EP4464950A1 - Verfahren zum betrieb mindestens eines heizwasserkreises, vorrichtung umfassend heizwasserkreis und heizgerät und computerprogramm - Google Patents

Verfahren zum betrieb mindestens eines heizwasserkreises, vorrichtung umfassend heizwasserkreis und heizgerät und computerprogramm Download PDF

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EP4464950A1
EP4464950A1 EP24174803.7A EP24174803A EP4464950A1 EP 4464950 A1 EP4464950 A1 EP 4464950A1 EP 24174803 A EP24174803 A EP 24174803A EP 4464950 A1 EP4464950 A1 EP 4464950A1
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EP
European Patent Office
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pump
heat exchanger
heating
primary heat
heating device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP24174803.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Haibach
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24D19/082—Arrangements for drainage, venting or aerating for water heating systems
    • F24D19/083—Venting arrangements

Definitions

  • the invention relates to methods for operating at least one heating water circuit, devices with a heating water circuit and at least one heating device, and a computer program.
  • the invention is particularly applicable to properties that have a heating system with one or more heaters or heat generators/heating devices.
  • Modern heat generators work in a modulating manner. This means that during operation the burner output is continuously adjusted to the heat output actually required. The energy used is thus used more economically.
  • Gas condensing boilers for example, work over a modulation range of 10 to 100 percent of the nominal heat output.
  • a heater is in particular a hot water tank with which water can be kept or provided, for example, in the temperature range of 30 to 85 °C. The heat is generated in a burner (as required) and then transferred to a primary heating water circuit.
  • the hot water produced is not used as domestic water, but for heating.
  • the hot water is therefore used to transport heat to one or more consumers, for example heating systems in the property. It is possible that the primary heating water circuit heated by the heating device(s) is separated from the secondary heating circuit and the heat is transferred via a heat exchanger.
  • the EP 2 840 331 A1 suggests briefly increasing the mass flow of the heat transfer medium to be heated before starting the burner of a heating device. This has the disadvantage of significantly reducing comfort, as the user has to accept a considerable waiting time when drawing hot water. It also causes unnecessary water consumption.
  • Steps a) to c) are preferably carried out at least once, in particular when repeated in the order given here (immediately or successively) one after the other.
  • the steps are in particular (automatically) started and/or ended by a control unit of the heater and/or the device (explained in detail later).
  • steps a), b) and/or c) it is possible for steps a), b) and/or c) to be initiated or set manually (possibly via the control unit) by a user, who preferably proceeds in the order given.
  • the heating device preferably comprises a fuel gas supply with fuel gas supply adjustment elements (for example a valve) and an air supply with air supply adjustment elements (for example a fan), whereby a predetermined mixture of fuel gas and air is fed to a burner of a heat generator of the heater and burned there.
  • the heat generated during combustion is transferred in the heater to the (primary) heating water circuit.
  • a pump (sometimes also referred to as a heating circulation pump) is provided in or on the heater, which circulates the heating water through the primary heat exchanger at a predetermined flow rate.
  • the flow rate can be modulated in particular according to the (required) heat output of the burner.
  • Modern heaters usually have a pump with speed control (e.g. via a predefinable PWM signal). This speed control controls the flow rate of heating water in the heater.
  • the speed control of the pump can (regularly) be coupled to the current load or the modulation of the heater.
  • the primary heat exchanger can be positioned in or on the combustion chamber of the heater, for example as a coiled tube that extends along the radially outer wall of the combustion chamber. It is possible that several tubes and/or several (superimposed and/or interlocking) tube bundles or tube layers are provided in the primary heat exchanger.
  • the liquid or heating water flows through the tubes or tube sections in particular one after the other with a predetermined flow direction.
  • a special operation of the pump can be activated, especially if there is an indication that air pockets are present and/or if there is a high risk of such air pockets in the primary heat exchanger due to previous operation or installation. These air pockets lead to local overheating of the primary heat exchanger and possibly to leaks.
  • the special operation can be saved as a separate routine for operating the pump and made available for retrieval.
  • Step a) can be initiated (automatically) as part of a software routine.
  • step b) follows, after which the pump is used to set a circulating water quantity in the heating water circuit or the primary heat exchanger that is above a predetermined limit.
  • the limit of the circulating water quantity which can be specified in litres/hour, for example, can be predetermined taking into account the structure and/or geometry of the primary heat exchanger. It is possible, for example, to determine this (minimum) limit for this special operation as part of tests, whereby air pockets are introduced into the primary heat exchanger filled with heating water (e.g. in modular operation) and then removed again (as part of the special operation) by increasing the circulating water quantity.
  • the parameters "minimum limit of the circulating water quantity" and/or "predetermined period of the special operation" can therefore be determined or estimated.
  • the limit value in the case of wall-mounted heaters, it is possible for the limit value to relate to a circulating water quantity of (at least) 600 l/h [litres / hour].
  • a limit value of a maximum of 1,200 l/h can also be predetermined, so that the circulating water quantity can also be selected and/or varied in the range from 600 l/h to 1,200 l/h, e.g. depending on the desired or available period of time for the special operation.
  • the predetermined limit value is particularly preferably in a range from 800 l/h to 900 l/h.
  • the special operation can be maintained for a predetermined period of time in step b), which can be terminated after the expiration of time and/or Existence of a termination condition ends. It is possible that the period is specifically predetermined for a primary heat exchanger and/or the heating water circuit and/or the pump.
  • step c) the special operation of the pump can be deactivated again so that it is operated (either for the first time after starting or again at any other time) according to a (reduced) power requirement of the heater (in normal operation).
  • the pump output can then be coupled to the output of the burner again.
  • Step a) can be carried out at one or even every start of operation of the at least one heating device. It is possible that a period of non-use of the heating device is taken into account and step a) is carried out if the period of non-use exceeds a predetermined value. In any case, step a) can be carried out or initiated during a (new) installation and/or maintenance of the device. The start of operation is linked in particular to the ignition of the burner, so that in this case step a) is preferably initiated with the ignition and/or within an adjacent time interval of a maximum of 1 minute.
  • step a) and/or the parameters of the special operation from step b) can be selected or specified depending on the proportion and/or frequency of low-load range operations of the heater.
  • Step a) can also be initiated if a temperature increase on the primary heat exchanger above a specified limit temperature has been detected. It is possible to measure or (indirectly) determine the temperature of the primary heat exchanger, so that an undesirably high temperature allows a conclusion to be drawn about air inclusions and with this evaluation then (immediately) step a) or the procedure proposed here is triggered.
  • the limit value can be specified depending on the design of the heater's primary heat exchanger.
  • the limit value can be different for different primary heat exchangers and can be determined, for example, by tests or derived on this basis. This can also apply to the predetermined period of special operation.
  • the water flow rate through the primary heat exchanger may be too low to push an air cushion trapped in it out of the upper part. This may be because most devices operate with a low water flow rate in the partial load range.
  • the boiler is started individually or the boilers one after the other, for example with a circulating water volume above the minimum flow rate, in order to degas the pipes of the primary heat exchanger.
  • the active time how long the pump speed must work with a high water flow rate in order to (predominantly) remove the air from the primary heat exchanger and thus counteract and/or avoid overheating, depends in particular on the size of the primary heat exchanger. After a defined degassing operating time, the heater can continue to operate under normal conditions.
  • a device (installation) comprising at least one heating device with a heating water circuit which comprises a pump and to which a primary heat exchanger is assigned, as well as means which are adapted that they carry out the steps of the method proposed here.
  • the device can be set up to carry out the method proposed here.
  • the primary heat exchanger preferably comprises a plurality of water pipes through which water flows in parallel, in particular at least 4 to 10 water pipes, for example 6, 7, 8 or 9 water pipes.
  • the water pipes can have a common connection so that the heating water flows through them simultaneously and this heating water is then distributed in the water pipes (depending on the flow and/or pressure conditions, flow resistance, etc., possibly also differently).
  • the water pipes can be designed as separate pipes, which are in particular spiral-shaped (and designed in the manner of a cylinder). It is possible for the water pipes to mesh with one another or for all to run parallel to one another or adjacent to one another. In particular with this structure or geometry of the primary heat exchanger, there is a higher risk of air inclusions and therefore the method proposed here is particularly advantageous for such cases.
  • a control unit can be provided that adjusts a single pump of a single heater and/or several pumps of several heaters in parallel. In particular, it is possible for a higher-level control unit to monitor the individual control units of the heaters and/or intervene in them as required.
  • the control unit is electrically or electronically coupled in particular to the following components or devices of the device (if present): pump(s), burner (ignition unit), fuel gas supply (valve), air supply (blower), measuring electronics (temperature sensor, flame monitoring, etc.).
  • a computer program comprising instructions that cause the device disclosed here to carry out the proposed method steps.
  • a computer-readable medium on which the computer program is stored is also proposed.
  • Fig. 1 illustrates, by way of example and schematically, a heating device 1 referred to here, which can be mounted hanging on a wall of a building and/or room, for example.
  • This can suck in combustion air (from inside the device and/or the environment) through a conveying device 2 (usually designed as a blower) via a combustion air supply 4 and add a fuel gas, for example hydrogen, from a gas supply 13 to the sucked-in mass flow of combustion air (as required or with a coordinated mixing ratio) via a gas valve 5.
  • the combustion mixture of fuel gas and combustion air can now be fed via a mixture channel 11 to a burner 3 arranged in a combustion chamber 8.
  • the burner 3 can be attached to a burner door 6 and connected to the mixture channel 11 in such a way that combustion mixture can pass through the burner 3 and be ignited and burned on its (outer) surface.
  • the resulting heat can be transferred to a primary heat exchanger 14 arranged on or in the burner chamber 8, which can be designed, for example, with several nested, parallel coiled tubing water pipes, which are arranged around the burner 3 (concentrically).
  • a liquid (heating water) flows in the primary heat exchanger 14.
  • the primary heat exchanger 14 can thus be part of a heating water circuit 15, with which, for example, radiators in a building can be heated.
  • the combustion products can be fed from the combustion chamber 8 to an exhaust pipe (exhaust system) 10 via an exhaust pipe 9.
  • a flame monitor 12 for example a UV sensor, can also be arranged on the burner door 6.
  • the UV sensor can be arranged outside the combustion chamber 8, protected from the high temperatures of the burner 3.
  • the heating device can also have a regulating and control device 7.
  • the heating device 1 can be set up in particular to burn hydrogen as a fuel.
  • Fig. 2 shows schematically the primary heat exchanger 14, through which liquid 18 is passed in a predetermined flow direction 17 by means of a (heating water) pump 16. As it flows around the burner 3, the liquid 18 absorbs heat, which can then be distributed in the heating water circuit 15 or released and/or stored via heaters, radiators, etc. Fig. 2 that air inclusions 19 can form, particularly in the geodetically high section of the primary heat exchanger 14, which hinder the heat transfer.
  • the invention addresses this problem and proposes an adapted operating method for this purpose.
  • the indicated pump control unit 20 can adjust the operation of the pump 16 in coordination with and/or depending on the regulating and control device 7 of the heater.
  • Fig. 3 and 4 show schematic diagrams of the operating behavior of the heating water circuit or the heater.
  • Time (t) curves of the power or power output and/or power requirement of the heater (P), the flow rate of the heating water circuit or circulating water quantity (R) in relation to a specified limit value (X) are illustrated.
  • Fig. 3 It is illustrated that the circulating water quantity of the heating water circuit R is adapted to the power output of the heater P.
  • the circulating water quantity of the heating water circuit R is (always) below the necessary circulating water quantity (limit value X) to push the air bubbles out of the primary heat exchanger 14. There is a risk of overheating of the primary heat exchanger 14.
  • Fig. 4 illustrates that, for example, at the beginning of operation of the heater (during or after ignition), when a comparatively high power P (as in Fig. 3 also) is required or present, but special operation of the pump is initiated (step a)) so that the flow rate R through the heating water circuit is increased above the specified limit value X. Then, for a predetermined period of time (step b)), a pump delivery rate is maintained such that the flow rate R of the liquid through the primary heat exchanger 14 is above the limit value X, see exceedance Y. It can be seen that a significantly larger distance is set between the curves P and R, which is, for example, a multiple of the distance in normal operation.
  • the air is forced out of the primary heat exchanger 14. Overheating of the primary heat exchanger 14 is avoided.
  • special operation of the pump 16 is deactivated and the flow rate R is reduced again so that the pump output (again) corresponds to the power output of the heat generator.

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Abstract

Betrieb eines Heizwasserkreis, welcher eine Pumpe umfasst und dem ein Primär-Wärmetauscher eines Heizgerätes zugeordnet ist, welches zumindest folgende Schritte umfasst:a) Aktivieren eines Sonderbetriebs der Pumpe,b) Einstellen einer Umlaufwassermenge mittels der Pumpe (16) oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes für einen vorbestimmten Zeitraum,c) Deaktivieren des Sonderbetriebs der Pumpe, so dass diese entsprechend einer Leistungsanforderung des Heizgerätes betrieben wird,wobei die Schritte a), b) und c) entweder bei jedem Start des Betriebes des Heizgerätes (1) und/oder bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes einer Dauer der Nichtbenutzung des Heizgeräts (1) ausgeführt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb mindestens eines Heizwasserkreises, Vorrichtungen mit einem Heizwasserkreis und mindestens einem Heizgerät sowie ein Computerprogramm.
  • Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Immobilien, die eine Heizungsanlage mit einen oder mehrere Heizgeräte bzw. Wärmeerzeuger / Heizgeräte umfassen. Moderne Wärmeerzeuger arbeiten modulierend. Dies bedeutet, dass während des Betriebs die Brennerleistung stufenlos an die tatsächlich benötigte Wärmeleistung angepasst wird. Die eingesetzte Energie wird damit sparsamer genutzt. Gas-Brennwertgeräte arbeiten beispielsweise über einen Modulationsbereich von 10 bis 100 Prozent der Nennwärmeleistung. Ein Heizgerät ist insbesondere ein Warmwasserspeicher, mit dem Wasser z. B. im Temperaturbereich von 30 bis 85 °C gehalten oder bereitgestellt werden kann. Die Wärme wird in einem Brenner (bedarfsgerecht) erzeugt und dann auf einen primären Heizwasserkreis übertragen.
  • Es ist insbesondere möglich, dass das erzeugte Heißwasser nicht als Brauchwasser, sondern zur Beheizung genutzt wird. Somit dient das Heißwasser zum Wärmetransport hin zu einem oder mehreren Verbrauchern, zum Beispiel Heizungen in der Immobilie. Es ist möglich, dass der mit dem bzw. den Heizgeräten erwärmte primäre Heizwasserkreis von dem sekundären Heizungskreis getrennt ist und die Wärme über einen Wärmetauscher übertragen wird.
  • Auch wenn derartige Systeme in breitem Umfang gut und effizient arbeiten, konnte gelegentlich eine geringere Effizienz des Heizwasserkreises und/oder des Heizgerätes festgestellt werden. Das Heizgerät muss dann meist den Betrieb unterbrechen oder sogar einstellen. Ein kostenintensiver Austausch des Primär-Wärmetauschers ist dann ggf. erforderlich.
  • Zur Vermeidung der Probleme wird in der EP 2 918 923 A1 ein Verfahren zur Entlüftung eines Wärmeträgermediums von Heizgeräten vorgeschlagen, das jedoch eine aufwendige Sensorik verwendet.
  • Die EP 2 840 331 A1 schlägt vor, den Massestrom des zu erwärmenden Wärmeträgers vor dem Start des Brenners eines Heizgerätes kurzzeitig zu erhöhen. Dies geht nachteilig mit erheblichen Komforteinbußen einher, da der Nutzer bei einer Warmwasserentnahme eine erhebliche Wartezeit in Kauf nehmen muss. Zudem wird ein unnötiger Wasserverbrauch verursacht.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit denen die Wartungsintensität und/oder das Ausfallrisiko des Primär-Wärmetauschers reduziert wird. Die Lösungen sollen sich einfach und flexibel in bestehende Anlagen integrieren lassen und insbesondere dauerhaft den ordnungsgemäßen, effizienten Betrieb der Heizgeräte bzw. der Heizwasserkreise ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen einzeln angeführten Schritte/Merkmale können miteinander sowie mit Erläuterungen der Beschreibung kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, veranschaulicht die Erfindung und weist auf besondere Ausführungsvarianten hin.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zum Betrieb eines Heizwasserkreis, welcher eine Pumpe umfasst und dem ein Primär-Wärmetauscher eines Heizgerätes zugeordnet ist, welches zumindest folgende Schritte umfasst:
    1. a) Aktivieren eines Sonderbetriebs der Pumpe,
    2. b) Umlaufwassermenge mittels der Pumpe (16) oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes für einen vorbestimmten Zeitraum,
    3. c) Deaktivieren des Sonderbetriebs der Pumpe, so dass diese entsprechend einer Leistungsanforderung des Heizgerätes betrieben wird,
    wobei die Schritte a), b) und c)
    • Entweder bei jedem Start des Betriebes des Heizgerätes
      und/oder
    • bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes einer Dauer der Nichtbenutzung des Heizgeräts
    ausgeführt werden.
  • Die Schritte a) bis c) werden bevorzugt mindestens einmal, insbesondere auch bei einer Wiederholung in der hier angegebenen Reihenfolge (unmittelbar bzw. sukzessiv) nacheinander ausgeführt. Die Schritte werden insbesondere (automatisch) von einer Regel- und Steuereinheit des Heizgeräts und/oder der (später im Detail erläuterten) Vorrichtung gestartet und/oder beendet. Es ist allerdings möglich, dass die Schritte a), b) und/oder c) manuell (ggf. über die Regel- und Steuereinheit) von einem Nutzer veranlasst bzw. eingestellt werden, wobei dieser bevorzugt in der Reihenfolge geführt vorgeht.
  • Das Heizgerät umfasst bevorzugt eine Brenngaszufuhr mit Brenngaszufuhr-Einstellelementen (beispielsweise ein Ventil) sowie eine Luftzufuhr mit Luftzufuhr-Einstellelementen (beispielsweise ein Gebläse), wobei ein vorbestimmtes Gemisch an Brenngas und Luft einem Brenner eines Wärmeerzeugers des Heizgeräts zugeführt und dort verbrannt wird. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird in dem Heizgerät auf den (primären) Heizwasserkreis übertragen. Dazu ist eine Pumpe (teilweise auch als Heizungsumwälzpumpe bezeichnet) in bzw. an dem Heizgerät vorgesehen, die das Heizwasser mit einer vorbestimmen Durchflussmenge durch den Primär-Wärmetauscher zirkulieren lässt. Die Durchflussmenge ist insbesondere modulierbar entsprechend der (angeforderten) Wärmeleistung des Brenners. Moderne Heizgerät haben meist eine Pumpe mit Drehzahlregelung (z.B. über ein vorgebbares PWM-Signal). Diese Drehzahlregelung steuert die Durchflussmenge an Heizwasser im Heizgerät. Die Drehzahlregelung der Pumpe kann (regelmäßig) an die momentane Last bzw. die Modulation des Heizgeräts gekoppelt sein.
  • Der Primär-Wärmetauscher kann in oder an der Brennkammer des Heizgerätes positioniert sein, zum Beispiel als eine Rohrwendel, die sich entlang der radial äußeren Wandung der Brennkammer erstreckt. Es ist möglich, dass bei dem Primär-Wärmetauscher mehrere Rohre und/oder mehrere (übereinanderliegende und/oder ineinander eingreifende) Rohrbündel bzw. Rohrlagen vorgesehen sind. Die Rohre bzw. Rohrabschnitte werden insbesondere nacheinander mit einer vorgegebenen Strömungsrichtung von Flüssigkeit bzw. Heizwasser durchströmt.
  • Es wurde herausgefunden, dass eine Ursache für eine Überhitzung beim Primär-Wärmetauscher Lufteinschlüsse sein können, die einen umfassenden Wärmeübertag bzw. einen Wärmeabtransport behindern. Problematisch ist, dass diese Lufteinschlüsse oft in einem geodätisch oberen Bereich des Primär-Wärmetauschers auftreten (im aufgestellten Zustand) und dort lange verweilen können, insbesondere bei Phasen längerer Teillast der Vorrichtung bzw. des Heizgeräts.
  • Gemäß Schritt a) kann ein Sonderbetrieb der Pumpe aktiviert werden, insbesondere wenn ein Indikator vorliegt, dass Lufteinschlüsse vorliegen und/oder aufgrund des vorherigen Betriebs bzw. der vorherigen Installation zu erwarten ist, dass ein hohes Risiko für derartige Lufteinschlüsse im Primär-Wärmetauscher vorliegen. Diese Lufteinschlüsse führen zu lokalen Überhitzungen des Primär-Wärmetauschers und gegebenenfalls zu Leckagen. Der Sonderbetrieb kann als separate Routine zum Betrieb der Pumpe abgespeichert und abrufbar zur Verfügung gestellt werden. Schritt a) kann im Rahmen einer Software-Routine (automatisch) veranlasst werden.
  • Ist dieser Sonderbetrieb der Pumpe aktiviert, folgt Schritt b), wonach mittels der Pumpe in dem Heizwasserkreis bzw. dem Primär-Wärmetauscher eine Umlaufwassermenge eingestellt wird, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt. Der Grenzwert der Umlaufwassermenge, der beispielsweise in Liter/Stunde angegeben werden kann, ist unter Berücksichtigung des Aufbaus und/oder der Geometrie des Primär-Wärmetauschers vorbestimmbar. Es ist z. B. möglich, diesen (minimalen) Grenzwert für diesen Sonderbetrieb im Rahmen von Versuchen zu ermitteln, wobei in den mit Heizwasser gefüllten Primär-Wärmetauscher (z. B. bei einem modularen Betrieb) Lufteinschlüsse eingebracht und dann (im Rahmen des Sonderbetriebes) wieder ausgetragen werden, indem die Umlaufwassermenge erhöht wird. Bei diesen Versuchen können folglich insbesondere die Parameter "minimaler Grenzwert der Umlaufwassermenge" und/oder "vorbestimmter Zeitraum des Sonderbetriebs" ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Es ist z. B. bei wandhängenden Heizgeräten möglich, dass der Grenzwert eine Umlaufwassermenge von (mindestens) 600 l/h [Liter / Stunde] betrifft. Es kann auch ein Grenzwert von maximal 1.200 l/h vorbestimmt sein, so dass die Umlaufwassermenge ggf. auch in dem Bereich von 600 l/h bis 1.200 l/h ausgewählt und/oder variiert werden kann, z. B. auch in Abhängigkeit des gewünschten bzw. verfügbaren Zeitraums für den Sonderbetrieb. Ganz besonders bevorzugt liegt der vorbestimmte Grenzwert in einem Bereich von 800 l/h bis 900 l/h. Der Sonderbetrieb kann im Rahmen des Schrittes b) für einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten werden, der nach Zeitablauf und/oder Vorliegen einer Abbruchbedingung endet. Es ist möglich, dass der Zeitraum für einen Primär-Wärmetauscher und/oder den Heizwasserkreis und/oder der Pumpe spezifisch vorbestimmt ist.
  • Sodann kann gemäß Schritt c) der Sonderbetrieb der Pumpe wieder deaktiviert werden, so dass diese (entweder erstmalig nach dem Start oder sonst wieder) entsprechend einer (reduzierten) Leistungsanforderung des Heizgeräts (im Normalbetrieb) betrieben wird. Sodann kann die Pumpenleistung wieder an die Leistung des Brenners gekoppelt sein.
  • Schritt a) kann bei einem oder sogar jedem Start des Betriebes des mindestens einen Heizgerätes ausgeführt werden. Es ist möglich, dass eine zeitliche Dauer der Nichtbenutzung des Heizgeräts berücksichtigt wird und Schritt a) ausgeführt wird, wenn die Dauer der Nichtbenutzung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Jedenfalls bei einer (Neu-)Installation und/oder Wartung der Vorrichtung kann Schritt a) ausgeführt bzw. veranlasst werden. Der Start des Betriebes ist insbesondere an die Zündung des Brenners geknüpft, so dass in diesem Fall Schritt a) bevorzugt mit der Zündung und/oder innerhalb eines daran angrenzenden Zeitintervalls von maximal 1 Minute initiiert wird.
  • Von größerer Bedeutung kann jedoch sein, zu welchem Anteil und/oder mit welcher Häufigkeit das Heizgerät in der Vergangenheit bzw. des vorherigen Betriebs in einem Niedriglastbereich (bzw. unteren Modulationsbereich) betrieben wurde. Daher können die Initiierung des Schrittes a) und/oder die Parameter des Sonderbetriebs aus Schritt b) in Abhängigkeit des Anteils und/oder der Häufigkeit von Niedriglastbereich-Betrieben des Heizgerätes ausgewählt bzw. vorgegeben sein.
  • Schritt a) kann zudem initiiert werden, wenn eine Temperaturerhöhung an dem Primär-Wärmetauscher über eine vorgegebene Grenztemperatur ermittelt wurde. Es ist möglich, die Temperatur des Primär-Wärmetauschers zu messen oder (indirekt) zu bestimmen, so dass eine unerwünscht hohe Temperatur einen Rückschluss auf Lufteinschlüsse zulässt und mit dieser Bewertung dann (unmittelbar) Schritt a) bzw. das hier vorgeschlagene Verfahren ausgelöst wird.
  • Der Grenzwert kann in Abhängigkeit des Aufbaus des Primär-Wärmetauschers des Heizgerätes vorgegeben sein. Insbesondere kann der Betrag des Grenzwertes für unterschiedliche Primär-Wärmetauscher verschieden sein und beispielsweise durch Versuche ermittelt oder darauf aufbauend abgeleitet worden sein. Dies kann gleichermaßen für den vorbestimmten Zeitraum des Sonderbetriebs gelten.
  • Selbst bei größeren Pumpenleistungen im Normalbetrieb des Heizgerätes kann die Durchflussmenge an Wasser durch den Primär-Wärmetauscher zu gering sein, ein darin eingeschlossenes Luftpolster aus dem oberen Teil herauszudrücken. Dies kann daran liegen, dass die meisten Geräte im Teillastbereich mit einer geringen Wasserdurchflussmenge arbeiten. Um sicherzustellen, dass dieses Luftpolster aus dem oberen Teil des Primär-Wärmetauschers herausgedrückt wird, wird der Kessel einzeln oder die Kessel nacheinander beispielsweise mit einer Umlaufwassermenge oberhalb des Mindestdurchflusses in Betrieb genommen, um die Rohre des Primär-Wärmetauschers zu entgasen. Die aktive Zeit, wie lange die Pumpendrehzahl mit hohem Wasserdurchsatz arbeiten muss, um die Luft aus dem Primär-Wärmetauschers (überwiegend) zu entfernen und damit einer Überhitzung entgegenzuwirken und/oder diese zu vermeiden, hängt insbesondere von der Größe des Primär-Wärmetauschers ab. Nach einer definierten Entgasungsbetriebszeit kann das Heizgerät wieder unter normalen Bedingungen weiterarbeiten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung (Anlage) vorgeschlagen, umfassend mindestens ein Heizgerät mit einem Heizwasserkreis, welcher eine Pumpe umfasst und dem ein Primär-Wärmetauscher zugeordnet ist sowie Mitteln, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des hier vorgeschlagen Verfahrens ausführen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, das hier vorgeschlagene Verfahren durchzuführen.
  • Der Primär-Wärmetauscher umfasst dabei bevorzugt eine Mehrzahl von parallel durchströmten Wasserleitungen, insbesondere zumindest 4 bis 10 Wasserleitungen, beispielsweise 6, 7, 8 oder 9 Wasserleitungen. Die Wasserleitungen können einen gemeinsamen Anschluss aufweisen, so dass diese vom Heizwasser gleichzeitig angeströmt werden und dieses Heizwasser sich dann in die Wasserleitungen (in Abhängigkeit der dort herrschenden Strömungs- und/oder Druckzustände, Strömungswiderstände, etc. ggf. auch unterschiedlich) verteilt. Die Wasserleitungen können als separate Rohre ausgeführt sein, die insbesondere wendelförmig (und nach Art eines Zylinders) ausgeführt sind. Es ist möglich, dass die Wasserleitungen ineinander eingreifen bzw. alle zueinander parallel bzw. benachbart zueinander verlaufen. Insbesondere bei diesem Aufbau bzw. dieser Geometrie des Primär-Wärmetauschers besteht ein höheres Risiko von Lufteinschlüssen und daher ist gerade bei solchen das hier vorgeschlagene Verfahren besonders vorteilhaft.
  • Die Erläuterungen zum Verfahren können auch zur Charakterisierung der Vorrichtung herangezogen werden, und umgekehrt.
  • Es kann eine Regel- und Steuereinheit vorgesehen sein, die eine einzelne Pumpe eines einzelnen Heizgeräts und/oder mehrere Pumpen mehrerer Heizgeräte parallel einstellt. Insbesondere ist möglich, dass eine übergeordnete Regel- und Steuereinheit die einzelnen Regel- und Steuereinheiten der Heizgeräte kontrolliert und/oder in diese bedarfsweise eingreift. Die Regel- und Steuereinheit ist insbesondere mit den folgenden Komponenten bzw. Einrichtungen der Vorrichtung (soweit vorhanden) elektrisch bzw. elektronisch gekoppelt: Pumpe(n), Brenner (Zündeinheit), Brenngaszufuhr (Ventil), Luftzufuhr (Gebläse), Messelektronik (Temperatursensor, Flammenüberwachung, etc.).
  • Zudem wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bewirken, dass die hier offenbarte Vorrichtung die vorgeschlagenen Verfahrensschritte ausführt. Ebenso wird ein computerlesbares Medium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren Ausführungsbeispiele abbilden, die die Erfindung nicht beschränken sollen. Es ist insbesondere möglich, Merkmale in einer Figur mit Merkmalen in den anderen Figuren und/oder der vorstehenden Beschreibung zu kombinieren, soweit dies hier nicht explizit ausgeschlossen wird. Es stellen schematisch dar:
    • Fig. 1:
    eine Ausführung eines Heizgerätes,
    Fig 2:
    eine Ausführung eines Primär-Wärmetauschers,
    Fig. 3:
    ein erstes Diagramm zum Betriebsverhalten des Primär-Wärmetauschers
    Fig. 4:
    ein zweites Diagramm zum Betriebsverhalten des Primär-Wärmetauschers.
  • Fig. 1 veranschaulicht beispielhaft und schematisch ein hier angesprochenes Heizgerät 1, welches beispielsweise an einer Wand eines Gebäudes und/oder Zimmers hängend montierbar sein kann. Dieses kann über eine Verbrennungsluftzuführung 4 Verbrennungsluft (aus dem Inneren des Geräts und/oder der Umgebung) durch eine Fördereinrichtung 2 (meist als Gebläse ausgeführt) ansaugen und über ein Gasventil 5 ein Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, aus einer Gaszuführung 13 dem angesaugten Massestrom Verbrennungsluft (bedarfsgerecht bzw. mit einem abgestimmten Mischungsverhältnis) zusetzen. Das Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann nunmehr über einen Gemischkanal 11 einem, in einer Brennkammer 8 angeordneten, Brenner 3 zugeführt werden. Der Brenner 3 kann an einer Brennertür 6 befestigt sein und mit dem Gemischkanal 11 derart verbunden sein, dass Verbrennungsgemisch durch den Brenner 3 hindurchtreten und auf dessen (äußerer) Oberfläche gezündet und verbrannt wird. Die dabei entstehende Hitze kann an einen an oder in der Brennerkammer 8 angeordneten Primär-Wärmetauscher 14 abgegeben werden, der beispielsweise mit mehreren, ineinander verschachtelten, parallel verlaufenden Rohrwendel-Wasserleitungen ausgeführt sein kann, welcher um den Brenner 3 (konzentrisch) herum angeordnet ist. Im Primär-Wärmetauscher 14 strömt dafür eine Flüssigkeit (Heizwasser). Der Primär-Wärmetauscher 14 kann somit Teil eines Heizwasserkreises 15 sein, mit dem z.B. Heizkörper eines Gebäudes erwärmt werden können. Die Verbrennungsprodukte können über ein Abgasrohr 9 aus der Brennkammer 8 einer Abgasleitung (Abgasanlage) 10 zugeführt werden. An der Brennertür 6 kann auch eine Flammenüberwachung 12 angeordnet sein, beispielsweise ein UV-Sensor. Der UV-Sensor kann, vor den hohen Temperaturen des Brenners 3 geschützt, außerhalb der Brennkammer 8 angeordnet sein. Das Heizgerät kann zudem ein Regel- und Steuergerät 7 aufweisen. Das Heizgerät 1 kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff als Brennstoff eingerichtet sein.
  • Fig. 2 zeigt oben schematisch den Primär-Wärmetauscher 14, durch welchen mittels einer (Heizwasser-)Pumpe 16 in einer vorbestimmten Strömungsrichtung 17 Flüssigkeit 18 geleitet wird. Beim Umströmen des Brenners 3 wird von der Flüssigkeit 18 Wärme aufgenommen, die dann im Heizwasserkreis 15 verteilt bzw. über Heizkörper, Radiatoren, etc. abgegeben und/oder gespeichert werden kann. Dabei macht Fig. 2 vor, dass sich insbesondere im geodätisch hochgelegenen Abschnitt des Primär-Wärmetauschers 14 Lufteinschlüsse 19 ausbilden können, die den Wärmeübergang behindern. Diesem Problem widmet sich die Erfindung, und schlägt hierfür ein angepasstes Betriebsverfahren vor. Dabei kann die angedeutete Pumpenkontrolleinheit 20 den Betrieb der Pumpe 16 in Abstimmung und/oder Abhängigkeit zum Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes einstellen.
  • Fig. 3 und 4 zeigen schematisch Diagramme zum Betriebsverhalten des Heizwasserkreises bzw. des Heizgerätes. Es sind zeitliche (t) Verläufe der Leistung bzw. Leistungsabgabe und/oder Leistungsanforderung des Heizgerätes (P), der Durchflussmenge des Heizwasserkreises bzw. Umlaufwassermenge (R) in Relation zu einem vorgegebenen Grenzwert (X) veranschaulicht.
  • In Fig. 3 ist veranschaulicht, dass die Umlaufwassermenge Heizwasserkreises R der Leistungsabgabe Heizgerät P angepasst ist. Dabei liegt die Umlaufwassermenge des Heizwasserkreises R (stets) unterhalb der notwendigen Umlaufwassermenge (Grenzwert X), um die Luftblasen aus dem Primär-Wärmetauscher 14 zu drücken. Es besteht ein Risiko einer Überhitzung des Primär-Wärmetauschers 14.
  • Fig. 4 veranschaulicht nun, dass zum Beispiel zu Beginn eines Betriebs des Heizgerätes (bei oder nach Zündung), wenn bereits eine vergleichsweise hohe Leistung P (wie in Fig. 3 auch) gefordert ist oder anliegt, gleichwohl ein Sonderbetrieb der Pumpe initiiert wird (Schritt a)), so dass die Durchflussmenge R durch den Heizwasserkreislauf über den vorgegebenen Grenzwert X angehoben wird. Dann ist für einen vorbestimmten Zeitraum (Schritt b)) ein Pumpenförderleistung eingehalten, dass die Durchflussmenge R der Flüssigkeit durch den Primär-Wärmetauscher 14 oberhalb des Grenzwertes X liegt, siehe Überschreitung Y. Zu erkennen ist, dass zwischen den Verläufen P und R ein deutlich größerer Abstand zueinander eingestellt wird, der beispielsweise einem Vielfachen des Abstands im Normalbetrieb ist. Durch die Überschreitung der Umlaufwassermenge R wird die Luft aus dem Primär-Wärmetauscher 14 gedrückt. Eine Überhitzung des Primär-Wärmetauschers 14 wird vermieden. Ist der vorbestimmte Zeitraum abgelaufen, wird der Sonderbetrieb der Pumpe 16 deaktiviert und die Durchflussmenge R wieder reduziert, so dass die Pumpenleistung (wieder) der Leistungsabgabe des Wärmeerzeugers entspricht.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Fördereinrichtung
    3
    Brenner
    4
    Verbrennungsluftzuführung
    5
    Gasventil
    6
    Brennertür
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Brennkammer
    9
    Abgasrohr
    10
    Abgasanlage
    11
    Gemischkanal
    12
    Flammenüberwachung
    13
    Gaszuführung
    14
    Primär-Wärmetauscher
    15
    Heizwasserkreis
    16
    Pumpe
    17
    Strömungsrichtung
    18
    Flüssigkeit
    19
    Lufteinschluss
    20
    Pumpenkontrolleinheit
    P
    Leistung Heizgerät
    R
    Durchflussmenge Heizwasserkreis
    X
    Grenzwert
    Y
    Überschreitung
    t
    Zeit

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Heizwasserkreis (15), welcher eine Pumpe (16) umfasst und dem ein Primär-Wärmetauscher (14) eines Heizgerätes (1) zugeordnet ist, gekennzeichnet durch zumindest folgende Schritte:
    a) Aktivieren eines Sonderbetriebs der Pumpe (16),
    b) Einstellen einer Umlaufwassermenge mittels der Pumpe (16) oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes für einen vorbestimmten Zeitraum,
    c) Deaktivieren des Sonderbetriebs der Pumpe (16), so dass diese entsprechend einer Leistungsanforderung des Heizgerätes (1) betrieben wird,
    wobei die Schritte a), b) und c) entweder bei jedem Start des Betriebes des Heizgerätes (1) und/oder bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes einer Dauer der Nichtbenutzung des Heizgeräts (1) ausgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung des Schrittes a) mit der Zündung des Heizgerätes (1) und/oder innerhalb eines daran angrenzenden Zeitintervalls von maximal 1 Minute initiiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) bei einem Start des Betriebes des Heizgerätes (1) ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) initiiert wird, wenn eine Temperaturerhöhung an dem Primär-Wärmetauscher (14) über eine vorgegebene Grenztemperatur ermittelt wurde.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert in Abhängigkeit des Aufbaus des Primär-Wärmetauschers (14) des Heizgerätes (1) vorgegeben ist.
  6. Vorrichtung, umfassend mindestens ein Heizgerät (1) mit einem Heizwasserkreis (15), welcher eine Pumpe (16) umfasst und dem ein Primär-Wärmetauscher (14) des Heizgerätes (1) zugeordnet ist sowie Mitteln, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführen.
  7. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung des Anspruchs 5 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.
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