EP1906104A1 - Verfahren zur Erkennung der Notwendigkeit der Nachladung eines Warmwasserspeichers - Google Patents

Verfahren zur Erkennung der Notwendigkeit der Nachladung eines Warmwasserspeichers Download PDF

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EP1906104A1
EP1906104A1 EP07017812A EP07017812A EP1906104A1 EP 1906104 A1 EP1906104 A1 EP 1906104A1 EP 07017812 A EP07017812 A EP 07017812A EP 07017812 A EP07017812 A EP 07017812A EP 1906104 A1 EP1906104 A1 EP 1906104A1
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hot water
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temperature sensor
tap
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Vaillant GmbH
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    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the need for recharging a hot water tank, preferably hot water tap.
  • Hot water storage tanks according to the prior art are heated to a desired temperature. By hot water tap or heat losses to the environment, the temperature of the hot water tank cools down. If the temperature drops below a predetermined minimum temperature, the store is reloaded to setpoint temperature.
  • the extracted heat output is often greater than that which the storage and the heating can provide. Even with other forms of hot water tap, it may happen that the amount of heat removed is greater than that which provides the heating system with memory. Accordingly, in unfavorable cases, the temperature in the Hot water tank falls below the minimum temperature significantly, as the minimum heat is removed from the memory more heat than is supplied.
  • the DE 10 2004 018 034 A1 shows a hot water tank, in which a temperature sensor in the memory or a flow meter are used in the flow path of the service water for switching on the storage charge. Another temperature sensor is located in the hot water tapping line; the temperature detected by this sensor is subtracted from the temperature of the heating medium to the storage charge. Depending on this temperature difference, the volume flow of the heating medium is adjusted.
  • the EP 807 790 A2 shows a buffer memory, which is connected via a primary circuit and a heat exchanger with a service water secondary circuit.
  • a temperature sensor In the tap water tap is a temperature sensor. The signal of this temperature sensor is used to control the pump in the primary circuit so that the primary circuit heat can transfer from the buffer to the secondary circuit.
  • the storage loading of the buffer memory is done by layering heated by solar panels fluid or by a burner.
  • the invention is therefore based on the object not to initiate a storage charge until it reaches the minimum temperature, but also to provide a further criterion, after which the storage charge also takes place at a large hot water tap quantity.
  • the storage charge only starts when a certain limit temperature, which is greater than the minimum temperature but also less than the setpoint temperature, is exceeded.
  • FIG. 1 shows a hot water tank 1, which acts as a layer storage.
  • a hot water tank 1 In the lower region of the hot water tank 1 opens a cold water supply line 2. From the upper part of the hot water tank 1 opens a tap water tap 3, in which a temperature sensor 5 is located. In the lower third of the hot water tank 1 is another temperature sensor 4. From the cold water inlet 2 branches off a line in which a pump 6 and a heat exchanger 7 are in series. This line opens into a storage charging line 9, which in turn opens into the upper region of the hot water tank 1.
  • the heat exchanger 7 is connected on the secondary side with a heater 8.
  • the hot water tank 1 is thermally charged until the temperature sensor 4 has heated in the hot water tank 1 to target temperature T Soll .
  • the storage charge is then terminated.
  • hot water tap warm water flows from the upper region of the hot water tank 1 in the tap water tap 3.
  • Cold Water flows over the cold water inlet 2.
  • T min a predetermined minimum temperature
  • the pump 6 starts, which also takes the lower portion of the hot water tank 1 via the cold water supply line 2 cold water from the hot water tank 1 and the heat exchanger 7 supplies.
  • the circulated water is heated by the heat of the heater 8.
  • the heated water then flows through the storage charging line 9 in the hot water tank 1 a.
  • FIG. 2 shows the temperature profile at the temperature sensor 4 in the lower region of the hot water storage tank 1, as well as the temperature of the temperature sensor 5 in the hot water tap line 3.
  • the setpoint temperature T setpoint of the hot water storage tank 1 is 60 ° C.
  • the minimum temperature T min is 50 ° C.
  • the temperature T 1 of the temperature sensor 4 is within the hot water tank at a constant temperature of 54 ° C.
  • the temperature T 2 of the temperature sensor 5 in the service water tapping line 3 is constantly 20 ° C., because the service water tapping line adapts quickly to the ambient temperature.
  • the gradient dT 2 / dt is zero.
  • the hot water tap begins. Hot water is removed from the upper region of the hot water tank 1 and flows through the hot tap 3. At the same time, cold water flows through the cold water inlet 2 into the hot water tank 1.
  • the temperature is cooled in the hot water tank 1, which is why the temperature T 1 at the temperature sensor 4 in the hot water tank 1 drops.
  • the warm water flowing through the service water tap line 3 heats the temperature sensor 5, which is positioned in the service water tap line 3.
  • the temperature T 2 increases .
  • a temperature gradient of 8 K / s is detected at the temperature sensor 5. This temperature gradient is greater than the limiting gradient of 4 K / s in this case.
  • the system detects that there is a large tap of hot water.
  • the system recognizes that the temperature T 2 is less than the limit temperature T limit of 55 ° C.
  • the limit temperature T limit represents the temperature above which no premature storage recharge takes place. Since the limit temperature T limit is exceeded in the present case, in order to avoid hypothermia of the hot water tank 1, the heater 8 is turned on and the charge of the hot water tank 1 started.
  • the temperature T 1 falls on the temperature sensor 4 in the hot water tank 1, but now the cooling of the hot water tank 1 is reduced, ie that the gradient of the detected temperature sensor 4 temperature T 1 decreases.
  • the hot water tap line is heated to the temperature of the warm water in the upper region of the hot water tank 1.
  • the temperature T 2 detected by means of the temperature sensor 5 can be greater than the temperature T 1 detected by means of the temperature sensor 4 at this time.
  • the temperature T 2 detected by means of the temperature sensor 5 can be greater than the starting temperature of the hot water store 1 when the service water is tapped. Since cools the memory as a whole by the removal of water, now the temperature T 2 , which is measured with the temperature sensor 5 in the tap water tap 3, now falls again. At time t 4 , the hot water tap is completed. As a result, now no more water flows through the hot water tap line 3; the temperature sensor 5 in the hot tap line 3 cools again - relatively quickly - to ambient temperature. The stored charge is, however, continued until the temperature T 1, which is measured with the temperature sensor 4 in the hot water tank 1, the set temperature T set reaches 60 ° C.
  • the inventive method can also be carried out in conventional hot water tanks with internal heating coil. It is also possible to initiate a storage charge in each case the hot water tap - regardless of a mean limit temperature T limit .
  • the measurement can be carried out continuously or discontinuously at specific time intervals (eg 15 ms).

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Abstract

Verfahren zur Ladung eines Warmwasserspeichers (1) mit einer Kaltwasserzuleitung (2) und einer Brauchwasserzapfleitung (3), einem ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1) und einem zweiten Temperatursensor (5) in der Brauchwasserzapfleitung (3), bei dem kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen die Temperatur T 1 des ersten Temperatursensors (4) und die Temperatur T 2 des zweiten Temperatursensors (5) gemessen werden, mit einer Temperaturvorgabe T Soll für den ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1), wobei eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) erfolgt, wenn die Temperatur T 1 des ersten Temperatursensors (4) die Temperaturvorgabe T Soll um eine erste vorgegebene Temperaturdifferenz ”T 1 oder eine vorgegebene Mindesttemperatur T min unterschreitet, wobei eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) auch dann erfolgt, wenn der Temperaturgradient des zweiten Temperatursensors (5) dT 2 /dt einen vorgegebenen Wert (dT/dt) Grenz übersteigt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung der Notwendigkeit der Nachladung eines Warmwasserspeichers vorzugsweise bei Warmwasserzapfung.
  • Warmwasserspeicher gemäß dem Stand der Technik werden auf eine Solltemperatur erhitzt. Durch Warmwasserzapfung oder Wärmeverluste an die Umgebung kühlt die Temperatur des Warmwasserspeichers ab. Wird eine vorgegebene Mindesttemperatur unterschritten, so wird der Speicher wieder auf Solltemperatur nachgeladen.
  • Häufig werden Warmwasserspeicher mit Heizungsanlagen kleiner Heizleistung kombiniert, da bei Wasserzapfung das Speichervolumen mit warmem Wasser zur Verfügung steht und man ferner bei der Speicherladung bemüht ist, lange Brennerlaufzeiten zu erreichen.
  • Wird bei der Entladung beispielsweise eine Badewanne mit dem in dem Speicher befindlichen Wasser befüllt, so ist die entnommene Wärmeleistung häufig größer als diejenige, welche der Speicher und die Heizung zur Verfügung stellen können. Auch bei anderen Formen der Warmwasserzapfung kann es vorkommen, dass die entnommene Wärmemenge größer ist als diejenige, welche die Heizungsanlage mit Speicher zur Verfügung stellt. Dementsprechend kann in ungünstigen Fällen die Temperatur im Warmwasserspeicher die Mindesttemperatur deutlich unterschreiten, da bei Erreichen der Mindesttemperatur dem Speicher mehr Wärme entzogen als zugeführt wird.
  • Die DE 10 2004 018 034 A1 zeigt einen Warmwasserspeicher, bei dem zur Einschaltung der Speicherladung ein Temperaturfühler im Speicher oder ein Volumenstromzähler im Strömungsweg des Brauchwassers verwendet werden. Ein weiterer Temperatursensor befindet sich in der Brauchwasserzapfleitung; die von diesem Sensor erfasste Temperatur wird von der Temperatur des Heizmediums zur Speicherladung abgezogen. In Abhängigkeit dieser Temperaturdifferenz wird der Volumenstrom des Heizmediums eingestellt.
  • Die EP 807 790 A2 zeigt einen Pufferspeicher, der über einen Primärkreislauf und einen Wärmetauscher mit einem Brauchwasser führenden Sekundärkreislauf verbunden ist. In der Brauchwasserzapfleitung befindet sich ein Temperatursensor. Das Signal dieses Temperatursensors dient der Steuerung der Pumpe im Primärkreislauf, damit der Primärkreislauf Wärme vom Pufferspeicher auf den Sekundärkreislauf übertragen kann. Die Speicherladung des Pufferspeichers geschieht durch Einschichten von durch Solarkollektoren erwärmtes Fluid oder durch einen Brenner.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Speicherladung nicht erst beim Erreichen der Mindesttemperatur einzuleiten, sondern darüber hinaus ein weiteres Kriterium zu schaffen, wonach bei einer großen Warmwasserzapfmenge die Speicherladung auch zuvor erfolgt.
  • Erfindungsgemäß wird dies gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass neben der Temperatur im Speicherbehälter auch die Temperatur in der Brauchwasserleitung erfasst wird. Wird festgestellt, dass eine große Menge Warmwasser entnommen wird, so wird die Brauchwasserladung vor Erreichen der Mindesttemperatur bereits gestartet.
  • Ist der Speicher fast vollständig gefüllt, so ist es nicht notwendig, dass bei jeder größeren Wasserzapfung unmittelbar eine Speicherladung erfolgt. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass bei größeren Brauchwasserzapfungen die Speicherladung erst dann einsetzt, wenn eine bestimmte Grenztemperatur, welche größer als die Mindesttemperatur, jedoch auch kleiner als die Solltemperatur ist, unterschritten wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren erläutert. Hierbei zeigen
    • Figur 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und
    • Figur 2 den Temperaturverlauf eines Warmwasserspeichers und der Brauchwasserleitung bei der Durchführung des Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt einen Warmwasserspeicher 1, welcher als Schichtenspeicher fungiert. In dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 mündet eine Kaltwasserzuleitung 2. Aus dem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 mündet eine Brauchwasserzapfleitung 3, in der sich ein Temperatursensor 5 befindet. Im unteren Drittel des Warmwasserspeichers 1 befindet sich ein weiterer Temperatursensor 4. Von der Kaltwasserzuleitung 2 zweigt eine Leitung ab, in welche sich in Reihe eine Pumpe 6 und ein Wärmeaustauscher 7 befinden. Diese Leitung mündet in eine Speicherladeleitung 9, welche wiederum in den oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 mündet. Der Wärmeaustauscher 7 ist sekundärseitig mit einer Heizung 8 verbunden.
  • Im Betrieb wird der Warmwasserspeicher 1 thermisch geladen, bis sich der Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 auf Solltemperatur TSoll erhitzt hat. Die Speicherladung wird dann beendet. Bei Brauchwasserzapfung strömt warmes Wasser aus dem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 in die Brauchwasserzapfleitung 3. Kaltes Wasser strömt über den Kaltwasserzulauf 2 nach. Hierdurch kühlt sich die Temperatur des Warmwasserspeichers 1 ab. Eine weitere Abkühlung erfolgt über die Wärmeverluste an die Umgebung. Unterschreitet die Temperatur, welche mit dem Temperatursensor 4 im unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 gemessen wird, eine vorgegebene Mindesttemperatur Tmin, so setzt die Speicherladung ein. Hierzu läuft die Pumpe 6 an, welche auch dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 über die Kaltwasserzuleitung 2 kaltes Wasser aus dem Warmwasserspeicher 1 entnimmt und dem Wärmeaustauscher 7 zuführt. Im Wärmeaustauscher 7 wird das umgewälzte Wasser durch die Wärme der Heizung 8 erwärmt. Das erwärmte Wasser strömt anschließend über die Speicherladeleitung 9 in den Warmwasserspeicher 1 ein.
  • Figur 2 zeigt den Temperaturverlauf am Temperatursensor 4 im unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1, als auch die Temperatur des Temperatursensors 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3.
  • Im vorliegenden Fall beträgt die Solltemperatur TSoll des Warmwasserspeichers 1 60°C, die Mindesttemperatur Tmin 50°C. Vor dem Zeitpunkt t1 befindet sich die Temperatur T1 des Temperatursensors 4 innerhalb des Warmwasserspeichers bei einer konstanten Temperatur von 54°C. Die Temperatur T2 des Temperatursensors 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3 beträgt derweil konstant 20°C, da sich die Brauchwasserzapfleitung schnell der Umgebungstemperatur anpasst. Der Gradient dT2/dt beträgt null. Im Zeitpunkt t1 beginnt die Brauchwasserzapfung. Warmes Wasser wird aus dem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 entnommen und strömt durch die Brauchwasserzapfleitung 3. Gleichzeitig strömt kaltes Wasser durch die Kaltwasserzuleitung 2 in den Warmwasserspeicher 1 nach. Hierdurch kühlt sich die Temperatur im Warmwasserspeicher 1 ab, weshalb die Temperatur T1 am Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 abfällt. Gleichzeitig erhitzt das warme Wasser, welches durch die Brauchwasserzapfleitung 3 strömt, den Temperatursensor 5, welcher in der Brauchwasserzapfleitung 3 positioniert ist.
  • Demzufolge steigt die Temperatur T2 an. Zum Zeitpunkt t2 wird ein Temperaturgradient von 8 K/s am Temperatursensor 5 erfasst. Dieser Temperaturgradient ist größer als der Grenzgradient von in diesem Fall 4 K/s. Demzufolge erkennt das System, dass eine größere Brauchwasserzapfung vorliegt. Ferner erkennt das System, dass die Temperatur T2 kleiner als die Grenztemperatur TGrenz von 55°C ist. Die Grenztemperatur TGrenz stellt die Temperatur dar, oberhalb derer keine vorzeitige Speichernachladung stattfindet. Da die Grenztemperatur TGrenz im vorliegenden Fall unterschritten ist, wird, um eine Unterkühlung des Warmwasserspeichers 1 zu vermeiden, die Heizung 8 eingeschaltet und die Ladung des Warmwasserspeichers 1 gestartet. Da im vorliegenden Fall mehr Wärme entnommen wird, als über die Speicherladung zugeführt wird, fällt die Temperatur T1 am Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 weiter, wobei sich jedoch nun die Auskühlung des Warmwasserspeichers 1 verringert, d. h. dass der Gradient des mittels Temperatursensor 4 erfassten Temperatur T1 nimmt ab. Zum Zeitpunkt t3 ist die Brauchwasserzapfleitung auf die Temperatur des warmen Wassers im oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 erhitzt. Durch das unten einströmende Kaltwasser kann zu diesem Zeitpunkt die mittels Temperatursensor 5 erfasste Temperatur T2 größer als die mittels Temperatursensor 4 erfasste Temperatur T1 sein. Strömt heißes Wasser aus der Speicherladeleitung 9 direkt oder vermischt in die Brauchwasserzapfleitung 3, so kann die mittels Temperatursensor 5 erfasste Temperatur T2 größer als die Ausgangstemperatur des Warmwasserspeichers 1 bei Brauchwasserzapfung sein. Da sich durch die Wasserentnahme der Speicher insgesamt abkühlt, fällt nun die Temperatur T2, welche mit dem Temperatursensor 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3 gemessen wird, wieder ab. Zum Zeitpunkt t4 ist die Brauchwasserzapfung beendet. Demzufolge strömt nun kein Wasser mehr durch die Brauchwasserzapfleitung 3; der Temperatursensor 5 in der Brauchwasserzapfleitung 3 kühlt sich wieder - verhältnismäßig rasch - auf Umgebungstemperatur ab. Die Speicherladung wird jedoch weitergeführt, bis die Temperatur T1, welche mit dem Temperatursensor 4 im Warmwasserspeicher 1 gemessen wird, die Solltemperatur Tsoll von 60°C erreicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei konventionellen Warmwasserspeichern mit interner Heizwendel durchgeführt werden. Es ist auch möglich, eine Speicherladung in jedem Fall der Warmwasserzapfung - unabhängig von einer mittleren Grenztemperatur TGrenz - einzuleiten. Die Messung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in bestimmten Zeitabständen (z.B. 15 ms) erfolgen.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Ladung eines Warmwasserspeichers (1) mit einer Kaltwasserzuleitung (2) und einer Brauchwasserzapfleitung (3), einem ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1) und einem zweiten Temperatursensor (5) in der Brauchwasserzapfleitung (3), bei dem kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen die Temperatur T1 des ersten Temperatursensors (4) und die Temperatur T2 des zweiten Temperatursensors (5) gemessen werden, mit einer Temperaturvorgabe TSoll für den ersten Temperatursensor (4) innerhalb des Warmwasserspeichers (1), wobei eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) erfolgt, wenn die Temperatur T1 des ersten Temperatursensors (4) die Temperaturvorgabe TSoll um eine erste vorgegebene Temperaturdifferenz ΔT1 oder eine vorgegebene Mindesttemperatur Tmin unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladung des Warmwasserspeichers (1) auch dann erfolgt, wenn der Temperaturgradient des zweiten Temperatursensors (5) dT2/dt einen vorgegebenen Wert (dT/dt)Grenz übersteigt.
  2. Verfahren zur Ladung eines Warmwasserspeichers (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung des Warmwasserspeichers (1) bei Überschreitung des mittels zweitem Temperatursensor (4) gemessenen Temperaturgradienten (dT/dt)Grenz nur dann erfolgt, wenn gleichzeitig die Temperatur T1 des ersten Temperatursensors (4) die Temperaturvorgabe TSoll um eine vorgegebene zweite Temperaturdifferenz ΔT2, die kleiner als die erste vorgegebene Temperaturdifferenz ΔT1 ist, oder eine vorgegebene Grenztemperatur TGrenz, welche größer der vorgegebene Mindesttemperatur Tmim und kleiner der Temperaturvorgabe TSoll ist, unterschreitet.
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