DE19924758A1 - Consumable water heater has controller that reduces thermal energy supply to consumable water and delivery power of heating pump for low thermal demand - Google Patents
Consumable water heater has controller that reduces thermal energy supply to consumable water and delivery power of heating pump for low thermal demandInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Heizgeräten ist der Wirkungsgrad von der Wärmeübertragerbelastung und der Heizungsrücklauftemperatur abhängig. Geringe Belastung und niedrige Rücklauftemperatur führen bei Heizgeräten mit Brennwertnutzung, sofern der Kondensationsbereich erreicht wird, zu guten Wirkungsgraden. Der gesamte Wirkungsgrad der Einrichtung ist außerdem vom Stromverbrauch der Heizungspumpe abhängig. Bei den bekannten Einrichtungen der gattungsmäßigen Art wird bei Brauchwasserbereitung die Heizungspumpe stets mit gleicher Förderleistung betrieben, so daß die Forderung nach möglichst niedriger Rücklauftemperatur nicht in allen Betriebsfällen zufriedenstellend erfüllt wird.The invention is based on a device for heating of industrial water according to the genus of the main claim. At Is the efficiency of the heaters Heat exchanger load and the heating return temperature dependent. Low load and low return temperature lead to heaters with condensing boiler use, provided that Condensation range is reached, good efficiencies. The overall efficiency of the facility is also from Heating pump power consumption dependent. With the known Institutions of the generic type are used for The heating pump always with the same Conveyance operated, so that the demand for return temperature as low as possible not in all Operating cases is satisfactorily fulfilled.
Mit den Merkmalen des Hauptanspruchs kann insbesondere ein Brennwertgerät auch bei der Brauchwasserbereitung im günstigen Kondensationsbereich betrieben und dadurch der Energieverbrauch der Einrichtung gesenkt werden. With the features of the main claim, a Condensing boiler also for domestic water heating in the operated favorable condensation range and thereby the Energy consumption of the facility can be reduced.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.By the features listed in the subclaims advantageous refinements and developments of Arrangement possible according to the main claim.
Bei Einrichtungen mit einem vom Heizgerät beheizten Speicher für das Brauchwasser wird zur Energieeinsparung bzw. zur Vermeidung von häufigem kurzzeitigem Einschalten des Gerätes vorgeschlagen, daß das Steuergerät die Heizenergiezufuhr zum Brauchwasser bzw. Speicher erst dann freigibt, wenn dem Speicher eine vorbestimmte Wasser- bzw. Wärmemenge entzogen worden ist.For devices with a storage tank heated by the heater for the domestic water is used to save energy or Avoid frequent short-term switching on of the device proposed that the control unit to supply heating energy Does not release hot water or storage tank until that Storage withdrawn a predetermined amount of water or heat has been.
Die Freigabe der Heizenergiezufuhr zum Brauchwasser kahn beispielsweise über einen Mengensensor erfolgen, der dem Steuergerät die dem Speicher entnommene Brauchwassermenge meldet.The release of the heating energy supply to the domestic water barge for example via a quantity sensor, which the Control unit the amount of hot water withdrawn from the storage tank reports.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Freigabe der Heizenergiezufuhr zum Brauchwasser bzw. Speicher durch das Wärmebedarfssignal eines im unteren Speicherbereich angeordneten Temperatursensors erfolgt.It is particularly advantageous if the release of the Heating energy supply to the domestic water or storage through the Heat demand signal in the lower storage area arranged temperature sensor takes place.
Nach der Freigabe der Heizenergiezufuhr kann vorteilhaft das Steuergerät die gezapfte Brauchwassermenge mit der Differenz der Kaltwasser-Zulauftemperatur und einer eingestellten bzw. einer gemessenen Warmwassertemperatur multiplizieren und entsprechend dem Ergebnis die Brennerleistung und die Förderleistung der Heizungspumpe einstellen. Bei kleiner Heizleistung fördert die Heizungspumpe weniger Wasser durch den Wärmeübertrager. Die Heizungsrücklauftemperatur sinkt und der Wirkungsgrad des Heizgerätes steigt.After the release of the heating energy supply, this can be advantageous Control unit draws off the hot water quantity with the difference the cold water inlet temperature and a set or multiply a measured hot water temperature and according to the result the burner output and the Set the delivery rate of the heating pump. With smaller Heating power, the heating pump conveys less water the heat exchanger. The heating return temperature drops and the efficiency of the heater increases.
Ein besonders guter Wirkungsgrad der Einrichtung ergibt sich, wenn der Speicher als Schichtladespeicher ausgebildet und vom Sekundärwärmeübertrager über einen sekundären Heizwasserkreis beheizt ist, der auch eine Ladepumpe enthält.A particularly good efficiency of the device results itself if the memory is designed as a stratified charge memory and from the secondary heat exchanger via a secondary Heating water circuit is heated, which is also a charge pump contains.
Bei einer derartigen Einrichtung wird weiterhin vorgeschlagen, daß eine Kaltwasser-Zulaufleitung und eine Warmwasser-Zapfleitung so an den Sekundärheizkreis angeschlossen sind, daß sich von ihren Anschlußpunkten ausgehend ein über die Ladepumpe, einen Rückflussverhinderer, einen Durchflussmengenbegrenzer und durch den Sekundärwärmeübertrager führender erster Leitungszweig und ein durch den Speicher führender zweiter Leitungszweig des Sekundär-Heizkreises ergibt, und daß die Strömungswiderstände der beiden Leitungszweige so aufeinander abgestimmt sind, daß beim Zapfen einer unter dem Ansprechpunkt des Durchflussmengenbegrenzers liegenden Durchflussmenge das Brauchwasser im wesentlichen allein über den Sekundärwärmeübertrager im ersten Leitungszweig gefördert wird und dann über beide Leitungszweige fließt.With such a facility will continue suggested that a cold water supply line and a Hot water tap line to the secondary heating circuit are connected that from their connection points starting one over the charge pump, one Backflow preventer, a flow limiter and leading first through the secondary heat exchanger Line branch and a second leading through the memory Line branch of the secondary heating circuit results, and that the Flow resistances of the two line branches so are coordinated that when tapping one under the Response point of the flow limiter Flow rate the domestic water essentially alone the secondary heat exchanger in the first line branch is promoted and then flows over both line branches.
Dadurch ist erreicht, daß bei nur geringer bzw. schwacher Zapfung das Wasser allein dem Speicher entnommen wird, in einem mittleren Bereich mit höherer Wärmeanforderung, aber noch mit unter dem Ansprechwert des Durchflussmengenbegrenzers liegenden Zapfmengen, die Heizenergie direkt vom Sekundärwärmeübertrager auf das Brauchwasser übertragen wird und in einem, sowohl hinsichtlich der Temperatur als auch Durchflußmenge bedingten oberen Leistungsbereich sowohl der Sekundärwärmeüberträger als auch der Speicher die geforderte Wärmemenge liefert.This ensures that at only a small or weaker Tapping the water alone is taken from the store in a middle area with higher heat requirements, however still with below the response value of the Flow rate limiter taps that Heating energy directly from the secondary heat exchanger to the Process water is transferred and in one, both in terms of temperature as well as flow rate conditional upper performance range of both Secondary heat exchanger as well as the storage the required Amount of heat delivers.
Durch die Parallelschaltung von Heizgerät und Speicher und der rechnerischen Erfassung der benötigten Energie kann die Warmwasser-Leistung der Einrichtung ohne Vergrößerung des Speichervolumens erheblich gesteigert werden. Through the parallel connection of the heater and the storage tank the computation of the required energy can Hot water performance of the facility without enlarging the Storage volume can be increased significantly.
Für die Genauigkeit der Steuerung kann vorteilhaft in der Kaltwasser-Zuleitung ein Temperatursensor und ein Mengensensor und am Ausgang des Sekundärwärmeübertragers ein weiterer Temperatursensor vorgesehen sein.For the accuracy of the control can be advantageous in the Cold water supply line and a temperature sensor Flow sensor and at the outlet of the secondary heat exchanger additional temperature sensor may be provided.
Für den Erhaltungsbetrieb, d. h. die Nachladung des Speichers ergibt sich ein vorteilhaftes Verhältnis von Energieverbrauch bzw. Wirkungsgrad des Heizgerätes zu der Ladezeit, wenn am Speicher über eine die Freigabe der Energiezufuhr zum Brauchwasser einleitenden ersten Thermostaten ein zweiter Thermostat vorgesehen ist und das Steuergerät die volle Brennerleistung freigibt, wenn die Speichertemperatur an dem zweiten Thermostaten unter einen vorgegebenen Wert gesunken ist.For the maintenance operation, d. H. reloading the memory there is an advantageous ratio of Energy consumption or efficiency of the heater to the Charging time when the memory is released via a Energy supply to the domestic water introductory first Thermostats a second thermostat is provided and that Control unit releases the full burner output when the Storage temperature at the second thermostat below one predetermined value has decreased.
In manchen Fällen ist auch eine sogenannte Öko-Schaltung empfehlenswert, die bei Speicherladung nach Brauchwasserentnahme die Leistungen des Gasbrenners, der Heizungspumpe und ggf. einer Ladepumpe auf einen vorgegeben Wert begrenzt.In some cases there is also a so-called eco circuit recommended that after charging Industrial water withdrawal the services of the gas burner, the Heating pump and possibly a charge pump to a given Value limited.
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Four embodiments of the invention are in the Drawing shown schematically and in the following Description explained in more detail.
Es zeigen Fig. 1 ein Kombigerät für Heizung und Brauchwassererwärmung ohne Brauchwasserspeicher, und die Fig. 2 bis 4 drei unterschiedliche Ausführungen von Einrichtungen mit einem Kombigerät und einem Brauchwasserspeicher. In the drawings Fig. 1 is a combined device for heating and domestic water heating without hot water storage tank, and Figs. 2 to 4 three different embodiments of devices with a combined unit and a hot water heater.
Alle dargestellten Ausführungsbeispiele haben als Heizquelle ein Brennwertgerät mit einem Primärwärmeübertrager 12, der von einem Gasbrenner 14 beheizt ist und in einem Heizwasserkreis 16 liegt, an den ein Ausdehnungsgefäß 18 angeschlossen ist. Der Heizwasserkreis 16 enthält ferner eine Heizungspumpe 20 und führt über einen im folgenden noch näher bezeichneten Sekundärwärmeübertrager, der die Heizenergie auf das Brauchwasser überträgt. Der Heizwasserkreis 16 ist mit einem Vorlaufanschluß 22 und über ein Umsteuerventil 24 mit einem Rücklaufanschluß 26 einer Heizungsanlage verbunden. Ein Gasventil 28, die Heizungspumpe 20 und das Umsteuerventil 24 sind an ein Steuergerät 30 angeschlossen, das abhängig vom Wärmebedarf bei Brauchwasserzapfung die Brennerleistung beeinflußt.All of the exemplary embodiments shown have a condensing boiler with a primary heat exchanger 12 , which is heated by a gas burner 14 and is located in a heating water circuit 16 to which an expansion vessel 18 is connected, as the heating source. The heating water circuit 16 also contains a heating pump 20 and leads via a secondary heat exchanger, which will be described in more detail below, and which transfers the heating energy to the process water. The heating water circuit 16 is connected to a flow connection 22 and via a reversing valve 24 to a return connection 26 of a heating system. A gas valve 28 , the heating pump 20 and the reversing valve 24 are connected to a control unit 30 , which influences the burner output as a function of the heat requirement when drawing off hot water.
Das Umsteuerventil 24 läßt das im Primärwärmeübertrager 12 erhitzte Wasser durch den Sekundärwärmeübertrager fließen, sobald und solange ein Wärmebedarf aus dem Brauchwasserteil gemeldet wird, der bei einem Kaltwasseranschluß 32 beginnt und bei einem Warmwasseranschluß 34 endet. Die Förderleistung der Heizungspumpe 20 ist veränderbar und das Steuergerät 30 beeinflußt das Gasventil 28 und die Heizungspumpe 20 so, daß bei geringem Wärmebedarf neben der Heizenergiezufuhr zum Sekundärwärmeübertrager auch die Förderleistung der Heizungspumpe 20 verringert wird.The reversing valve 24 allows the water heated in the primary heat exchanger 12 to flow through the secondary heat exchanger as soon as and as long as a heat requirement is reported from the service water part, which begins with a cold water connection 32 and ends with a hot water connection 34 . The delivery rate of the heating pump 20 is changeable and the control device 30 influences the gas valve 28 and the heating pump 20 so that, in addition to the heating energy supply to the secondary heat exchanger, the delivery rate of the heating pump 20 is reduced in addition to the heating energy supply.
Die Einrichtung nach Fig. 1 hat einen Sekundärwärmeübertrager 36, der die Heizenergie auf eine Brauchwasserleitung 38 überträgt, die vom Kaltwasseranschluß 32 über einen Mengensensor 40 und über einen Durchflußmengenbegrenzer 42 zum Warmwasseranschluß 34 führt. Bei Warmwasserzapfung gibt der Mengensensor 40 entsprechend der gezapften Menge elektrische Impulse an das Steuergerät 30. Diese werden dort von dem eingebauten Rechner mit der Differenz aus der gewünschten Warmwassertemperatur und der Kaltwassertemperatur multipliziert, die durch Temperatursensoren 44, 46 an den entsprechenden Stellen ermittelt wird. Entsprechend der ermittelten Brennerleistung und im Steuergerät 30 einprogrammierten Kennlinienfeld wird auch die Förderleistung der Heizungspumpe 20 im Sinne der Erfindung gesteuert.The device according to FIG. 1 has a secondary heat exchanger 36 , which transfers the heating energy to a service water line 38 , which leads from the cold water connection 32 via a quantity sensor 40 and via a flow limiter 42 to the hot water connection 34 . When tapping hot water quantity sensor 40 outputs corresponding to the tapped amount of electrical impulses to the control unit 30th There, these are multiplied by the built-in computer by the difference between the desired hot water temperature and the cold water temperature, which is determined by temperature sensors 44 , 46 at the corresponding points. The delivery rate of the heating pump 20 is also controlled in accordance with the invention in accordance with the determined burner output and the characteristic field programmed in the control unit 30 .
Die Einrichtung nach Fig. 2 hat einen sekundären Heizwasserkreis, der durch einen Sekundärwärmeübertrager 50 eine Vorlaufleitung 52, einen als Schichtladespeicher ausgebildeten Speicher 54 und eine Rücklaufleitung 56 führt. Der Speicher 54 liegt in einem vom Kaltwasseranschluß 32 zum Warmwasseranschluß 34 führenden Leitungszug und in der Rücklaufleitung 56 ist eine Ladepumpe 58, sowie ein Durchflußmengenbegrenzer 60 angeordnet. An das Steuergerät 30 sind außer dem Gasventil 28, der Heizungspumpe 20, dem Umsteuerventil 24 und der Ladepumpe 58 zwei in unterschiedlichen Höhen am Speicher 54 angebrachte Temperatursensoren 62, 64 angeschlossen, die vorzugsweise als NTC-Widerstände ausgebildet sind.The device according to FIG. 2 has a secondary heating water circuit which, through a secondary heat exchanger 50 , leads a flow line 52 , a store 54 designed as a stratified charge store and a return line 56 . The store 54 is located in a line drawing leading from the cold water connection 32 to the hot water connection 34 and in the return line 56 there is a charge pump 58 and a flow limiter 60 . In addition to the gas valve 28 , the heating pump 20 , the reversing valve 24 and the charge pump 58, two temperature sensors 62 , 64 , which are attached to the reservoir 54 at different heights and are preferably designed as NTC resistors, are connected to the control unit 30 .
Wenn beim Zapfen von Brauchwasser dem Speicher 54 eine bestimmte Wärmemenge entnommen wurde, gibt der Temperatursensor 62 ein Signal zum Einschalten des Brennwertgerätes mit kleiner Leistung. Wenn innerhalb einer festgelegten Zeit auch die Temperatur am Temperatursensor 64 unter einen vorgegebenen Sollwert sinkt, wird das Brennwertgerät auf volle Leistung geschaltet. Ein Ladevorgang wird beendet, wenn der untere Temperatursensor 62 die Sollwerttemperatur erreicht. Bei kleiner Brennerleistung wird auch die Förderleistung der Heizungspumpe 20 und ggf. auch der Ladepumpe 58 zwecks Stromeinsparung und Senkung der Rücklauftemperatur im Heizwasserkreis 16 reduziert.If a certain amount of heat has been removed from the storage 54 when tapping domestic water, the temperature sensor 62 emits a signal to switch on the condensing boiler with low power. If the temperature at the temperature sensor 64 also drops below a predetermined setpoint within a defined time, the condensing boiler is switched to full power. A charging process is ended when the lower temperature sensor 62 reaches the setpoint temperature. If the burner output is low, the delivery capacity of the heating pump 20 and possibly also the charge pump 58 is also reduced in order to save electricity and reduce the return temperature in the heating water circuit 16 .
Die Einrichtung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der vorher beschriebenen unter anderem dadurch, daß eine Kaltwasser-Zuleitung 68 und eine Warmwasserzapfleitung 70 außerhalb des Speichers 54 an den Sekundärheizkreis angeschlossen sind. Dadurch ergeben sich, von den beiden Anschlußpunkten 72, 74 ausgehend, ein über die Ladepumpe 58, einen Rückflußverhinderer 76, den Durchflußmengenbegrenzer 60 und den Sekundärwärmeübertrager 50 führender erster Leitungszweig 78 und ein durch den Speicher 54 gehender zweiter Leitungszweig 80 des Sekundärheizkreises. In der Kaltwasserzuleitung 68 ist ein Temperatursensor 82 und ein Mengensensor 84 vorgesehen. Am Ausgang des Sekundärwärmeübertragers 50 ist ein weiterer Temperatursensor 86 angebracht.The device according to Fig. 3 differs from the previously described, inter alia, that a cold water supply line 68 and a hot water supplying pipe 70 are connected to the outside of the memory 54 Sekundärheizkreis. This results in, starting from the two connection points 72 , 74 , a first line branch 78 leading via the charge pump 58 , a backflow preventer 76 , the flow rate limiter 60 and the secondary heat exchanger 50 and a second line branch 80 of the secondary heating circuit going through the store 54 . A temperature sensor 82 and a quantity sensor 84 are provided in the cold water supply line 68 . A further temperature sensor 86 is attached to the output of the secondary heat exchanger 50 .
Die Strömungswiderstände der beiden Leitungszweige 78, 80 sind so aufeinander abgestimmt, daß beim Zapfen einer unter dem Ansprechpunkt des Durchflußmengenbegrenzers 60 liegenden Durchflußmenge das Brauchwasser im wesentlichen allein über den Sekundärwärmeübertrager 50 im ersten Leitungszweig 78 gefördert wird und danach über beide Leitungszweige 78, 80 fließt. Dadurch ergeben sich drei Phasen der Brauchwasser- Erwärmung: In der ersten Phase, bei kleiner, durch den Mengensensor 84 ermittelter Warmwasserzapfung, wird nur der Speicher 54 entladen. Der Gasbrenner 14, die Heizungspumpe 20 und die Ladepumpe 58 bleiben ausgeschaltet.The flow resistances of the two line branches 78 , 80 are coordinated with one another such that when a flow quantity below the response point of the flow rate limiter 60 is tapped, the process water is conveyed essentially solely via the secondary heat exchanger 50 in the first line branch 78 and then flows over both line branches 78 , 80 . This results in three phases of hot water heating: in the first phase, with a small hot water tap determined by the quantity sensor 84 , only the storage tank 54 is discharged. The gas burner 14 , the heating pump 20 and the charge pump 58 remain switched off.
In der zweiten Phase, bei größerer Warmwasserzapfung, wird der Wärmebedarf auf die schon im Zusammenhang mit der Einrichtung nach Fig. 1 beschriebenen Weise errechnet und der Gasbrenner 14 mit entsprechender Leistung, sowie die Heizungspumpe 20 und die Ladepumpe 58 in Betrieb genommen. In the second phase, with larger hot water tapping, the heat requirement is calculated in the manner already described in connection with the device according to FIG. 1 and the gas burner 14 with the corresponding power, as well as the heating pump 20 and the charge pump 58 are put into operation.
Dabei wird, solange die Zapfmenge unter dem Ansprechwert des Durchflußmengenbegrenzers 60 liegt, die Heizenergie allein über den Sekundärwärmeübertrager 50 dem Brauchwasser zugeführt.As long as the draw-off quantity is below the response value of the flow rate limiter 60 , the heating energy is supplied to the process water solely via the secondary heat exchanger 50 .
Die dritte Phase tritt ein, wenn die Zapfmenge den Ansprechwert des Durchflußmengenbegrenzers 60 überschreitet. Danach wird die darüberliegende Warmwassermenge dem Speicher 54 entnommen.The third phase occurs when the tapping quantity exceeds the response value of the flow limiter 60 . Then the overlying amount of hot water is removed from the storage tank 54 .
Zum Zweck der Speicherladung nach Brauchwasserentnahme sind am Speicher 54 zwei Temperatursensoren 88, 90 in unterschiedlicher Höhe angebracht, bei deren Sollwertunterschreitung bzw. -überschreitung der Gasbrenner 14 und die für die Energiezuführung maßgebenden Funktionselemente entsprechend beeinflußt werden. Bei beiden Einrichtungen nach Fig. 2 und 3 kann für die Speicherladung ggf. auch eine Öko-Schaltung vorgesehen sein, bei welcher die gesamte Speicherladung mit kleiner Brennwertleistung erfolgt.For the purpose of storage charging after the removal of process water, two temperature sensors 88 , 90 are attached to the storage tank 54 at different heights, the gas burner 14 and the functional elements determining the energy supply being influenced accordingly when the value falls below or exceeds the set value. In both devices according to FIGS. 2 and 3, an eco-circuit may also be provided for the storage charge, in which the entire storage charge takes place with a small calorific value.
Die Einrichtung nach Fig. 4 hat einen Sekundärwärmeübertrager 92, der unmittelbar in einem Speicher 94 angeordnet ist. Bei Warmwasserzapfung aus dem Speicher 94 gibt ein Temperatursensor 96 das Signal zum Einschalten des Brennwertgerätes mit kleiner Leistung. Sinkt innerhalb einer festgelegten Zeit die Solltemperatur an einem zweitem, höher angeordneten Temperatursensor 98, wird das Brennwertgerät entweder mit hoher Leistung betrieben oder als Öko-Alternative, weiter mit kleiner Leistung im Betrieb gehalten.The device of FIG. 4 has a secondary heat exchanger 92 which is arranged directly in a memory 94. When hot water is drawn from the store 94 , a temperature sensor 96 gives the signal to switch on the condensing boiler with low output. If the target temperature drops at a second, higher-placed temperature sensor 98 within a defined time, the condensing boiler is either operated at high output or, as an eco-alternative, is further operated at low output.
Claims (8)
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