die die Außenluft als Wärmequelle nutzen. Die energetische Effizienz von Wärmepumpen (COP = Coefficient of Performance) ist dabei stark abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und dem Temperaturniveau der Nutzenergie. Je größer die Differenz zwischen Wärmequelle und Nutzwärme wird, desto niedriger ist der COP. Da die Temperatur des Trinkwarmwasser nicht unter ein bestimmtes Niveau (z.B. 40 °C) abgesenkt werden kann, ohne deutliche Komforteinbußen in Kauf zu nehmen, wird die für den COP maßgebende Temperaturdifferenz im Wesentlichen von der Temperatur der Energiequelle, also der Außentemperatur bestimmt.Thermal storage tanks for storing or preparing domestic hot water are the standard solution for e.g. T. to be able to meet very high heat output requirements when using hot water at very short notice even if the heat output of the heat generator available for heating is significantly lower than the heat output required for hot water extraction. In modern buildings, electric heat pumps are increasingly being used as heat generators; these are usually air-to-water heat pumps, i.e. heat pumps that use the outside air as a heat source. The energetic efficiency of heat pumps (COP = Coefficient of Performance) is strongly dependent on the temperature difference between the heat source and the temperature level of the useful energy. The greater the difference between the heat source and useful heat, the lower the COP. Since the temperature of the domestic hot water cannot be lowered below a certain level (e.g. 40 °C) without accepting a significant loss of comfort, the decisive temperature difference for the COP is essentially determined by the temperature of the energy source, i.e. the outside temperature.

Der Zeitpunkt für die Nachladung von Luft-Wasser-Wärmepumpen beheizten Trinkwarmwasserspeichern erfolgt konventionell temperaturgeführt. Bei Unterschreiten einer in der Steuerung der Wärmepumpe festgelegten Temperatur eines Fühlers, der die Speichertemperatur misst, wird der Nachladevorgang gestartet. Durch einen im Inneren des Speichers befindlichen Wärmetauscher oder einen externen Wärmetauscher wird das Wasser des Trinkwarmwasserspeichers durch das von der Wärmepumpe erwärmte Wasser erwärmt. Dieser Erwärmungs- oder Nachladevorgang dauert so lange, bis an dem Fühler eine von der Regelung vorgegebene Solltemperatur erreicht ist. Danach wird der Nachladevorgang beendet. Das hat zur Folge, dass die Nachladung des Wärmespeichers zur Trinkwarmwassererzeugung häufig in energetisch ungünstigsten Tageszeiten erfolgt. Denn der Wärmespeicher wird auch dann aufgeladen, wenn in den nächsten Stunden überhaupt kein Warmwasser mehr verbraucht wird.The time for recharging air-to-water heat pump-heated domestic hot water storage tanks is conventionally temperature-controlled. If the temperature of a sensor that measures the storage tank temperature falls below a value specified in the heat pump control, the recharging process is started. The water in the domestic hot water tank is heated by the water heated by the heat pump using a heat exchanger located inside the tank or an external heat exchanger. This heating or recharging process lasts until a target temperature specified by the control is reached at the sensor. The reloading process is then terminated. As a result, the heat storage tank for domestic hot water production is often recharged at the most unfavorable times of the day in terms of energy. Because the heat accumulator is also charged if no hot water is used at all in the next few hours.

Würde hingegen die Aufladung des Wärmespeichers grundsätzlich so gesteuert, dass er immer nur zur Zeit der höchsten Außentemperatur beladen wird, dann bestünde die Gefahr, dass bei einem zwischenzeitlich auftretenden erhöhten Warmwasserverbrauch der Bedarf an Warmwasser nicht mehr hinreichend gedeckt werden kann.If, on the other hand, the charging of the heat accumulator were basically controlled in such a way that it is only charged at the time of the highest outside temperature, then there would be a risk that the demand for hot water could no longer be adequately covered if there was an increase in hot water consumption in the meantime.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Anlagen weiter zu verbessern und möglichst günstige Betriebsbedingungen für die Auf- bzw. Nachladung zu nutzen.Proceeding from this, the invention is based on the object of further improving the methods and systems known in the prior art and of using the most favorable operating conditions possible for charging and recharging.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 12 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem, the combination of features specified in claim 1 or 12 is proposed. Advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Aufladung des Wärmespeichers unter Berücksichtigung von Verbrauchsmustern auf einen energetisch günstigen Zeitpunkt zu legen. Demzufolge wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Referenzprofil der in einem Tagesverlauf veränderlichen Warmwasserentnahme in einer Speichereinheit hinterlegt wird, und dass ein Einschaltzeitpunkt des Wärmeerzeugers für das Aufladen des Wärmespeichers unter Berücksichtigung des Referenzprofils in einer Steuereinheit bestimmt wird. Dadurch ist es möglich, neben der Wassertemperatur des Wärmespeichers weitere Betriebsparameter zu berücksichtigen, um in Abstimmung mit dem Referenzprofil eine energetischen oder sonstigen vorteilhaften Bedingungen angepassten Betriebsablauf zu finden, ohne den Nutzungskomfort wesentlich zu beeinträchtigen.The invention is based on the idea of charging the heat accumulator at an energetically favorable point in time, taking consumption patterns into account. Accordingly, it is proposed according to the invention that a reference profile of the hot water withdrawal, which varies over the course of the day, is stored in a storage unit, and that a switch-on time of the heat generator for charging the heat storage is determined in a control unit, taking into account the reference profile. This makes it possible to consider other operating parameters in addition to the water temperature of the heat accumulator in order to find an operating sequence adapted to energetic or other advantageous conditions in coordination with the reference profile without significantly impairing the comfort of use.

Vorteilhafterweise wird ein für das Aufladen des Speichers vorteilhafter Zusatzparameter bei der Bestimmung des Einschaltzeitpunkts durch die Steuereinheit mitberücksichtigt, so dass eine mehrdimensional vorteilhafte Steuerung möglich ist.Advantageously, an additional parameter that is advantageous for charging the memory is also taken into account by the control unit when determining the switch-on time, so that multidimensionally advantageous control is possible.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zusatzparameter einen Wert bzw. eine ggf. auch empirisch ermittelte Größe aus der Gruppe Umgebungstemperatur, Energieaufwand, Kostenaufwand, Schallemission umfasst.In this context, it is particularly advantageous if the additional parameter includes a value or, if necessary, also an empirically determined variable from the group of ambient temperature, energy consumption, cost expenditure, noise emission.

Um eine situationsgerechte Betriebsweise zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn bei Erreichen eines Schwellwerts des Betriebsparameters ein erster Zeitpunkt bestimmt wird, und wenn der Wärmeerzeuger in einem variablen Zeitabstand nach dem ersten Zeitpunkt eingeschaltet wird.In order to enable operation that is appropriate to the situation, it is advantageous if a first point in time is determined when a threshold value of the operating parameter is reached, and if the heat generator is switched on at a variable time interval after the first point in time.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass das Referenzprofil durch eine Mustererkennung einer zeitlich wiederkehrenden Warmwasserentnahme bestimmt wird.A particularly advantageous embodiment provides that the reference profile is determined by a pattern recognition of a chronologically recurring hot water withdrawal.

Eine Vereinfachung lässt sich dadurch erreichen, dass das Referenzprofil bestimmten Tagen, insbesondere Wochentagen, Wochenendtagen, Feiertagen gegebenenfalls unterschiedlich zugeordnet wird.A simplification can be achieved by assigning the reference profile to specific days, in particular weekdays, weekend days, public holidays may be assigned differently.

Vorteilhafterweise wird das Referenzprofil hinsichtlich des erwarteten Zeitpunkts und/oder der erwarteten Menge einer Warmwasserentnahme bei der Bestimmung des Einschaltzeitpunkts berücksichtigt, wobei der Einschaltzeitpunkt zur Vermeidung eines Warmwassermangels angepasst wird.Advantageously, the reference profile is taken into account with regard to the expected point in time and/or the expected amount of hot water withdrawal when determining the switch-on point in time, with the switch-on point in time being adjusted to avoid a hot water shortage.

Für eine zuverlässige Steuerung ist es weiterhin günstig, wenn die Temperatur und/oder die Menge des entnommenen Trinkwarmwassers gemessen wird.For reliable control, it is also favorable if the temperature and/or the quantity of the domestic hot water drawn off is measured.

Vorteilhafterweise wird der Wärmeerzeuger bei Erreichen eines gegebenen oberen Temperaturwerts des Wärmespeichers abgeschaltet.The heat generator is advantageously switched off when a given upper temperature value of the heat accumulator is reached.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der obere Temperaturwert an einen erfassten Warmwasserverbrauch oder einen erwarteten Warmwasserbedarf angepasst wird.In this context it is advantageous if the upper temperature value is adapted to a recorded hot water consumption or an expected hot water requirement.

Eine weitere vorteilhafte Option besteht darin, dass das Aufladen des Wärmespeichers nach Maßgabe einer Benutzereingabe angepasst wird.A further advantageous option is that the charging of the heat accumulator is adjusted based on a user input.

In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Referenzprofil der in einem Tagesverlauf veränderlichen Warmwasserentnahme in einer Speichereinheit hinterlegt ist, und dass die Steuereinheit zur Bestimmung des Einschaltzeitpunkts des Wärmeerzeugers unter Berücksichtigung des Referenzprofils eingerichtet ist. Damit lassen sich die vorstehend erwähnten Vorteile gleichermaßen erzielen.In terms of the device, the object mentioned at the outset is achieved in that a reference profile of the hot water consumption that varies over the course of the day is stored in a memory unit, and that the control unit is set up to determine the time at which the heat generator is switched on, taking the reference profile into account. The advantages mentioned above can thus be achieved in equal measure.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

1 ein Blockschaltbild einer Trinkwarmwasserbereitungsanlage;
2 einen typischen Tagesverlauf der Außentemperatur in verschiedenen Jahreszeiten;
3 ein Diagramm eines beispielhaften Warmwasserverbrauchs eines Haushalts in aufeinander folgenden Tagen;
4a,b einen Verlauf der Speichernachladung in einem herkömmlichen und einem erfindungsgemäßen Modus.

The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Show it

1 a block diagram of a domestic hot water preparation system;
2 a typical daily course of the outside temperature in different seasons;
3 a diagram of an example hot water consumption of a household in consecutive days;
4a,b a course of memory recharging in a conventional mode and a mode according to the invention.

Die in 1 gezeigte Trinkwarmwasserbereitungsanlage 10 umfasst einen Wärmespeicher 12 zur Trinkwassererwärmung, einen Wärmeerzeuger 14 zum Nachladen des Wärmespeichers 12, eine Messeinheit 16 zur Erfassung einer Temperatur des Wärmespeichers 12 und eine Steuereinheit 18 zum optimierten Ein- und Abschalten des Wärmeerzeugers 14.In the 1 The domestic hot water preparation system 10 shown comprises a heat accumulator 12 for heating drinking water, a heat generator 14 for recharging the heat accumulator 12, a measuring unit 16 for recording a temperature of the heat accumulator 12 and a control unit 18 for switching the heat generator 14 on and off in an optimized manner.

Der Wärmespeicher 12 weist einen wärmeisolierten Speicherbehälter 20 auf, der mit Trinkwasser 22 über eine Anschlussstelle 24 aus einem Versorgungsnetz befüllbar ist. Ein mit dem Wärmeerzeuger 14 verbundener sekundären Wärmetauscher 26 in dem Speicherbehälter 20 ermöglicht das Erwärmen des Trinkwassers 22, das über eine Zapfstelle 28 für den Verbrauch entnommen werden kann.The heat accumulator 12 has a heat-insulated storage tank 20 which can be filled with drinking water 22 via a connection point 24 from a supply network. A connected to the heat generator 14 secondary heat exchanger 26 in the storage tank 20 allows the heating of the drinking water 22, which can be removed via a tap 28 for consumption.

Der Wärmeerzeuger 14 ist als Wärmepumpe 30 ausgebildet, die der Außenluft 32 Wärme entnimmt und über einen primären Wärmetauscher 34 und den Heizkreislauf 36 an den sekundären Wärmetauscher 26 überträgt.The heat generator 14 is designed as a heat pump 30 which extracts heat from the outside air 32 and transfers it to the secondary heat exchanger 26 via a primary heat exchanger 34 and the heating circuit 36 .

Die Steuereinheit 18 umfasst einen Prozessor 38 und eine Speichereinheit 40, wobei über die gestrichelt gezeigten Signalleitungen 40 verschiedene Betriebsparameter erfasst werden können, insbesondere die mittels Außenfühler 44 erfasste Außenlufttemperatur, die mittels Messeinheit 16 im Speicherbehälter 20 erfasste Trinkwassertemperatur, die Trinkwarmwasserzapfmenge an der Zapfstelle 28 und die Wassernachladung an der Anschlussstelle 24. Die Steuereinheit 18 ist weiterhin dazu eingerichtet, den Wärmeerzeuger 14 über eine Steuerleitung 45 zu nach bestimmten Kriterien ermittelten Zeitpunkten ein- und auszuschalten.The control unit 18 comprises a processor 38 and a memory unit 40, in which case various operating parameters can be recorded via the signal lines 40 shown in dashed lines, in particular the outside air temperature recorded by means of the outside sensor 44, the drinking water temperature recorded by means of the measuring unit 16 in the storage tank 20, the amount of hot water drawn off at the tap 28 and the water reloading at the connection point 24. The control unit 18 is also set up to switch the heat generator 14 on and off via a control line 45 at times determined according to specific criteria.

Für diese Kriterien können Muster der Außenlufttemperatur und des Warmwasserbedarfs herangezogen werden, wie sie nachfolgend beschrieben werden.These criteria can be based on patterns of outdoor air temperature and hot water demand, as described below.

Wie in 2 veranschaulicht, hat die Temperatur Ta der Außenluft über den Tag hinweg infolge von Tag und Nacht und der damit verbundenen Veränderung der Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr hinweg einen deutlichen, systematischen uhrzeitabhängigen Verlauf. Das Minimum der Außentemperatur tritt typischerweise zur Zeit des Sonnenaufgangs und die höchste Temperatur im Winter zwischen 13-14 Uhr und im Sommer zwischen 17-18 Uhr auf.As in 2 illustrated, the temperature Ta of the outside air has a clear, systematic time-dependent course throughout the day as a result of day and night and the associated change in solar radiation over the whole year. The minimum of outside temperature typically occurs at the time of sunrise and the highest temperature in winter between 13.00 and 14.00 and in summer between 17.00 and 18.00.

3 zeigt beispielhaft anhand der Warmwasserzapfungen (durchgezogene Kurve) und der aufsummierten Warmwassermenge (gestrichelt), dass die intensive Nutzung von erwärmtem Trinkwasser (Trinkwarmwasser) im häuslichen Bereich oftmals am frühen Morgen, mittags und am späten Abend stattfindet. Dabei unterliegt dieses Verbrauchsprofil meist einer sehr großen Regelmäßigkeit. Sowohl für den Zeitpunkt als auch für die Menge der Entnahme von Warmwasser lässt sich, nach längerer Beobachtung bzw. Ermittlung, oftmals ein klares Warmwasserverbrauchs-Muster erkennen, das sich täglich wiederholt. 3 shows by way of example the hot water tapping (solid curve) and the total amount of hot water (dashed) that the intensive use of heated drinking water (domestic hot water) in the domestic area often takes place in the early morning, at noon and in the late evening. This consumption profile is usually subject to a very high level of regularity. Both for the time and for the amount of hot water withdrawal, after a long period of observation or investigation, often recognize a clear hot water consumption pattern that is repeated every day.

Bei der Analyse des Warmwasserverbrauchs in der Anlage 10 werden systematisch sicher wiederholende Warmwasserverbräuche ermittelt. Die so gefundenen Verbrauchsmuster können den einzelnen Wochentagen, Wochenend-Tagen oder Sonn- und Feiertagen zugeordnet werden. Es können sich auch einzelne Wochentage systematisch und signifikant von anderen abheben. Ziel der Analyse ist es, Warmwasserverbrauchsmuster zu finden, also den zeitlichen Warmwasserverbrauch auf die Übereinstimmung mit einem sich wiederholenden Muster zu überprüfen und dem jeweiligen Wochentag, ggf. auch Sonn- oder Feiertag so einem Muster zuzuordnen. Mit dem jeweiligen Verbrauchsmuster kann eine Vorhersage des zukünftigen Verbrauchs für den jeweiligen Tag gemacht werden. Aus solchen Warmwasserverbrauchsmustern kann beispielsweise durch Mittelung ein Referenzprofil der Wasserentnahme generiert und in der Speichereinheit 40 hinterlegt werden.During the analysis of the hot water consumption in system 10, repetitive hot water consumption is systematically determined. The consumption patterns found in this way can be assigned to the individual weekdays, weekend days or Sundays and public holidays. Individual days of the week can also differ systematically and significantly from others. The aim of the analysis is to find hot water consumption patterns, i.e. to check the temporal hot water consumption for consistency with a recurring pattern and to assign the respective weekday, possibly also Sundays or public holidays, to such a pattern. With the respective consumption pattern, a forecast of the future consumption for the respective day can be made. A reference profile of the water withdrawal can be generated from such hot water consumption patterns, for example by averaging, and stored in the storage unit 40 .

Die Mustererkennung bei der Warmwassernutzung bezieht sich also auf die Betrachtung der entnommenen Warmwassermenge. Dazuhin wird auch die verbleibendn nutzbare Restwärmekapazität des Warmwasserspeichers bestimmt. Die nutzbare Restwärmekapazität kann mit einfachen Mitteln gemessen beziehungsweise fortlaufend berechnet (oder mit einem sehr einfachen Modell simuliert wird) werden:

Man geht von einer bekannten maximalen nutzbaren Wärmekapazität des Speichers aus und subtrahiert davon die entnommene Wärmemenge, berechnet aus Durchflussmenge (Entnahme-Durchfluss mal Zeitdauer) und Entnahmetemperatur. Ebenfalls subtrahiert wird der Oberflächenverlust (Standverlust) des Speichers. Anhand dieser Berechnung lässt sich für mehrere Tage in Folge ermitteln, mit welcher Sicherheit (verbleibende Restwärmekapazität) der Speicher ohne sofortige Nachladung genügend Warmwasser liefern kann, um die übliche Nutzung ohne Komfortverlust zu gewährleisten.

The pattern recognition in the use of hot water therefore refers to the consideration of the amount of hot water drawn off. In addition, the remaining usable residual heat capacity of the hot water storage tank is also determined. The usable residual heat capacity can be measured with simple means or continuously calculated (or simulated with a very simple model):

You start from a known maximum usable thermal capacity of the storage tank and subtract the amount of heat extracted, calculated from the flow rate (extraction flow times duration) and extraction temperature. The surface loss (level loss) of the accumulator is also subtracted. Based on this calculation, it can be determined for several days in a row with what certainty (remaining residual heat capacity) the storage tank can supply enough hot water without immediate recharging to ensure normal use without loss of comfort.

Für die nutzbare Restwärmekapazität lässt sich dann ein unterer Grenzwert festlegen. Falls dieser im Betrieb unerwarteterweise erreicht oder unterschritten wird, kann außerplanmäßig die Nachladung gestartet werden, um Komforteinbußen zu vermeiden.A lower limit value can then be set for the usable residual heat capacity. If this is unexpectedly reached or fallen below during operation, unscheduled recharging can be started in order to avoid a loss of comfort.

4a illustriert die konventionelle Betriebsweise anhand der Speichertemperatur (obere Kurve) und des Schaltzustands der Wärmepumpe 14 (untere Kurve). Bei Erreichen einer vorgegebenen unteren Grenztemperatur t_u des Speicherwassers 22 wird die Wärmepumpe sofort eingeschalten und bei Erreichen der oberen Grenztemperatur t_o ausgeschalten. 4a illustrates the conventional mode of operation based on the storage temperature (upper curve) and the switching state of the heat pump 14 (lower curve). When a predetermined lower limit temperature t _u of the storage water 22 is reached, the heat pump is switched on immediately and switched off when the upper limit temperature t _o is reached.

4b zeigt im Vergleich den erfindungsgemäßen Ablauf. Wird bei der Warmwassernutzung bei einer im Tagesverlauf relativ niedrigen Außentemperatur (morgens) die untere Grenztemperatur t_u des Speicherwassers 22 erreicht, und ist aufgrund des Referenzmusters mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu erwarten, dass in den nächsten Stunden kein großer Warmwasserbedarf mehr besteht, so wird die Nachladung des Wärmespeichers 12 auf einen späteren, für die Aufladung energetisch günstigeren Zeitpunkt verschoben. Die Konditionen für die Wärmepumpe 14 sind ganzjährig nachmittags erheblich günstiger, da eine höhere Lufttemperatur herrscht. Dadurch hat die Wärmepumpe 14 eine deutlich höhere Energieeffizienz (der COP steigt ganzjährig signifikant an). Das bedeutet, dass der Nutzer für die Erwärmung einer bestimmten Menge an Warmwasser deutlich weniger elektrische Energie einsetzen muss. 4b shows the process according to the invention in comparison. If the lower limit temperature t _u of the storage water 22 is reached during hot water use at a relatively low outside temperature during the course of the day (in the morning) and if, based on the reference pattern, there is a high probability that there will be no large hot water demand in the next few hours, the Reloading of the heat accumulator 12 shifted to a later point in time that is energetically more favorable for charging. The conditions for the heat pump 14 are considerably more favorable in the afternoon all year round, since the air temperature is higher. As a result, the heat pump 14 has a significantly higher energy efficiency (the COP increases significantly throughout the year). This means that the user has to use significantly less electrical energy to heat a certain amount of hot water.

Durch diese Vorgehensweise bleibt der Warmwasserkomfort für den Nutzer unberührt und gleichzeitig wird erheblich elektrische Antriebsenergie für die Wärmepumpe 14 eingespart. Die Verschiebung der Aufladung des Wärmespeichers vom Morgen in einen späteren Zeitpunkt hat außerdem den Vorteil, dass die Wärmepumpe, die meist Wärme für Warmwasser und Heizung liefert, in den Morgenstunden unterbrechungsfrei Heizwärme liefern kann. Des Weiteren arbeitet die Wärmepumpe bei der Beladung des Warmwasserspeichers 12 unter Volllast, das bedeutet Kompressor 46 und Ventilator 48 arbeiten mit maximaler Drehzahl und emittieren damit den höchsten Geräuschpegel. Da der Umgebungsgeräuschpegel nachmittags meist höher ist als am frühen Morgen, ist die Geräuschbelastung der Umgebung durch die Wärmepumpe bei der Warmwasserbeladung deutlich niedriger.As a result of this procedure, the hot water comfort for the user remains unaffected and at the same time considerable electrical drive energy for the heat pump 14 is saved. Postponing the charging of the heat accumulator from the morning to a later point in time also has the advantage that the heat pump, which usually supplies heat for hot water and heating, can supply heat without interruption in the morning hours. Furthermore, the heat pump works at full load when the hot water tank 12 is being loaded, which means that the compressor 46 and fan 48 are working at maximum speed and thus emit the highest noise level. Since the ambient noise level is usually higher in the afternoon than in the early morning, the noise pollution of the environment from the heat pump during hot water charging is significantly lower.

Im Folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele für den Betrieb der Anlage 10 näher erläutert.Specific exemplary embodiments for the operation of the system 10 are explained in more detail below.

Mittels der Durchflussmesseinrichtung 50 wird das zugeführte bzw. entnommene Warmwasservolumen V und mittels der Messeinheit 16 die Wärmespeichertemperatur Tsp erfasst. Weiterhin sind folgende Größe vorgegeben: Die maximal zulässige (erwünschte) Speichertemperatur Tmax, die untere Grenztemperatur Tmin als minimale Komforttemperatur, das Maximal-Volumen Vmax an Warmwasser, das ohne Nachladung dem Wärmespeicher 12 entnommen werden kann, bis die untere Grenztemperatur Tmin unterschritten wird. Darüber hinaus ist ein uhrzeitabhängiges Referenz-Warmwasser-Entnahme-Profil PTV hinterlegt (Uhrzeit-abhängiger Verlauf des Warmwasserentnahmevolumens).The supplied or withdrawn hot water volume V is recorded by means of the flow measuring device 50 and the heat accumulator temperature Tsp by means of the measuring unit 16 . The following variables are also specified: the maximum permissible (desired) storage temperature Tmax, the lower limit temperature Tmin as the minimum comfort temperature, the maximum volume Vmax of hot water that can be removed from the heat storage device 12 without recharging until the lower limit temperature Tmin is undershot. In addition, a time-dependent reference hot water withdrawal profile PTV is stored (time from dependent course of the hot water extraction volume).

Anfangs wird angenommen, der Warmwasserspeicher muss das vorliegende Referenz-Warmwasser-Entnahme-Profil PTV bedienen. Für diese Annahme wird berechnet, bis zu welchem Zeitpunkt tsp,max der Speicher ohne Nachladung das Referenzprofil PTV bedienen kann. Ausgehend davon wird unter Berücksichtigung der Nachladeleistung Qnl des Wärmeerzeugers 14 und der Wärmekapazität des Speichers 12 der Zeitpunkt tsp,ptv bestimmt, zu dem der Nachladevorgang gestartet werden muss, um sicherzustellen, dass bezüglich des Referenz-Warmwasser-Entnahme-Profil PTV nie die untere Grenztemperatur Tmin erreicht bzw. unterschritten wird.Initially, it is assumed that the hot water storage tank has to serve the present reference hot water withdrawal profile PTV. For this assumption, it is calculated up to which point in time tsp,max the storage can serve the reference profile PTV without reloading. Based on this, taking into account the recharging capacity Qnl of the heat generator 14 and the heat capacity of the storage tank 12, the point in time tsp,ptv is determined at which the recharging process must be started in order to ensure that the reference hot water extraction profile PTV never reaches the lower limit temperature Tmin is reached or fallen below.

Das tatsächliche Warmwasserentnahme-Volumen Vist wird ständig gemessen und mit der Wasserentnahme Vptv des Referenz-Warmwasser-Entnahme-Profil PTV verglichen. Bei Abweichungen der Ist-Entnahme Vist vom Wert des Referenz-Profil Vptv wird der berechnete Nachladezeitpunkt entsprechend zeitlich korrigiert. Bei positiver Abweichung (Vist > Vptv) wird der Startzeitpunkt für die Nachladung auf einen früheren Zeitpunkt gelegt (tsp,ist < tsp,ptv), bei negativer Abweichung auf einen späteren (wenn Vist < Vptv -> tsp,ist > tsp,ptv).The actual hot water withdrawal volume Vact is constantly measured and compared to the water withdrawal Vptv of the reference hot water withdrawal profile PTV. In the event of deviations between the actual withdrawal Vact and the value of the reference profile Vptv, the calculated reloading time is corrected accordingly. In the case of a positive deviation (Vact > Vptv), the start time for recharging is set to an earlier point in time (tsp,actual < tsp,ptv), with a negative deviation to a later point in time (if Vact < Vptv -> tsp,actual > tsp,ptv) .

Tritt nun eine energetisch, preislich oder sonstige von der Steuereinheit 18 festgestellte und für die Nachladung des Speichers günstige Bedingung ein und wurde dem Speicher eine untere Grenzwärmemenge Qmin entnommen (der Speicher weist einen Mindestentladezustand auf), dann wird die Nachladung auch sofort, also vor erreichen von tsp, ist gestartet. Günstige Bedingungen können sein:

- Höchste im Tagesverlauf zu erwartende Außentemperatur bei Luft/Wasser-Wärmepumpen;
- Niedriger Stromtarif bei rein elektrisch beheizten Speichern;
- Jede zeitlich determinierbare Bedingung, die Energie einspart;
- Jede zeitlich determinierbare Bedingung, die Belästigung durch Schallemission reduziert;
- Jede zeitlich determinierbare Bedingung, die Kosten einspart.

If an energy, price or other condition determined by the control unit 18 and favorable for the recharging of the accumulator occurs and if a lower limit heat quantity Qmin has been removed from the accumulator (the accumulator has a minimum discharge state), then the recharging will also be reached immediately, i.e. before from tsp, is started. Favorable conditions can be:

- Highest outdoor temperature to be expected during the course of the day for air/water heat pumps;
- Low electricity tariff for purely electrically heated storage tanks;
- Any time-determinable condition that saves energy;
- Any determinable time condition that reduces noise annoyance;
- Any chronologically determinable condition that saves costs.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Referenz-Warmwasser-Entnahme-Profil PTV durch die Mittelung des Warmwasserverbrauchs der letzten Tage ermittelt. Dabei werden Verbrauchmuster gesucht, die an bestimmten Wochentagen, Wochenendtagen, Feiertagen etc. signifikante Verbrauchsmuster aufzeigen. Sobald solche Profile identifiziert sind, werden sie an den jeweiligen Tagen als dann gültiges Referenz-Warmwasser-Entnahme-Profil gespeichert. Die Musteridentifizierung ist ein fortlaufender Prozess, bei dem aktuellere Messwerte stärker gewichtet werden als ältere. Somit ist das System selbstlernend mit kontinuierlicher Aktualisierung.In a further embodiment, the reference hot water withdrawal profile PTV is determined by averaging the hot water consumption over the last few days. Consumption patterns are sought that show significant consumption patterns on certain weekdays, weekend days, public holidays, etc. As soon as such profiles are identified, they are saved on the respective days as the then valid reference hot water withdrawal profile. Pattern identification is an ongoing process that weights more recent metrics more heavily than older ones. Thus, the system is self-learning with continuous updating.

Ein weiteres Beispiel sieht eine zusätzliche Messung der Temperatur tww des den Wärmespeicher 12 verlassenden Warmwassers mittels Sensor 52 vor. Dies verbessert zusätzlich die Sicherheit und Genauigkeit des Verfahrens. Anhand des vorgegebenen unteren Grenzwerts für die Warmwassertemperatur Tmin kann die Steuereinheit 18 feststellen, ob und wann die Minimaltemperatur (Komforttemperatur) für das Warmwasser unterschritten wird. Alle Gegenmaßnahmen, die das System ergreift, um sicherzustellen, dass Tmin zukünftig nicht mehr unterschritten wird, können so einfach auf ihre Wirksamkeit überprüft werden.Another example provides for an additional measurement of the temperature tww of the hot water leaving the heat accumulator 12 by means of a sensor 52 . This further improves the safety and accuracy of the method. Based on the specified lower limit value for the hot water temperature Tmin, the control unit 18 can determine whether and when the minimum temperature (comfort temperature) for the hot water is undershot. All countermeasures that the system takes to ensure that Tmin is no longer undershot in the future can be easily checked for their effectiveness.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der bedarfsorientierten Anpassung der Speichersolltemperatur Tmax. Wird bei der Analyse des genutzten Warmwasserspeichervolumens festgestellt, dass das zur Verfügung gestellte Speichervolumen nicht voll genutzt wird, dann wird schrittweise die maximale Speichertemperatur Tmax (Abschalttemperatur bei der Speichernachladung) abgesenkt. Dies führt dazu, dass die Energie-Effizienz der Warmwasserbereitung zusätzlich gesteigert wird, ohne dass der Nutzer Komforteinbußen in Kauf nehmen muss. Dasselbe Verfahren wird bei steigendem Warmwasserverbrauch angewandt. Ist der Wärmespeicher 12 bei der Warmwassernutzung schnell erschöpft und ist die Speichersolltemperatur gering (bspw. < 54°C), dann wird die Speichersolltemperatur schrittweise erhöhtAnother option is to adjust the target storage tank temperature Tmax as required. If the analysis of the hot water storage volume used shows that the available storage volume is not being used to the full, then the maximum storage temperature Tmax (switch-off temperature when recharging the storage tank) is lowered step by step. This leads to an additional increase in the energy efficiency of hot water generation without the user having to accept any loss of comfort. The same procedure is used with increasing hot water consumption. If the heat accumulator 12 is quickly exhausted when using hot water and the set storage temperature is low (e.g. <54° C.), then the set storage temperature is gradually increased

Denkbar ist auch eine profilabhängige Anpassung der Speichersolltemperatur Tmax. Hierbei wird die maximale Speichertemperatur in Abhängigkeit eines ermittelten Wochentagsprofils variiert. An Tagen mit niedrigen Warmwasserbedarf wird Tmax reduziert und an Tagen mit hohem Warmwasserverbrauch wird Tmax entsprechend erhöht.A profile-dependent adjustment of the target storage temperature Tmax is also conceivable. Here, the maximum storage tank temperature is varied depending on a determined weekday profile. On days with low hot water demand, Tmax is reduced and on days with high hot water demand, Tmax is increased accordingly.

Ein weiterer besonderer Aspekt liegt in der Einholung eines Nutzer-Feedbacks. Ein solches Feedback kann vor allem sinnvoll sein, um die in der Regelung festgelegte Grenze der Komforttemperatur im Bedarfsfall zu korrigieren.Another special aspect lies in obtaining user feedback. Such feedback can be particularly useful for correcting the comfort temperature limit specified in the control if necessary.

Im einfachsten Fall betätigt der Nutzer ein Eingabemittel (Taster), wenn er mit der Warmwassertemperatur nicht zufrieden war. Der Nutzer muss dann aber wissen, wo der Taster sich befindet und welche Bedeutung seine Bedienung hat. Vorteilhafter ist daher ein Klar-Sprache-Dialog mit der Warmwasserregelung oder ein Feedback über eine Smartphone-Kommunikation. Mögliche Eingaben wären Warmwassertemperatur zu niedrig, nicht genügend Warmwasser, Dusche zu kalt, etc.In the simplest case, the user presses an input device (button) if he is not satisfied with the hot water temperature. However, the user must then know where the button is located and what its operation means. A clear language dialogue with the hot water control or feedback via a Smart is therefore more advantageous phone communication. Possible entries would be hot water temperature too low, not enough hot water, shower too cold, etc.

Claims

Method for operating a domestic hot water preparation system (10), in which a) domestic hot water is heated via a heat accumulator (12) and removed as required, b) an operating parameter, in particular a temperature of the heat accumulator (12), is recorded by means of a measuring unit (16), c) and the heat accumulator (12) is charged by a heat generator (14) depending on the operating parameter, characterized in that d) a reference profile of the hot water withdrawal, which varies over the course of the day, is stored in a memory unit (40), and e) a switch-on time of the heat generator (14 ) for charging the heat accumulator (12) is determined taking into account the reference profile in a control unit (18).

procedure after claim 1 , characterized in that an additional parameter that is advantageous for charging the heat accumulator (12) is also taken into account by the control unit (18) when determining the switch-on time.

procedure after claim 2 , characterized in that the additional parameter includes a value from the group ambient temperature, energy consumption, costs, noise emission.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that when a threshold value of the operating parameter is reached, a first point in time is determined, and in that the heat generator (14) is switched on at a variable time interval after the first point in time.

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the reference profile is determined by a pattern recognition of a chronologically recurring hot water extraction.

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the reference profile is optionally assigned differently to specific days, in particular weekdays, weekend days, public holidays.

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the reference profile is taken into account with regard to the expected point in time and/or the expected amount of hot water extraction when determining the switch-on point in time, the switch-on point in time being adjusted to avoid a lack of hot water.

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the temperature and/or the quantity of the tapped hot water is measured.

Procedure according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the heat generator (14) is switched off when a given upper temperature value of the heat accumulator (12) is reached.

procedure after claim 9 , characterized in that the upper temperature value is adapted to a detected hot water consumption or an expected hot water requirement.

Procedure according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the charging of the heat accumulator is adjusted according to a user input.

Domestic hot water preparation system (10) with a heat accumulator (12) for heating drinking water, a heat generator (14) for charging the heat accumulator (12), a measuring unit (16) for recording an operating parameter, in particular a temperature of the heat accumulator (12) and a control unit (18) for switching the heat generator (14) on and off, characterized in that a reference profile of the hot water withdrawal that varies over the course of the day is stored in a storage unit (40), and in that the control unit (18) for determining the time at which the heat generator (14) is switched on takes into account of the reference profile is set up.