EP4628804A1 - Verfahren zum betrieb eines warmwasserspeichers, computerprogramm und warmwasserspeicher - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers (1) dessen Inhalt von einer Wärmequelle (9) erwärmt werden kann und der einen Speichertemperaturfühler (13) umfasst. Eine, dem Warmwasserspeicher (1) entnommene Wassermenge kann anhand der, im Rahmen eines Ladevorganges des Warmwasserspeichers (1), von der Wärmequelle (9) zugeführten Wärmeenergie (15) ermittelt werden, wobei die Wärmequelle (9) eine Wärmepumpe ist und die von der Wärmequelle (9) zugeführte Wärmeenergie (15) anhand einer erfassten Durchflussmenge von der Wärmequelle (9) erwärmten Wärmeträgers und einer Temperaturdifferenz von Vorlauf (6) und Rücklauf (7) eines Speicherkreises (8) ermittelt wird. Zudem wird ein Warmwasserspeicher (1) und ein Computerprogrammprodukt (21) vorgeschlagen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers, einen Warmwasserspeicher sowie ein Computerprogramm.
• Anlagen zur Bereitstellung von Warmwasser können einen Warmwasserspeicher zur Speicherung des erwärmten Wassers aufweisen. Insbesondere bei der Nutzung erneuerbarer Energien wie Solarthermie oder einer Wärmepumpe können zu unterschiedlichen Zeitpunkten gute Bedingungen für eine Wärmegewinnung und eine Anforderung von Warmwasser vorliegen. Um hierbei gleichwohl die seitens eines Nutzers angeforderte Menge bzw. Temperatur mittels Solarthermie erwärmten Wasser abgeben zu können, finden Warmwasserspeicher Anwendung, mit denen das erwärmte Wasser bis zur Nutzung gespeichert werden kann.
• Bei der Nutzung eines Warmwasserspeichers besteht das Risiko einer Verunreinigung desselben mit Keimen, beispielsweise Legionellen. Dies kann durch eine erhöhte Temperatur des gespeicherten Wassers von in der Regel zwischen 60 und 70 Grad Celsius [°C] verhindert werden, da Keime bei dieser Temperatur nicht überleben können. Nachteilig erfordert ein Erwärmen des gespeicherten Wassers auf diese Temperatur einen erhöhten Energieeinsatz. Zudem sinkt die Energieeffizienz einer Wärmepumpe oder einer Solaranlage bei einem Erwärmen auf eine derart hohe Temperatur deutlich.
• Erfahrungsgemäß und auch gemäß gesetzlichen Regelungen einiger Länder kann die Temperatur des gespeicherten Warmwassers deutlich reduziert werden, wenn in einem vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise 72 Stunden, das gespeicherte Warmwasser einmal vollständig ausgetauscht wurde. Hierzu ist es erforderlich eine Entnahmemenge des Warmwasserspeichers zu erfassen.
• Hierzu wird beispielsweise in der EP 2 667 104 A2 vorgeschlagen, mittels Durchflusssensoren die entnommene Menge Warmwasser zu erfassen. Nachteilig sind hierfür zusätzliche Sensoren am Warmwasserspeicher vorzuhalten und zu installieren. Neben dem erhöhten Installations- und Kostenaufwand geht mit der zusätzlichen Sensorik auch ein erhöhtes Ausfallrisiko einher.
• In der EP 3 907 578 A1 wird vorgeschlagen, die Zapfmenge einer Warmwasserspeichervorrichtung mit einem Speicherbehälter anhand einer Heizzeitdauer eines Heizintervalls eines elektrischen Heizelements, einer Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ein- oder Ausschaltungen des elektrischen Heizelements als auch einer Wärmemengendifferenz aus der durch das elektrische Heizelement zugeführten Wärmeenergie und einer an die Umgebung abgegebenen Verlustwärmemenge zu bestimmen. Für ein Ermitteln einer Zapfmenge eines Speicherbehälters, der mittels einer Wärmepumpe erwärmt wird, ist diese Lösung nicht geeignet.
• Die EP 3 671 060 A1 beschreibt eine Erfassung mittels eines Temperatursensors und einem fiktiven Referenzvolumen eines Entnahmevorganges, das bei einer vom Temperatursensor festgestellten Entnahme angenommen wird. Diese Lösung ist sehr ungenau und kann eine Keimfreiheit des Warmwasserspeichers nicht gewährleisten.
• Die US 2015/ 354 855 A1 gibt ein Verfahren zum Erfassen einer Entnahmemenge eines Warmwasserspeichers an, bei dem das entnommene Volumen anhand der Temperaturveränderung geschätzt wird. Auch dieses Verfahren ist nachteilig ungenau.
• Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers, einen Warmwasserspeicher sowie ein Computerprogramm vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll das Verfahren ein ausreichend präzises Erkennen, der aus einem Warmwasserspeicher entnommenen Wassermenge, ermöglichen und dabei mit geringen oder keinen zusätzlichen Einbauten am Warmwasserspeicher durchführbar sein.
• Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
• Hierzu trägt ein Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers bei, wobei vom Warmwasserspeicher gespeichertes Wasser von einer Wärmequelle erwärmt werden kann (bzw. erwärmt wird) und (mindestens) ein Speichertemperaturfühler die (aktuelle bzw. sich ändernde) Temperatur des gespeicherten Wassers (direkt oder indirekt) erfasst. Eine dem Warmwasserspeicher entnommene Wassermenge wird anhand der im Rahmen eines Ladevorganges des Warmwasserspeichers von der Wärmequelle zugeführten Wärmeenergie ermittelt, wobei die Wärmequelle eine Wärmepumpe ist, und die von der Wärmequelle zugeführte Wärmeenergie anhand einer erfassten Durchflussmenge von der Wärmequelle erwärmten Wärmeträgers und einer Temperaturdifferenz von Vorlauf und Rücklauf eines Speicherkreises ermittelt wird.
• Das Verfahren kann insbesondere permanent bzw. dauerhaft während des Betriebs des Warmwasserspeichers durchgeführt werden. Das Verfahren dient dem Bestimmen einer (vorherigen) Entnahmemenge des Warmwasserspeichers. In Abhängigkeit der bestimmten entnommenen Wassermenge kann eine Speichertemperatur (Temperatur des gespeicherten Wassers) bestimmt werden, auf die der Warmwasserspeicher das gespeicherte Wasser erwärmen muss, um einer Keimentstehung bzw. -vermehrung entgegenzuwirken. So kann bei einer hohen Entnahmemenge eine geringere Speichertemperatur vorgegeben werden als bei einer geringeren Entnahmemenge.
• Insofern besteht eine Idee der Erfindung darin, eine Entnahmemenge anhand der dem Warmwasserspeicher zugeführten (Wärme-)Energie zu bestimmen. Vorteilhaft kann dies ohne zusätzliche Sensorik erfolgen. Die Entnahmemenge kann dabei auch als Anteil des Gesamtvolumens angegeben werden.
• Bei dem Warmwasserspeicher handelt es sich um einen Warmwasserspeicher zur Warmwasserversorgung, beispielsweise eines Gebäudes. Der Warmwasserspeicher kann als Pufferspeicher und/ oder Schichtspeicher ausgebildet sein. Er kann einen Wärmetauscher zur Übertragung eines Wärmestromes umfassen, beispielsweise zum Wärmeaustausch mit einem Speicherkreis einer Wärmequelle. Beispielhaft kann es sich bei dem Speicherkreis um einen Heizkreis einer Heizungsanlage handeln und bei der Wärmequelle um ein (regelbares bzw. steuerbares) Heizgerät. Das Heizgerät ist eine Wärmepumpe. Besonders vorteilhaft erfasst ein derartiges Heizgerät in der Regel eine Vorlauf- und eine Rücklauftemperatur des Heizkreises der gleichzeitig als Speicherkreis des Warmwasserspeichers genutzt werden kann, sowie eine Durchflussmenge des Heiz- bzw. Speicherkreises. Der Warmwasserspeicher kann zur Aufnahme von erwärmtem oder zu erwärmendem Trink- oder Brauchwasser eingerichtet sein. In der Regel kann ein derartiger Warmwasserspeicher ein Speichervolumen in einem Bereich von 20 Litern bis 1000 Litern aufweisen.
• Der Warmwasserspeicher kann zum Wärmeaustausch mit dem Speicherkreis einen Wärmetauscher umfassen. Der Wärmetauscher kann beispielsweise als Rohrschlange ausgeführt sein, die (im montierten bzw. aufgebauten Zustand) in der Regel in einem (geodätisch) unteren Bereich des Warmwasserspeichers angeordnet sein kann. Der Warmwasserspeicher kann im Inneren bzw. dem Vorratsraum ein Speichervolumen aufweisen. Das Speichervolumen entspricht einer vorgegebenen Wasserkapazität des Warmwasserspeichers. Alternativ kann die Wärmequelle auch ein anderweitiges Heizgerät sein, beispielsweise eine, dem Warmwasserspeicher separat zugeordnete Wärmepumpe, die ausschließlich Wärme für den Warmwasserspeicher bereitstellt, sein.
• Zusätzlich zudem Speichervolumen kann der Warmwasserspeicher ein Gasvolumen enthalten, das durch Kompression oder Expansion Volumenschwankungen des gespeicherten Wassers aufgrund von Temperaturänderungen kompensiert.
• Der Warmwasserspeicher kann einen Kaltwasseranschluss aufweisen, über den kaltes Wasser, insbesondere aus einem Versorgungsnetz zugeführt werden kann. Dabei kann ein Druck des Kaltwassers einem Druck des Gasvolumens entgegenwirken und dabei das Speichervolumen des Warmwasserspeichers festlegen. Dies kann bewirken, dass ein entnommenes Volumen Warmwasser über den Kaltwasseranschluss mit gleichem Volumen aufgefüllt wird.
• Der Warmwasserspeicher kann einen Speichertemperaturfühler umfassen. Dieser kann ein bekannter Temperatursensor sein, der insbesondere in einem mittigen Bereich des Warmwasserspeichers angeordnet sein kann. Ein mittiger Bereich bezieht sich hier insbesondere auf eine geodätische Höhe, eine Breite und Tiefe des Speichervolumens, bezogen auf den Einbauzustand. Insbesondere kann der Temperatursensor oberhalb eines Wärmetauschers zum Wärmeaustausch mit dem Speicherkreis angeordnet sein. Insbesondere kann der Temperatursensor ein widerstandsbasierter Temperatursensor sein, mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand. Der Speichertemperaturfühler kann eine Ladevorgang des Warmwasserspeichers initiieren, wenn die erfasste Temperatur eine untere Grenztemperatur erreicht oder unterschreitet. Dies kann infolge einer Entnahme von Warmwasser und damit verbundenen Zuführen von Kaltwasser entsprechend der Entnahmemenge Warmwasser auftreten.
• Es wird vorgeschlagen, eine entnommene Wassermenge (Volumen oder Masse) anhand einer erfassten Änderung (Minderung) der erfassten Temperatur des Speichertemperaturfühlers in Verbindung mit der erfassten, von der Wärmequelle zugeführten Wärmeenergie zu bestimmen. Insbesondere kann, unter Hinzuziehung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser, die zugeführte Wärmeenergie einer entnommenen Wassermenge gleichgesetzt werden, die, die erfasste Änderung der Temperatur, erfährt.
• Dabei wird die von der Wärmequelle zugeführten Energie anhand einer erfassten Durchflussmenge von der Wärmequelle erwärmten Wärmeträgers, also der Durchflussmenge eines des Wärmeträger, der von der Wärmequelle erwärmt wird, ermittelt. Weiterwird hierfür eine Temperaturdifferenz von Vorlauf und Rücklauf eines Speicherkreises ermittelt. So erfasst ein Heizgerät bzw. eine Wärmepumpe als Wärmequelle in der Regel die Durchflussmenge Wärmeträger und die Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Warmwasserspeicher, bzw. einem Wärmetauscher desselben, verbundenen Speicherkreises. Unter Einbeziehung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser (als Wärmeträger) kann aus der Temperaturdifferenz von Vorlauf und Rücklauf und der Durchflussmenge eine zugeführte Wärmeenergie ermittelt werden. Es ist möglich, die Durchflussmenge des erwärmten Wärmeträgers sensorisch zu erfassen und/oder zu berechnen. Es ist möglich, die Temperaturdifferenz von Vorlauf und Rücklauf sensorisch zu erfassen und/oder zu berechnen. Die Ermittlung der Wärmeenergie kann (kontinuierlich oder intermittierend bzw. zu vorgegebenen Zeitpunkten) rechnerisch erfolgen, wobei bei diesen Berechnungen die erfassten Werte der Durchflussmenge und der Temperaturdifferenz einbezogen werden. Der ermittelte Wert der Wärmeenergie kann abgespeichert und/oder bedarfsgerecht abgerufen bzw. weitergeleitet werden. Der ermittelte Wert der Wärmeenergie kann als Regelparameter für den Betrieb eines Warmwasserspeichers, die (ggf. temporäre oder dauerhafte) Einrichtung des Warmwasserspeichers bereitgestellt und/oder genutzt werden. Das Ermitteln bzw. Weiterverarbeiten dieses Wertes bzw. Regelparameters kann in einem Prozessor erfolgen, insbesondere dem eines Regel- und Steuergeräts.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einer vollständigen Erwärmung des Warmwasserspeichers auf eine vorgegebene Zieltemperatur ohne Entnahme dessen Speichervolumen festgestellt werden. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines initialen Ladevorganges im Anschluss an die Installation des Warmwasserspeichers erfolgen. Dabei kann der Warmwasserspeicher mit Kaltwasser befüllt werden, dessen Temperatur vom Speichertemperaturfühler erfasst werden kann. Nunmehr kann durch Zuführen von Wärmeenergie der Wärmequelle das im Warmwasserspeicher enthaltene Wasser erwärmt werden. In Kenntnis der zugeführten Energiemenge und der Temperaturänderung des Wassers im Warmwasserspeicher kann das Speichervolumen ermittelt werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann in Abhängigkeit der festgestellten Entnahmemenge in einem vorgegebenen ersten Zeitraum, eine Zieltemperatur des Warmwasserspeichers festgelegt werden. Hierbei kann auch ein Schwellwert der Entnahmemenge einbezogen werden, der innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitraums erreicht werden sollte. Erster Zeitraum, Zieltemperatur und der Schwellwert können dabei darauf abgestimmt sein, eine Bildung bzw. Vermehrung von Keimen im Warmwasserspeicher zu verhindern. Insbesondere können der Schwellwert der Entnahmemenge und der erste Zeitraum durch gesetzliche Vorgaben vorgegeben sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass wenn die Entnahmemenge innerhalb von 72 Stunden dem Speichervolumen des Warmwasserspeichers entspricht oder größer ist, kann die Zieltemperatur auf 50 Grad Celsius [°C] gesenkt werden kann. Dies kann die Energieeffizienz, insbesondere mit einer Wärmepumpe als Wärmequelle erheblich steigern. Sobald die Entnahmemenge innerhalb der vergangenen 72 Stunden unterhalb dem Speichervolumen liegt, kann die Zieltemperatur des Warmwasserspeichers auf 60 °C oder höher gesetzt werden, um eine Keimbildung zu mindern. Sobald innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes erneut eine Entnahmemenge größer dem Schwellwert festgestellt wird, kann die Zieltemperatur wieder gesenkt werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem vorgegebenen zweiten Zeitraum ohne Entnahmevorgang mittels des Speichertemperaturfühlers ein erster Wärmeverlust des Warmwasserspeichers ermittelt werden. Der erste Wärmeverlust kann dabei als Verlustwärmestrom an die Umgebung des Warmwasserspeichers verstanden werden. Dieser ist unter anderem abhängig von der Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher, der Umgebungstemperatur und der Dämmung des Warmwasserspeichers. Der erste Wärmeverlust kann festgestellt werden, in dem ohne Entnahmevorgang und ohne Ladevorgang ein Zeitraum sowie die Temperaturdifferenz der Abkühlung in diesem Zeitraum erfasst werden. Der erste Wärmeverlust kann dabei insbesondere mittels einer zum Ausgleich des ersten Wärmeverlustes zugeführten Energie ermittelt werden. Der erste Wärmeverlust kann in eine Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einfließen, indem dauerhaft eine Abkühlung durch den Wärmeverlust einbezogen wird, die sonst einer Entnahme zugeordnet werden würde. Insofern kann der erste Wärmeverlust beispielsweise durch eine entsprechende Erhöhung des Schwellwertes der Entnahmemenge einbezogen werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Aktivieren und Deaktivieren einer Zirkulation der Warmwasserversorgung erfasst und ein zweiter Wärmeverlust aufgrund der Zirkulation bestimmt werden. Eine Zirkulation ist eine Funktion einer Warmwasserversorgung, bei der Warmwasser in einer Zirkulationsleitung (Ringleitung), mit der die Entnahmestellen verbunden sind, zirkuliert und somit sofort nach Öffnen einer Zapfstelle Warmwasser mit vorgesehener Temperatur ausströmt. So kann der Komfort einer Warmwasserversorgung erhöht werden. Es versteht sich, dass die Zirkulation des Warmwassers einen zweiten Wärmeverlust zur Folge hat. Dieser kann bestimmt werden, indem bei einem Aktivieren der Zirkulation und insbesondere in einem Zeitraum ohne Ladevorgang und ohne Entnahmevorgang eine Temperaturdifferenz der Abkühlung des Wassers im Warmwasserspeicher bestimmt wird und ein zweiter Wärmeverluststrom anhand der Temperaturdifferenz und der Zeitdauer in dem die Temperaturdifferenz aufgetreten ist bestimmt wird. Dabei kann der zweite Wärmeverlust auch anhand der in Folge des zweiten Wärmeverlustes zugeführten Energie ermittelt werden. Dabei kann auch ein zuvor bestimmter erster Wärmeverlust in Abzug gebracht werden, um einen, der Zirkulation zuzuordnenden zweiten Wärmeverlust zu bestimmen.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann das Bestimmen des ersten Wärmeverlustes und/ oder zweiten Wärmeverlustes kann in Abhängigkeit der Zieltemperatur des Warmwasserspeichers erfolgen. Ein aufgrund einer erhöhten Temperaturspreizung der Temperatur des Warmwasserspeichers zur Umgebungstemperatur erhöhter Verlustwärmestrom kann vorteilhaft so einbezogen werden.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann der Schwellwert der Entnahmemenge in Abhängigkeit von erstem und zweiten Wärmeverlust angepasst werden. Beispielhaft kann dies bedeuten, dass innerhalb des vorgegebenen Zeitraumes 120 Prozent [%] des Speichervolumens entnommen worden sein müssen, um eine Absenkung der Zieltemperatur von 60 °C auf 50 °C zuzulassen. Die Entnahmemenge von 120 % bezieht dann auftretenden Wärmeverluste mit ein und es kann bei deren Erreichen davon ausgegangen werden, dass die Entnahmemenge von 100% tatsächlich entnommen wurde.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann während eines Ladevorganges eine Temperatur eines Rücklaufs des Speicherkreises erfasst werden und eine Zeitdauer des Ladevorganges unter Einbeziehung der erfassten Temperatur des Rücklaufes eingestellt werden. So kann dem Umstand entsprochen werden, dass ein während eines Ladevorganges auftretende Entnahme vom Speichertemperaturfühler in der Regel nicht festgestellt werden kann. Dabei kann sich im (geodätisch) unteren Bereich des Warmwasserspeichers Kaltwasser sammeln, welches einen erhöhten Wärmestrom aufnehmen kann, was durch die Rücklauftemperatur des Speicherkreises feststellbar sein kann. Dieser Umstand kann genutzt werden, um einen Zeitraum für den Ladezeitraum einzustellen. Beispielhaft kann ein Ladevorgang abgebrochen werden, wenn der Speichertemperaturfühler eine Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes erfasst und eine Temperaturdifferenz von Vorlauf und Rücklauf unterhalb eines weiteren Grenzwertes liegt.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Zeitdauer bestimmt werden, die benötigt wird, um eine vorgegebene Temperaturdifferenz der Speichertemperatur durch einen Ladevorgang zu bewirken. Diese Zeitdauer kann gespeichert werden und mit einem vorgegebenen Wert oder auch zuvor gespeicherten Werten der Zeitdauer verglichen werden. Eine Abweichung der Zeitdauer gegenüber einer zuvor gespeicherten Zeitdauer oder auch einen Drift der Zeitdauer kann auf ein Problem hinweisen. Dabei kann es sich um eine mögliche Verschmutzung des Speicherbehälters handeln, die ein Hinweis auf Hygiene-Probleme sein kann. Auch könnte eine Veränderung der Isolierung des Warmwasserspeichers bzw. der Vorlauf- oder Rücklaufleitung des Speicherkreises hierfür ursächlich sein. Bei einem Auftreten einer Veränderung des Zeitraumes kann eine Benachrichtigung auf einer Anzeigeeinrichtung des Warmwasserspeichers oder einer verbundenen Heizungsanlage oder auch über ein Netzwerk, wie dem Internet, ausgegeben werden.
• Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Warmwasserspeicher vorgeschlagen, der mit einer Wärmequelle verbunden ist, die im Warmwasserspeicher enthaltenes Wasser erwärmen kann. Zudem verfügt der Warmwasserspeicher über einen Speichertemperaturfühler, der eine Temperatur des im Warmwasserspeicher enthaltenen Wassers erfassen kann. Der Warmwasserspeicher ist zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet. Bei der Wärmequelle handelt es sich um eine Wärmepumpe.
• Gemäß einer Ausgestaltung kann der Warmwasserspeicher einen Wärmetauscher aufweisen, der mit einem Speicherkreis verbunden sein kann, wobei in dem Speicherkreis ein Wärmeträgermedium zirkulieren kann, das von einem Wärmeerzeuger erwärmt wird. Bei dem Wärmeerzeuger handelt es sich um eine Wärmepumpe.
• Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann insbesondere auf einem Regel- und Steuergerät des Warmwasserspeichers oder auch einer verbundenen Heizungsanlage bzw. einer Wärmepumpe derselben ausgeführt werden. Alternativ kann das Computerprogrammprodukt auch auf einem Computer ausgeführt werden, der über ein Netzwerk, insbesondere dem Internet, mit dem Warmwasserspeicher oder einer Heizungsanlage verbunden sein kann.
• Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogrammprodukt gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
• Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät, beispielsweise eines mit dem Warmwasserspeicher verbundenen Heizgerätes, vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Betriebsdaten und Referenzwerte zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein. Das Regel- und Steuergerät kann insbesondere eine elektrische Verbindung mit der Wärmequelle, bzw. einem Vorlauf- und einem Rücklauftemperaturfühler und dem Speichertemperaturfühler aufweisen. Das Regel- und Steuergerät kann ein hier vorgeschlagenes Verfahren vollautomatisiert durchführen. Eine elektrische Verbindung kennzeichnet hierbei eine kabel- oder kabellose Verbindung zur Übertragung von Daten.
• Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogrammprodukt, dem Regel- und Steuergerät, dem Warmwasserspeicher und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
• Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
• Hier werden somit ein Verfahren zum Einstellen einer Wasserkapazität eines Warmwasserspeichers, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, ein Warmwasserspeicher und eine Verwendung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren und der Warmwasserspeicher sowie die Verwendung zumindest dazu bei, eine einfache und vollautomatisierbare Möglichkeit zum Feststellen einer Entnahmemenge des Warmwasserspeichers anzugeben. Hierzu sind besonders vorteilhaft keine zusätzlichen Sensoren, wie Durchflusssensoren, am Warmwasserspeicher zu installieren. Nicht zuletzt kann eine besonders effektive Energienutzung durch eine Absenkung einer Zieltemperatur des Warmwasserspeichers bei einer ausreichenden Entnahmemenge, die einem geringen Risiko einer Keimausbreitung gleichzusetzen ist, erreicht werden. So ist eine geminderte Zieltemperatur mit einem geminderten Wärmeverlust des Warmwasserspeichers und einer erhöhten Energieeffizienz des Betriebs der Wärmequelle verbunden.
• Weiterhin vorteilhaft kann die Erfindung mittels einer Implementation eines hier vorgeschlagenen Computerprogrammproduktes auf einfache Art und Weise auch an bestehenden Warmwasserspeichern nachgerüstet werden.
• Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
• Fig. 1: einen hier vorgeschlagenen Warmwasserspeicher und
• Fig. 2: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
• Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen hier vorgeschlagenen Warmwasserspeicher 1. Dieser kann ein Speichervolumen 2 für zu speicherndes Warmwasser aufweisen. Der Warmwasserspeicher 1 kann von einer thermisch isolierten Wandung 3 umschlossen sein. Zudem kann der Warmwasserspeicher 1 ein Gasvolumen 20 im (in Aufstellposition) oberen Bereich des Warmwasserspeichers 1 umfassen, in dem ein mit Druck beaufschlagtes Gas, insbesondere Luft, enthalten sein kann.
• Zwischen Gasvolumen 20 und Speichervolumen 2 kann eine Trennelement 11 angeordnet sein. Das Trennelement 11 kann eine Dichte aufweisen, die geringer als die Dichte von Wasser ist und somit auf dem im Speichervolumen 2 enthaltenen Wasser schwimmen. Das Trennelement 11 kann zudem mit einem Entnahmerohr 10 verbunden sein, über das Warmwasser aus dem Speichervolumen 2 entnommen werden kann.
• Der Warmwasserspeicher 1kann zudem einen Kaltwasserzulauf 4 umfassen, über den Kaltwasser, beispielsweise aus einem Versorgungsnetz oder einem Brunnen, in den Warmwasserspeicher 1 nachströmen kann. In einem geodätisch unteren Bereich des Warmwasserspeichers 1 kann ein Wärmetauscher 5 angeordnet sein, der mit einem Vorlauf 6 und einem Rücklauf 7 eines Speicherkreises 8 verbunden sein kann. In dem Speicherkreis 8 kann ein Wärmeträger, insbesondere Heizungswasser, zirkulieren und so Wärme von einer Wärmequelle 9 in den Warmwasserspeicher 1 eintragen. Bei der Wärmequelle 9 kann es sich beispielsweise um eine Wärmepumpe handeln, die über ein Regel- und Steuergerät 12 verfügt. Das Regel- und Steuergerät 12 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein und hierfür kann dieses ein Computerprogrammprodukt 21 ausführen.
• Weitestgehend mittig um Warmwasserspeicher 1 kann ein Speichertemperaturfühler 13 angeordnet sein, der eine Temperatur des gespeicherten Wassers erfassen kann. Der Speichertemperaturfühler 13 kann mit dem Regel- und Steuergerät 12 der Wärmequelle elektrisch verbunden sein.
• Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit Parameterverläufen, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können. Gezeigt sind eine dem Warmwasserspeicher 1 entnommene Energie 14 und eine zugeführte Energie 15, gegeben in Kilowattstunden [kWh], über der Zeit t, gegeben in Stunden [h]. Die entnommene Energie 14 kennzeichnet über das Entnahmerohr 10 entnommenes Warmwasser und die zugeführte Energie 15 von der Wärmequelle 9 über den Speicherkreis 8 in den Warmwasserspeicher 1 eingetragene Energie. Der Warmwasserspeicher 1 kann ein Speichervolumen 2 von 400 Litern [l] aufweisen. Dabei kann ein Liter entnommenes Wasser, das von 10 °C auf 40 °C, also um 30 Kelvin erwärmt wurde einer Energie von 34,9 Wattstunden [Wh] entsprechen. Hierzu wurde die spezifische Wärmekapazität c des Wassers von $4,190\frac{\mathit{kJ}}{\mathit{kg}\times K}$ einbezogen. Das Speichervolumen 2 von 400 I kann somit einer entnommenen Energie 14 oder einer zugeführten Energie 15 von 13,97 kWh entsprechen.
• Zu einem ersten Zeitpunkt 18 wurde dem Warmwasserspeicher 1 eine erste zugeführte Energie 16 von ca. 7,6 kWh zugeführt. Insofern wurden $\frac{7,6}{13,97}=54,4\%$ des Speichervolumens 2 ausgetauscht. Zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt 19 wurden 13,5 kWh zugeführt und somit $\frac{13,5}{13,97}=96,6\%$ des Speichervolumens ausgetauscht.
• Unter Einbeziehung eines ersten Wärmeverlustes, eines Verlustwärmestromes des Warmwasserspeichers 1, der insbesondere über dessen Wandung 3 abgegeben wird kann ein vollständiger Austausch des Speichervolumens 2 von 400 I bei einer zugeführten Energie 14 von 120 % und somit 16,76 kWh angenommen werden. Gegebenenfalls kann bei einem Vorhandensein einer Zirkulation des Warmwassers in einer Zirkulationsleitung zusätzlich ein zweiter Wärmeverlust einbezogen werden.
• Beispielsweise kann von einem keimfreien Warmwasserspeicher 1 ausgegangen werden, wenn innerhalb von 24 h als vorgegebenen Zeitraum 120 % des Speichervolumens 2 entnommen und damit ausgetauscht wurden.
Bezugszeichenliste

1

Warmwasserspeicher

2

Speichervolumen

3

Wandung

4

Kaltwasserzulauf

5

Wärmetauscher

6

Vorlauf

7

Rücklauf

8

Speicherkreis

9

Wärmequelle

10

Entnahmerohr

11

Trennelement

12

Regel- und Steuergerät

13

Speichertemperaturfühler

14

entnommene Energie

15

zugeführte Energie

16

erste zugeführte Energie

17

zweite zugeführte Energie

18

erster Zeitpunkt

19

zweiter Zeitpunkt

20

Gasvolumen

Claims (11)

1. Verfahren zum Betrieb eines Warmwasserspeichers (1) mit einem Speichertemperaturfühler (13), dessen Inhalt von einer Wärmequelle (9) erwärmt werden kann, wobei eine dem Warmwasserspeicher (1) entnommene Wassermenge anhand der im Rahmen eines Ladevorganges des Warmwasserspeichers (1) von der Wärmequelle (9) zugeführten Wärmeenergie (15) ermittelt wird, wobei die Wärmequelle (9) eine Wärmepumpe ist, und die von der Wärmequelle (9) zugeführte Wärmeenergie (15) anhand einer erfassten Durchflussmenge von der Wärmequelle (9) erwärmten Wärmeträgers und einer Temperaturdifferenz von Vorlauf (6) und Rücklauf (7) eines Speicherkreises (8) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels einer vollständigen Erwärmung des Warmwasserspeichers (1) ohne Auftreten einer Warmwasserentnahme das Speichervolumen (2) des Warmwasserspeichers (1) festgestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit einer festgestellten Entnahmemenge in einem vorgegebenen ersten Zeitraum, eine Zieltemperatur des Warmwasserspeichers (1) festgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einem vorgegebenen ersten Zeitraum ohne Entnahmevorgang mittels des Speichertemperaturfühlers (13) ein erster Wärmeverlust des Warmwasserspeichers (1) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Aktivieren von einer Zirkulation der Warmwasserversorgung erfasst und ein zweiter Wärmeverlust aufgrund der Zirkulation bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Schwellwert in Abhängigkeit des ersten Wärmeverlustes und/ oder zweiten Wärmeverlustes angepasst wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei während eines Ladevorganges eine Temperatur eines Rücklaufs (7) eines Speicherkreises (8) erfasst wird und eine Zeitdauer des Ladevorganges unter Einbeziehung der erfassten Temperatur des Rücklaufes (7) eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Zeitdauer, die benötigt wird, um eine vorgegebene Temperaturdifferenz der Speichertemperatur durch einen Ladevorgang zu bewirken, erfasst wird und mit einer Zeitdauer eines vorherigen Ladevorganges oder einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird.
9. Warmwasserspeicher (1), aufweisend eine Wärmequelle (9), die ein im Warmwasserspeicher (1) enthaltenes Warmwasser erwärmen kann, und einen Speichertemperaturfühler (13) sowie Mittel, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
10. Warmwasserspeicher (1) nach Anspruch 9, umfassend einen Wärmetauscher (5), der mit einem Speicherkreis (8), in dem ein von einer Wärmequelle (9) erwärmter Wärmeträger zirkuliert, verbunden ist.
11. Computerprogrammprodukt (21), umfassend Befehle, die bewirken, dass ein Computer einen Warmwasserspeicher (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10 dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.