EP4660545A1 - Verfahren zum betreiben eines heizgerätes, heizgerät, computerprogramm und verwendung einer warmwasserbereitstellung - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines heizgerätes, heizgerät, computerprogramm und verwendung einer warmwasserbereitstellungInfo
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- EP4660545A1 EP4660545A1 EP25164953.9A EP25164953A EP4660545A1 EP 4660545 A1 EP4660545 A1 EP 4660545A1 EP 25164953 A EP25164953 A EP 25164953A EP 4660545 A1 EP4660545 A1 EP 4660545A1
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- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
Definitions
- the invention relates to a method for operating a heating appliance, a heating appliance, a computer program and a use of a hot water supply.
- Heating appliances typically feature a differential pressure valve, also known as a bypass or overflow valve. This valve is often located between the flow and return lines of a heating circuit. Opening the differential pressure valve creates an internal circuit within the appliance, where the heat transfer fluid circulates through the heat generator and the differential pressure valve.
- An internal circuit can be advantageous for ensuring reliable operation of the heat generator, as it effectively prevents boiling effects (i.e., the heat transfer fluid boiling within the heat generator, for example, due to insufficient flow rate).
- a differential pressure valve can also enable partial load operation of the heating system, where it acts as a mixing valve. Furthermore, it can help achieve a desired flow temperature quickly by initially heating only the internal circuit.
- a differential pressure valve can help to reduce hydraulic pressure peaks, for example those caused by a circulation pump, and to avoid the associated noise in the heating circuit.
- Such a heating device with a bypass valve is exemplified in the DE 40 39 644 A1 described.
- differential pressure valves A disadvantage of known differential pressure valves is that they often do not operate with sufficient precision. For example, it has been observed that differential pressure valves do not close completely, which can significantly reduce the energy efficiency of a heating appliance. Furthermore, a differential pressure valve typically requires a complex and inconveniently time-consuming adjustment of the opening pressure, which depends on the heating system, as well as additional installation work. In addition, the high flow rate that occurs when the bypass valve opens can negatively affect the control of the heat generator.
- the DE 10 2012 003 502 A1 This describes a method for operating a heating system in which, if a predetermined differential pressure is exceeded, a partial flow of the heat transfer fluid is diverted parallel to the system.
- the system differential pressure is determined using a flow meter in conjunction with a modulating pump and a characteristic curve. If a value corresponding to the opening pressure of a differential pressure valve is exceeded, the pump speed is reduced to such an extent that the differential pressure valve cannot open. This can increase the efficiency of the heating system; however, the method is complex and requires a sophisticated heating system design.
- the object of the invention is to propose a method for operating a heating device, a heating device, and a computer program that at least partially overcome the problems of the prior art described above.
- the heating device should operate energy-efficiently and have a simple design.
- negative aspects should be avoided.
- the effects of an insufficient flow rate of heat transfer fluid in the heat generator can be avoided.
- Steps a), b) and c) are performed at least once in the specified order during a regular procedure.
- steps a) and b) be carried out permanently/continuously during operation of the heating appliance.
- the procedure serves to ensure the safe operation of the heating appliance and can guarantee the flow of a minimum volume flow of heat transfer fluid through the heat generator of the heating appliance.
- the heating appliance can include any type of heat generator, for example a heat generator designed to burn a fuel or a heat pump.
- the heating appliance can be, in particular, a gas-fired boiler designed to combust a fuel gas, such as natural gas or, in particular, hydrogen, with the addition of ambient air (combustion air) and to generate thermal energy, for example, to heat a heat transfer fluid in a heating circuit and to provide domestic hot water.
- a fuel gas such as natural gas or, in particular, hydrogen
- ambient air combustion air
- the heating appliance can, in particular, be a condensing boiler.
- the heating appliance typically has a conveying device or a fan that can convey a mixture of fuel gas and combustion air in a flow direction through the heating appliance via a mixture channel into a combustion chamber in which a burner is located.
- At least one first heat exchanger can be arranged in or on the combustion chamber, which can transfer the heat generated during combustion to a heat transfer fluid, such as heating water, circulating in the at least one first heat exchanger.
- the heat transfer fluid can flow through the at least one first heat exchanger from a return connection to a supply connection.
- the return connection and the supply connection can be connected to a heating circuit of a building.
- the heating circuit acting as a heat sink, can include consumers such as radiators, heating elements, or surface heating systems (underfloor or wall heating).
- a circulation pump can be used to circulate the heat transfer fluid within the heating circuit.
- the circulation pump can be controllable and connected to the heating system's control unit via data transmission.
- a volume of combustion air supplied by the conveying device can be mixed with a volume of fuel gas via a gas valve, corresponding to a predetermined combustion air ratio (also known as lambda or air ratio).
- the combustion products can then be discharged in the direction of flow through an exhaust system.
- the exhaust system can comprise an exhaust duct located within the housing of the heating appliance or an exhaust system located outside the heating appliance.
- the heating appliance may include a control unit that manages and regulates the heating appliance and its combustion process.
- the control unit may be configured to carry out a procedure proposed here (fully automated).
- the heating unit can adjust its heat output to an existing heat demand; this is also known as modulation. This is usually achieved by controlling the output of the delivery system, whereby a combustion control system adjusts the mass flow of fuel gas supplied to the set output of the delivery system and thus the mass flow of combustion air supplied.
- the heating appliance includes a domestic hot water supply system located between the flow and return lines of the appliance.
- This system typically includes a second heat exchanger designed to allow the heat transfer fluid from the heating circuit to flow through, thereby transferring heat from the fluid to a mass flow of potable or domestic hot water.
- This second heat exchanger can be positioned between the flow and return lines of the heating appliance, ensuring that the heat transfer fluid flows from the flow to the return.
- a three-way valve can initiate flow through the domestic hot water supply system.
- the three-way valve can assume a first opening position in which the entire mass flow of heat transfer fluid from the heat generator is supplied to the heating circuit, and the domestic hot water supply system is not supplied.
- the three-way valve can assume a second opening position in which the entire mass flow of heat transfer fluid from the heat generator is supplied to the domestic hot water supply system, and the heating circuit is not supplied.
- the three-way valve can assume several or any number of opening positions within the intermediate range defined by the first and second opening positions. In other words, in the first opening position, all the generated heat is supplied to the heating circuit, and in the second opening position, all the generated heat is supplied to the domestic hot water supply system.
- the three-way valve is designed to distribute the heat flow generated by the heat generator between the domestic hot water supply system and the heating circuit by dividing the mass flow of heat transfer fluid.
- the three-way valve is electrically controlled, allowing, for example, the control unit to set the opening position of the three-way valve using a control signal.
- the three-way valve can, for example, incorporate a stepper motor for this purpose.
- the hot water supply can thus be understood as a bypass between the flow and return of the heating appliance.
- An aspect of the invention lies in the fact that the hot water supply ensures a minimum flow rate of heat transfer fluid through the heat generator or the at least one first heat exchanger. This minimum flow rate can guarantee the removal of the generated heat and/or prevent boiling effects of the heat transfer fluid in the at least one first heat exchanger. It is understood that this can also be a minimum mass flow rate of heat transfer fluid, enabling the transport of a predetermined heat flow. In this respect, it is enabled or provided that the Hot water supply is the only bypass between the flow and return of a heating system.
- step a) at least one parameter is recorded that allows conclusions to be drawn about the flow through the heat generator.
- This recording can be fully automated, for example by the control unit of the heating appliance.
- the parameter that allows conclusions to be drawn about the flow through the heat generator can be a measured differential pressure and/or a measured flow rate. Signals from at least one corresponding pressure sensor or at least one flow sensor can be acquired for this purpose.
- heating appliances often already have a corresponding pressure or flow sensor, so that no additional sensors are necessary for the method proposed here.
- well-known direct methods of flow measurement such as ultrasound or vortex measurement, can be used.
- mass flow rate thermal output of heat generator / (specific heat transfer coefficient of the heat transfer fluid x (supply temperature - return temperature)).
- electronically controlled circulation pumps can determine/estimate the volume flow rate (from differential pressure and electrical power).
- the at least one parameter recorded in step a) is compared with at least one predefined limit value.
- the at least one predefined limit value can be characteristic of a minimum volume flow rate through the heat generator.
- the at least one limit value can be determined in advance using a
- the reference heating device is determined and stored on a memory, for example the control and regulating unit.
- the three-way valve is at least partially opened depending on the comparison in step b). Opening the valve ensures flow through the heat generator and/or prevents boiling in the heat exchanger, even in the case of a high differential pressure between the flow and return lines, which can be caused, for example, by closed consumer valves.
- the three-way valve can be opened to a position that allows the minimum flow rate through the heat generator.
- the flow rate through the heat generator can be controlled by the opening position of the three-way valve.
- a heating appliance that includes a heat generator, a flow and return pipes designed to be connected to a heating circuit, and a domestic hot water supply.
- the latter is located between the flow and return pipes, and its flow rate is adjustable via a three-way valve.
- the domestic hot water supply can thus be understood as a bypass between the flow and return pipes and, in particular, as the only bypass of the heating appliance.
- the heating appliance can have exactly one bypass, designed as a domestic hot water supply.
- the heating device may have a flow sensor to detect the mass or volume flow of heat transfer fluid through the heat generator, or a means to detect a differential pressure between the flow and return.
- the heating appliance includes a control and regulating device which may be or is configured to regulate and control the heating appliance and the heat generator, in particular for carrying out a procedure proposed here.
- a computer program (product) that causes a heating device proposed herein to execute steps a), b), and c) of a procedure proposed herein.
- the procedure can, for example, be carried out fully automatically on a control unit of the heating device.
- the control unit can include a processor capable of executing the instructions of the computer program.
- the control unit can also have a memory in which parameters for carrying out a procedure proposed herein are stored, particularly in digital form.
- Another aspect proposes using a domestic hot water supply from a heating appliance to ensure a minimum flow rate through the appliance's heat generator.
- the domestic hot water supply is located between the supply and return lines of the heating appliance, and the three-way valve can control the flow through the domestic hot water supply.
- a controllable hydraulic valve and the use of the domestic hot water heat exchanger as a bypass branch are thus overcome, in particular, by a controllable hydraulic valve and the use of the domestic hot water heat exchanger as a bypass branch.
- An internal three-way valve within the heating unit used to switch between heating operation and hot water storage tank charging, is actuated by an electric stepper motor and can be moved to any position between the two. The valve should be in its end positions (open/closed).
- the operating strategy is to monitor the current heating flow rate and, based on this, control the three-way valve so that a minimum flow rate is maintained by increasing the bypass flow rate through the domestic hot water charging circuit.
- this solution limits the required flow rate through the bypass branch to the specified value, while simultaneously minimizing the impact on the system's efficiency and/or the refrigerant circuit's control accuracy. No additional piping work is required because only existing hardware is used and no manual commissioning is necessary.
- This paper proposes a method for operating a heating device, a heating device itself, a computer program (product), and an application that at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
- the method enables the safe and convenient operation of a heating device, especially with high energy efficiency and while preventing boiling effects in the heat exchanger of the heat generator.
- the method allows for a particularly simple design of the heating device.
- FIG. 1 shows an exemplary and schematic representation of the sequence of steps proposed here.
- the sequence of steps a), b), and c), indicated by blocks 110, 120, and 130, can occur during a regular process flow.
- steps a), b), and c) can be carried out permanently or continuously during the operation of the heating device 1.
- the method helps to ensure the flow of a heat generator 24 of the heating device 1, especially a first heat exchanger 13 of the heat generator 24, with a minimum predetermined volume flow rate of heat transfer fluid.
- Fig. 2 shows an exemplary and schematic representation of a heating appliance 1 proposed here.
- This appliance comprises a conveying device 2 that can draw in a mass flow of combustion air from a combustion air supply 4.
- Fuel gas from a fuel gas supply 25 can be added to the drawn-in mass flow of combustion air via a gas valve 5.
- the resulting combustion mixture can be fed via a mixture channel 11 to a burner 3 arranged in a combustion chamber 8 and combusted.
- the combustion products can be fed via an exhaust gas channel 9 to an exhaust system 10 of a building.
- a flame monitoring device 14 can be provided in the combustion chamber 8 area. This device monitors the presence of a flame, and its signal can be used for combustion control of the heating appliance 1. Furthermore, a first heat exchanger 13 can be provided on or in the combustion chamber 8. This heat exchanger can transfer the heat generated during combustion to a heat transfer medium circulating in a heating circuit 6. The heat transfer medium can flow into the first heat exchanger 13 via a return line 20 and out of it via a supply line 19. The supply line 19 and return line 20 can be connected to a heating circuit 6. Consumers such as radiators or underfloor heating systems can be located in the heating circuit 6.
- a domestic hot water supply system 15 can be arranged between the supply line 19 and the return line 20. The domestic hot water supply system 15 can include a second heat exchanger 16.
- the second heat exchanger 16 is configured to heat a mass flow of potable or service water from a cold water inlet 21 and supply it to a hot water outlet 22.
- the hot water supply 15 includes a three-way valve 17, which is configured to distribute the heat transfer fluid flow to the hot water supply 15 and/or the heating circuit 6.
- a circulation pump 23 can also be arranged in the flow 19 and/or the return 20.
- a flow sensor 18 can be arranged in the flow 19 and/or the return 20, which measures the flow rate of the heat transfer fluid through the heat generator 24.
- the heating appliance 1 includes a control unit 7 that regulates the combustion in the heating appliance 1 and can also be configured to carry out a procedure proposed herein.
- the control unit 7 can be connected electronically to the gas valve 5, the conveying device 2, the flame monitoring device 14 of the circulation pump 23, the three-way valve 17, and the flow sensor 18.
- a computer program 12 that causes the control unit 7 to execute a procedure proposed herein can be stored in a memory of the control unit 7.
- FIG. 3 Figure 1 shows an exemplary and thematic representation of another heating appliance 1 proposed here.
- a hot water supply 15 is connected to the flow 19 and return 20 of the heat generator 24 via a three-way valve 17.
- a consumer 27, for example, underfloor heating, is shown in the heating circuit 6 and can be controlled by a thermostatic valve 26.
- the hot water supply 15 comprises a storage tank 28 with a charging pump 29, which is connected to the second heat exchanger 16 via a cold water inlet 21 and a hot water outlet 22.
- step 110 at least one parameter that allows conclusions to be drawn about the flow rate through the heat generator 24 can be recorded.
- the control unit 7 can record a signal from the flow sensor 18.
- the recorded parameter can, for example, be stored in the memory of the control unit 7.
- step b) the parameter recorded in step a) can be compared with at least one predefined limit value. The result of this comparison determines whether the heat generator 24 has sufficient flow. Step b) can also be performed by the control unit 7 of the heating appliance 1.
- step c) depending on the comparison in step b), the three-way valve 17 can be at least partially opened.
- the opening can thereby... Ensure a minimum volume flow rate of heat transfer fluid in the shower flow of the heat generator 24.
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1), das einen Wärmeerzeuger (24), der über einem Vorlauf (19) und einen Rücklauf (20) mit einem Heizkreis (6) verbunden ist, und eine Warmwasserbereitstellung (15) angeordnet zwischen Vorlauf (19) und Rücklauf (20) mit einem elektrisch ansteuerbaren Dreiwegeventil (17) aufweist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
a) Erfassen mindestens eines Parameters, der einen Rückschluss auf eine Durchströmung des Wärmeerzeugers (24) ermöglicht,
b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten mindestens einen Parameters mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert,
c) zumindest teilweises Öffnen des Dreiwegeventils (17) in Abhängigkeit des Vergleichs in Schritt b). Zudem werden ein Heizgerät (1), ein Computerprogramm (12) sowie eine Verwendung einer Warmwasserbereitstellung (15) vorgeschlagen.
a) Erfassen mindestens eines Parameters, der einen Rückschluss auf eine Durchströmung des Wärmeerzeugers (24) ermöglicht,
b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten mindestens einen Parameters mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert,
c) zumindest teilweises Öffnen des Dreiwegeventils (17) in Abhängigkeit des Vergleichs in Schritt b). Zudem werden ein Heizgerät (1), ein Computerprogramm (12) sowie eine Verwendung einer Warmwasserbereitstellung (15) vorgeschlagen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Heizgerät, ein Computerprogramm und eine Verwendung einer Warmwasserbereitstellung.
- Heizgeräte weisen in der Regel ein Differenzdruckventil auf, das auch als Bypass- oder Überströmventil bezeichnet werden kann. Häufig ist ein Differenzdruckventil in einem Heizgerät zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf eines Heizkreislaufes angeordnet, so dass ein Öffnen des Differenzdruckventils einen internen Heizgerätekreislauf bildet, in dem der Wärmeträger über einen Wärmeerzeuger und das Differenzdruckventil zirkuliert. Ein interner Heizgerätekreislauf kann vorteilhaft eine sichere Funktion des Wärmeerzeugers gewährleisten, da Siedeeffekte (also ein Sieden des Wärmeträgers im Wärmeerzeuger, beispielsweise hervorgerufen durch einen zu geringen Volumenstrom des Wärmeträgers im Wärmeerzeuger) durch den internen Heizgerätekreislauf wirkungsvoll vermieden werden können. Gleichfalls kann mittels eines Differenzdruckventils ein Teillastbereich des Heizsystems realisiert werden, in dem das Differenzdruckventil eine Mischfunktion übernimmt. Auch kann ein Differenzdruckventil dazu beitragen, eine gewünschte Vorlauftemperatur schnell zu erreichen, indem das Heizgerät vorerst nur den internen Heizgerätekreislauf erwärmt. Zudem kann ein Differenzdruckventil helfen hydraulische Druckspitzen, beispielsweise ausgelöst durch eine Umwälzpumpe, abzubauen und eine damit verbundene Geräuschentwicklung im Heizkreislauf zu vermeiden.
- Ein derartiges Heizgerät mit einem Überströmventil wird beispielhaft in der
DE 40 39 644 A1 beschrieben. - Nachteilig an bekannten Differenzdruckventilen ist der Umstand, dass diese häufig nicht ausreichend präzise arbeiten. Beispielsweise konnte festgestellt werden, dass Differenzdruckventile nicht vollständig schließen, wodurch die Energieeffizienz eines Heizgerätes erheblich gemindert werden kann. Weiter erfordert ein Differenzdruckventil in der Regel ein nachteilig aufwendiges Einstellen eines von der Heizungsanlage abhängigen Öffnungsdruckes sowie zusätzliche Installationsarbeiten. Zudem kann der auftretende hohe Volumenstrom bei einem Öffnen des Bypassventils eine Steuerung des Wärmeerzeugers negativ beeinflussen.
- Die
DE 10 2012 003 502 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, bei dem, bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Differenzdruckes der Heizungsanlage ein Teilstrom des Wärmeträgers parallel zur Anlage umgeleitet wird. Hierzu wird unter Einsatz einer Volumenstrommesseinrichtung in Verbindung mit einer modulierenden Pumpe kennfeldgestützt der Anlagendifferenzdruck ermittelt und bei einem Überschreiten eines Wertes, der einem Öffnungsdruck eines Differenzdruckventils entsprechen kann, die Pumpendrehzahl so weit reduziert, dass ein Öffnen des Differenzdruckventils unterbunden werden kann. So kann die Effizienz der Heizungsanlage gesteigert werden, allerdings ist das Verfahren aufwendig und erfordert einen komplexen Aufbau der Heizungsanlage. - Ein ähnliches Verfahren wird in der
DE 10 2021 121 888 A1 beschrieben. Es wird vorgeschlagen eine Durchströmung des Bypassventils festzustellen und nach einem Aufrechterhalten des Betriebs der Pumpe für einen Zeitraum die Pumpenleistung zu reduzieren. Auch dieses erfordert einen komplexen Aufbau der Heizungsanlage. - Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Heizgerät sowie ein Computerprogramm vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll das Heizgerät energieeffizient arbeiten und einfach aufgebaut sein. Zudem sollen negative Auswirkungen eines zu geringen Volumenstromes Wärmeträger im Wärmeerzeuger vermieden werden.
- Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen 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.
- Zur Lösung der Aufgabenstellung trägt ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes bei, wobei das Heizgerät zumindest folgendes aufweist:
- einen Wärmeerzeuger, der über einem Vorlauf und einen Rücklauf mit einem Heizkreislauf verbunden ist, und
- eine Warmwasserbereitstellung, welche zwischen Vorlauf und Rücklauf mit einem elektrisch ansteuerbaren Dreiwegeventil ausgeführt ist.
- Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Erfassen mindestens eines Parameters, der einen Rückschluss auf eine Durchströmung des Wärmeerzeugers von einem Wärmeträger ermöglicht,
- b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten, mindestens einen Parameters mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert,
- c) zumindest teilweises Öffnen des Dreiwegeventils in Abhängigkeit des Vergleichs in Schritt b).
- Die Schritte a), b) und c) werden bei einem regulären Verfahrensablauf mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Insbesondere können die Schritte a) und b) permanent/ dauerhaft bzw. kontinuierlich während des Bertreibens des Heizgerätes durchgeführt werden. Das Verfahren dient einem sicheren Betreiben des Heizgerätes und kann die Durchströmung des Wärmeerzeugers des Heizgerätes mit einem Mindestvolumenstrom Wärmeträger sicherstellen.
- Das Heizgerät kann einen beliebigen Wärmerzeuger umfassen, beispielsweise einen zur Verbrennung eines Brennstoffes eingerichteten Wärmeerzeuger oder eine Wärmepumpe.
- Das Heizgerät kann insbesondere ein Gasheizgerät sein, das dazu eingerichtete ist, ein Brenngas, wie Erdgas oder insbesondere Wasserstoff, unter Zufuhr von Umgebungsluft (Verbrennungsluft) zu verbrennen und Wärmeenergie, beispielsweise zur Erwärmung eines Wärmeträgers eines Heizkreislaufes und zur Warmwasserbereitstellung zu erzeugen. Insbesondere kann es sich bei dem Heizgerät um ein Brennwertgerät handeln. Das Heizgerät weist in der Regel eine Fördereinrichtung bzw. ein Gebläse auf, die ein Gemisch von Brenngas und Verbrennungsluft in einer Durchströmungsrichtung des Heizgerätes über einen Gemischkanal in eine Brennkammer, in der ein Brenner angeordnet ist, fördern kann. In oder an der Brennkammer kann mindestens ein erster Wärmetauscher angeordnet sein, der bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher zirkulierenden Wärmeträger, beispielsweise Heizungswasser, übertragen kann. Durch den mindestens einen ersten Wärmetauscher kann Wärmeträger von einem Rücklaufanschluss zu einem Vorlaufanschluss strömen. Rücklaufanschluss und Vorlaufanschluss können mit einem Heizkreis eines Gebäudes verbunden sein. Der Heizkreis als Wärmesenke kann Verbraucher wie Heizkörper, Radiatoren oder auch Flächenheizungen (Fußboden- oder Wandheizungen) umfassen. Eine Umwälzpumpe kann dazu eingerichtet sein, den Wärmeträger im Heizkreis zu fördern bzw. zu zirkulieren. Die Umwälzpumpe kann mit ansteuerbar sein und mit dem Regel- und Steuergerät des Heizgerätes datentechnisch verbunden sein.
- Einem von der Fördereinrichtung geförderten Volumenstrom Verbrennungsluft kann hierzu, über ein Gasventil ein, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) entsprechender, Volumenstrom Brenngas zugesetzt werden. Die Verbrennungsprodukte (Abgase) können anschließend in der Durchströmungsrichtung durch eine Abgasabführung abgeführt werden. Die Abgasabführung kann einen innerhalb eines Gehäuses des Heizgerätes angeordneten Abgaskanal sowie eine außerhalb des Heizgerätes angeordnete Abgasanlage umfassen.
- Das Heizgerät kann ein Regel- und Steuergerät umfassen, das das Heizgerät bzw. dessen Verbrennungsprozess steuert und regelt. Das Regel- und Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, ein hier vorgeschlagenes Verfahren (vollständig automatisiert) durchzuführen.
- Das Heizgerät kann seine Wärmeleistung an eine bestehende Wärmeanforderung anpassen, dies wird auch als Modulieren bezeichnet. Hierzu wird zumeist eine Leistung der Fördereinrichtung gesteuert, wobei eine Verbrennungsregelung den zuzuführenden Massestrom Brenngas an die eingestellte Leistung der Fördereinrichtung und damit den geförderten Massestrom Verbrennungsluft anpassen.
- Das Heizgerät umfasst eine Warmwasserbereitstellung, die zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Heizgerätes angeordnet ist. Die Warmwasserbereitstellung umfasst zumeist einen zweiten Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, vom Wärmeträger des Heizkreises durchströmt zu werden, und dabei Wärme vom Wärmeträger auf einen Massestrom Trink- oder Brauchwasser zu übertragen. Hierzu kann der mindestens eine zweite Wärmetauscher zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf des Heizgerätes angeordnet sein, so dass der mindestens eine zweite Wärmetauscher von einem Massestrom Wärmeträger des Heizkreises vom Vorlauf zum Rücklauf durchströmt wird.
- Ein Dreiwegeventil kann dabei eine Durchströmung der Warmwasserbereitstellung initiieren. Das Dreiwegeventil kann eine ersten Öffnungsposition einnehmen, bei der, der gesamte aus dem Wärmeerzeuger strömende Massestrom Wärmeträger dem Heizkreis zugeführt und die Warmwasserbereitstellung nicht durchströmt wird. Das Dreiwegeventil kann eine zweite Öffnungsposition einnehmen, bei der der gesamte aus dem Wärmeerzeuger strömende Massestrom Wärmeträger der Warmwasserbereitstellung zugeführt und der Heizkreis nicht durchströmt wird. Das Dreiwegeventil kann mehrere oder beliebig viele Öffnungsposition in dem von der ersten Öffnungsposition und der zweiten Öffnungsposition vorgegebenen, zwischenliegenden Bereich einnehmen. Mit anderen Worten wird bei der ersten Öffnungsposition die gesamte erzeugte Wärme dem Heizkreis und bei der zweiten Öffnungsposition die gesamte erzeugte Wärme der Warmwasserbereitstellung zugeführt und das Dreiwegeventil ist dazu eingerichtet, den vom Wärmeerzeuger erzeugten Wärmestrom durch Aufteilung des Massestromes Wärmeträger auf Warmwasserbereitstellung und Heizkreis zu verteilen. Das Dreiwegeventil ist elektrisch ansteuerbar ausgeführt, so dass beispielsweise das Regel- und Steuergerät eine Öffnungsposition des Dreiwegeventils mittels eines Steuersignals einstellen kann. Das Dreiwegeventil kann hierzu beispielsweise einen Schrittmotor umfassen.
- Die Warmwasserbereitstellung kann somit als Bypass zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Heizgerätes verstanden werden. Eine Idee der Erfindung kann darin erkannt werden, dass die Warmwasserbereitstellung eine Durchströmung des Wärmeerzeugers bzw. des mindestens einen ersten Wärmetauschers mit einem Mindestvolumenstrom Wärmeträger sicherstellt. Der Mindestvolumenstrom kann einen Wärmeabtransport der erzeugten Wärme gewährleisten und/oder Siedeeffekte des Wärmeträgers in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher verhindern. Dabei versteht sich, dass es sich auch um einen Mindestmassestrom Wärmeträger handeln kann, der den Transport eines vorgegebenen Wärmestromes ermöglicht. Insofern wird ermöglicht bzw. ist vorgesehen, dass die Warmwasserbereitstellung der einzige Bypass zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf einer Heizungsanlage ist.
- Gemäß einem Schritt a) erfolgt ein Erfassen mindestens eines Parameters, der einen Rückschluss auf eine Durchströmung des Wärmeerzeugers ermöglicht. Das Erfassen kann dabei vollständig automatisiert erfolgen, beispielsweise durch das Regel- und Steuergerät des Heizgerätes.
- Gemäß einer Ausgestaltung kann es sich bei dem Parameter, der einen Rückschluss auf eine Durchströmung des Wärmeerzeugers ermöglicht, um einen erfassten Differenzdruck und/ oder eine erfasste Durchflussmenge handeln. Hierzu können Signale von mindestens einem entsprechenden Drucksensor oder mindestens einem Durchflusssensor erfasst werden. Vorteilhaft weisen Heizgeräte häufig bereits einen entsprechenden Druck- oder Durchflusssensor auf, so dass keine zusätzliche Sensorik für ein hier vorgeschlagenes Verfahren notwendig ist. Beispielhaft können dabei bekannte direkten Verfahren der Durchflussmessung wie Ultraschall, oder Wirbelmessung eingesetzt werden. Alternativ oder kumulativ könnte als indirektes Verfahren anhand einer bekannten thermischen Leistung des Wärmeerzeugers und einer Messung von Vor- und Rücklauftemperatur ein Massestrom der Durchströmung des Wärmeerzeugers berechnet werden (Massestrom = thermische Leistung Wärmerzeuger / (spezifischer Wärmekoeffizient des Wärmeträgers x (Vorlauftemperatur- Rücklauftemperatur)). Des Weiteren können elektronisch geregelte Umwälzpumpen (aus Differenzdruck und elektrischer Leistung) den Volumenstrom bestimmen/ schätzen.
- Gemäß einem Schritt b) wird der in Schritt a) erfasste mindestens eine Parameter mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Der mindestens eine vorgegebene Grenzwert kann für einen Mindestvolumenstrom der Durchströmung des Wärmeerzeugers charakteristisch sein. Hierzu kann der mindestens eine Grenzwert im Vorfeld anhand eines Referenzheizgerätes ermittelt und auf einem Speicher, beispielsweise dem Regel- und Steuergerät, hinterlegt werden bzw. sein.
- Gemäß einem Schritt c) wird das Dreiwegeventil in Abhängigkeit des Vergleichs in Schritt b) zumindest teilweise geöffnet. Durch das Öffnen kann bei einem hohen Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf, der beispielsweise durch geschlossene Ventile der Verbraucher verursacht sein kann, eine Durchströmung des Wärmeerzeugers sichergestellt und/oder ein Siedeeffekt im Wärmetauscher vermieden werden.
- Gemäß einer Ausgestaltung kann das Dreiwegeventil auf eine Öffnungsposition geöffnet werden, die eine Durchströmung des Wärmeerzeugers mit dem Mindestvolumenstrom zulässt. Mit anderen Worten kann der den Wärmeerzeuger durchströmende Volumenstrom mit der Öffnungsposition des Dreiwegeventils als Stellglied geregelt werden.
- Es wird somit ein besonders genaues Einstellen des Mindestvolumenstromes ermöglicht, wodurch die Energieeffizienz des Heizgerätes verbessert werden kann. Zudem können negative Effekte auf die Regelung des Wärmeerzeugers hervorgerufen durch einen hohen, auftretenden Volumenstrom aufgrund der Öffnung eines Bypassventils nach dem Stand der Technik vermieden werden.
- Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, welches einen Wärmeerzeuger, einen Vorlauf und einen Rücklauf hat, die dazu eingerichtet sind, mit einem Heizkreis verbunden zu werden, sowie eine Warmwasserbereitstellung aufweist, wobei letztere zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf angeordnet und deren Durchströmung mittels eines Dreiwegeventils einstellbar ist. Die Warmwasserbereitstellung kann somit als Bypass zwischen Vorlauf und Rücklauf verstanden werden und insbesondere der einzige Bypass des Heizgerätes sein. Mit anderen Worten kann das Heizgerät genau einen Bypass aufweisen, der als Warmwasserbereitstellung ausgebildet ist.
- Das Heizgerät kann einen Durchflusssensor zum Erfassen des den Wärmeerzeuger durchströmenden Masse- oder Volumenstromes Wärmeträger oder auch Mittel zum Erfassen eines Differenzdruckes zwischen Vorlauf und Rücklauf aufweisen.
- Das Heizgerät umfasst ein Regel- und Steuergerät, das dazu eingerichtet sein kann bzw. ist, das Heizgerät und den Wärmeerzeuger zu regeln und steuern, insbesondere zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens.
- Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm(-produkt) vorgeschlagen, dass ein hier vorgeschlagenes Heizgerät dazu veranlasst, die Schritte a), b) und c) eines hier vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen. Das Verfahren kann beispielsweise vollständig automatisiert auf einem Regel- und Steuergerät des Heizgerätes durchgeführt werden. Hierfür kann das Regel- und Steuergerät einen Prozessor umfassen, der die Befehle des Computerprogramms ausführen kann. Das Regel- und Steuergerät kann zudem einen Speicher aufweisen, auf dem insbesondere in digitaler Form Parameter zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens gespeichert werden oder sind.
- Nach einem weiteren Aspekt wird die Verwendung einer Warmwasserbereitstellung eines Heizgerätes zur Sicherstellung einer Durchströmung eines Wärmeerzeugers des Heizgerätes mit einem Mindestvolumenstrom vorgeschlagen. Die Warmwasserbereitstellung ist hierzu zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf des Heizgerätes angeordnet und das Dreiwegeventil kann eine Durchströmung der Warmwasserbereitstellung steuern.
- Die eingangs genannten Probleme werden also insbesondere durch ein steuerbares Hydraulikventil und die Verwendung des Brauchwasserwärmetauschers als Bypass-Zweig überwunden. Ein Heizgerät-internes Drei-Wege-Ventil, das zur Umschaltung zwischen Heizungsbetrieb und Warmwasserspeicherbeladung dient, wird insbesondere durch einen elektrischen Schrittmotor betätigt und kann in jede beliebige Position zwischen den beiden Endanschlägen (offen / zu) einnehmen. Die Betriebsstrategie ist die Überwachung des aktuellen Heizungsvolumenstroms und darauf basierend das Drei-Wege-Ventil so zu steuern, dass ein Mindestvolumenstrom durch Erhöhung des Bypass-Volumenstroms durch den Brauchwasserladekreis strömt.
- Im Gegensatz zu einem mechanischen Bypass mit möglicherweise hohem Öffnungsvolumenstrom begrenzt diese Lösung den erforderlichen Volumenstrom durch die Bypass-Abzweigung auf den vorgegebenen Wert, und zwar mit einem gleichzeitig minimalen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Anlage und/oder die Regelgüte des Kältemittelkreislaufs. Es sind keine zusätzlichen Rohrleitungsarbeiten erforderlich, weil nur vorhandene Hardware verwendet wird und keine manuelle Inbetriebnahme erforderlich ist.
- Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Speichermedium, dem Regel- und Steuergerät und/ oder dem Heizgerät 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 Betreiben eines Heizgeräts, ein Heizgerät, ein Computerprogramm(produkt) und eine Verwendung vorgeschlagen, die die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere kann das Verfahren ein sicheres und komfortables Betreiben eines Heizgerätes, insbesondere mit hoher Energieeffizienz und unter Vermeidung des Auftretens von Siedeeffekten in einem Wärmetauscher des Wärmeerzeugers ermöglichen. Zudem ermöglicht das Verfahren einen besonders einfachen Aufbau eines Heizgerätes.
- 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 Figur und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigt:
- Fig. 1:
- einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens,
- Fig. 2:
- ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
- Fig. 2:
- eine weitere Darstellung eines hier vorgeschlagenen Heizgeräts.
-
Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Die mit Blöcken 110, 120 und 130 angegebene Reihenfolge der Schritte a), b) und c) kann sich bei einem regulären Verfahrensablauf einstellen. Insbesondere können die Schritte a), b) und c) permanent bzw. kontinuierlich während des Betreibens des Heizgeräts 1 durchgeführt werden. Das Verfahren trägt dazu bei, die Durchströmung eines Wärmeerzeugers 24 des Heizgeräts 1, insbesondere eines ersten Wärmetauschers 13 des Wärmeerzeugers 24 mit einem minimalen vorgegebenen Volumenstrom Wärmeträger sicherzustellen. - Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses umfasst eine Fördereinrichtung 2, die einen Massestrom Verbrennungsluft aus einer Verbrennungsluftzuführung 4 ansaugen kann. Dem angesaugten Massestrom Verbrennungsluft kann über ein Gasventil 5 Brenngas aus einer Brenngaszuführung 25 zugesetzt werden. Das entstehende Verbrennungsgemisch kann über einen Gemischkanal 11 einem, in einer Brennkammer 8 angeordneten, Brenner 3 zugeführt und verbrannt werden. Die Verbrennungsprodukte können über einen Abgaskanal 9 einer Abgasanlage 10 eines Gebäudes zugeführt werden.
- Im Bereich der Brennkammer 8 kann eine Flammenüberwachung 14 vorgesehen sein, die das Vorhandensein einer Flamme überwacht und deren Signal für eine Verbrennungsregelung des Heizgerätes 1 herangezogen werden kann. Zudem kann an oder in der Brennkammer 8 ein erster Wärmetauscher 13 vorgesehen sein, der die bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen, in einem Heizkreis 6 zirkulierenden, Wärmeträger übertragen kann. Dabei kann der Wärmeträger über einen Rücklauf 20 in den ersten Wärmetauscher 13 einströmen und über einen Vorlauf 19 aus diesem ausströmen. Vorlauf 19 und Rücklauf 20 können mit einem Heizkreis 6 verbunden sein. In dem Heizkreis 6 können Verbraucher wie Heizkörper oder Flächenheizungen angeordnet sein. Zwischen Vorlauf 19 und Rücklauf 20 kann eine Warmwasserbereitstellung 15 angeordnet sein. Die Warmwasserbereitstellung 15 kann einen zweiten Wärmetauscher 16 umfassen. Der zweite Wärmetauscher 16 ist dazu eingerichtet einen Massestrom Trink- oder Brauchwasser aus einem Kaltwasserzulauf 21 zu erwärmen und einem Warmwasserauslauf 22 zuzuführen. Die Warmwasserbereitstellung 15 umfasst ein Dreiwegeventil 17, dass dazu eingerichtet ist den Volumenstrom Wärmeträger auf die Warmwasserbereitstellung 15 und/ oder den Heizkreis 6 zu verteilen. Zudem kann im Vorlauf 19 und/ oder im Rücklauf 20, eine Umwälzpumpe 23 angeordnet sein. Zudem kann im Vorlauf 19 und/ oder in Rücklauf 20 ein Durchflusssensor 18 angeordnet sein, der die Durchflussmenge des Wärmeträgers durch den Wärmeerzeuger 24 erfasst.
- Das Heizgerät 1 umfasst ein Regel- und Steuergerät 7, dass die Verbrennung in dem Heizgerät 1 regeln und auch zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein kann. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 7 mit dem Gasventil 5, der Fördereinrichtung 2, der Flammenüberwachung 14 der Umwälzpumpe 23, dem Dreiwegeventil 17 sowie dem Durchflusssensor 18 datentechnisch verbunden sein. Ein Computerprogramm 12, dass das Regel- und Steuergerät 7 dazu veranlasst, ein her vorgeschlagenes Verfahren auszuführen, kann auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes 7 hinterlegt sein.
-
Fig. 3 zeigt beispielhaft und thematisch eine weitere Darstellung eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes 1. Auch hier ist eine Warmwasserbereitstellung 15 über ein Dreiwegeventil 17 mit dem Vorlauf 19 und dem Rücklauf 20 des Wärmeerzeugers 24 verbunden. Im Heizkreis 6 ist ein Verbraucher 27, beispielsweise eine Fußbodenheizung, dargestellt, der mit einem Thermostatventil 26 steuerbar ist. Die Warmwasserbereitstellung 15 umfasst einen Speicher 28 mit einer Ladepumpe 29, die über einen Kaltwasserzulauf 21 und einen Warmwasserauslauf 22 mit dem zweiten Wärmetauscher 16 verbunden sind. - In Block 110 gemäß Schritt a) kann mindestens ein Parameter, der einen Rückschluss auf die Durchströmung des Wärmeerzeugers 24 ermöglicht, erfasst werden. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 7 ein Signal des Durchflusssensor 18 erfassen. Der erfasste Parameter kann beispielsweise auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts 7 hinterlegt werden.
- In Block 120 gemäß Schritt b) kann der in Schritt a) erfasste Parameter mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert verglichen werden. Als Ergebnis des Vergleichs kann festgestellt werden, ob der Wärmeerzeuger 24 ausreichend durchströmt wird. Auch der Schritt b) kann von dem Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes 1 durchgeführt werden.
- In Block 130 kann gemäß Schritt c) in Abhängigkeit des Vergleichs in Schritt b) das Dreiwegeventil 17 zumindest teilweise geöffnet werden. Das Öffnen kann dabei die Duschströmung des Wärmeerzeugers 24 mit einem Mindestvolumenstrom Wärmeträger sicherstellen.
-
- 1
- Heizgerät
- 2
- Fördereinrichtung
- 3
- Brenner
- 4
- Verbrennungsluftzuführung
- 5
- Gasventil
- 6
- Heizkreis
- 7
- Regel- und Steuergerät
- 8
- Brennkammer
- 9
- Abgaskanal
- 10
- Abgasanlage
- 11
- Gemischkanal
- 12
- Computerprogramm
- 13
- erster Wärmetauscher
- 14
- Flammenüberwachung
- 15
- Warmwasserbereitstellung
- 16
- zweiter Wärmetauscher
- 17
- Dreiwegeventil
- 18
- Durchflusssensor
- 19
- Vorlauf
- 20
- Rücklauf
- 21
- Kaltwasserzulauf
- 22
- Warmwasserauslauf
- 23
- Umwälzpumpe
- 24
- Wärmeerzeuger
- 25
- Brenngaszuführung
- 26
- Thermostatventil
- 27
- Verbraucher
- 28
- Speicher
- 29
- Ladepumpe
Claims (7)
- Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1), das einen Wärmeerzeuger (24), der über einem Vorlauf (19) und einen Rücklauf (20) mit einem Heizkreis (6) verbunden ist, und eine Warmwasserbereitstellung (15), angeordnet zwischen Vorlauf (19) und Rücklauf (20) mit einem elektrisch ansteuerbaren Dreiwegeventil (17) aufweist und zumindest die folgenden Schritte umfasst:a) Erfassen mindestens eines Parameters, der einen Rückschluss auf eine Durchströmung des Wärmeerzeugers (24) ermöglicht,b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten mindestens einen Parameters mit mindestens einem vorgegebenen Grenzwert,c) zumindest teilweises Öffnen des Dreiwegeventils (17) in Abhängigkeit des Vergleichs in Schritt b).
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Heizgerät (1) ein Gasheizgerät ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der in Schritt a) erfasste Parameter ein erfasster Differenzdruck oder eine erfasste Durchflussmenge ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) das Dreiwegeventil (17) derart zumindest teilweise geöffnet wird, dass der Wärmeerzeuger (24) von einem vorgegebenen Mindestvolumenstrom durchströmt wird.
- Heizgerät (1), umfassend einen Wärmeerzeuger (24), der mit einem Vorlauf (19) und einem Rücklauf (20) mit einem Heizkreis (6) verbunden ist, eine Warmwasserbereitstellung (15), angeordnet zwischen Vorlauf (19) und Rücklauf (20) mit einem elektrisch ansteuerbaren Dreiwegeventil (17), ein Regel- und Steuergerät (7) sowie Mittel, die so angepasst sind, dass sie die Schritte a), b) und c) eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausführen.
- Computerprogramm (12), umfassend Befehle, die ein Heizgerät (1) nach Anspruch 3 dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
- Verwendung einer Warmwasserbereitstellung (15) eines Heizgerätes (1) zur Sicherstellung einer Durchströmung eines Wärmeerzeugers (24) des Heizgerätes (1) mit einem Mindestvolumenstrom.
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-
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