DE10312520A1

DE10312520A1 - Operating method for solar heat-transfer medium circuit, by switching auxiliary heat source on as soon as the actual temperature in the solar heat accumulator falls below a predefined daily temperature range

Info

Publication number: DE10312520A1
Application number: DE2003112520
Authority: DE
Inventors: Bernd Hafner
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-21
Also published as: DE10312520B4

Abstract

An auxiliary heat source (2) is switched on as soon as the actual temperature in the solar heat accumulator (3) falls below a predefined daily temperature range. The temperature range starts at a lower level during sunrise, increases during midday, and then lowers while nearing sunset.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines solargekoppelten Wärmeträgerkreislaufes mit mindestens einem Solarkollektor, mit mindestens einer Zusatzwärmequelle und mit mindestens einem Solarwärmespeicher.The invention relates to a method for operating a solar coupled heat transfer circuit with at least a solar collector, with at least one additional heat source and with at least one solar thermal storage.

Die Einbindung von thermischen Solaranlagen in die Heizungsanlagen von Häusern ist hinlänglich bekannt. Üblicherweise werden dabei die Solaranlagen jedoch vollkommen getrennt von den Heizungsanlagen geregelt und insbesondere wird eine Nachheizung mit der konventionellen Heizung nicht verhindert, und zwar auch dann nicht, wenn die Solaranlage den Wärmebedarf decken könnte. Einige bekannte Regelungen schaffen hierzu bereits Abhilfe:The integration of thermal solar systems in the heating systems of houses is sufficient known. Usually However, the solar systems are completely separate from the Heating systems regulated and in particular is a reheating not prevented with the conventional heating, and indeed not if the solar system could meet the heat demand. Some familiar Regulations already provide a remedy for this:

Nach der DE 199 31 787 A1 ist ein Verfahren zur Regelung einer Solaranlage bekannt, mit dem der Gesamtwirkungsgrad einer Solaranlage verbessert werden soll, und zwar insbesondere dahingehend, daß durch regelungstechnische Maßnahmen Brennerstarts zur Nachladung des Warmwasserspeichers im Sommer verhindert werden. Hierzu wird ein Grenzwert für die Außentemperatur vorgegeben, oberhalb der die Solaranlage ausschließlich nach der Kollektortemperatur und unterhalb der die Solaranlage nach der Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher betrieben wird. Im Sommer ist dabei also die Kollektortemperatur bestimmend, während im Winter die bisher standardmäßig bei Solaranlagen betrachtete Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher für die Regelung der Solaranlage herangezogen wird. Mit einem solchen Verfahren ist es allerdings nicht möglich, im Sommer an sich unnötige Brennerstarts vollkommmen auszuschließen. So ist bspw. ein Brennerstart in einer Zeit überflüssig, während der der der Wärmespeicher ausschließlich auf Grund des Solarertrages im Laufes eines Tages auf die benötigte Temperaur aufgeheizt werden könnte.After DE 199 31 787 A1 a method for controlling a solar system is known with which the overall efficiency of a solar system to be improved, in particular to the effect that burner startup to recharge the hot water tank in the summer are prevented by regulatory measures. For this purpose, a limit is set for the outside temperature above which the solar system is operated only after the collector temperature and below which the solar system according to the temperature difference between the collector and memory. In summer, therefore, the collector temperature is determinative, whereas in winter the temperature difference between the collector and the storage tank, which was previously considered standard in solar installations, is used to control the solar system. With such a procedure, however, it is not possible to exclude unnecessary burner starts in the summer. For example, a burner start in a time is superfluous, during which the heat storage could be heated only on the basis of the solar yield in the course of a day to the required temperature.

Nach der DE 198 56 344 C1 ist ferner eine Regelungsstrategie bekannt, mit der der Solarertrag zur Trink- bzw. Brauchwassererwärmung über den ganzen Tag optimiert werden soll. Wesentlich für diese Regelung ist die Erfassung der Temperaturen im oberen und unteren Teil des Brauchwasserspeichers. Basierend auf diesen erfaßten Temperaturen werden der aktuelle Solarertrag, die im Speicherwasser vorhandene Wärmekapazität und die Warmwasser-Zapfvorgänge erfaßt, wobei dann, daran orientiert, eine Nachladung des Speichers durch einen zur Anlage gehörenden zusätzlichen und per Regelung zuzuschaltenden Wärmeerzeuger erfolgt.After DE 198 56 344 C1 Furthermore, a control strategy is known, with which the solar yield for drinking or domestic water heating over the whole day should be optimized. Essential for this regulation is the detection of the temperatures in the upper and lower part of the hot water tank. Based on these detected temperatures, the current solar yield, the heat accumulating in the storage water and the hot water tapping operations are detected, in which case, based thereon, a recharge of the memory is done by a belonging to the system additional and zuzuschaltenden control by heat generator.

Hierzu wird in der Regelung die Solltemperatur für den Bereitschaftsteil des Brauchwasserspeichers in Abhängigkeit von aktuellen Solarertrag und der im Brauchwasserspeicher gespeicherten Wärmemenge abgesenkt. Der Wert dieser Absenkung bestimmt sich dabei sowohl durch die im Speicher noch vorhandene Wärmemenge als auch durch den aktuellen Solarertrag, der anhand der Geschwindigkeit des Temperaturanstieges im Speicher detektiert wird.For this purpose, the target temperature is in the control for the Standby part of the hot water tank in dependence from current solar yield and stored in the process water tank heat lowered. The value of this reduction is determined both by the amount of heat remaining in the storage as well as by the current Solar yield based on the rate of temperature increase is detected in the memory.

Diese bekannten Verfahren zur Regelung von mit einer Zusatzwärmequelle kombinierten Solaranlagen beruhen also entscheidend auf der Erfassung von Momentanwerten, nämlich, wie vorerwähnt, bspw. der Kollektor- sowie Speichertemperaturen oder der Strahlung, d.h. insbesondere, es wird lediglich der momentane Solarertrag per Regelung berücksichtigt und eine im Laufe eines Tages noch mögliche, zukünftige Veränderung des Solarertrages bleibt außer Betracht, was mit anderen Worten bedeutet, daß weder einen Anpassung der Solaranlage noch der Nachheizung an den im Laufe eines Tages zu erwartenden Ertrag erfolgt. Es kann also bei den bisher bekannten Regelungen für solche Anlagen eine unnötige Brenneraktivierung bzw. Zuschaltung des zusätzli Wärmeerzeugers erfolgen, obgleich der Solarertrag eines gesamten Tages für die Aufheizung des Speichers ausreichen würde.These known methods for the regulation of with an additional heat source Combined solar systems are therefore crucial to the detection of instantaneous values, namely, as mentioned above, For example, the collector and storage temperatures or radiation, i.e. In particular, it is only the current solar yield per Regulated and a possible future change in the solar yield over the course of a day remains except Consider, which means in other words that neither an adaptation of the Solar system still the after-heating on in the course of a day too expected yield. So it can with the previously known Regulations for such facilities an unnecessary Burner activation or connection of the additional heat generator take place, although the solar yield of an entire day for the heating of the store would be enough.

Der Erfindung liegt demgemäß, und zwar ausgehend vom vorerläuterten Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Wärmeträgerkreislaufes der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Wahrscheinlichkeit zusätzlich erwartbarer Solarerträge im Laufe eines Tages, und zwar unabhängig von den detektierten aktuellen Solarerträgen berücksichtigt wird, verbunden natürlich mit der Maßgabe, die Erträge einer solchen Anlage zu steigern.The invention is accordingly, starting from the above The prior art, the object of a method for controlling a Heat carrier circuit of the type mentioned above, with the probability even more expectable solar yields in the course of a day, regardless of the detected current solar returns considered is connected, of course with the proviso the income to increase such a plant.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Verfahren derart gelöst, daß die Zusatzwärmequelle zugeschaltet wird, sobald die Ist-Temperatur im Solarwärmespeicher ein vordefiniertes, sich über 24 Std. erstreckendes, der Regelung aufgegebenes Temperaturprofil unterschreitet, wobei das Temperaturprofil im Tagesverlauf von einem unteren, am Beginn der Tageshelligkeitsphase plaziertes Temperaturniveau hin zu einem oberen Temperaturniveau ansteigt und vor Beginn der nächsten Tageshelligkeitsphase wieder abfällt.This object is according to the invention solved with a method such that the Additional heat source is switched on as soon as the actual temperature in the solar heat storage a predefined, over 24 Std. Extending, the regulation abandoned temperature profile falls below the temperature profile during the course of the day from a lower, am Beginning of the daylight phase placed temperature level out rises to an upper temperature level and before the beginning of the next daylight phase falls again.

Diese erfindungsgemäße Regelungsstrategie geht also im Gegensatz zu bisherigen Verfahren gewissermaßen von einer positiven Erwartung bzgl. Sonneneinstrahlung dahingehend aus, daß diese im Laufe einer Tageshelligkeitsphase mehr oder weniger stark vorhanden und damit unabhängig von aktuellen Ertragswerten ausgenutzt werden kann.This control strategy according to the invention Thus, unlike previous methods, it effectively goes away a positive expectation regarding solar radiation, that these in the course of a daylight phase more or less strongly present and thus independent can be exploited by current earnings values.

Solange sich die Speichertemperatur in einem das Temperaturprofil enthaltenden Temperatur/Zeitdiagramm oberhalb des der Regelung aufgegebenen Temperaturprofiles bewegt, erfolgt also keine Aktivierung der Nachheizung. Wenn also bspw. schon im Laufe der Tagesmitte in einem, wovon immer auszugehen ist, gut wärmeisolierten Speicher ausreichend Solarenergie eingebracht wurde, besteht kein Anlaß zur Nachheizung. Dies gilt auch dann, wenn es bspw. nur vormittags und nachmittags Sonneneinstrahlung gibt und dabei die Speichertemperturen über dem Temperaturprofil bleiben. Erst wenn die Temperaturverlaufskurve des Speichers das Temperaturprofil schneidet, kommt es zur Zuschaltung der in der Anlage befindlichen zusätzlichen Wärmequelle. Die Maßgabe, daß das Temperaturprofil vor Beginn der nächsten Tageshelligkeitsphase von seinem oberen Niveau wieder abfallen soll, berücksichtigt, daß der wieder auf das untere Niveau abfallende Teil des Temperaturprofiles durchaus auch außerhalb der Tageshelligkeitsphase liegen kann. Solange auch hierbei die Speichertemperaturen über bzw. neben dem sich absenkenden Profil liegen, kommt es nicht zur Nachwärmung.As long as the storage temperature in a temperature profile containing the temperature profile / time diagram moves above the control of the discontinued temperature profile, so there is no activation of reheating. So if, for example, already in the course of the middle of the day in one, which is always assumed, good heat-insulated storage sufficient solar energy was introduced, there is no need for reheating. This also applies if, for example, there are only morning and afternoon sunshine and the storage tanks remain above the temperature profile. Only when the temperature profile curve of the memory intersects the temperature profile, it comes to the connection of the additional heat source located in the system. The proviso that the temperature profile should decrease again from its upper level before the beginning of the next day brightness phase, takes into account that the falling back to the lower level part of the temperature profile may well be outside the daylight phase. As long as the storage temperatures are above or below the sinking profile, there will be no reheating.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Temperatur/Zeitdiagrammes und eines solargekoppelten Wärmeträgerkreislaufes näher erläutert.The method according to the invention will be described below Based on the graphic representation of a temperature / time diagram and a solar coupled heat transfer circuit explained in more detail.

Es zeigtIt shows

1 ein Ausführungsbeispiel eines solargekoppelten Wärmeträgerkreislaufes; 1 an embodiment of a solar coupled heat transfer circuit;

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines solargekoppelten Wärmekreislaufes und 2 a further embodiment of a solar coupled heat circuit and

3 ein Temperatur/Zeitdiagramm mit dem Beispiel eines Temperaturprofiles. 3 a temperature / time diagram with the example of a temperature profile.

In der Ausführungsform nach 1 sind bezeichnet mit 1 der Wärmespeicher mit integriertem Wärmeübertrager 2 des Solarkreises. Mit 3 ist der Solarkollektor bezeichnet, mit 5 eine Pumpe im Solarkreis und mit 6 die gemeinsame Regelung für die Solaranlage und die Nachheizung. Im Wärmeträgerkreis 10 für die Nachheizung sind bezeichnet mit 11 die zusätzliche und geregelt zuschaltbare Wärmequelle (hier bspw. ein Heizkessel), mit 12 die Pumpe für den Wärmeträgerkreis 10 und mit 9 ein interner, zum Wärmeträgerkreis 10 gehörender Wärmeüberträger ebenfalls im Speicher 1. Mit der Regelung 6 in Verbindung stehende Thermofühler am Speicher 1 sind mit 7 und 13 bezeichnet Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen nach 1 lediglich dadurch, daß hierbei die beiden Wärmeübeträger 2 und 9 auf gleicher Höhe im Speicher 1 angeordnet sind. Dadurch steht beiden Wärmequellen (Solarkollektor 3 und Zusatzwärmequelle 11) das maximale Speichervolumen zur Verfügung, was insbesondere bei Verwendung einer Wärmepumpe als Zusatzwärmequelle von Interesse ist.In the embodiment according to 1 are designated with 1 of the heat storage with integrated heat exchanger 2 of the solar circuit. With 3 is the solar collector designated, with 5 a pump in the solar circuit and with 6 the common regulation for the solar system and the reheating. In the heat transfer circuit 10 for after-heating are indicated with 11 the additional and regulated switchable heat source (here, for example, a boiler), with 12 the pump for the heat transfer circuit 10 and with 9 an internal, to the heat transfer circuit 10 belonging heat exchanger also in memory 1 , With the scheme 6 related thermocouples at the store 1 are with 7 and 13 The embodiment according to 2 differs from the above 1 only in that in this case the two heat exchangers 2 and 9 at the same height in the store 1 are arranged. Thereby stands both heat sources (solar collector 3 and additional heat source 11 ) the maximum storage volume available, which is particularly interesting when using a heat pump as additional heat source.

Orientiert an 3, die in einem Temperatur/Zeitdiagramm das Beispiel eines erfindungsgemäßen Temperaturprofiles TP zeigt, und zwar in Verbindung mit strichpunktierten Temperaturverläufen TV', TV'', TV''' von im Speicher vorhandenen bzw. gemessenen Temperaturen, erfolgt der Betrieb solcher Anlagen in der Weise, daß, wie vorerwähnt, die Zusatzwärmequelle 11 per Regelung 6 zugeschaltet wird, sobald die Ist-Temperatur im Solarwärmespeicher 1 das vordefinierte, sich über 24 Std. erstreckende, der Regelung aufgegebene Temperaturprofil TV unterschreitet. Die Schnittstellen der Speichertemperaturverläufe TV mit dem Temperaturprofil TP sind mit Kreuzen versehen.Oriented 3 , which shows in a temperature / time diagram the example of a temperature profile TP according to the invention, in connection with dash-dot temperature gradients TV ', TV'',TV''' of existing or measured temperatures in the memory, the operation of such systems takes place in the manner in that, as mentioned above, the additional heat source 11 by regulation 6 is switched on as soon as the actual temperature in the solar heat storage 1 the predefined, over 24 hours extending, the regulation abandoned temperature profile TV falls below. The interfaces of the storage temperature profiles TV with the temperature profile TP are provided with crosses.

Der Temperaurverlauf TV' stellt sich also ein, wenn vormittags bis zur zugehörigen angekreuzten Schnittstelle keine oder nur eine schwache Sonneneinstrahlung erfolgt, d.h., bei Erreichen der Schnittstelle wird die Nachheizung eingeschaltet, die die Speichertemperatur wieder aus dem Bereich des Temperaturprofiles TP heraushebt bzw. auf Solltemperatur (bspw. 50° oder 60°) anhebt und damit auf das Maximum des Temperaturprofiles TP.The Temperaurverlauf TV 'turns so on, if in the morning, to the corresponding ticked interface no or only a weak solar radiation takes place, that is, at Reaching the interface, the after-heating is switched on, the storage temperature again out of the range of the temperature profile TP raises or raises to set temperature (eg 50 ° or 60 °) and thus to the maximum the temperature profile TP.

Beim Verlauf gemäß TV'' hat es einen wirksame Sonneneinstrahlung bspw. nur zwischen 10 und 12 Uhr gegeben, die dann wieder aussetzt, was zu einem Schnitt des Temperaturverlaufs TV'' bspw. gegen 16 Uhr und zur Einschaltung der Nachheizung führt. Bei einem Temperaturverlauf TV''' handelt es sich um einen Tag mit viel Sonne, bei dem es also überhaupt nicht zu einem Schnitt mit dem Temperaturprofil TP und zu einer Nachheizung kommt und die, sofern keine Brauchwasserentnahme erfolgt, die Anlage gegf. den neuen Tag mit einer Speichertemperatur beginnen läßt, die über dem Temperaturprofil am Anfang der Helligkeitsphase liegt.When running according to TV '' has it has an effective solar radiation, for example, only between 10 and 12 Given watch, which then suspends again, resulting in a cut of the Temperaturverlaufs TV '' for example. Around 16 clock and to switch on the reheating leads. At a temperature gradient TV '' 'is a day with a lot Sun, which means it at all not to a cut with the temperature profile TP and to a After-heating comes and which, if there is no hot water, The plant gegf. start the new day with a storage temperature that is above that Temperature profile at the beginning of the brightness phase is.

Sollte sich bei morgentlicher Brauchwasserentnahme gegen 10 Uhr eine Speichertemperaturkurve, wie punktiert dargestellt, erge ben, diese also um diese Zeit noch über dem Temperaturprofil TP liegen und dann Sonneneinstrahlung einsetzen, gibt es für die Anlage bzw. deren Regelung keinen Anlaß, die Nachheizung zuzuschalten, die dann, sofern der Temperaturverlauf TV das Profil TP während der ganzen Helligkeitsphase nicht schneidet, völlig unabhängig vom Sollwert auch nicht eingeschaltet wird.Should be during morning domestic hot water at 10 o'clock a storage temperature curve, as shown in dotted lines, ergge ben, so this time still above the temperature profile TP lie and then use sunlight, there is for the plant or their regulation no reason, the After-heating switch on, which then, provided the temperature course TV the profile TP during the whole brightness phase does not cut, completely independent of the setpoint also not is turned on.

Der Ladezustand des Speichers 1 wird im übrigen gemäß der 1 und 2 mit Fühlern 7,13 gemessen und im Regler 6 mit dem darin eingegebenen Temperaturprofil TP verglichen.The state of charge of the memory 1 is otherwise according to the 1 and 2 with feelers 7 . 13 measured and in the controller 6 compared with the temperature profile TP entered therein.

Was das dargestellte Temperaturprofil TP betrifft, so sei bemerkt, daß für dieses zwar immer die dargestellte Verlaufstendenz beibehalten ist, aber bei dieser Tendenz durchaus Varianten bei der Eingabe in die Regelung berücksichtigt werden können, bspw. stufenförmiger Verlauf insbesondere in der Anstiegsphase des Profilen, Steilheit auf der abfallenden Seite des Profiles oder auch Ansiedlung des Profilen auf einem anderen Temperaturniveau.What the temperature profile shown TP, it should be noted that for this Although always the trend shown is maintained, but in this tendency quite variants in the input to the scheme considered can be for example, step-shaped Course especially in the rising phase of the profiles, steepness on the sloping side of the profile or also settlement of the Profiles at a different temperature level.

Die Zeiten der Warmwasserentnahme spielen bei dieser Regelungsstrategie natürlich mit eine entscheidende Rolle, d.h., die oben im Zusammenhang mit der Nachheizung angesprochene Solltemperatur bzw. deren Verlauf kann jedoch auch ohne weiteres an das jeweilige Nutzerprofil angepaßt werden.The times of hot water withdrawal of course play a decisive role in this regulatory strategy Role, that is, the above mentioned in connection with the reheating Target temperature or its course, however, can also readily adapted to the respective user profile.

Ferner ist der Speicher 1, was an sich üblich ist, insbesondere in diesem Falle vorteilhaft so bemessen, daß ein durchschnittlicher Tagesbedarf zu decken ist und der Speicher demgemäß nur einmal im Tagesverlauf aufgeheizt werden muß.Further, the memory 1 , which in itself is customary, especially in this case advantageously so dimensioned that an average daily requirement is to be covered and the memory accordingly only needs to be heated once a day.

Claims

Method for operating a solar-coupled heat transfer medium circuit with at least one solar collector ( 1 ), with at least one additional heat source ( 2 ) and at least one solar thermal storage ( 3 ), characterized in that the additional heat source ( 2 ) is switched on as soon as the actual temperature in the solar heat storage ( 3 ) falls below a predefined, over 24 hours extending temperature profile, the temperature profile during the course of the day from a lower, placed at the beginning of the daylight phase temperature level rises to an upper temperature level and falls again before the beginning of the next day brightness phase.