DE10203394B4

DE10203394B4 - Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers

Info

Publication number: DE10203394B4
Application number: DE10203394.3A
Authority: DE
Inventors: Sabine Bielski; Thomas Ernst; Frank Hampicke; Michael Klepka; Sebastian Radu; Klaus Richter
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2022-01-30
Also published as: DE10203394A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers (3), der von einer Wärmequelle beheizbar ist und bei dem die Energieversorgung der Wärmequelle bei Erreichung eines vorgegebenen Speicher-Sollwertes (T_{Speicher-Soll}) abgeschaltet und die Restwärme der Wärmequelle für eine vorgegebene Zeit abgezogen wird. Um die Temperaturspreizung gering halten zu können, ist vorgesehen, dass nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Abschalten der Energiezufuhr zur Wärmequelle die Isttemperatur (T_Speicher-Ist) des Warmwasserspeichers (3) ermittelt und aus der Differenz (ΔT) zum Speicher-Sollwert (T_{Speicher-Soll}) ein Offsetwert (ΔT_Offset) errechnet wird, um den der Speicher-Sollwert (T_{Speicher-Soll}) auf einen Abschaltwert (T_{Abschalt_neu}) für den nächsten Zyklus vermindert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.
Indirekt beheizte Warmwasserspeicher gibt es in unterschiedlichen Größen und lassen sich mit Heizgeräten, wie z. B Umlaufwasserheizer, Kessel Solaranlagen u. dgl. unterschiedlicher Leistung und Größe kombinieren.
Bei den bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art wird bei der Speicherladung, nachdem die gewünschte Speichertemperatur erreicht ist, die Energiezufuhr zur Wärmequelle, z. B. ein von einem Brenner beheizter Wärmeaustauscher, unterbrochen. Dabei wird die Restwärme der Wärmequelle mittels einer Gerätewasserpumpe oder einer Speicherladepumpe für eine bestimmte Zeit auch noch nach der Abschaltung der Energiezufuhr abgezogen und dem Warmwasserspeicher zugeführt. Dadurch wird noch weiter Wärme aus der Wärmequelle genutzt. Dies führt aber aufgrund der Trägheit eines im Speicher angeordneten Temperaturfühlers und der Installation dazu, dass sich der Speicher über den vorgesehenen Sollwert hinaus aufheizt. Dieser aus DE 29508147 U1 bekannte Effekt kann je nach der Anlagenkonfiguration durchaus 4 bis 5 K betragen.
Ein Nachladen des Speichers erfolgt bei den bekannten Verfahren nach einem Absinken der Speichertemperatur um einen vorbestimmten Wert, der z. B. 5 K betragen kann. In Summe mit der Nachwärmetemperatur ergibt sich eine Temperaturspreizung von 9–10 K. Dies bedeutet, dass kurz vor dem Nachladen des Speichers die Wassertemperatur 10 K niedriger als der Spitzenwert ist. Diese Änderungen werden vom Benutzer unangenehm wahrgenommen.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem die Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Temperaturwert, also die Spreizung des Speichers geringer gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich, die Energiezufuhr zur Wärmequelle bereits vor dem Erreichen der Solltemperatur des Speichers zu unterbrechen. Dadurch wird ein nennenswerter Anstieg der Temperatur des Speichers über den vorgesehenen Sollwert hinaus vermieden und auf diese Weise die Temperaturspreizung des Speichers innerhalb eines Nachladezyklus entsprechend vermindert. Dies ist insbesondere auch im Hinblick auf die Vermeidung einer Kesselsteinbildung von Bedeutung, wenn die Speicher-Solltemperatur relativ hoch, z. B. auf 60°C, eingestellt wird und daher eine nennenswerte Temperaturüberhöhung aufgrund des Einbringens der Nachwärme im Hinblick auf die Kalkausfällung unerwünscht ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine sehr einfache Möglichkeit die Unterbrechung der Energiezufuhr zur Wärmequelle in einem Ausmaß vor dem Erreichen der Solltemperatur des Speichers festzulegen, bei der es kaum zu einer Überschreitung des vorgegebenen Sollwertes kommt.
Dabei ist es zweckmäßig, die Merkmale des Anspruches 3 vorzusehen. Durch diese Maßnahmen wird vermieden, dass die vorgesehene Solltemperatur des Speichers u. U. nicht erreicht wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass die Abschalttemperatur ständig an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 schematisch eine Warmwasserbereitungsanlage mit einem Warmwasserspeicher,
2 ein Diagramm, das den Betrieb der Anlage nach der 1 gemäß der Erfindung zeigt und
3 ein Flußdiagramm.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile.
Die Warmwasser-Bereitungsanlage gemäß der 1 ist im wesentlichen durch ein Brennwert-Heizgerät 1, eine Steuerung 2 und einen Warmwasserspeicher 3 gebildet.
Das Brennwert-Heizgerät 1 weist einen Brenner 27 auf, der einen Primär-Wärmetauscher 4 beaufschlagt, der über eine Vorlaufleitung 5, in der ein Temperaturfühler 7 zur Erfassung der Speicher-Vorlauftemperatur T_VL angeordnet ist, eine Speicher-Vorlaufleitung 6 und eine Heizungs-Vorlaufleitung 8, die zu einer Heizkörperanordnung 33 führt, versorgt. Weiter ist eine Rücklaufleitung 9 vorgesehen, in der eine Umwälzpumpe 10 angeordnet ist.
In dieser Rücklaufleitung 9, in der ein Temperaturfühler 14 zur Erfassung der Speicher-Rücklauftemperatur T_RL angeordnet ist, ist weiter ein Umschaltventil 11 angeordnet, an dem eine von der Heizkörperanordnung 33 kommende Heizungs-Rücklaufleitung 12 und eine von einem Warmwasserspeicher 3 kommende Speicher-Rücklaufleitung 13 angeschlossen sind. Vom Warmwasserspeicher 3 führt eine Warmwasserleitung 25, in der eine Rücklaufsperre 26 angeordnet ist, weg und es mündet eine Kaltwasserleitung 28 in den untersten Bereich 29 des Warmwasserspeichers 3.
Weiter ist eine mit einem Überströmventil 15 versehene Bypassleitung 16 vorgesehen, die zwischen der Umwälzpumpe 10 und dem Umschaltventil 11 an die Rücklaufleitung 9 und mit ihrem anderen Ende an die Vorlaufleitung 5 angeschlossen ist.
Im Warmwasserspeicher 3 ist ein Wärmetauscher 17 angeordnet, der an die Speicher-Vorlaufleitung 6 und die Speicher-Rücklaufleitung 13 angeschlossen ist. Weiter ist im Speicher 3 ein Temperaturfühler 18 angeordnet, der die Speicher-Isttemperatur T_speicher-ist erfaßt.
Die Temperaturfühler 7, 14 und 18 sind über Signalleitungen 19, 20, 21 mit der Steuerung 2 verbunden. Der Brenner 27, bzw. dessen Brennstoff-Ventil 30, das eine Speiseleitung 31 zum Brenner 27 beherrscht, ein Motor 32 der Umwälzpumpe 10 und das Umschaltventil 11 sind über Steuerleitungen 22, 23, 24 mit der Steuerung 2 verbunden.
Im Betrieb wird aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung des Antriebs des Gasventiles durch die Steuerung 2 der Brenner 27 mit Gas versorgt und beaufschlagt den Primär-Wärmetauscher 4. Gleichzeitig wird auch der Motor 32 der Umwälzpumpe 10 in Betrieb gesetzt und sorgt für eine Umwälzung des Wassers, wobei üblicherweise eine Bevorrangung der Brauchwasserbereitung, d. h. der Aufladung des Warmwasserspeichers 3 gegenüber der Versorgung der Heizkörperanordnung, vorgesehen ist. Dies wird durch entsprechende Ansteuerung eines Antriebes des Umschaltventiles 11 erreicht, das entweder den Weg von der Speicher-Rücklaufleitung 13 oder der Heizungs-Rücklaufleitung 12 zur Rücklaufleitung 9 freigibt und die jeweils andere Leitung sperrt.
Bei Erreichung der für den Speicher 3 mittels eines in der Steuerung 2 angeordneten Sollwertgebers 34 vorgegebenen Speicher-Solltemperatur T_{speicher-soll} wird die Energieversorgung der Wärmequelle, eben des Brenners, durch die Steuerung 2 unterbunden, wie dies aus der 2 zu ersehen ist. Dabei bleibt die Umwälzpumpe 10 zur Abfuhr der Nachwärme aus dem Primär-Wärmetauscher 4 noch für eine vorgegebene Zeitspanne, z. B. 5 min, in Betrieb, die von einem Zeitgeber 35 vorgegeben ist. Dies bedeutet, dass die Abschaltung der Energiezufuhr zum Brenner, wie aus der 3 zu ersehen ist, ohne einen Offsetbetrages T_offset, eben bei der Solltemperatur T_{speicher-soll} des Speichers 3 erfolgt.
Da die Nachwärme des Primär-Wärmetauschers 4 noch in den Speicher 3 eingebracht wird, steigt dessen Temperatur T_Speicher-ist weiter an, wie dies aus der 2 zu ersehen ist.
Die Energiezufuhr zum Brenner wird für eine zweite Ladung wieder aufgenommen, sobald der Speicher 3 auf einen um die Schalthysterese, z. B. 5 K, unter der Solltemperatur T_{Speicher-soll} liegenden Wert abgesunken ist (2 und 3).
Für die nächste Ladung wird für die Abschaltung der Energiezufuhr nicht mehr die Solltemperatur des Speichers T_{Speicher-soll} sondern eine niedrigere Temperatur, die Abschalttemperatur T_{Abschalt_neu} festgelegt. Diese wird aus der Differenz der Ist-Temperatur des Speichers T_Speicher-ist, die zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, z. B. nach 5 min, nach der Abschaltung der Energiezufuhr zum Brenner erfaßt wird, und der Abschalttemperatur T_Abschalt bei der vorherigen Aufladung (bei der ersten Aufladung der Speicher-Solltemperatur) errechnet wird. Dabei kommen die folgendne Algorithmen zur Anwendung: T_Abschalt = T_{Speicher_Soll} – ΔT_Offset wobei der Offsetwert ΔT_{Offset_neu} für den nächsten Ladezyklus nach dem Algorithmus: ΔT_{Offset_neu} = ΔT_{Offset_voriger Zyklus} + ²/₃·(T_Speicher-Ist – T_{Speicher_Soll}) errechnet wird, wobei die Ist-Temperatur T_Speicher-Ist des Speichers 3 jene Temperatur ist, die nach einer vorbestimmten Zeitspanne von z. B. 5 min nach der Abschaltung der Energiezufuhr zur Wärmequelle, bzw. zum Brenner gegeben ist.
Dies wird nun anhand eines Beispieles näher erläutert.
Speicher-Sollwert: 60°C – Abschalttemperatur beim ersten Ladezyklus: T_Abschalt = T_{Speicher_soll} Durch Nachwärme stellt sich nach 5 min eine Ist-Temperatur des Speichers von 63°C ein. T_{Abschalt_neu} = T_{Speicher_soll} – ΔT_Offset ΔT_{Offset_neu} = ΔT_{Offset_voriger Zyklus} + ²/₃·(T_Speicher-Ist – T_{Speicher_Soll}) ΔT_{Offset_neu} = 0 + ²/₃·(63°C – 60°C) = 2 K T_{Abschalt_neu} = 60°C – 2 K = 58°C
Beim nächsten Ladezyklus wird daher der Ladevorgang bei Erreichen einer Speichertemperatur von 58°C abgeschlossen und die Energiezufuhr zum Brenner unterbrochen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Ist-Temperatur des Speichers T_Speicher-ist nach dem Ende der Energiezufuhr zum Brenner nur sehr wenig über die vorgegebene Speicher Solltemperatur von 60°C durch die Nachwärme ansteigt.
Dabei ist, wie aus der 3 zu ersehen ist, der Offsetwert ΔT_Offset mit 3 K begrenzt. Damit ist sichergestellt, dass der vorgegebene Sollwert für den Speicher 3 auch erreicht werden kann.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers, der von einer Wärmequelle beheizbar ist und bei dem die Energieversorgung der Wärmequelle bei Erreichung eines vorgegebenen Speicher-Sollwertes (T_{Speicher-Soll}) abgeschaltet und die Restwärme der Wärmequelle für eine vorgegebene Zeit abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Abschalten der Energiezufuhr zur Wärmequelle die Isttemperatur (T_Speicher-Ist) des Warmwasserspeichers (3) ermittelt und aus der Differenz (ΔT) zum Speicher-Sollwert (T_{Speicher-Soll}) ein Offsetwert (ΔT_Offset) errechnet wird, um den der Speicher-Sollwert (T_{Speicher-Soll}) auf einen Abschaltwert (T_{Abschalt_neu}) für den nächsten Zyklus vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschaltwert T_Abschalt nach dem Algorithmus T_Abschalt = T_{Speicher-Soll} – ΔT_Offset errechnet wird und der Offsetwert ΔT_{Offset_neu} für den nächsten Ladezyklus nach dem Algorithmus: ΔT_{Offset_neu} = ΔT_{Offset_voriger Zyklus} + ²/₃·(T_Speicher-Ist – T_{Speicher-Soll}) errechnet wird, wobei die Ist-Temperatur T_Speicher-Ist des Speichers (3) jene Temperatur ist, die nach einer vorbestimmten Zeitspanne von z. B. 5 min nach der Abschaltung der Energiezufuhr zur Wärmequelle gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert auf 3 K begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschaltwert (T_Abschalt) nach dem folgenden Algorithmus festgelegt wird:
wobei N eine festgelegte Anzahl der letzten Abweichungen bedeutet.