DE19854774A1

DE19854774A1 - Prüfstand für Warmwasserbereiter, insbesondere für gasbetriebene Durchlauferhitzer

Info

Publication number: DE19854774A1
Application number: DE19854774A
Authority: DE
Inventors: Armin Marko; Walter Lehr; Michael Bauer; Robert F Grob; Bernd Klein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2018-11-28
Also published as: DE19854774C2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für Warmwasserbereiter (10), insbesondere für gasbetriebene Durchlauferhitzer, bei dem die Warmwasseranforderung simuliert wird und virtuelle Zustandsgrößen, wie z.B. die Temperatur des zu erhitzenden Wassers über mindestens eine Hardware-Schnittstelle (11C) in physikalische Zustandsgrößen umgewandelt und an den Warmwasserbereiter (10) herangeführt werden. Es wird vorgeschlagen, daß als Hardware-Schnittstelle (11C) in einer zum Warmwasserbereiter (10) führenden Zulaufleitung (20) ein Erhitzer-Kreislauf (EKL) und ein Kälte-Kreislauf (KKL) eingebunden sind. Damit können Temperaturen des dem Warmwasserbereiter (10) zugeführten Leitungswassers nachgestellt werden, wie sie in der Realität in Extremfällen auftreten können. Mit Hilfe des Prüfstandes können Probleme bei der Warmwasserbereitung frühzeitig erkannt und beseitigt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Prüfstand für Warmwasserbereiter, insbesondere für gasbetriebene Durchlauferhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Heutige Prüfstände für Warmwasserbereiter bzw. Wärmeerzeuger sind dafür ausgelegt, die Qualität und das Betriebsverhalten der Geräte im stationären Betrieb zu ermitteln. Da sie in der Praxis allerdings im dynamischen Betrieb eingesetzt werden, können sie somit im Labor für den eigentlichen Einsatzzweck nicht getestet werden. Erst wenn der Warmwasserbereiter als Produkt fertiggestellt ist, kann ihre Eignung bzw. Betriebstauglichkeit in Form von Feldtests überprüft werden.

Es ist weiterhin bekannt, auf verschiedenen technischen Gebieten sogenannte Emulatoren bzw. Emulator-Prüfstände einzusetzen, bei denen im Gegensatz zu reinen Simulationsvorgängen das in einem Rechner hinterlegte numerische Model mit realen Komponenten, die technische Systeme beschreiben, kommuniziert bzw. zusammenwirkt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß mit dem erfindungsgemäßen Prüfstand die realen Vorgänge bei einer Warmwasser-Zapfung genau wiedergegeben werden können. Dabei ist es möglich, unterschiedliche Temperaturen des zum Warmwasserbereiter führenden Leitungswassers bereitzustellen, wobei in der Praxis ebenfalls auftretende Temperatursprünge schnell nachgebildet werden können.

Durch die Merkmale der Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

In vorteilhafter Weise steht der Erhitzerkreislauf und der Kältekreislauf über ein Drei-Wege-Ventil mit der Zulaufleitung in Verbindung, wobei wahlweise zwischen dem Erhitzer-Kreislauf und dem Kälte-Kreislauf umgeschaltet werden kann.

Die Menge des der Zulaufleitung über den Kälte- oder Erhitzerkreislaufs zugeführten Wassers wird mit Hilfe eines in der Zulaufleitung angeordneten Drei-Wege-Ventils, das als Mischventil funktioniert, geregelt.

Der Erhitzer-Kreislauf besteht in vorteilhafter Weise aus einem Durchlauf-Erhitzer und einem Warmwasser-Speicher mit kleinem Speichervolumen. Damit ist erreicht, daß bei langsamen bzw. stetigen Änderungen der Temperatur des zu konditionierenden Wassers das über den Erhitzer-Kreislauf zugeführte warme Wasser im Durchlauf-Erhitzerprinzip erwärmt werden kann, wobei bei der Simulation von Temperatursprüngen des Leitungswassers auf das Wärmereservoir des im Speicher befindlichen Warmwassers zurückgegriffen werden kann. Das gleiche trifft auf den Kältekreislauf zu, bei dem kaltes Wasser im Durchlauf- Verdampferprinzip erzeugt wird und bei einem zu simulierenden Temperaturabfall des Leitungswassers auf das Kaltwasser-Reservoir im Speicher zurückgegriffen werden kann.

Der vom Warmwasserbereiter erzeugte Warmwasser-Volumenstrom kann in vorteilhafter Weise durch ein in einer Warmwasser- Auslaufleitung angeordnetes Stellventil geregelt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig. 1 zeigt die schematische Ausführung eines Emulator-Test- bzw. Prüfstandes und Fig. 2 den Aufbau eines Warmwasser-Emulators.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt den generellen Aufbau eines Emulator- Prüfstandes für einen Wärmeerzeuger 10, der in diesem Fall als ein gasbetriebener Durchlauferhitzer ausgebildet ist. Der Wärmeerzeuger bzw. Warmwasserbereiter 10 ist über verschiedene Hardware-Schnittstellen 11A bis 11 G mit einer Signalverarbeitungs-Einheit 12 und über eine Meßstand- Kontrolleinheit 14 mit einem Simulationsrechner 16 verbunden. Mit Hilfe der Hardware-Schnittstellen 11A bis G lassen sich verschiedene Emulationsformen realisieren, wie z. B. 11A - das Reglersignal für die Bestimmung der Brennerleistung des Wärmeerzeugers, 11B - die Rücklauftemperatur eines Heizwasser-Kreislaufes, falls der Wärmeerzeuger auch der Erwärmung von Heizungswasser dient, 11C - die Warmwassertemperatur für die Brauchwassernutzung, 11D - die Verbrennungslufttemperatur, 11E - die Temperatur im Kamin bzw. die Abgastemperatur, 11F - Zustandsparameter des für die Verbrennung zugeführten Gases und 11G - Parameter, die den Aufstellungsort des Wärmeerzeugers 10 definieren. Während die Daten aus der Meßstand- Kontrolleinheit 14 den Hardware-Schnittstellen 11A bis G über ein Digital/Analog-Wandler 12A der Signalverarbeitungs-Einheit 12 zugeführt werden, werden die vom Wärmeerzeuger 10 über eine Meßwert-Aufnahme-Sensorik 18 ausgelesenen Zustandsparameter des Gerätes über einen Analog/Digital-Wandler 12B der Signalverarbeitungseinheit 12 und über die Meßstand-Kontrolleinheit 14 dem Simulationsrechner 16 zugeführt. Die Simulation läuft für einen Zeitschritt, wobei die am Prüfstand einzustellenden physikalischen Größen vom Simulationsprogramm in einer Kommunikationsdatei (outfile.dat) abgelegt werden. Die Meßstand-Kontrolleinheit 14 liest die Datei aus und regelt mittels entsprechender Regel- und Meßtechnik die Sollgrößen (z. B. Wasserdruck, Wassertemperatur, Volumenströme, Reglersignale) am zu überprüfenden Wärmeerzeuger 10 ein. Die Reaktion des Wärmeerzeugers 10 wird von der Meßwert- Aufnahme-Sensorik 18 aufgenommen, verarbeitet und als Zahlenwerte in einer zweiten Kommunikations-Datei (infile.dat) abgespeichert. Diese Datei wird von der Simulation geöffnet und weiterverwertet, sobald die Wartezeit bis zum nächsten Simulationszeitschritt abgelaufen ist.

Der Datenaustausch zwischen dem Simulationsrechner 16 und der Meßstand-Kontrolleinheit 14 erfolgt über ein ASCII- file, welches jederzeit einsichtig ist. Die Schnittstelle ist somit klar definiert und kontrollierbar; das realisierte Konzept nicht an vorgegebene Soft- oder Hardware gebunden. Die Simulation des Zeitsystems erfolgt mit Hilfe des Simulationsprogramms TRNSYS.

Im folgenden wird die für die Warmwasser-Emulation notwendige Hardware-Schnittstelle 11C anhand der Fig. 2 näher beschrieben, wobei der Wärmeerzeuger, da er in diesem Fall der Warmwasserbereitung dient, im folgenden als Warmwasserbereiter 10 bezeichnet wird. Der Warmwasserbereiter 10 ist an eine Zulaufleitung 20 angeschlossen, die Wasser aus dem öffentlichen Leitungsnetz bezieht. Das aufzuheizende Wasser wird auf bekannte Art und Weise über einen von einem Brenner beaufschlagten Wärmetauscher (beide Bauteile sind nicht dargestellt) erwärmt und über eine Warmwasser-Auslaufleitung 22 abgeführt, d. h. in der Praxis dem Verbraucher zugeführt. An der Zulaufleitung 20 sind ein Erhitzer-Kreislauf EKL und ein Kälte-Kreislauf KKL angeschlossen. Der Erhitzer- Kreislauf EKL besteht aus einem Durchlauferhitzer 24 und einem Warmwasser-Speicher 26. Der Kälte-Kreislauf KKL weist einen Verdampfer 28 und einen Kaltwasser-Speicher 30 auf. Sowohl der Erhitzer-Kreislauf EKL als auch der Kälte- Kreislauf KKL werden über eine Bypassleitung 32 mit aus der Zulaufleitung 20 kommenden Leitungswasser versorgt.

Ausgangsseitig sind beide Kreisläufe mit einem Drei-Wege- Ventil 34 verbunden, das über die Bypaßleitung 32 zu einem in der Zulaufleitung 20 angeordneten zweiten Drei-Wege- Ventil 36 führt. Mit Hilfe des Drei-Wege-Ventils 34 kann wahlweise zwischen dem Erhitzer-Kreislauf EKL und dem Kälte-Kreislauf KKL umgeschaltet werden; das in der Zulaufleitung 20 angeordnete zweite Drei-Wege-Ventil 36 dient als Mischventil für das zu konditionierende Wasser in der Zulaufleitung 20. Zur Erfassung des durch den gasbetriebenen Durchlauferhitzer verursachten Druckverlustes ist zwischen der Zulaufleitung 20 und der Warmwasser-Auslaufleitung 22 ein Differenzdruckmesser 38 angeordnet, darüberhinaus kann mit Hilfe eines hinter dem Mischventil 36 in der Zulaufleitung 20 angeordneten Sensors 40 die Temperatur des dem Warmwasserbereiter 10 zugeführten Wassers erfaßt bzw. überprüft werden. In der Warmwasser- Auslaufleitung 22 ist ein zweiter Temperatursensor 42, sowie ein Drucksensor 44, ein Volumenstrommesser 46 und ein die Auslaufmenge des Warmwassers bestimmendes Stellventil 48 angeordnet. Die Brenngasversorgung für den gasbetriebenen Warmwasserbereiter 10 erfolgt über eine Gasleitung 50, in der ein Volumenstrommesser 52, ein Drucksensor 54 und ein Temperatursensor 56 angeordnet sind.

Prinzipiell sollen mit dem Prüfstand die realen Vorgänge bei einer Warmwasser-Zapfung so genau wie möglich wiedergegeben werden. Bei einer solchen "realen" Zapfung öffnet ein Nutzer den Wasserhahn, wartet (bei konstantem Volumenstrom), bis die Solltemperatur erreicht ist, und nutzt dann das bereitgestellte warme Wasser. Mit Hilfe des Erhitzer-Kreislaufs EKL bzw. des Kälte-Kreislaufs KKL kann die Temperatur des aus der Zulaufleitung 20 kommenden Leitungswassers auf solche Werte erhöht bzw. gesenkt werden, wie sie auch in der Realität in Extremfällen auftreten können. Die Temperaturen des aus dem öffentlichen Netz kommenden Kaltwassers können sich in unseren Breitengraden über das Jahr um nahezu 10K von 6°C bis 15°C ändern. Darüberhinaus kann das Wasser, bevor es in den Warmwasserbereiter eintritt, auch höhere Temperaturen annehmen und zudem sprunghaft zwischen den Temperaturniveaus wechseln, wie z. B.

- verlaufen die Leitungen im Haus, nimmt das Wasser die Umgebungstemperatur des Hausinneren an,
- soll ein ausgekühlter Trinkwasserspeicher bzw. halbvoller Solarspeicher z. B. von 50°C auf 60°C hochgeheizt werden, ist die Temperatur des Wassers entsprechend hoch,
- wird das Wasser in einem Speicherkollektor vorgewärmt, können Temperaturen von 80°C bis 100°C erreicht werden oder
- wird ein Speicher bzw. ein Kollektor entleert und statt dessen durch das Erdreich herangeführtes Wasser verwendet, kann es zu sehr schnellen Temperatursprüngen kommen.

Wie in den Beispielen dargestellt, ändert sich die Temperatur des dem Warmwasserbereiter zuströmenden Leitungswassers nicht langsam und stetig, sondern kann sprunghaft ansteigen bzw. abfallen. Mit Hilfe des im Erhitzer-Kreislaufs EKL angeordneten Warmwasser-Speichers 26 bzw. des im Kälte-Kreislaufs KKL angeordneten Kaltwasser-Speichers 30 stehen Wärme- bzw. Kältereservoirs zur Verfügung, um diese Temperatursprünge schnell ausführen bzw. nachbilden zu können.

Mit Hilfe des Prüfstandes können daher frühzeitig Probleme erkannt und beseitigt werden, bevor diese Geräte letztendlich zum Verkauf auf den Markt gebracht werden. Zum Beispiel kann festgestellt werden, daß bei sich ändernden Volumenströmen und sich ändernden Temperaturen des Leitungswassers die geforderte konstante Auslauftemperatur des Warmwassers nur unzureichend eingehalten werden kann; durch entsprechende Regleranpassungen können dann diese Probleme frühzeitig behoben werden.

Claims

1. Prüfstand für Warmwasserbereiter, insbesondere für gasbetriebene Durchlauferhitzer, bei dem die Warmwasseranforderung simuliert wird und virtuelle Zustandsgrößen, wie z. B. die Temperatur des zu erhitzenden Wassers über mindestens eine Hardware-Schnittstelle in physikalische Zustandsgrößen umgewandelt und an den Warmwasserbereiter herangeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Hardware-Schnittstelle (11C) in einer zum Warmwasserbereiter führenden Zulaufleitung (20) ein Erhitzer-Kreislauf (EKL) und ein Kälte-Kreislauf (KKL) eingebunden sind.

2. Prüfstand für Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer-Kreislauf (EKL) und der Kälte-Kreislauf (KKL) über ein Drei-Wege-Ventil (34) mit der Zulaufleitung (20) in Verbindung stehen.

3. Prüfstand für Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulaufleitung (20) ein Drei-Wege-Ventil (36) angeordnet ist, das mit dem Drei- Wege-Ventil (34) des Erhitzer- und Kältekreislaufs verbunden ist.

4. Prüfstand für Warmwasserbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer-Kreislauf (EKL) einen Durchlauf-Erhitzer (24) und einen Warmwasser-Speicher (26) aufweist.

5. Prüfstand für Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälte- Kreislauf (KKL) einen Verdampfer (28) und einen Kaltwasser- Speicher (30) aufweist.

6. Prüfstand für Warmwasserbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Warmwasserbereiter (10) eine Warmwasser-Auslaufleitung (22) wegführt, in der ein Auslauf-Stellventil (48) angeordnet ist.