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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Warmwasserbereitstellung, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, eine Anordnung zur Warmwasserbereitstellung und eine Verwendung eines Regel- und Steuergerätes.
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Anlagen zur Warmwasserbereitstellung umfassen häufig einen Warmwasserspeicher, der über eine Temperaturregelung auf eine vordefinierte Solltemperatur erwärmt werden kann. Um den Warmwasseranforderungen zu genügen und gleichzeitig die Wärmeverluste des Warmwasserspeichers gering zu halten kann eine Steuerungselektronik dazu eingerichtet sein, die Solltemperatur den Anforderungen entsprechend, beispielsweise hinsichtlich der Tageszeit, anzupassen und eine Möglichkeit zur Änderung der Solltemperatur bzw. des Temperaturprofils durch den Nutzer bereitzustellen. Ein Senken der Sollwerttemperatur in Zeiträumen mit geringen Warmwasseranforderungen kann die Wärmeverluste eines Warmwasserspeichers und des zugehörigen Systems erheblich senken, da die Wärmeverluste exponentiell mit der Sollwerttemperatur zunehmen. Eine derartige Steuerungselektronik wird beispielsweise in der
US 2005/0150967 A1 beschrieben.
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Bei älteren Anlagen zur Warmwasserbereitstellung ist jedoch eine bedarfsangepasste Anpassung der Sollwerttemperatur des Warmwasserspeichers nicht vorgesehen, wodurch bei einer hohen Sollwerttemperatur erhebliche Wärmeverluste auftreten können bzw. bei einer energiesparenden niedrigeren Sollwerttemperatur in Zeiträumen hohen Warmwasserbedarfs keine ausreichende Versorgung sichergestellt werden kann. Eine Integration einer Steuerungselektronik ist in der Regel bei älteren Anlagen nicht ohne weiteres möglich.
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Zur Lösung wird in der
CH213451A hierzu eine halbautomatische Steuerung beschrieben, bei der einem Thermostatschalter ein Widerstand durch einen Nutzer zuschaltbar ist, durch den der Thermostatschalter erst bei einer höheren Sollwerttemperatur einen Heizstromkreis abschaltet, wobei gleichzeitig mit dem Abschalten des Heizstromkreises der Widerstand automatisiert ausgenommen wird. Sollte das händische Zuschalten des Widerstandes durch den Nutzer jedoch vergessen werden, steht möglicherweise (in Zeiträumen hohen Bedarfs) nicht ausreichend Warmwasser zur Verfügung.
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Die
EP 2 397 927 A1 schlägt vor, eine erste Maximalsolltemperatur vorzugeben, wobei anschließend eine Regelelektronik überprüft, ob eine Änderung der ersten Maximalsolltemperatur auf eine zweite Maximalsolltemperatur erfolgt. Nach Ablauf des Beobachtungszeitraums ohne Änderung der ersten Maximalsolltemperatur auf eine zweite Maximalsolltemperatur schaltet die Regelelektronik automatisch auf eine dritte Maximalsolltemperatur, die insbesondere eine die Grundversorgung sichernde, mit geringen Wärmeverlusten verbundenen geringere Temperatur, beispielsweise von 60°C sein kann. Jedoch erfordert auch diese Lösung ein Eingreifen des Nutzers zur Erhöhung der Maximalsolltemperatur,
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Warmwasserbereitstellung, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und eine Anordnung zur Warmwasserbereitstellung vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll eine bedarfsorientierte Temperaturregelung einer älteren Anordnung zur Warmwasserbereitstellung ermöglicht werden. Hierbei sollen an der Anordnung zur Warmwasserbereitstellung nur geringe bauliche Veränderungen notwendig sein und so eine einfache Integration in bestehende Anlagen ermöglicht werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen 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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Hierzu trägt ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Warmwasserbereitstellung bei, die Anordnung zur Warmwasserbereitung, umfassend einen Warmwasserspeicher, einen Wärmeerzeuger und eine Regelungselektronik, die dazu eingerichtet ist, ein Temperatursignal des Warmwasserspeichers zu erfassen und auf eine erste Sollwerttemperatur zu regeln, wobei der Regelungselektronik anstelle des erfassten Temperatursignals ein gezielt manipuliertes Temperatursignal übermittelt wird um das erfasste Temperatursignal des Warmwasserspeichers auf eine zweite Sollwerttemperatur zu regeln.
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Das Verfahren dient insbesondere einer energieeffizienten und bedarfsgerechten Regelung einer Anordnung zur Warmwasserbereitstellung. Die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung kann beispielweise eine bestehende Anlage sein, bei der eine erfasste Temperatur des Warmwasserspeichers auf eine erste (fest vorgegebene) Sollwerttemperatur geregelt wird. Eine derartige Anordnung zur Warmwasserbereitstellung weist häufig keine Möglichkeit für eine automatisierte und/oder bedarfsgerechte Regelung der Warmwasserbereitstellung auf, weil die vorgegebene erste Sollwerttemperatur nicht oder nur sehr aufwendig, insbesondere nicht automatisiert, änderbar ist.
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Ein hier vorgeschlagenes Verfahren ermöglicht die Regelung der erfassten Temperatur des Warmwasserspeichers auf eine wählbare automatisiert einstellbare zweite Sollwerttemperatur. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einer (vorhandenen) Regelungselektronik, dazu eingerichtet, eine erfasste Temperatur im Warmwasserspeicher durch Steuerung des Wärmeerzeugers auf eine vorgegebene erste Sollwerttemperatur zu regeln, ein manipuliertes Temperatursignal zu übermitteln und durch eine gezielte Manipulation des Temperatursignals eine Regelung auf eine zweite (wählbare, einstellbare) Sollwerttemperatur zu ermöglichen.
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Bei dem Wärmeerzeuger handelt es sich um einen beliebigen Wärmeerzeuger, der dazu eingerichtet ist Wärme für eine Warmwasserbereitstellung zu liefern. Der Wärmeerzeuger kann insbesondere gasbetriebenen sein, beispielsweise ein gasbetriebenes Heizgerät oder eine Wärmepumpe. Dieser kann dazu eingerichtet sein, ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft in einer Brennkammer zu verbrennen und dabei entstehende Wärme über einen Primärwärmetauscher auf ein Wärmeträgermedium zu übertragen. Das erwärmte Wärmeträgermedium kann einem zweiten Wärmetauscher, der im Warmwasserspeicher angeordnet sein kann, zugeführt und so das im Warmwasserspeicher befindliche Wasser erwärmt werden.
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Bei einer Entnahme von Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher kann das entnommene Warmwasser durch zugeführtes Frischwasser ersetzt werden, wodurch die Temperatur im Warmwasserspeicher sinkt. Eine Entnahme kann aus einem Warmwassernetz erfolgen, dass mit dem Warmwasserspeicher verbunden sein und eine Zirkulationspumpe umfassen kann. Nach dem Stand der Technik würde die Regelungselektronik erkennen, wenn das erfasste Temperatursignal des Warmwasserspeichers eine erste Sollwerttemperatur unterschreitet und dann eine Erwärmung durch zuschalten des Wärmeerzeugers initiieren. Gemäß einem hier vorgeschlagenen Verfahren kann der Regelungselektronik ein manipuliertes Temperatursignal übermittelt werden, welches diese mit der ersten Sollwerttemperatur vergleicht. Somit kann durch Übermittlung eines manipulierten Temperatursignals größer der ersten Sollwerttemperatur eine Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers und durch Übermittlung eines manipulierten Temperatursignals kleiner der ersten Sollwerttemperatur eine Außerbetriebnahme des Wärmeerzeugers ausgelöst werden.
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In Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung und Programmierung der (vorhandenen) Regelungselektronik kann durch Vorgabe einer Temperaturdifferenz zwischen dem manipulierten Temperatursignal und der ersten Sollwerttemperatur auch eine Leistung des Wärmeerzeugers beeinflusst bzw. gesteuert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die zweite Sollwerttemperatur als Sollwerttemperaturkurve vorgegeben sein. Die Sollwerttemperaturkurve kann dabei eine zweite Sollwerttemperatur für einen definierten Zeitraum angeben. Der definierte Zeitraum kann beispielsweise ein Tag, ein Wochentag, ein Wochenendtag oder eine Arbeitswoche sein, also ein Zeitraum, in dem wiederkehrende Muster des Warmwasserbedarfs auftreten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sollwerttemperaturkurve unter Einbeziehung von
- - erfassten Warmwasseranforderungen an die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung, und/oder
- - erfassten Durchflussmengen Warmwasser während einer Warmwasseranforderungen ermittelt werden. Eine Warmwasseranforderungen kann dabei durch eine Änderung der erfassten Temperatur des Warmwasserspeichers erkannt werden. Eine erfasste Durchflussmenge Warmwasser während einer Warmwasseranforderungen können beispielsweise durch einen Durchflusssensor, insbesondere bei kleinen Zapfmengen, erfasst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sollwerttemperaturkurve permanent unter Einbeziehung von erfassten Warmwasseranforderungen an die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung und/oder erfassten Durchflussmengen Warmwasser während einer Warmwasseranforderungen angepasst werden. Somit können Änderungen in den Warmwasseranforderungen erkannt und in der Sollwerttemperaturkurve abgebildet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Ermitteln der Sollwerttemperaturkurve unter Einbeziehung künstlicher Intelligenz erfolgen. Die künstliche Intelligenz kann dabei insbesondere zur Auswertung erfasster Warmwasseranforderungen an die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung und/ oder erfasster Durchflussmengen Warmwasser während einer Warmwasseranforderung herangezogen werden, insbesondere zum Erkennen von wiederkehrenden Mustern der Warmwasseranforderungen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Betriebsdaten und Referenzwerte (beispielsweise ein zweiter Sollwert oder eine Sollwerttemperaturkurve) zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein.
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Das Regel- und Steuergerät kann insbesondere als separates Bauteil ausgeführt sein, um eine einfache Integration in bestehende Anordnungen zur Warmwasserbereitstellung zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Regel- und Steuergerät eine Einrichtung zur Verbindung mit einem Netzwerk umfassen. Das Netzwerk kann dabei insbesondere ein lokales Netzwerk oder das Internet sein. In vorteilhafter Weise kann so ein Nutzer, beispielsweise über eine Anwendung (App) auf einem, gleichfalls mit dem Netzwerk verbundenen, mobilen Endgerät ermöglicht werden, eine zweite Sollwerttemperatur oder eine Sollwerttemperaturkurve einzugeben oder anzupassen. Auch können Softwareupdates der Software des Regel- und Steuergerätes über die Einrichtung zur Verbindung mit einem Netzwerk übertragen werden.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Anordnung zur Warmwasserbereitstellung vorgeschlagen, umfassend ein hier angegebenes Regel- und Steuergerät.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung einen Durchflusssensor zur Erfassung einer entnommenen Durchflussmenge Warmwasser aufweisen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung eine Eingabeeinrichtung umfassen, beispielsweise zur Eingabe oder Anpassung einer zweiten Sollwerttemperatur oder einer Sollwerttemperaturkurve durch einen Nutzer.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Verwendung eines Regel- und Steuergeräts zur Regelung einer Anordnung zur Warmwasserbereitstellung vorgeschlagen, wobei das Regel- und Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Signal eines Temperatursensors zu erfassen und zu manipulieren.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät, dem Heizgerät und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zur Warmwasserbereitstellung, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, eine Anordnung zur Warmwasserbereitstellung und eine Verwendung eines Regel- und Steuergerätes angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät, die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung sowie die Verwendung zumindest dazu bei, auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine bedarfsgerechte und energieeffiziente Warmwasserbereitstellung mittels bestehender Anordnung, die lediglich zur Regelung auf eine fest vorgegebene erste Sollwerttemperatur eingerichtet ist, zu realisieren.
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Insbesondere kann ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät einfach in eine bestehende Anlage integriert werden. Durch eine Netzwerkverbindung kann der Nutzerkomfort um die Möglichkeit einer direkten Beeinflussung der Warmwasserbereitstellung erweitert werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: eine hier vorgeschlagene Anordnung zur Warmwasserbereitstellung.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine hier vorgeschlagene Anordnung zur Warmwasserbereitstellung 1 Diese kann einen Wärmeerzeuger 2 umfassen, beispielsweise ausgebildet als ein Heizgerät. Der Wärmeerzeuger 2 kann dazu eingerichtet sein, Wärme auf einen Heizkreislauf 13 zu übertragen. Über einen, in einem Warmwasserspeicher 3 angeordneten, Wärmetauscher 4 kann die Wärme aus dem Heizkreislauf 13 auf im Warmwasserspeicher 3 befindliches Wasser übertragen und dieses somit erwärmt werden. Am Warmwasserspeicher 3 kann ein Warmwassernetz 5 angeschlossen sein, dem Nutzer über Entnahmestellen 7 Warmwasser entnehmen können. Das Warmwassernetz 5 kann eine Zirkulationspumpe 6 umfassen, die Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher 3 im Warmwassernetz 5 zirkulieren lässt und so ein Auskühlen des Warmwassernetzes 5 und damit verbundene Komforteinbußen verhindert.
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Einen Temperatursensor 10 kann ein erfasstes Temperatursignal 14 einem Regel- und Steuergerät 8 übermitteln. Das Regel- und Steuergerät 8 kann dazu eingerichtet sein, ein manipuliertes Temperatursignal 15 zur erzeugen und einer Regelungselektronik 9 der Anordnung zur Warmwasserbereitstellung 1 übermitteln. Das Regel- und Steuergerät 8 kann zudem mit einem Durchflusssensor 11 elektrisch verbunden sein, der eine Durchflussmenge zugeführten Frischwassers aus einer Frischwasserzufuhr 12 erfasst. Die Durchflussmenge zugeführten Frischwassers kann dabei der über Entnahmestellen 7 aus dem Warmwassernetz 5 entnommenen Menge Warmwasser entsprechen und so einem Erfassen von Warmwasseranforderungen und/oder während einer Warmwasseranforderung entnommener Mengen Warmwasser dienen.
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Die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung 1 kann insbesondere eine bestehende Anlage sein, bei der eine Regelungselektronik 9 ein erfasstes Temperatursignal 14 des Warmwasserspeichers 3 auf eine erste Sollwerttemperatur regelt. Die erste Sollwerttemperatur kann dabei insbesondere fest vorgegeben und nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand änderbar sein. Diese bestehende Anlage wurde um ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät 8 erweitert, welches in der elektrischen Verbindung von Temperatursensor 10 und Regelungselektronik 9 angeordnet ist, und so der Regelungselektronik 9 ein manipuliertes Temperatursignal 15 (anstelle des erfassten Temperatursignals 14) übermitteln kann.
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Gemäß einem hier vorgeschlagenen Verfahren kann das Regel- und Steuergerät 8 Warmwasseranforderungen und/ oder bei der Warmwasseranforderung über den Durchflusssensor 11 erfasste Durchflussmengen und deren zeitliches Auftreten erfassen und auswerten. Hierbei kann eine Sollwerttemperaturkurve ermittelt werden, die für jeden Zeitpunkt eines definierten Zeitraumes eine zweite Sollwerttemperatur angibt.
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Anhand der Sollwerttemperaturkurve kann das Regel- und Steuergerät 8 die erfasste Temperatur auf eine (der Sollwerttemperaturkurve entnommene) aktuelle zweite Sollwerttemperatur regeln.
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Das Regel- und Steuergerät 8 kann mit einem Netzwerk 16, beispielsweise dem Internet, verbunden sein und so eine Beeinflussung der Sollwerttemperaturkurve oder der zweiten Sollwerttemperatur durch einen Nutzer, beispielsweise über ein gleichfalls mit dem Netzwerk 16 verbundenes mobiles Endgerät, ermöglichen. Gleichfalls sind über das Netzwerk 16 Softwareupdates, neue Sollwerttemperaturkurven oder andere Daten zu übermitteln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung zur Warmwasserbereitstellung
- 2
- Wärmeerzeuger
- 3
- Warmwasserspeicher
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Warmwassernetz
- 6
- Zirkulationspumpe
- 7
- Entnahmestelle
- 8
- Regel- uns Steuergerät
- 9
- Regelungselektronik
- 10
- Temperatursensor
- 11
- Durchflusssensor
- 12
- Frischwasserzufuhr
- 13
- Heizkreislauf
- 14
- erfasstes Temperatursignal
- 15
- manipuliertes Temperatursignal
- 16
- Netzwerk
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20050150967 A1 [0002]
- CH 213451 A [0004]
- EP 2397927 A1 [0005]
