EP4764331A1

EP4764331A1 - Verfahren zum betreiben eines heizgeräts zur warmwasserbereitstellung, heizgerät und computerprogrammprodukt

Info

Publication number: EP4764331A1
Application number: EP25222862.2A
Authority: EP
Inventors: Clementine Cazor; Laurent Pageot
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2024-12-17
Filing date: 2025-12-12
Publication date: 2026-06-24
Also published as: DE102024138277A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts (1) zur Warmwasserbereitstellung, dazu eingerichtet, einen Wärmeträger zu erwärmen, wobei das Heizgerät (1) einen Warmwasserwärmetauscher (16) aufweist, der dazu eingerichtet ist, Wärme von dem Wärmeträger auf einen Volumenstrom V von Trink- oder Brauchwasser zu übertragen, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a) Erfassen einer Minderung (33) des Volumenstroms V des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs, und
b) Unmittelbares Absenken einer Wärmeleistung P_H des Heizgerätes (1) nach dem Erfassen der Minderung (33) in Schritt a) für einen ersten Glättungszeitraum (39) und/oder unmittelbares Absenken des Volumenstromes V des den Warmwasserwärmetauscher (16) durchströmenden Wärmeträgers für einen zweiten Glättungszeitraum (36). Das Verfahren ermöglicht Temperaturspitzen (31) nach einer Minderung (33) des Volumenstroms V̇ des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs zu vermeiden. Zudem wird ein Heizgerät (1) sowie ein Computerprogrammprodukt (17) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts zur Warmwasserbereitstellung, ein Heizgerät sowie ein Computerprogrammprodukt.
Heizgeräte zur Warmwasserbereitstellung werden in verschiedenen Ausgestaltungen in Gebäuden eingesetzt. Diese können unterschiedliche Energiequellen zur Erwärmung von Trink- oder Brauchwasser nutzen, beispielsweise elektrische Energie oder auch Brennstoffe, insbesondere Brenngase, wie Wasserstoff oder Erdgas. Dabei kann das Heizgerät einen Volumen- oder Massenstrom eines Wärmeträgers erwärmen, der über einen Warmwassertauscher einen Volumen- oder Massenstrom von Trink- oder Brauchwasser erwärmt. Bei dem Wärmeträger kann es sich beispielsweise um Heizungswasser handeln, das zudem in einem Heizkreis zirkulierend Wärme in Räume des Gebäudes eintragen kann. Der Warmwasserwärmetauscher kann hierfür innerhalb des Heizgeräts zwischen einem Vorlauf und einem Rücklauf des Heizkreises angeordnet sein.
Insbesondere bei Heizgeräten zur Warmwasserbereitstellung, die einen Brennstoff zur Wärmegewinnung verbrennen, ist eine konstante Auslauftemperatur schwer zu erreichen. Besonders störend bzw. komforteinschränkend kann dabei ein kurzzeitiger Anstieg der Auslauftemperatur nach einer Minderung einer Durchflussmenge des zu erwärmenden Trink- oder Brauchwassers empfunden werden, der mit einer Verletzungsgefahr einhergeht. Die Minderung der Durchflussmenge kann dabei durch ein teilweises Schließen einer Zapfstelle, oder auch durch ein Schließen einer von mehreren geöffneten Zapfstellen ausgelöst werden. Dies betrifft insbesondere Heizgeräte zur Warmwasserbereitstellung, bei denen erzeugtes Warmwasser nicht in einem Warmwasserspeicher gespeichert wird, und somit das Heizgerät weitestgehend unmittelbar und direkt mit der Zapfstelle verbunden ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern oder zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes zur Warmwasserbereitstellung angegeben werden, dessen Durchführung ein Auftreten von Temperaturspitzen der Auslauftemperatur, insbesondere nach einer Minderung der Durchflussmenge des Auslaufs, also einer Minderung des entnommenen Masse- oder Volumenstroms des erwärmten Trink- oder Brauchwassers, verhindert.
Nicht zuletzt soll die Erfindung die Komplexität des Heizgeräts nicht steigern und gegebenenfalls auch an Bestandsanlagen nachrüstbar 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 Betreiben eines Heizgeräts zur Warmwasserbereitstellung bei. Das Heizgerät ist dazu eingerichtet, einen Wärmeträger zu erwärmen, wobei das Heizgerät einen Warmwasserwärmetauscher aufweist, der dazu eingerichtet ist, Wärme von dem Wärmeträger auf einen Volumenstrom von Trink- oder Brauchwasser zu übertragen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Erfassen einer Minderung des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers, während eines Entnahmevorgangs, und
b) Unmittelbares Absenken einer Wärmeleistung des Heizgerätes nach dem Erfassen der Minderung in Schritt a) für einen ersten Glättungszeitraum und/oder unmittelbares Absenken des Volumenstromes des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Wärmeträgers für einen zweiten Glättungszeitraum.

Das Verfahren und insbesondere Schritt a) kann permanent und dauerhaft bei dem Betreiben des Heizgeräts zur Warmwasserbereitstellung durchgeführt werden. Das Verfahren dient einer Minderung von auftretenden Temperaturspitzen der Auslauftemperatur des Volumenstroms des erwärmten Trink- oder Brauchwassers und dem Unterbinden einer damit verbundenen Verletzungsgefahr. Insbesondere soll verhindert werden, dass die Temperaturspitze eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet. Ein Überschreiten der Grenztemperatur kann dabei eine Verletzungsgefahr anzeigen oder auch im Rahmen eines nationalen oder regionalen Zertifizierungs- oder Zulassungsverfahren von Heizgeräten vorgegeben sein.
Das Heizgerät kann der Versorgung eines Gebäudes mit Heizungswärme und/oder Warmwasser dienen und stehend oder insbesondere wandhängend anzuordnen sein. Insbesondere kann das Heizgerät eine Wärmeleistung von bis zu 50 Kilowatt erbringen.
Das Heizgerät kann einen in einer Brennkammer angeordneten Brenner zur Verbrennung eines Brennstoffes umfassen. Hierzu kann eine Fördereinrichtung des Heizgeräts einen Verbrennungsluftstrom ansaugen, dem ein Massenstrom eines Brennstoffs entsprechend einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis (Lambda, Luftzahl) Massenstromzugesetzt wird. Der entstehende Massenstrom eines Verbrennungsgemischs aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff kann anschließend dem Brenner über einen Gemischkanal zugeführt und dort verbrannt werden. Hierfür kann an dem Brenner eine Zündeinrichtung angeordnet sein, um das Verbrennungsgemisch zu entzünden. Mindestens ein primärer Wärmetauscher kann zur Übertragung der bei der Verbrennung des Brennstoffes in der Brennkammer entstehenden Wärme auf einen in einem Heizkreis zirkulierenden Wärmeträger eingerichtet sein. Das Heizgerät kann zudem eine Umwälzpumpe des Heizkreises umfassen. Der Heizkreis kann einen Vorlauf und einen Rücklauf aufweisen, zwischen denen der Warmwasserwärmetauscher innerhalb eines Gehäuses des Heizgeräts angeordnet ist. Der Warmwasserwärmetauscher ist dazu eingerichtet Wärme von einem Volumenstrom des Wärmeträgers auf einen Massenstrom des Trink- oder Brauchwassers zu übertragen. Der Warmwasserwärmetauscher kann hierfür mit einem Kaltwasserzulauf und mindestens einer Zapfstelle verbunden sein. Bei dem Kaltwasserzulauf kann es sich um eine Verbindung mit einem Versorgungsnetz oder auch einem Brunnen handeln. Bei einem durch ein Öffnen der Zapfstelle initiierten Entnahmevorgang von Warmwasser wird Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf von dem Warmwasserwärmetauscher erwärmt und anschließend an der Zapfstelle entnommen. Hierfür kann ein Dreiwegeventil vorgesehen sein, das bei einem Warmwasser-Entnahmevorgang den Wärmeträger dem Warmwasserwärmetauscher zuführt. In Zeiträumen, in denen keine Entnahme von Warmwasser erfolgt, kann das Dreiwegeventil den (gesamten) Massenstrom des erwärmten Wärmeträgers dem Vorlauf des Heizkreises zuführen und der Warmwasserwärmetauscher wird somit nicht von dem Wärmeträger durchströmt. Das Dreiwegeventil weist hierfür in der Regel einen Aktuator, beispielsweise einen Schrittmotor, der eine Einstellposition des Dreiwegeventils und somit die Verteilung des Massenstroms des erwärmten Wärmeträgers auf den Heizkreis und den Warmwasserwärmetauscher einstellen kann. Der Aktuator des Dreiwegeventils kann von einem Steuergerät des Heizgeräts angesteuert sein. Das Steuergerät kann ein Regel- und Steuergerät sein.
Ein Entnahmevorgang des Warmwassers kann beispielhaft wie folgt ablaufen: Zunächst kann eine Durchströmung des Warmwasserwärmetauschers mit einem Volumenstrom des Trink- oder Brauchwassers erfasst werden, die durch Öffnen einer Zapfstelle ausgelöst wurde. Nun kann das Dreiwegeventil auf eine Einstellposition verfahren werden, in der ein Volumenstrom des Wärmeträgers den Warmwasserwärmetauscher durchströmt und dabei den ebenfalls durch den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Volumenstrom des Trink- oder Brauchwassers auf eine vorgegebene Solltemperatur erwärmt. Hierfür kann eine Regelung der Auslauftemperatur des erwärmten Trink- oder Brauchwassers vorgesehen sein oder auch eine Temperatur des zulaufenden Kaltwassers erfasst und eine zuzuführende Menge Wärmeenergie bestimmt und geregelt werden. Insofern kann eine Regelung, die eine möglichst konstante Auslauftemperatur entsprechend der Solltemperatur sicherstellt, einen Gleichgewichtszustand der Wärmeerzeugung und -übertragung auf den Wärmeträger und der Übertragung der Wärme vom Wärmeträger auf den Massenstrom des Trink- oder Brauchwassers einstellen. Wenn nun eine Minderung des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Volumenstrom des Trink- oder Brauchwassers, beispielsweise ausgelöst durch ein (teilweises) Schließen der Zapfstelle, kann dies bei einem Heizgerät nach dem Stand der Technik dazu führen, dass die in dem mindestens einen primären Wärmetauscher und dem Warmwasserwärmetauscher enthaltene Wärmeenergie den (geminderten) Volumenstrom des Trink- oder Brauchwassers auf eine Temperatur deutlich oberhalb der Solltemperatur und möglicherweise oberhalb einer Grenztemperatur erwärmt. Neben einer davon ausgehenden Verletzungsgefahr kann dieser Umstand auch dazu führen, dass eine nationale oder regionale Zertifizierung oder Zulassung des Heizgeräts nicht möglich ist.
Hierfür kann das Heizgerät einen Temperatursensor zur Erfassung der Auslauftemperatur des erwärmten Trink- oder Brauchwassers und/oder zur Erfassung der Einlauftemperatur des zu erwärmenden Trink- oder Brauchwassers vorgesehen sein. Zudem weist ein Heizgerät in der Regel einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Vorlaufs und/oder Rücklaufs des Heizkreises auf. Die Temperatursensoren können dabei mit dem Steuergerät des Heizgeräts datentechnisch oder datenleitend verbunden sein.
Das Heizgerät kann insbesondere zur Verbrennung des Brenngases als Brennstoff eingerichtet sein. Bei dem Brenngas kann es sich beispielsweise um ein fossiles Gas wie Erdgas oder auch um Wasserstoff handeln. Das Heizgerät kann beispielhaft zur Verbrennung des Brenngases mit einem Anteil (reinem) Wasserstoff von mindestens 80 Prozent, 90 Prozent oder 95 Prozent oder auch reinem Wasserstoff eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Heizgerät um ein Brennwert-Gasheizgerät handeln, das dazu eingerichtet ist, das Abgas derart abzukühlen, dass enthaltenes Wasser kondensiert und somit die Kondensationswärme nutzbar macht.
Das Heizgerät kann zur Steuerung des Massenstroms des Brenngases ein Gasventil aufweisen, das in der Regel ein Gassicherheitsventil und ein Gasregelventil umfassen kann. Das Gasregelventil kann dabei insbesondere ein Schrittmotorventil sein, das einen definierten Massenstrom des Brenngases einstellen kann. Alternativ kann das Gasregelventil auch einen Massenstrom des Brenngases entsprechend einem übermittelten Steuerdruck abgeben. Der Steuerdruck kann dabei in einer Venturieinrichtung erfasst werden und ein Maß für den geförderten Massenstrom der Verbrennungsluft sein. Diese Ausgestaltung wird auch als pneumatischer Gas-Luftverbund bezeichnet. Das Sicherheitsventil soll ein Austreten unverbrannten Wasserstoffs verhindern und wird beispielsweise bei einem Startvorgang des Heizgerätes erst nach dem Anfahren der Fördereinrichtung für eine für den Startvorgang geeignete Startleistung freigegeben. Die vorgenannten Komponenten können alle Teile des Heizkessels selbst sein.
Das Heizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen, was auch als "Modulieren" bezeichnet wird. Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur des mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, das Steuergerät des Heizgeräts eine Leistung der Fördereinrichtung und damit den Massenstrom der Verbrennungsluft, die durch den Heizkessel als Verbrennungsluft genutzt wird, an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig passt die Regelung den Brennstoffmassenstrom an den sich ändernden Massenstrom der Verbrennungsluft an. Dies erfolgt auch bei einer Minderung des zu erwärmenden Volumenstromes des Trink- oder Brauchwassers, so dass das Heizgerät bzw. eine Regelung desselben nach einer Minderung des Massenstromes zu erwärmenden Trink- oder Brauchwassers die Wärmeleistung des Brenners automatisch absenkt. Allerdings kann die im mindestens einen primären Wärmetauscher und/oder im Warmwasserwärmetauscher enthaltene Wärmeenergie zu einem oben beschriebenen nachteiligen Anstieg der Auslauftemperatur über die Solltemperatur oder sogar die Grenztemperatur des Trink- oder Brauchwassers führen. Dies kann durch die hier vorgeschlagene Erfindung abgestellt bzw. erheblich gemindert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann es sich bei dem mindestens einen primären Wärmetauscher und/oder dem Warmwasserwärmetauscher um einen Wärmetauscher aus Aluminium handeln, der eine (relevante) Wärmekapazität aufweist. Bei einem derartigen Wärmetauscher kann eine ausgeprägte Temperaturspitze nach einer Minderung des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs aufgrund der in den Wärmetauschern gespeicherten Wärmeenergie auftreten und somit eine Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens besonders vorteilhaft sein.
Gemäß einem Schritt a) erfolgt ein Erfassen einer Minderung des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs. Das Erfassen kann dabei mittels einer beliebigen Erfassungseinrichtung erfolgen, deren Signal einen Rückschluss auf den Massenstrom des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Trink- oder Brauchwassers ermöglicht. Die Erfassungseinrichtung kann dabei insbesondere ein Durchflusssensor sein, der den, das Heizgerät durchströmenden, Volumenstrom Wasser erfasst, wobei der Durchflusssensor beispielsweise im Kaltwasserzulauf, dem Warmwasserwärmetauscher oder dem Warmwasserauflauf angeordnet ist. Alternativ oder kumulativ kann eine Minderung des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers auch durch einen Anstieg der Rücklauftemperatur des Heizkreises bzw. einem Anstieg des aus dem Warmwasserwärmetauscher ausströmenden Wärmeträgers erkannt werden. Der Schritt a) kann durch das Steuergerät des Heizgeräts durchgeführt werden.
Gemäß einem Schritt b) kann ein unmittelbares Absenken der Leistung des Heizgerätes nach dem Erfassen der Minderung in Schritt a) für einen ersten Glättungszeitraum und/oder ein unmittelbares Absenken des Volumenstromes des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Wärmeträgers für einen zweiten Glättungszeitraum erfolgen. "Unmit-telbar" bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere ohne zeitliche Verzögerung (beispielsweise unter einer Sekunde, insbesondere weniger als 300 Millisekunden). Dabei wird der Schritt b) insbesondere unmittelbar ohne zeitliche Verzögerung nach dem Erfassen der Minderung in Schritt a) durchgeführt. Dabei kann für einen ersten Glättungszeitraum die Leistung des Heizgeräts, mit anderen Worten die Leistung des Brenners um einen Betrag oder Prozentsatz gemindert werden. Dadurch kann die an den Wärmeträger übertragene Wärme verringert werden, um die Temperaturspitze des auslaufenden Warmwassers zu mindern. Alternativ oder kumulativ kann auch der den Warmwasserwärmetauscher durchströmende Volumenstrom des Wärmeträgers gemindert werden. Hierfür kann der im Heizkreis zirkulierende Massenstrom des Wärmeträgers gesenkt werden, beispielsweise mittels der Umwälzpumpe des Heizkreises.. Dabei können auftretenden Temperaturspitzen des auslaufenden Warmwassers besonders effektiv durch ein unmittelbares Absenken der Leistung des Heizgerätes für einen ersten Glättungszeitraum und durch ein zumindest teilweise gleichzeitiges unmittelbares Absenken des Volumenstromes des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Wärmeträgers gemindert werden. Dabei können der erste und zweite Glättungszeitraum auch gleich lang sein.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Auslauftemperatur durch einen Regler geregelt werden und eine Regelabweichung erfasst werden. Die Regelabweichung ist dabei definiert als die Differenz der vorgegebenen Solltemperatur des Warmwassers mit der aktuellen Auslauftemperatur. Insbesondere kann der Regler ein PI-Regler sein. Dabei kann der P-Anteil des PI-Reglers mit einem Wert, der von der Regelabweichung und/ oder der in Schritt a) erfassten Minderung des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs verstärkt werden. Diese Möglichkeit ist vorteilhaft besonders einfach umsetzbar.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Glättungszeitraum in einem Bereich von 2 Sekunden bis 10 Sekunden liegen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der zweite Glättungszeitraum in einem Bereich von 20 Sekunden bis 60 Sekunden liegen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Leistung des Heizgeräts in Schritt b) während des ersten Glättungszeitraums um 50 Prozent bis 90 Prozent gemindert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der Volumenstrom des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Wärmeträgers während des zweiten Glättungszeitraums um 10 Prozent bis 50 Prozent gemindert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann in Schritt b) der erste Glättungszeitraum, der zweite Glättungszeitraum, der zu mindernde Betrag der Wärmeleistung des Heizgeräts und/oder der zu mindernde Betrag des Volumenstroms des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden Wärmeträgers einem Kennfeld entnommen sein. Das Kennfeld kann dabei insbesondere im Vorfeld an einem Referenzheizgerät ermittelt worden sein.
Gemäß einer Ausgestaltung kann in Schritt b) der erste Glättungszeitraum, der zweite Glättungszeitraum, der zu mindernde Betrag der Wärmeleistung des Heizgeräts und/oder der zu mindernde Betrag des Volumenstroms, des den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden, Wärmeträgers abhängig von der in Schritt a) erfassten Minderung des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers während eines Zapfvorgangs sein. Vorteilhaft kann so eine effektive Glättung einer Temperaturspitze des auslaufenden Warmwassers weitestgehend unabhängig von der Betriebssituation und weitestgehend unabhängig vom Betrag der in Schritt a) erfassten Minderung des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers während des Entnahmevorgangs erfolgen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend:

eine Brennkammer, dazu eingerichtet, ein Gemisch aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft an einem in der Brennkammer angeordneten Brenner zu verbrennen und dabei entstehende Wärme auf einen Wärmeträger zu übertragen,
einen Warmwasserwärmetauscher, dazu eingerichtet, Wärme von dem Wärmeträger auf einen Massenstrom von Trink- oder Brauchwasser zu übertragen, sowie
ein Steuergerät, dazu eingerichtet, ein hier vorgeschlagenes Verfahren durchzuführen.

Das Steuergerät kann ein Regel- und Steuergerät des Heizgeräts und/oder zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein. Das Steuergerät kann beispielsweise einen Prozessor aufweisen und/oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Das Steuergerät kann hierfür insbesondere mit einer Fördereinrichtung, dem Gasventil, einer Flammenüberwachung, dem Dreiwegeventil und/oder einem Aktuator desselben, einem Durchflusssensor zur Erfassung der Durchflussmenge der Warmwasserbereitstellung, der Umwälzpumpe des Heizkreises und/oder mindestens einem Temperatursensor, der einen Rückschluss auf die Auslauftemperatur des mittels des Warmwasserwärmetauschers erwärmten Trink- oder Brauchwassers datentechnisch bzw. datenleitend verbunden sein. Zudem können auf einem Speicher des Steuergerätes im Rahmen der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens erfasste oder benötigte Daten hinterlegt werden oder sein, beispielsweise in Form eines Kennfelds.
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 Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Steuergerät des Heizgerätes durchgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch eine Warmwasseranlage vorgeschlagen, umfassend ein hier vorgeschlagenes Heizgerät. Der Warmwasserauslauf des Heizgeräts ist dabei direkt mit mindestens einer Zapfstelle verbunden. Insbesondere ist somit keine Speichereinrichtung vorgesehen, abgesehen von der Speicherkapazität der das Warmwasser führenden Rohre. Bei einer derartigen Warmwasseranlage ist die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens besonders vorteilhaft, da eine auftretende Temperaturspitze direkt zur Zapfstelle geleitetet werden würde.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm und dem Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Es wird angemerkt, dass ein in dieser Schrift angesprochener Massenstrom auch als Volumenstrom verstanden werden kann oder umgekehrt. So ist einem Fachmann bekannt, einen Massenstrom in Kenntnis der Dichte des Mediums in einen Volumenstrom zu überführen und umgekehrt.
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 zur Warmwasserbereitstellung, ein Heizgerät sowie ein Computerprogrammprodukt angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Heizgerät sowie das Computerprogrammprodukt zumindest dazu bei, bei einer Minderung der Entnahmemenge während eines Entnahmevorgangs des Warmwassers auftretende Temperaturspitzen zu glätten. Somit kann eine davon ausgehende Verletzungsgefahr vollständig vermieden und zudem der Nutzerkomfort erheblich gesteigert werden. Zudem erhöht die Erfindung die Kompaktheit und Komplexität des Heizgeräts kaum oder nur unwesentlich. Nicht zuletzt kann die Erfindung auch mit nur geringem Aufwand an Bestandsgeräten mittels einer einfachen Softwareimplementierung nachgerüstet werden.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch das angeführte Ausführungsbeispiel 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 zeigen:

Fig. 1:: einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens,
Fig. 2:: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät,
Fig. 3 a) bis d):: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Die mit Blöcken 110 und 120 dargestellten Schritte a) und b) können bei einem regulären Verfahrensablauf mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Das Verfahren kann insbesondere permanent beim Betreiben eines Heizgeräts 1 durchgeführt werden. Das Verfahren dient einer Minderung von Temperaturspitzen einer Auslauftemperatur der Warmwasserbereitstellung des Heizgeräts 1.
Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses umfasst einen in einer Brennkammer 8 angeordneten Brenner 3. Über eine Zuführung für Verbrennungsluft 4, in der ein Durchflusssensor 12 angeordnet sein kann, wird ein Volumenstrom der Verbrennungsluft durch eine Fördereinrichtung 2, insbesondere in Form eines Gebläses, angesaugt. Die Fördereinrichtung 2 kann mit einem Drehzahlregler 6 verbunden sein, der mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-)Signals eine Drehzahl n der Fördereinrichtung 2 regeln kann. Ein Gasventil 5 setzt dem angesaugten Volumenstrom der Verbrennungsluft einen Volumenstrom eines Brenngases aus einer Gaszuführung 14 zu und kann ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Volumenstroms des Brenngases umfassen. Das erzeugte Verbrennungsgemisch aus dem Brenngas und der Verbrennungsluft strömt über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3. Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, die mit einer Grundfläche an einer Brennertür 15 derart befestigt sein kann, dass das Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal 11 in den Brenner 3 strömen kann. Zudem kann das Heizgerät 1 an bzw. in der Brennertür 15 eine (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 13 aufweisen, die ein Vorhandensein einer Flamme detektieren oder auch eine Qualität der Verbrennung erfassen kann und so zur Verbrennungsregelung genutzt werden kann. Bei der Verbrennung entstehende Wärme wird über einen primären Wärmetauscher 23 auf einen in einem Heizkreis 18 zirkulierenden Wärmträger übertragen. Hierzu ist im Heizkreis 18 eine Umwälzpumpe 24 vorgesehen. Der Heizkreis 18 umfasst einen Vorlauf 19 und einen Rücklauf 20 zwischen denen ein Warmwasserwärmetauscher 16 angeordnet ist. Dieser ist mittels eines Dreiwegeventils 25 in den Vorlauf 19 eingebunden. Alternativ könnte das Dreiwegeventil 25 auch im Rücklauf 20 angeordnet sein. Das Dreiwegeventil 25 umfasst einen Aktuator, der von einem Steuergerät 7 des Heizgeräts 1 angesteuert werden kann. Der Warmwasserwärmetauscher 16 umfasst einen Kaltwasserzulauf 21, über den kaltes Trink- oder Brauchwasser, beispielsweise aus einem Versorgungsnetz, zugeführt werden kann. In dem Kaltwasserzulauf kann ein Durchflusssensor 42 angeordnet sein, der die den Warmwasserwärmetauschers 16 durchströmende Durchflussmenge erfassen kann. Nach Erwärmung des Trink- oder Brauchwassers im Warmwasserwärmetauscher 16 wird dieses über einen Warmwasserauslauf 22 einer hier nicht gezeigten Zapfstelle, beispielsweise einer Dusche, zugeführt. Im Warmwasserauslauf 22 kann ein Temperatursensor 26 angeordnet sein. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über ein Abgasrohr 9 des Heizgerätes 1 und eine Abgasanlage 10 nach Außen abgeleitet werden.
Das hier vorgeschlagenen Heizgerät 1 kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet sein. Hierfür kann die (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 13 als Sensor für von der Flamme emittierte UV-Strahlung (Ultraviolett-Strahlung) ausgebildet sein.
Das Steuergerät 7 kann zur Regelung des Heizgerätes 1 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit dem Drehzahlregler 6, der Fördereinrichtung 2, dem Gasventil 5, der Flammenüberwachung 13, dem Durchflusssensor 12, dem Gasventil 5, dem Dreiwegeventil 25, der Umwälzpumpe 24 und/oder dem Temperatursensor 26 datentechnisch bzw. datenleitend verbunden sein. Das Steuergerät 7 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein. Hierfür kann das Steuergerät 7 einen Speicher umfassen, auf dem ein Computerprogrammprodukt 17 hinterlegt ist. Das Computerprogrammprodukt 17 kann das Steuergerät 7 dazu veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren gemäß den Blöcken 110 und 120 auszuführen.
Die Fig. 3 a) bis d) zeigen Parameterverläufe, die sich bei Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können. So zeigt die Fig. 3a) drei Temperaturverläufe 28, 29, 30 und eine Grenztemperatur 27, angegeben in Grad Celsius über der Zeit t in Sekunden. Bei einem Heizgerät 1 nach dem Stand der Technik kann, wie der erste Temperaturverlauf 28 zeigt, nach einer Minderung 33 des aus dem Warmwasserauslauf 22 entnommenen Volumenstromes V des Trink- oder Brauchwassers 32 eine Temperaturspitze 31 oberhalb der Grenztemperatur 27 auftreten. Die Temperaturspitze 31 schränkt den Nutzerkomfort ein und geht zudem mit einer Verletzungsgefahr einher. Der zweite Temperaturverlauf 29 und der dritte Temperaturverlauf 30 können bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens auftreten.
Die Fig. 3b) zeigt den Verlauf 32 des Volumenstromes V des aus dem Warmwasserauslauf 22 entnommenen Trink- oder Brauchwassers. Erkennbar erfolgt eine Minderung 33 des Volumenstromes V des entnommenen Trink- oder Brauchwassers zu einem Minderungszeitpunkt 40. Die Fig. 3 c) zeigt den Verlauf 34 der relativen elektrischen Förderleistung P_P der Umwälzpumpe 24 im Heizkreis 18. Die relative elektrische Förderleistung P_P gibt dabei das Verhältnis der aktuellen Förderleistung zur Nennförderleistung der Umwälzpumpe 24 an. Die Fig. 3 d) zeigt Verläufe 41, 37 der Wärmeleistung P_H des Heizgeräts 1 bzw. des Brenners 3. Der erste Verlauf 41 der Wärmeleistung ist charakteristisch für ein Heizgerät 1 nach dem Stand der Technik und der zweite Verlauf 37 der Wärmeleistung P_H kann bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens auftreten.
In Block 110 kann gemäß Schritt a) ein Erfassen einer Minderung 33 des Volumenstroms V des Trink- oder Brauchwassers während eines Zapfvorgangs erfolgen. Das Erfassen kann beispielsweise mittels eines hier nicht gezeigten Durchflusssensors, der den, den Warmwasserwärmetauscher durchströmenden, Volumenstrom V des Trink- oder Brauchwassers erfasst. Die Minderung 33 kann zu dem Minderungszeitpunkt 40 auftreten.
In Block 120 kann gemäß Schritt b) ein unmittelbares Absenken der Wärmeleistung P_H des Heizgerätes 1 nach dem Erfassen der Minderung 33 in Schritt a) für einen ersten Glättungszeitraum 39 und/oder ein unmittelbares Absenken des Volumenstromes V des den Warmwasserwärmetauscher 16 durchströmenden Wärmeträgers erfolgen. In der Fig. 3 wurde die Wärmeleistung P_H des Heizgeräts 1 für die Zeitdauer eines ersten Glättungszeitraums 39 um einen Betrag 38 gemindert, wie in dem zweiten Verlauf 37 der Wärmeleistung P_H erkennbar ist. Zudem wurde die Leistung der Umwälzpumpe 24 zum Minderungszeitpunkt 40 schlagartig um einen Betrag 35 für einen zweiten Glättungszeitraum 36 gemindert. Der Effekt kann der Fig. 3a) entnommen werden. So entsteht der zweite Temperaturverlauf 29 in Fig. 3a) bei einer Durchführung des Schrittes b) bei der nur die Wärmeleistung P_H des Heizgeräts 1 für die Zeitdauer eines ersten Glättungszeitraums 39 um einen Betrag 38 abgesenkt wurde. Erkennbar konnte die Dauer des Auftretens der Temperaturspitze 31, insbesondere die Zeitdauer, die die Auslauftemperatur des erwärmten Trink- oder Brauchwassers größer der Grenztemperatur 27 ist, gesenkt werden. Bei dem dritten Temperaturverlauf in Fig. 3a) wurde zum Minderungszeitpunkt 40 sowohl die Wärmeleistung P_H des Heizgeräts 1 für die Zeitdauer eines ersten Glättungszeitraums 39 um einen Betrag 38 als auch die Leistung der Umwälzpumpe 24 schlagartig um einen Betrag 35 für einen zweiten Glättungszeitraum 36 abgesenkt. Erkennbar konnte so ein Überschreiten der Grenztemperatur 27 durch die Auslauftemperatur des erwärmten Trink-oder Brauchwassers vollständig vermieden werden.

Bezugszeichenliste

1: Heizgerät
2: Fördereinrichtung
3: Brenner
4: Zuführung Verbrennungsluft
5: Gasventil
6: Drehzahlregler
7: Steuergerät
8: Brennkammer
9: Abgaskanal
10: Abgasanlage
11: Gemischkanal
12: Durchflusssensor Zuführung Verbrennungsluft
13: Flammenüberwachung
14: Gaszuführung
15: Brennertür
16: Warmwasserwärmetauscher
17: Computerprogrammprodukt
18: Heizkreis
19: Vorlauf
20: Rücklauf
21: Kaltwasserzulauf
22: Warmwasserauslauf
23: primärer Wärmetauscher
24: Umwälzpumpe
25: Dreiwegeventil
26: Temperatursensor
27: Grenztemperatur
28: erster Temperaturverlauf
29: zweiter Temperaturverlauf
30: dritter Temperaturverlauf
31: Temperaturspitze
32: Verlauf Volumenstrom des Trink- oder Brauchwassers
33: Minderung des Volumenstroms
34: Leistungsverlauf der Umwälzpumpe
35: Betrag der Leistungsminderung
36: zweiter Glättungszeitraum
37: zweiter Verlauf der Wärmeleistung
38: Betrag Minderung der Wärmeleistung
39: erster Glättungszeitraum
40: Minderungszeitpunkt
41: erster Verlauf der Wärmleistung
42: Durchflusssensor Warmwasserbereitstellung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts (1) zur Warmwasserbereitstellung, dazu eingerichtet, einen Wärmeträger zu erwärmen, wobei das Heizgerät (1) einen Warmwasserwärmetauscher (16) aufweist, der dazu eingerichtet ist, Wärme von dem Wärmeträger auf einen Volumenstrom V von Trink- oder Brauchwasser zu übertragen, umfassend die folgenden Schritte:
a) Erfassen einer Minderung (33) des Volumenstroms V des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs, und

b) Unmittelbares Absenken einer Wärmeleistung P_H des Heizgerätes (1) nach dem Erfassen der Minderung (33) in Schritt a) für einen ersten Glättungszeitraum (39) und/oder unmittelbares Absenken des Volumenstromes V des den Warmwasserwärmetauscher (16) durchströmenden Wärmeträgers für einen zweiten Glättungszeitraum (36).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum einen der erste Glättungszeitraum (39) und/oder der zweite Glättungszeitraum (36) und zum anderen ein Betrag (38) des Absenkens der Wärmeleistung P_H des Heizgeräts (1) und/oder ein Betrag des Absenkens des Volumenstromes V des den Warmwasserwärmetauscher (16) durchströmenden Wärmeträgers einem Kennfeld entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Kennfeld im Vorfeld an einem Referenzheizgerät ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auslauftemperatur mittels eines Reglers geregelt wird und eine Regelabweichung und/ oder der in Schritt a) erfassten Minderung (33) des Volumenstroms des Trink- oder Brauchwassers während eines Entnahmevorgangs derart in den Regler als Eingangssignal eingehen, dass eine Antwort des Reglers auf die in Schritt a) erfasste Minderung des Volumenstroms V beschleunigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Regler ein PI-Regler ist und der P-Anteil des PI-Reglers mit einem Wert, der von der Regelabweichung und/ oder der in Schritt a) erfassten Minderung (33) des Volumenstroms V des Trink- oder Brauchwassers abhängig ist, während eines Entnahmevorgangs verstärkt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Warmwasserwärmetauscher (16) zwischen einem Vorlauf (19) und einem Rücklauf (20) eines Heizkreises (18) angeordnet ist, in dem der Wärmeträger mittels einer Umwälzpumpe (24) zirkuliert und ein Dreiwegeventil (25) den Wärmeträger auf den Warmwasserwärmetauscher (16) und den Heizkreis (18) aufteilt, und das Absenken des Volumenstromes V des den Warmwasserwärmetauscher (16) durchströmenden Wärmeträgers durch ein Absenken der Leistung einer Umwälzpumpe (24).
Heizgerät (1) aufweisend
- eine Brennkammer (8), dazu eingerichtet, ein Gemisch aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft an einem in der Brennkammer (8) angeordneten Brenner (3) zu verbrennen und dabei entstehende Wärme auf einen Wärmeträger zu übertragen,

- einen Warmwasserwärmetauscher (16), dazu eingerichtet, Wärme von dem Wärmeträger auf einen Volumenstrom V von Trink- oder Brauchwasser zu übertragen, sowie

- ein Steuergerät (7), dazu eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
Heizgerät (1) nach Anspruch 7, wobei das Heizgerät (1) ein Gasheizgerät mit Brennwerttechnik ist, bei dem der Wärmeträger in einem Heizkreis (18) zirkuliert und Heizungswärme bereitstellt.
Heizgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Heizgerät (1) einen Durchflusssensor zur Erfassung des den Warmwasserwärmetauscher (16) durchströmenden Masse- oder Volumenstromes V des Trink- oder Brauchwassers umfasst.
Heizgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Warmwasserwärmetauscher (16) Aluminium als Material umfassen.
Computerprogrammprodukt (17), umfassend Befehle, die ein Heizgerät (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.