DE102022112758A1 - Method for operating a heater, computer program, control and control device and heater - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (12), mit einer Anordnung (17) zur Warmwasserbereitung, zumindest umfassend- einen ersten Wärmetauscher (11), eingerichtet zur Anordnung in einem Abgasweg eines Wärmeerzeugers (1) des Heizgerätes (12),- einen zweiten Wärmetauscher (3), eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Heizkreislauf (14) des Heizgerätes (12),- einen Wasserkreislauf (15) verbindend den ersten Wärmetauscher (11) und den zweiten Wärmetauscher (3) und mindestens einen Warmwasserspeicher (9, 10), wobei das Heizgerät (12) in einem Heizungsmodus betreibbar ist, in dem ein dritter Wärmetauscher (13) einen, in einem Heizkreislauf (14) zirkulierenden Wärmeträger erwärmt und dabei der Wasserkreislauf (15) dem mindestens einen Warmwasserspeicher (10) im ersten Wärmetauscher (11) erwärmtes Wasser zuführt.What is proposed is a method for operating a heater (12), with an arrangement (17) for preparing hot water, comprising at least a first heat exchanger (11), set up for arrangement in an exhaust gas path of a heat generator (1) of the heater (12), - a second heat exchanger (3), set up for heat exchange with a heating circuit (14) of the heater (12), - a water circuit (15) connecting the first heat exchanger (11) and the second heat exchanger (3) and at least one hot water tank (9, 10) , wherein the heater (12) can be operated in a heating mode in which a third heat exchanger (13) heats a heat transfer medium circulating in a heating circuit (14) and the water circuit (15) corresponds to the at least one hot water tank (10) in the first heat exchanger ( 11) supplies heated water.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät.The invention relates to a method for operating a heater, a computer program, a control and control device and a heater.
Bei modernen Heizgeräten ist in der Regel eine Warmwasserversorgung integriert. Hierfür ist häufig ein Wärmetauscher vorgesehen, der das zu erwärmende Trink- oder Brauchwasser auf die gewünschte Temperatur erwärmt und in einem Speicher zur Entnahme vorhält. Hierbei spielen Aspekte des Nutzerkomforts eine Rolle, insbesondere sollten auch größere Mengen Warmwasser, beispielsweise für mehrere Dusch- oder Badenutzungen, entnehmbar sein. Weiter sind die Effizienz der Warmwasserbereitstellung vor dem Hintergrund steigernder Brennstoffkosten und ökologischer Probleme eine große Herausforderung.Modern heaters usually have an integrated hot water supply. A heat exchanger is often provided for this purpose, which heats the drinking or industrial water to be heated to the desired temperature and stores it in a storage tank for extraction. Aspects of user comfort play a role here; in particular, larger amounts of hot water should be available, for example for multiple showers or baths. Furthermore, the efficiency of hot water provision is a major challenge given increasing fuel costs and ecological problems.
Die
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll das Verfahren ein Betreiben eines Heizgerätes mit einem hohen Nutzerkomfort und einer hohen Energieeffizienz ermöglichen.Proceeding from this, it is the object of the invention to propose a method for operating a heater, a computer program, a control and control device and a heater which at least partially overcome the described problems of the prior art. In particular, the method should enable a heater to be operated with a high level of user comfort and high energy efficiency.
Zudem soll die Erfindung die Komplexität des Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen gegenüber Heizgeräten nach dem Stand der Technik erfordern.In addition, the invention should at least not significantly increase the complexity of the heater and only require minor structural changes compared to heaters according to the prior art.
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.These tasks are solved by the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments of the solution proposed here are specified in the independent patent claims. It should be noted that the features listed in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically sensible manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the patent claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Hierzu trägt ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, mit einer Anordnung zur Warmwasserbereitung, zumindest umfassend
- - einen ersten Wärmetauscher, eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Abgasweg eines Wärmeerzeugers des Heizgerätes (bzw. zur Anordnung in einem Abgasweg eines Wärmeerzeugers des Heizgerätes),
- - einen zweiten Wärmetauscher, eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Heizkreislauf des Heizgerätes,
- - einen Wasserkreislauf verbindend den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher und mindestens einen Warmwasserspeicher,
- - a first heat exchanger, set up for heat exchange with an exhaust gas path of a heat generator of the heater (or for arrangement in an exhaust gas path of a heat generator of the heater),
- - a second heat exchanger, set up for heat exchange with a heating circuit of the heater,
- - a water circuit connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger and at least one hot water tank,
Die Anordnung zur Warmwasserbereitstellung kann dazu eingerichtet sein, Wasser im ersten Wärmetauscher vorzuwärmen und im zweiten Wärmetauscher auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen und anschließend dem Warmwasserspeicher zuzuführen.The arrangement for providing hot water can be set up to preheat water in the first heat exchanger and to heat it to the desired temperature in the second heat exchanger and then supply it to the hot water storage tank.
Hierzu kann der Wasserkreislauf eine Wasserpumpe umfassen, die das Wasser im Wasserkreislauf in einer Zirkulationsrichtung umwälzen kann.For this purpose, the water circuit can include a water pump that can circulate the water in the water circuit in one direction of circulation.
Ein Warmwasserspeicher ist ein bekannter Speicher (Tank) zur Aufnahme von Warmwasser. Der Warmwasserspeicher kann insbesondere als Schichtladespeicher ausgebildet sein. Diese ermöglichen durch Ausbildung einer (vertikalen bzw. geodätischen) Temperaturschichtung des enthaltenen Trink- oder Brauchwassers eine Zuführung und Entnahme von Wasser verschiedener Temperaturen in Abhängigkeit der Entnahmehöhe im Schichtladespeicher. Der Warmwasserspeicher kann ein beliebiger Schichtladespeicher nach dem Stand der Technik sein, insoweit ggf. kann insbesondere auf die konstruktiven, strukturellen und/oder funktionalen Erläuterungen der
Der Wasserkreislauf kann dabei derart ausgestaltet sein, dass aus dem zweiten Wärmetauscher austretendes und auf die gewünschte Temperatur erwärmtes Wasser einem als Schichtladespeicher ausgeführten Warmwasserspeicher zugeführt wird, insbesondere einem oberen Heißbereich des Schichtladespeichers.The water circuit can be designed in such a way that water emerging from the second heat exchanger and heated to the desired temperature is fed to a hot water storage designed as a stratified charge storage tank, in particular to an upper hot area of the stratified charge storage tank.
Das Heizgerät umfasst zumindest einen Wärmeerzeuger, insbesondere einen Gas-Brennwertkessel, der durch Verbrennung eines Brennstoffes Wärmeenergie freisetzt und über mindestens einen dritten Wärmetauscher auf einen Heizkreislauf übertragen kann. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase können über einen Abgaskanal einer Abgasanlage zugeführt werden. Der Heizkreislauf kann eine Umwälzpumpe aufweisen, welche dazu eingerichtet sein kann, ein Wärmeträgermedium (Heizungswasser) umzuwälzen, wobei über einen Heizungsvorlauf erwärmtes Wärmeträgermedium Verbrauchern, wie beispielsweise Konvektoren oder Flächenheizungen, zugeführt und über einen Heizungsrücklauf zum Wärmeerzeuger bzw. dem mindestens einen dritten Wärmetauscher rückgeführt werden kann.The heater comprises at least one heat generator, in particular a gas condensing boiler, which releases heat energy by burning a fuel and can transfer it to a heating circuit via at least a third heat exchanger. The exhaust gases produced during combustion can be fed to an exhaust system via an exhaust duct. The heating circuit can have a circulation pump, which can be set up to circulate a heat transfer medium (heating water), with heat transfer medium heated via a heating flow being supplied to consumers, such as convectors or surface heaters, and being returned to the heat generator or the at least one third heat exchanger via a heating return can.
Die Anordnung zur Warmwasserbereitung für das Heizgerät kann zumindest einen Wasserkreislauf mit einem ersten Wärmetauscher aufweisen, angeordnet am bzw. im Abgasweg des Wärmeerzeugers. Der erste Wärmetauscher kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das Abgas des Wärmeerzeugers unter den Taupunkt abzukühlen und somit die Kondensationswärme des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes aufzunehmen. Vorteilhaft kann so eine hohe energetische Effizienz der vorgeschlagenen Anordnung erreicht werden.The arrangement for preparing hot water for the heater can have at least one water circuit with a first heat exchanger, arranged on or in the exhaust gas path of the heat generator. The first heat exchanger can in particular be designed to cool the exhaust gas of the heat generator below the dew point and thus absorb the heat of condensation of the water vapor contained in the exhaust gas. In this way, a high energetic efficiency of the proposed arrangement can advantageously be achieved.
Dem ersten Wärmetauscher kann ein zweiter Wärmetauscher nachgeordnet sein, der zum Wärmeaustausch mit dem Heizkreislauf der Heizungsanlage eingerichtet sein kann. Hierzu kann der zweite Wärmetauscher insbesondere in einem Bypass zwischen dem Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf des Heizkreislaufes eingebunden sein.The first heat exchanger can be followed by a second heat exchanger, which can be set up for heat exchange with the heating circuit of the heating system. For this purpose, the second heat exchanger can be integrated in particular in a bypass between the heating flow and heating return of the heating circuit.
Besonders vorteilhaft kann es sich bei dem zweiten Wärmetauscher um einen Plattenwärmetauscher handeln, der insbesondere eine besonders hohe Wärmeübertragungsleistung ermöglicht. Eine Wärmeübertragung vom Wärmeträgermedium des Heizkreiskreislaufes auf den Wasserkreislauf kann erheblich höhere Wärmeströme im Vergleich zu einem im Abgasweg angeordneten Wärmetauscher verwirklichen und so eine hohe Erwärmungsgeschwindigkeit verbunden mit einem hohen Nutzerkomfort ermöglichen.Particularly advantageously, the second heat exchanger can be a plate heat exchanger, which in particular enables a particularly high heat transfer performance. A heat transfer from the heat transfer medium of the heating circuit to the water circuit can achieve significantly higher heat flows compared to a heat exchanger arranged in the exhaust gas path and thus enable a high heating rate combined with a high level of user comfort.
Das Heizgerät kann in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar sein, die insbesondere zumindest einem Warmwassermodus und einen Heizungsmodus umfassen.The heater can be operable in different operating modes, which in particular include at least one hot water mode and one heating mode.
In einem Warmwassermodus kann ermöglicht werden, einen Teil, bzw. häufig die gesamte, vom Wärmeerzeuger bereitgestellte Wärme, der Warmwasserbereitstellung bereitzustellen. Hierzu kann, beispielsweise über ein Ventil gesteuert, der Heizkreislauf über den zweiten Wärmetauscher geführt werden, wodurch die vom dritten Wärmetauscher in den Heizkreislauf eingetragene Wärme auf den Wasserkreislauf übertragen werden kann. Zudem kann die Wärme aus dem Abgasweg des Wärmeerzeugers über den ersten Wärmetauscher gleichfalls auf den Wasserkreislauf übertragen werden. In diesem Modus kann somit schnell eine große Menge Warmwasser bereitgestellt werden, bzw. im Warmwasserspeicher gespeichertes Wasser erwärmen.In a hot water mode, it can be made possible to provide part, or often all, of the heat provided by the heat generator to the hot water supply. For this purpose, the heating circuit can be guided via the second heat exchanger, for example controlled via a valve, whereby the heat introduced into the heating circuit by the third heat exchanger can be transferred to the water circuit. In addition, the heat from the exhaust gas path of the heat generator can also be transferred to the water circuit via the first heat exchanger. In this mode, a large amount of hot water can be quickly provided or water stored in the hot water tank can be heated.
In einem Heizmodus kann die gesamte vom Wärmeerzeuger bereitgestellte Wärmeenergie dem Heizkreislauf bereitgestellt werden. Hierzu kann der Heizkreislauf, teilweise oder insbesondere vollständig über einen Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf Verbrauchern wie Heizkörpern oder Flächenheizungen zugeführt werden. Um möglichst die gesamte Wärmeenergie dem Heizbetrieb zur Verfügung zu stellen, wird im Heizmodus häufig der zweite Wärmetauscher über ein Ventil ganz oder vollständig vom Heizkreislauf getrennt und wird somit nicht vom Heizkreislauf erwärmt.In a heating mode, all of the heat energy provided by the heat generator can be made available to the heating circuit. For this purpose, the heating circuit can be supplied, partially or in particular completely, to consumers such as radiators or surface heating systems via a heating flow and heating return. In order to make as much heat energy as possible available to the heating operation, in the heating mode the second heat exchanger is often completely or completely separated from the heating circuit via a valve and is therefore not heated by the heating circuit.
Die Energieeffizienz eines Heizgerätes im Heizmodus kann dabei von verschiedenen Umständen beeinflusst werden, insbesondere der Temperatur des im Heizungsrücklauf rückströmenden Wärmträgers und der Leistung des Heizgerätes. Häufig wird bei Heizgeräten die höchste Energieeffizienz bei geringerer Leistung des Heizgerätes und geringer Rücklauftemperatur erreicht.The energy efficiency of a heater in heating mode can be influenced by various circumstances, in particular the temperature of the heat transfer medium flowing back in the heating return and the output of the heater. With heaters, the highest energy efficiency is often achieved with lower heater output and a lower return temperature.
Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht in einer Nutzung der Abwärme/ Restwärme des Wärmeerzeugers im Heizungsmodus beim Betreiben des Heizgerätes mit geringerer Energieeffizienz durch ein Übertragen der Restwärme auf den Wasserkreislauf, wobei der Wasserkreislauf dem mindestens einen Warmwasserspeicher vom ersten Wärmetauscher erwärmtes Wasser zuführt. Vorteilhaft kann der erste Wärmetauscher vom im Abgasweg vorgelagerten dritten Wärmetauscher nicht aufgenommene Wärme in den Wasserkreislauf übertragen. Hierfür kann eine im Wasserkreislauf angeordnete Wasserpumpe in Betrieb genommen werden. In vorteilhafter Weise kann Wärmeenergie, die sonst als Abwärme des Heizgerätes über die Abgasanlage verloren gehen würde, für die Warmwasserbereitung genutzt werden und die Gesamteffizienz des Heizgerätes erheblich gesteigert werden.One idea of the present invention is to use the waste heat/residual heat of the heat generator in heating mode when operating the heater with lower energy efficiency by transferring the residual heat to the water circuit, the water circuit supplying water heated by the first heat exchanger to the at least one hot water storage tank. The first heat exchanger can advantageously transfer heat not absorbed by the third heat exchanger located upstream in the exhaust gas path into the water circuit. For this purpose, a water pump arranged in the water circuit can be put into operation. Heat energy that would otherwise be lost as waste heat from the heater via the exhaust system can advantageously be used for the warm Water preparation can be used and the overall efficiency of the heater can be significantly increased.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Leistung der Wasserpumpe im Wasserkreislauf anhand einer Temperatur im Heizungsrücklauf und einer Temperatur in dem mindestens einen Warmwasserspeicher bestimmt oder sogar eingestellt werden. Hierzu kann beispielsweise mindestens ein Regelkreis dazu eingerichtet sein, einen im Wasserkreislauf zirkulierenden Masse- oder Volumenstrom in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Heizgerätes und/ oder einer Heizungsvorlauf-, Heizungsrücklauftemperatur, einer Temperatur im ersten Wärmetauscher und/ oder einer Temperatur im Warmwasserspeicher zu regeln, beispielsweise durch Regelung einer Leistung der Wasserpumpe. Hierzu kann, wenn das Heizgerät im Heizungsmodus betrieben wird, die Regelung die Wasserpumpe des Wasserkreislaufes starten, um die verfügbare Restenergie aus den Abgasen zu gewinnen. Dabei kann die Regelung die Rücklauftemperatur des Heizkreislaufs und die Wassertemperatur in den Speichern einbeziehen.According to an advantageous embodiment, a performance of the water pump in the water circuit can be determined or even adjusted based on a temperature in the heating return and a temperature in the at least one hot water tank. For this purpose, for example, at least one control circuit can be set up to regulate a mass or volume flow circulating in the water circuit depending on an operating state of the heater and/or a heating flow and return temperature, a temperature in the first heat exchanger and/or a temperature in the hot water storage tank, for example by Control of the performance of the water pump. For this purpose, if the heater is operated in heating mode, the control can start the water pump of the water circuit in order to recover the available residual energy from the exhaust gases. The control can take into account the return temperature of the heating circuit and the water temperature in the storage tanks.
Ein hier vorgeschlagenes Verfahren kann insbesondere bei hohen Rücklauftemperaturen und einer geringen Temperatur im Warmwasserspeicher deutliche Mengen Restwärme in einen Warmwasserspeicher eintragen. In die Regelung kann auch ein, beispielsweise mit künstlicher Intelligenz erfasstes und analysiertes Nutzerverhalten, einfließen.A method proposed here can introduce significant amounts of residual heat into a hot water storage tank, particularly at high return temperatures and a low temperature in the hot water tank. User behavior recorded and analyzed using artificial intelligence, for example, can also be incorporated into the regulation.
In vorteilhafter Weise kann so ermöglicht werden, ein hier vorgeschlagenes Verfahren entsprechend einer auftretenden Menge nutzbarer Abwärme durchzuführen. Dabei kann der Energiebedarf der Wasserpumpe minimiert werden.This advantageously makes it possible to carry out a method proposed here in accordance with the amount of usable waste heat that occurs. The energy requirement of the water pump can be minimized.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens im ersten Wärmetauscher erwärmtes Wasser direkt dem mindestens einen Warmwasserspeicher zugeführt werden. Hierzu kann beispielsweise eine ventilgesteuerte Umgehungsleitung (Bypass) für den zweiten Wärmetauscher eingerichtet sein.According to an advantageous embodiment, when carrying out a method proposed here, heated water in the first heat exchanger can be supplied directly to the at least one hot water storage tank. For this purpose, for example, a valve-controlled bypass line can be set up for the second heat exchanger.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein hier vorgeschlagenes Verfahren in Abhängigkeit einer Temperatur im Warmwasserspeicher durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Durchführung mit Erreichen einer unteren Grenztemperatur begonnen und/ oder mit Erreichen einer oberen Grenztemperatur beendet werden.According to an advantageous embodiment, a method proposed here can be carried out depending on a temperature in the hot water tank. In particular, an implementation can begin when a lower limit temperature is reached and/or end when an upper limit temperature is reached.
Die gewünschte Warmwassertemperatur, insbesondere im oberen Heißbereich, kann zwischen 50°C [Grad Celsius] und 80°C, insbesondere etwa 60°C, betragen.The desired hot water temperature, particularly in the upper hot range, can be between 50°C [degrees Celsius] and 80°C, in particular around 60°C.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung zwei Warmwasserspeicher umfassen. In einer Zirkulationsrichtung des Wasserkreislaufes kann hierbei einem zweiten Warmwasserspeicher, aus dessen oberen Heißbereich Warmwasser zur Entnahme bereitgestellt wird, ein erster Warmwasserspeicher nachgeordnet sein, aus dessen unterem Kaltbereich Wasser dem ersten Wärmetauscher zugeführt werden kann. Diese Reihenschaltung von Warmwasserspeichern kann die Ausbildung einer Temperaturschichtung begünstigen. Zudem kann eine Ausgestaltung mit mehreren Schichtspeichern Vorteile hinsichtlich einer bauraumoptimierten Integration in ein Heizgerät eröffnen.According to an advantageous embodiment, the arrangement can include two hot water tanks. In a circulation direction of the water circuit, a second hot water tank, from whose upper hot area hot water is made available for withdrawal, can be followed by a first hot water tank, from whose lower cold area water can be supplied to the first heat exchanger. This series connection of hot water tanks can promote the formation of temperature stratification. In addition, a design with several layered storage tanks can offer advantages in terms of space-optimized integration into a heater.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet sein, wobei sich der Warmwasserspeicher auch außerhalb des Gehäuses befinden kann. Das Gehäuse kann beispielsweise das Gehäuse eines Heizgerätes sein. Vorteilhaft kann so die Abgabe von Wärmeenergie an die Umgebung sowie der erforderliche Bauraum für die vorgeschlagene Anordnung bzw. das Heizgerät gemindert werden.According to a further advantageous embodiment, the arrangement can be at least partially arranged in a housing, wherein the hot water tank can also be located outside the housing. The housing can be, for example, the housing of a heater. This can advantageously reduce the release of thermal energy to the environment and the required installation space for the proposed arrangement or the heater.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm 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.According to a further aspect, a computer program is also proposed which is set up to (at least partially) carry out a method presented here. In other words, this applies in particular to a computer program (product), comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out a method proposed here.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.According to a further aspect, a machine-readable storage medium on which the computer program is stored is also proposed. The machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät 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 (eine untere/ obere Grenztemperatur, Regelungsparameter) zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein.According to a further aspect, a regulating and control device for a heater is also proposed, set up to carry out a method proposed here. For this purpose, the control and control device can, for example, have and/or have a processor. In this context, the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the control device). Advantageously, operating data and reference values (a lower/upper limit temperature, control parameters) for carrying out a method presented here can also be stored in the memory of the control device.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Bei dem Heizgerät handelt sich insbesondere um ein Gasheizgerät oder ein Brennwertheizgerät. Das Gasheizgerät kann einen Brenner und eine Fördereinrichtung aufweisen, mit der ein Gemisch aus Verbrennungsgas (Wasserstoff) und Verbrennungsluft der Brenner zugeführt werden kann. Das Heizgerät kann insbesondere eine hier beschriebene Anordnung zu Warmwasserbereitstellung umfassen und/ oder ein wandhängendes Heizgerät sein.According to a further aspect, a heater is also proposed, having a present here powerful regulating and control device. The heater is in particular a gas heater or a condensing heater. The gas heater can have a burner and a conveyor device with which a mixture of combustion gas (hydrogen) and combustion air can be supplied to the burner. The heater can in particular include an arrangement for providing hot water described here and/or be a wall-mounted heater.
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.As a precaution, it should be noted that the number words used here (“first”, “second”,...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or order of these objects, sizes or prescribe processes to each other. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, 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.The details, features and advantageous configurations discussed in connection with the method can also occur in the computer program presented here, the regulating and control device and/or the heating device and vice versa. In this respect, full reference is made to the statements there regarding the more detailed characterization of the features.
Hier wird somit ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät und das Heizgerät zumindest dazu bei, den Komfort und die Energieeffizienz einer Warmwasserbereitstellung eines Heizgerätes zu steigern.Here, a method for operating a heater, a computer program, a control and control device and a heater are specified, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the method for operating a heater, the computer program, the control and control device and the heater at least contribute to increasing the comfort and energy efficiency of hot water provision of a heater.
Zudem kann die Erfindung besonders einfach umgesetzt werden, da in der Regel eine Durchführung durch ein Computerprogramm an bestehenden Heizgeräten umfassend eine hier beschriebene Anordnung zur Warmwasserbereitstellungmöglich ist und somit keine physischen Änderungen am Heizgerät notwendig sind.In addition, the invention can be implemented particularly easily, since it can generally be carried out using a computer program on existing heaters comprising an arrangement for hot water provision described here and therefore no physical changes to the heater are necessary.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figur 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 der Figur 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 ist.The invention and the technical environment are explained in more detail below using the accompanying figure. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figure and combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be noted that the figure and in particular the proportions shown are only schematic.
Zwischen Heizungsvorlauf 6 und Heizungsrücklauf 5 kann ein zweiter Wärmetauscher 3 zur Wärmeübertragung aus dem Heizkreislauf 14 auf einen Wasserkreislauf 15 angeordnet sein. Der zweite Wärmetauscher 3 kann insbesondere als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein, um eine hohe Wärmeübertragungsleistung zu ermöglichen. Im Wasserkreislauf 15 kann eine Wasserpumpe 4 angeordnet sein, um das Trink- oder Brauchwasser im Wasserkreislauf 15 umzuwälzen. Zudem kann der Wasserkreislauf 15 einen ersten Warmwasserspeicher 9, einen zweiten Warmwasserspeicher 10 und einen ersten Wärmetauscher 11 umfassen. Erster und zweiter Warmwasserspeicher (9, 10) können dabei insbesondere als Schichtspeicher ausgebildet sein.A
Der erste Wärmetauscher 11 des Wasserkreislaufes 15 kann im Abgasweg des Wärmeerzeugers 1 angeordnet und dazu eingerichtet sein, Abgas des Wärmeerzeugers 1 unter den Taupunkt abzukühlen und somit Brennwerttechnik zu nutzen.The
Vom unteren, also dem Kaltbereich, des zweiten Warmwasserspeichers 10 kann eine Leitung in den oberen (Heißbereich) des ersten Warmwasserspeichers 9 führen. Der untere (Kaltbereich) des ersten Warmwasserspeichers 9 kann mit dem ersten Wärmetauscher 11 im Abgasweg des Wärmeerzeugers 1 verbunden sein, der wiederum mit dem zweiten Wärmetauscher 3 zum Wärmeaustausch mit dem Heizkreislauf 14 verbunden sein kann. Vom zweiten Wärmetauscher 3 kann eine Leitung in den oberen Bereich (Heißbereich) des zweiten Warmwasserspeichers 10 führen. Eine Wasserpumpe 4 kann beispielweise zwischen dem zweiten Wärmetauscher 3 zum Wärmeaustausch mit dem Heizkreislauf 14 und dem ersten Wärmetauscher 11 im Abgasweg des Wärmeerzeugers 1 angeordnet sein und das Wasser im Heizkreislauf 14 in einer Zirkulationsrichtung 16 umwälzen. Vom oberen Heißbereich des zweiten Warmwasserspeichers 10 kann über einen Wasserauslauf 8 Warmwasser zur Entnahme bereitgestellt werden. Über einen Wasserzulauf 7 kann Kaltwasser einer Entnahmestelle, wie einem Versorgungsnetz oder einem Brunnen, dem Wasserkreislauf 15, beispielsweise in die Leitung zwischen erstem Warmwasserspeicher 9 und dem ersten Wärmetauscher 11 im Abgasweg des Wärmeerzeugers 1, zugeführt werden.A line can lead from the lower, i.e. the cold area, of the second
Das Heizgerät 1 kann ein Regel- und Steuergerät 19 umfassen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 19 beispielsweise mit einem Temperatursensor 20 im Heizungsrücklauf 5, einem Temperatursensor 21 im Heizungsvorlauf6, einem Temperatursensor 18 in einem Warmwasserspeicher (9, 10), der Wasserpumpe 4 und/ oder der Umwälzpumpe 2 elektrisch verbunden sein.The
Die Funktionsweise des in
Ein Dreiwegeventil 22 kann hierzu derart geschaltet sein, dass der Heizkreis (weitestgehend) vollständig durch den zweiten Wärmetauscher 3 geleitet wird, wodurch über den Heizungsvorlauf 6 und den Heizungsrücklauf 5 verbundenen Verbrauchern im Heizkreislauf 14 nur ein geringer bzw. kein Volumenstrom im Heizkreislauf zur Verfügung steht. Vom ersten Wärmetauscher 11 im Abgasweg des Wärmeerzeugers 1 wird das vorgewärmte Wasser dem zweiten Wärmetauscher 3 zugeführt und dort auf die gewünschte Temperatur von ca. 60 °C erwärmt und dem oberen Heißbereich des zweiten Warmwasserspeichers 10 zugeleitet. Im zweiten Warmwasserspeicher 10, insbesondere in dessen Heißbereich, steht somit immer ausreichend Warmwasser zur Entnahme bereit, welches dann durch Kaltwasser aus dem Wasserzulauf 7 dem Wasserkreislauf 15 als Ersatz zugeführt werden kann.For this purpose, a three-
Dabei kann die Wasserpumpe 4 über eine Temperatursteuerung bzw. -regelung betrieben werden, die dafür sorgt, dass im oberen Heißbereich des zweiten Warmwasserspeichers 10 immer ausreichend Warmwasser zu Entnahme bereitsteht.The
In einem Heizmodus kann das Dreiwegeventil 22 derart geschaltet sein, dass kein oder nur ein sehr geringer Anteil des Heizkreislaufes 14 über den zweiten Wärmetauscher 3 geleitet wird. Im Wärmeerzeuger 1 erzeugte und über den dritten Wärmetauscher 13 in den Heizkreislauf 14 übertragene Wärmeenergie wird weitestgehend vollständig über den Heizungsvorlauf 6 und den Heizungsrücklauf 5 verbundenen Verbrauchern im Heizkreislauf 14 zugeführt.In a heating mode, the three-
Im Rahmen der Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens kann im Heizmodus die Wasserpumpe 4 in Betrieb genommen werden und so über den ersten Wärmetauscher 11 Restwärme aus dem Abgasweg des Wärmeerzeugers 3 auf im Wasserkreislauf 15 zirkulierendes Wasser übertragen. Vorteilhaft kann so bei weniger energieeffizienten Betriebszuständen des Heizgerätes 12 entstehende Restwärme genutzt werden. Beispielsweise kann so eine Erwärmung von Wasser im ersten und/ oder zweiten Warmwasserspeicher 9, 10 auf eine Temperatur von ungefähr 35 °C [Grad Celsius] durch Nutzung von Abwärme erwärmt werden. Damit kann eine Energieeinsparung der Anordnung zur Warmwasserbereitung 17 von 3 kWh [Kilowattstunden] bis 8 kWh bzw. 15 % [Prozent] bis 30 % einhergehen.As part of carrying out a method presented here, the
Der erste und zweite Warmwasserspeicher 9,10 sowie insbesondere die das erwärmte Wasser transportierenden Leitungen können eine thermisch isolierende Umhüllung aufweisen, um den Wärmeverlust an die Umgebung zu mindern.The first and second
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- WärmeerzeugerHeat generator
- 22
- Umwälzpumpecirculation pump
- 33
- zweiter Wärmetauschersecond heat exchanger
- 44
- Wasserpumpewater pump
- 55
- HeizungsrücklaufHeating return
- 66
- HeizungsvorlaufHeating flow
- 77
- WasserzulaufWater inlet
- 88th
- Wasserauslaufwater outlet
- 99
- erster Warmwasserspeicherfirst hot water tank
- 1010
- zweiter Warmwasserspeichersecond hot water tank
- 1111
- erster Wärmetauscherfirst heat exchanger
- 1212
- Heizgerätheater
- 1313
- dritter Wärmetauscherthird heat exchanger
- 1414
- HeizkreislaufHeating circuit
- 1515
- WasserkreislaufWater cycle
- 1616
- ZirkulationsrichtungDirection of circulation
- 1717
- Anordnung zur WarmwasserbereitungArrangement for hot water preparation
- 1818
- Temperatursensor WarmwasserspeicherHot water tank temperature sensor
- 1919
- Regel- und SteuergerätControl and control device
- 2020
- Temperatursensor HeizungsrücklaufHeating return temperature sensor
- 2121
- Temperatursensor HeizungsvorlaufHeating flow temperature sensor
- 2222
- DreiwegeventilThree-way valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0288695 A2 [0003, 0010]EP 0288695 A2 [0003, 0010]
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP0288695A2 (en) | 1987-04-29 | 1988-11-02 | Rolf Bommer | Condensing boiler and method for its operation |
| AT510289A4 (en) | 2010-07-26 | 2012-03-15 | Vaillant Group Austria Gmbh | HEATER |
-
2022
- 2022-05-20 DE DE102022112758.3A patent/DE102022112758A1/en active Pending
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| EP0288695A2 (en) | 1987-04-29 | 1988-11-02 | Rolf Bommer | Condensing boiler and method for its operation |
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