DE3206035A1

DE3206035A1 - Verfahren zum erwaermen von wasser und anordnung zum steuern eines warmwasserbereiters

Info

Publication number: DE3206035A1
Application number: DE19823206035
Authority: DE
Inventors: Frederick 92708 Fountain Valley Calif. Blau jun.; John M. 95125 San José Calif. Gross
Original assignee: Individual
Current assignee: Fluidmaster Inc
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1982-09-16
Also published as: CH660415A5; GB2096358B; CA1189934A; FR2500916A1; US4449178A; DE3206035C2; GB2096358A; FR2500916B1

Description

Verfahren zum Erwärmen von Wasser und Anordnung zum Steuern

eines Warmwasserbereiters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung der im Oberbegriff der Patenansprüche 1,4, 7 bzw. 8 angegebenen Art.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Steueranordnungen für Warmwasserbereiter und betrifft insbesondere eine Anordnung und ein Verfahren zum gesteuerten Erwärmen von Wasser außerhalb der Spitzenlastzeit.

Die US-PS 2 238 624 beschreibt eine Warmwasserbereitersteuerung für die Zeit geringer Belastung oder Schwachlastperiode. Diese Steuerung ist so ausgelegt, daß ein Warmwasserbereiter zur richtigen Zeit eingeschaltet wird, um das Wasser bis zu einem bestimmten Zeitpunkt auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen, woraufhin dann der Warmwasserbereiter abgeschaltet wird. Sowohl die Zeit, als auch die Tem-

peratur werden ständig gemessen, so daß der Warmwasserbereiter in dem Augenblick eingeschaltet wird, in welchem die Temperatur des Wassers.auf die "kritische Temperatur" sinkt. Grundsätzlich befindet sich das Wasserlauf seiner "kritischen Temperatur",wenn die Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Wasser mit voller Warmwasserbereiterleistung von seiner gegenwärtigen Temperatur αμί die gewünschte Temperatur zu erwärmen, gleich oder größer als die Zeitspanne ist, die bis zu dem bestimmten Abschaltzeitpunkt verbleibt. Wenn beispielsweise eine gewünschte Temperatur von 82 ⁰C um 8:00 Uhr und weiter ein Warmwasserbereiter angenommen wird, der das Wasser um 5,5 ⁰C pro Stunde erwärmt, so sind einige kritische Temperaturen:

37.7 ⁰C um 0:00 Uhr.

48.8 ⁰C um 2:00 Uhr
60 ⁰C um 4:00 Uhr
71,1 ⁰C um 6:00 Uhr.

Der Warmwasserbereiter wird daher un0:00 Uhr eingeschaltet, wenn das Wasser eine Temperatur von 37,7 ⁰C oder weniger hat.

Die Steuerung kann manuell eingestellt werden, um unterschiedliche Volleistungsheizgeschwindigkeiten von verschiedenen Warmwasserbereitern zu berücksichtigen.

Gemäß der genannten US-PS 2 238 624 wird zwar versucht, das Wasser bis zu einer vorbestimmten Zeit auf eine gewünschte Spitzentemperatur zu erwärmen, die aus dieser Patentschrift bekannte Anordnung ist jedoch nicht dafür ausgelegt, das Heizelement auf nur einen Teil seiner Maximalleistung einzustellen,· dieses arbeitet vielmehr immer mit Volleistung. Bei der bekannten Anordnung wird daher nur der Warmwasserbereiter zur geeigneten Startzeit eingeschaltet und in dem

bestimmten Zeitpunkt abgeschaltet. Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung wird gemäß der Erfindung die Eingangsleistung des Warmwasserbereiters eingestellt, um zu versuchen, das Wasser unter Verwendung von weniger als der maximalen Warmwasserbereiterleistung zu erwärmen. Durch Einstellen der Leistung des Warmwasserbereiters kann das Wasser über einer vorbestimmten Zeitspanne erwärmt werden, während automatisch eine Berücksichtigung der Kennlinie des Warmwasserbereiters , der Ausgangstemperatur des Wassers und der Warmwasserverbrauch während des Zeitintervalls erfolgt.

Auf dem Markt sind verschiedene andere Zeitsteuervorrichtungen zum Einschalten und Ausschalten von Warmwasserbereitern oder ähnlichen Geräten. Keine dieser bekannten Zeitsteuervorrichtungen kann jedoch vorteilhaften Gebrauch von der möglichen Belastungsaufteilung machen, die sich durch das Einstellen der Eingangsleistung des Warmwasserbereiters bietet, um die Temperatur des Wassers über einem vorbestimmten Zeitintervall zu erhöhen. Darüber hinaus ist keine dieser bekannten Vorrichtungen in der Lage, den Warmwasserverbrauch während des Zeitintervalls automatisch zu berücksichtigen.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anordnung zum Erwärmen von Wasser über einer vorbestimmten Zeitspanne auf eine gewünschte Temperatur zu schaffen.

Weiter sollen das Verfahren und die Anordnung das Erwärmen von Wasser außerhalb der Spitzenlastzeit ermöglichen und die Erwärmung automatisch auf die Heizkennlinie des Warmwasserbereiters einstellen.

Die Erfindung überwindet viele der Schwierigkeiten, die bei bekannten Systemen zur Erwärmung außerhalb der Spitzenlast-

zeit auftreten, durch Schaffung einer Anordnung und eines Verfahrens zum automatischen Steuern des Leistungswertes eines Heizelements in einem Warmwasserbereiter zum Erwärmen des Wassers auf eine Soll- oder gewünschte Spitzentemperatur über einer vorbestimmten Zeitspanne. Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Bestimmen der Wassertemperatur in einem Warmwasserbereiter, Berechnen des Anteils der Maximalleistung des Warmwasserbereiters, der erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers über einem vorbestimmten Abschnitt der vorbestimmten Zeitspanne in einem Ausmaß zu erhöhen, das zu dem gesamten gewünschten Temperaturanstieg über der gesamten vorbestimmten Zeitspanne proportional ist. Einstellen der Leistung des Warmwasserbereiters auf das berechnete Ausmaß, Warten bis zum Ende des vorbestimmten Abschnitts der vorbestimmten Zeitspanne, Bestimmen der neuen Temperatur des Wassers in dem Warmwasserbereiter und Wiederholen der Schritte, bis die vorbestimmte Zeitspanne zu Ende ist. Das Verfahren bestimmt und benutzt außerdem die Beziehung des vorher eingestellten Anteils der Maximalleistung des Warmwasserbereiters zu dem Anstieg der Temperatur des Wassers, der während des vorherigen Zeitabschnitts erzielt wird, um dadurch den Berechnungsschritt zu unterstützen.

Durch das Verfahren und die Anordnung zur Wassererwärmung außerhalb der Spitzenlastzeit wird das Wasser mit geringerer Leistung über einer längeren Zeitspanne als bei herkömmlichen Warmwasserbereiterzeitgebern erwärmt, um den Spitzenlastbedarf des Warmwasserbereiters weiter zu verringern.

Außerdem stellen das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung automatisch die Eingangsleistung des Heizelements des Warmwasserbereiters ein, um den Energieverbrauch des Warmwasserbereiters zu verringern, wann immer das möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Flußdiagramm, das die Reihenfolge der

Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Schaltbild, das einige der Schaltungs

komponenten zeigt, die in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden können,

Fig. 3 . eine Tabelle, die die Temperaturänderung

über der vorbestimmten Zeitspanne zusammen mit dem Anteil der maximalen Warmwasserbereiterleistung für jeden Zeitabschnitt in einem hypothetischen Warmwasserbereiter für den Fall zeigt, daß während der Zeitspanne kein Warmwasser verbraucht wird, und

Fig. 4 ein Diagramm, das den Temperaturanstieg

des Wassers in dem hypothetischen Warmwasserbereiter von Fig. 3 über der Zeit zeigt.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine.Anordnung zum inkrementellen Erwärmen von Wasser während der Zeit geringer Belastung auf eine vorbestimmte Spitzentemperatur am Ende eines vorbestimmten Zeitintervalls. Dadurch wird der Leistungsbedarf während der Spitzenlastzeit verringert.

Ebenso wie bei den bekannten Schwachlastperiode-Vorrichtungen wird bei dem Verfahrcm und der Anordnung nach der Erfindung

ein Wassertank, der ausreichend groß ist, um den Warmwasserbedarf für den gesamten Tag zu decken, bis zum Tagesbeginn erwärmt. Anders als bei den bekannten Vorrichtungen berücksichtigt die Erfindung jedoch automatisch die Heizkennlinie des besonderen Warmwasserbereiters und den Warmwasserverbrauch während der Erwärmungszeitspanne. Diese Berücksichtigung erfolgt durch periodisches Prüfen der Temperatur des Wassers in dem Warmwasserbereiter und anschließendes Berechnen des Ausmaßes an Leistung, das erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers während der nächsten Zeitspanne um ein bestimmtes Ausmaß zu erhöhen. Die Größe der gewünschten Temperaturänderung wird durch Berechnen der Anzahl von Zeitspannen bestimmt, die verbleiben, bis das System abschaltet, und durch Aufteilen dieser Zahl auf die gesamte gewünschte Temperaturänderung ab dem gegenwärtigen Zeitpunkt bis zum Abschalten des Systems. Da diese Berechnungen periodisch wiederholt werden, nimmt die Erfindung automatisch Einstellungen für jeden Warmwasserverbrauch während einer Zeitspanne durch Vergrößern der von dem Heizelement des Warmwasserbereiters aufgenommenen Leistung während der folgenden Zeitspannen vor.

Für die Zwecke von Fig. 1 sei angenommen, daß das Wasser von 22:00 Uhr bis 8:00 Uhr erwärmt werden soll und daß jeder Zeitabschnitt über der gesamten Zeitspanne von 10h eine Dauer von einer Stünde hat.

Fig. 1 zeigt, daß der Warmwasserbereiter bis 22:00 Uhr abgeschaltet ist. Wenn dieses Verfahren mit einem Mikroprozessor ausgeführt wird, so könnte dieser eine Uhr jede Stunde einmal prüfen, um den Beginn der Zeitspanne, den Beginn und das Ende jedes Zeitabschnitts und das Ende der Zeitspanne festzustellen. Die Uhr könnte eine 7-Tage-Uhr sein, um verschiedene Start- und Stopzeiten' in Abhängigkeit von dem Wochentag zu ermöglichen. Andere Uhren könnten

ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise könnte eine 1-Jahr-Uhr benutzt werden, die gestattet, die Start- und Stopzeiten gemäß der Jahreszeit zu verändern. Wenn die Zeitspanne beginnt, wird der Warmwasserbereiter für den nächsten Zeitabschnitt, in diesem Fall eine Stunde, mit einem Prozentsatz der maximalen Warmwasserbereiterleistung (der auch als "Auslastungsgrad" (duty cycle) bezeichnet wird) eingeschaltet. Beim Berechnen des Auslastungsgrades werden die gewünschte Temperaturänderung, die Länge der verbleibenden Zeit und die Heizkennlinie des besonderen Warmwasserbereiters berücksichtigt. Zum Berechnen des Auslastungsgrades wird die gegenwärtige Temperatur des Wassers gemessen und folgende Formel verwendet:

Auslastungsgrad = Gto) ^

wobei ΔΤ = gewünschte Temperatur minus gegenwärtige Temperatur (Solltemperatur minus Isttemperatur), NS = Anzahl der bis zum Abschalten des Systems verbleibenden Zeitabschnitte,

k = Länge der vorangehenden Zeitspanne mal dem Prozentsatz der während dieser Zeitspanne zugeführten Leistung (d.h. Auslastungsgrad) dividiert durch die gegenwärtige Temperatur (T.) minus der Temperatur am Beginn des vorangehenden Zeitabschnittes (T._.]) oder

VZ (verstrichene Zeit in Stunden) χ Auslastungs-

rn _ rn

T. - T. . = Temperaturanstieg während des voran gehenden Zeitabschnittes, wobei diese Größe zweckmäßig als T_A .. bezeichnet werden kann.

Da es keine Information über T. ,. oder die Größe des

Anstieg

vorherigen Auslastungsgrades bis zu dem zweiten Zeitab-

VZ χ Auslastungsgrad._₁ 1x1

- 13 -

schnitt gibt, wird k am Anfang gemäß den Spezifikationen des besonderen Warmwasserbereiters eingestellt. Es werde beispielsweise ein Warmwasserbereiter betrachtet, der Wasser um 27,8 ⁰C in einer Stunde bei voller Leistung erwärmt. Der k-Wert eines solchen Wasserbereiters wird am Anfang fol gendermaßen berechnet:

= °'⁰³⁶

Der Warmwasserbereiter muß dann auf den berechneten Leistungswert eingestellt werden. Die meisten Warmwasserbereiter haben keine Leistungssteueranordnung irgendwelcher Art für das Heizelement. Es müssen deshalb Vorkehrungen getroffen werden, damit die Leistung des Warmwasserbereiters eingestellt werden kann. Eine Möglichkeit besteht darin, die Eingangsleistung des Warmwasserbereiters ein- und abzuschalten, um den mittleren Energieverbrauch pro Zeiteinheit zu verringern. Das kann bei einem elektrisch gespeisten Warmwasserbereiter durch Zählen der Wechselstromperioden und durch Zufuhr von Wechselstrom in weniger als sämtlichen Perioden in jeder Zeiteinheit zu dem Warmwasserbereiter erfolgen. Die Anzahl der Perioden pro Zeiteinheit, während denen dem Warmwasserbereiter Strom zugeführt wird, ist selbstverständlich von dem berechneten Auslastungsgrad abhängig. Als Beispiel sei weiter angenommen, daß die Berechnungen ergeben haben, daß dem Warmwasserbereiter 25% der Leistung für die nächste Zeitspanne zugeführt werden sollten. Der Warmwasserbereiter würde dann vier Perioden lang Leistung aufnehmen, woran sich 12 Perioden anschließen, in denen der Warmwasserbereiter keine Leistung aufnimmt^ usw. Das würde bewirken, daß das Heizelement 25% der vollen Leistung aufnimmt.

Am Ende des Zeitabschnitts wird die Temperatur des Wassers wieder gemessen. Der k-Wert wird für den Warmwasserbereiter

berechnet, und, wenn der k-wert innerhalb 30% des zuvor berechneten Wertes (k . ) liegt, dann wird der nächste Aus-

1 — I

lastungsgrad unter Verwendung des neuen k-Wertes berechnet. Wenn dagegen der k-Wert nicht innerhalb von 30% des (k._₁)~ Wertes liegt, dann wird der k-Wert auf seinen vorherigen Wert (k-_-i) eingestellt, um starke Schwankungen in dem k Wert zu vermeiden. Es sei angemerkt, daß T- ,, ziemlich niedrig sein würde, beispielsweise wenn eine beträchtliche Menge an Warmwasser während des vorherigen Zeitabschnitts verbraucht wurde. Diese Schritte werden bis 8:00 Uhr wiederholt, zu welcher Zeit die Temperatur des Wassers in dem Warmwasserbereiter normalerweise auf die gewünschte Temperatur angestiegen sein wird. Selbstverständlich gibt es eine Grenze für die Wassermenge, die der Warmwasserbereiter um eine bestimmte Anzahl Grad in einer bestimmten Zeitspanne erwärmen kann, und zwar auch bei voller Leistung. Wenn ein Ausmaß an Wassererwärmung, das über dieser Grenze liegt, erzielt werden muß, beispielsweise wegen hohen Verbrauches, wird das Wasser bis zum Ende der Erwärmungszeitspanne nicht die gewünschte Temperatur erreichen.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild, das die verschiedenen Schaltungskomponenten einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die Leitungen, die mit Datenbus, Adreßbus und Steuerbus bezeichnet sind, geben den Informationsfluß zwischen und unter den verschiedenen Schaltungskomponenten an, die in dieser Figur gezeigt sind. Sie geben nicht notwendigerweise die tatsächlichen körperlichen Verbindungen unter diesen Schaltungskomponeten an.

Ein Warmwasserbereiter 20, der ein Heizelement 22 enthält, ist mit einem Temperaturabfühlelement 24 versehen. Das Temperaturabfühlelement kann ein Thermistor sein, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert,oder irgendein Meßgeber, der zur Temperaturmessung benutzt werden kann. Der

Thermistor ist an einen Eingangsport 26 eines Mikroprozessors 28 angeschlossen. Der Mikroprozessor wandelt die analogen Meßwerte aus dem Thermistor in für die Berechnungen geeignete Digitalwerte um. Der Mikroprozessor kann so programmiert sein, daß er den oben in Verbindung mit der Erläuterung von Fig. 1 angegebenen Schritten folgt.

Zu den Elementen innerhalb des durch gestrichelte Linien umrahmten und mit der Bezugszahl 30 bezeichneten Bereiches gehören ein Taktsignalgenerator. Diese Elemente erzeugen ein Signal sehr hoher Frequenz. Diese Frequenz wird einer Teilerschaltung 32 zugeführt, die die Frequenz durch 4 dividiert, um den Mikroprozessor zu takten und die Frequenz durch 256 dividiert, um eine 7-Tage-Uhr 34 zu takten. Eine Leuchtdiodenzeitanzeige 36 zeigt die Zeit an.

Eine Wechselstromquelle 38 wird durch ein Festkörperrelais 40 auf ausgewählte Weise an das Heizelement 22 angeschlossen. Das Festkörperrelais wird durch einen Zähler 42 aktiviert.

Der Zähler stellt in Verbindung mit dem Festkörperrelais die von dem Heizelement 22 aufgenommene Leistung durch verändern der Anzahl der Perioden ein, während denen der Warmwasserbereiter Leistung pro Zeiteinheit aufnimmt, wie es oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Es sei angemerkt, daß andere Einrichtungen benutzt werden könnten, um dieselbe Funktion zu erfüllen. Tatsächlich können andere Vorrichtungen, die in der Lage sind, die Stromzufuhr zu dem Heizelement schnell ein- und abzuschalten, erfolgreich eingesetzt werden.

In den Fig. 1 und 3 sind die Daten für ein hypothetisches Heizsystem dargestellt, bei dem ein Warmwasserbereiter be-

nutzt wird, der bei voller Leistung Wasser in einer Stunde um 27,8 ⁰C erwärmt. In diesem Beispiel ist es erwünscht, das Wasser bis 8:00 Uhr auf 71,1 ⁰C zu erwärmen. Die Anfangswassertemperatur beträgt um 22:00 Uhr 4 3,3 ⁰C. Für den Auslastungsgrad gilt, wie oben angegeben, Auslastungsgrad = Uqs) k

ΔΤ (gewünschte Temperatur - gegenwärtige Temperatur) wird berechnet zu 71,1 ⁰C minus 43,3 ⁰C = 27,8 ⁰C. NS, die Anzahl der Zeitabschnitte, in diesem Fall Stunden, bis 8:00 Uhr beträgt 10. Zu dieser Zeit ist der k-Wert auf 0,0359 eingestellt. Gemäß obiger Beschreibung erfolgt die Berechnung folgendermaßen:

VZ χ Auslastungsgrad. ₁ ....

k = _T, - _Ti-1 — ~~ ΙΓ78 ⁼ °'⁰³⁵⁹·

Für den Auslastungsgrad wird deshalb berechnet:

ΔΤ 27 8 Auslastungsgrad = ~ x k = ■· x 0,0359 = 0,10.

Ein Auslastungsgrad von 0,10 ist 10% der Warmwasserbereiterleistung gleichwertig. Wenn deshalb der Zähler in Fig. 2 sechzehn Perioden in Halbperiodenschritten zählt, würde er auf 10% oder 1,5 Halbperioden eingestellt. Daher würden die ersten drei Halbperioden des Stroms (1, 2, 3) durch das Festkörperrelais zu dem Heizelement durchgelassen werden. Die anschließenden neunundzwanzig Halbperioden (4-32) würden von dem Relais nicht durchgelassen werden. Der Zähler wird automatisch rückgesetzt und beginnt wieder zu zählen, um das Festkörperrelais während der ersten drei Perioden zu betätigen,usw. Das wird fortgesetzt, bis der Auslastungsgrad bei der nächsten Stunde rückgesetzt wird.

Am Beginn des nächsten Zeitabschnitts kann der Wert für k aus den verfügbaren Daten bestimmt werden. Um 23:00 Uhr hat die Temperatur T einen Wert von 45,5 ⁰C, so daß gilt T_± - T_1-1 = 4 5,5 ⁰C - 43,3. ⁰C = 2,2 ⁰C, was,dividiert in dem Produkt aus 1 Stunde mal dem vorherigen Auslastungsgrad von 0,1 einen Wert von 0,045 für k ergibt. ΔΤ = 71,1 - 45,5 = 25,6; NS = 9. Der neue Auslastungsgrad wird dann, wie zuvor, berechnet, indem die neuen Werte für ΔΤ, NS und k benutzt werden. (~ψ-) 0,045 = 0,128. Diese Zahl bedeutet 12,8% der vollen Leistung, womit der Warmwasserbereiter dann für den nächsten Zeitabschnitt arbeitet. Die Schritte "Temperatur messen", "Auslastungsgrad berechnen" und "Warmwasserbereiter einstellen" werden jede Stunde bis 8:00 Uhr wiederholt. Gemäß dem Diagramm in Fig. 4 erfolgt der Temperaturanstieg über der Zeit im wesentlichen linear, wobei vorausgesetzt wird, daß während der Zeitspanne kein Warmwasserverbrauch stattfindet.

Einer der Vorteile des hier beschriebenen Verfahrens besteht darin, daß, da die Temperatureinstellung jede Stunde nachgestellt wird, eine automatische Berücksichtigung jedes Warmwasserverbrauchs während der Zeitspanne, in der das System in Betrieb ist, erfolgt. Die bekannten Steuervorrichtungen konnten diese Berücksichtigung nicht vornehmen, weshalb im Stand der Technik ein beträchtlicher Wasserverbrauch während der Erwärmungsperiode die Temperatur des Wassers verringert, die beim Abschalten des Systems erreicht wird.

Es sei nun der Fall betrachtet, in welchem Warmwasser während der Erwärmungszeitspanne, verbraucht wird. Es sei angenommen, daß in dem vorherigen Beispiel der Haushalt etwas Warmwasser zwischen 3:00 Uhr und 4:00 Uhr verbraucht hat. In Abhängigkeit von der verbrauchten Wassermenge würde die Wassertemperatur um 4:00 Uhr niedriger sein als sie in Fig.3

dargestellt ist. Aus Erläuterungsgründen sei angenommen, daß genug Warmwasser verbraucht wird, um die Temperatur des Wassers um 4:00 Ohr auf 59,4 ⁰C zu verringern. Es sei daran erinnert, daß in dem vorherigen Beispiel die Temperatur des Wassers um 11:00 Uhr 59,7 ⁰C betrug. Die Berechnungen für die Leistungseinstellung für die nächste Zeitspanne lauten dann folgendermaßen:

ΔΤ = 71 ,11 - 59,44 = 11 ,67

T_A ... = 59,4 - 56,8 = 2,56
Anstieg ' ' '

Auslastungsgrad. _Λ = 0,128

, _ 0,128 _ ₀₅
^K ~ 2,56 Γ ^U'^Ub

k^ ± 30% = 0,045 - 0,3 χ 0,045 bis 0,045 + 0,3 x 0,045 = 0,0315 bis 0,0585

(es sei beachtet, daß der neue k-Wert 0,0492 innerhalb von 30% des vorherigen k-Wertes liegt).

NS = 4

Auslastungsgrad. = 0,05 = 0,14587, was ungefähr 15% entspricht.

Es ist zu erkennen, daß der Auslastungsgrad von 0,15 größer ist als der in dem vorherigen Beispiel berechnete Auslastungsgrad von 0,13. Dieser höhere Auslastungsgrad würde selbstverständlich zur Folge haben, daß der Warmwasserbereiter auf eine höhere Leistung eingestellt wird, um den Warmwasserverbrauch zu kompensieren.

Es sei angemerkt, daß verschiedene Faktoren, bei denen es sich nicht um den Warmwasserverbrauch handelt, in der Praxis die Fähigkeit des Warmwasserbereiters, das Wasser linear über der Zeit zu erwärmen, beeinflussen werden. Die Wärme-

dämmeigenschaften der Isolation beispielsweise sind umgekehrtproportional zu der Temperaturdifferenz zwischen innerhalb und außerhalb des Warmwasserberexters. Deshalb ergibt sich ein größerer Wärmeverlust während der letzten Zeitabschnitte, wenn die Temperatur des Wassers höher ist. Die Außenlufttemperatur kann sich ebenfalls ändern, was auch für die Temperatur des in den Warmwasserbereiter eintretenden Wassers gilt. Außerdem braucht das Erwärmungsvermögen des Warmwasserbereiters nicht proportional zu dem Leistungsprozentsatz sein, mit dem der Warmwasserbereiter betrieben wird. In dieser Hinsicht stellen die angegebenen Daten nur ein Beispiel dar und die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Verfahrens und der Anordnung werden in der Praxis von Faktoren, wie der Heizkennlinie und den Wärmedämmeigenschaften des gewählten besonderen Warmwasserbereiters· abhängig sein.

Oben sind ein neues Verfahren und eine neue Anordnung zum Erwärmen von Wasser außerhalb der Spitzenlastzeit beschrieben worden, die die Ausgangstemperatur und den Wasserverbrauch während der Erwärmungszeitspanne automatisch berücksichtigen. Darüber hinaus berücksichtigen sie automatisch Faktoren, wie die besondere Kennlinie des besonderen Warmwasserbereiters. Anders als die bekannten Systeme, bei denen der Zeitgeber gemäß der Kennlinie des besonderen Warmwasserberexters manuell voreingestellt werden muß, wird gemäß der Erfindung automatisch die Eingangsleistung des Warmwasserberexters eingestellt, um langsamer oder schneller erwärmende Warmwasserbereiter zu berücksichtigen.

Claims

Patentansprüche: f1.]Verfahren zum Erwärmen von Wasser über einer vorbestimmten Zeitspanne, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1) Bestimmen der Wassertemperatur in einem Warmwasserbereiter;

2) Berechnen des Anteils der maximalen Leistung des Warmwasserbereiters, der erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers über einem vorbestimmten Abschnitt der vorbestimmten Zeitspanne in einem Ausmaß zu erhöhen, das in Beziehung zu dem gesamten gewünschten Temperaturanstieg über der gesamten vorbestimmten Zeitspanne steht;

3) Einstellen der Leistung des Warmwasserbereiters auf den berechneten Anteil;

4) Warten bis zum Ende' des vorbestimmten Abschnitts der vorbestimmten Zeitspanne;

5) Bestimmen der neuen Temperatur des Wassers in dem Warmwasserbereiter ;

6) Bestimmen eines k-Wertes aus dem Verhältnis des vorher eingestellten Anteils der maximalen Leistung des Warmwasserbereiters zu dem Anstieg der Temperatur des Was-

_ ο —

sers während des vorangehenden Zeitabschnitts;

7) Berechnen des Anteils der maximalen Leistung des Warmwasserbereiters, der erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers über dem nächsten vorbestimmten Abschnitt des verbleibenden Teils der vorbestimmten Zeitspanne in einem Ausmaß zu erhöhen, das in Beziehung zu dem gesamten gewünschten Temperaturanstieg über dem verbleibenden Teil der vorbestimmten Zeitspanne steht, unter Verwendung des in dem Schritt 6) bestimmten k-Wertes, um die Berechnung zu unterstützen;

8) Zurückstellen der Leistung des Warmwasserbereiters auf das in dem Schritt 7) berechnete Ausmaß;

9) Wiederholen der Schritte 4) bis 9) bis die vorbestimmte Zeitspanne zu Ende ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Berechnungsschritt beinhaltet, die gewünschte Temperaturänderung (d.h. die gewünschte Temperatur minus der gegenwärtigen Temperatur) durch die Anzahl der vorbestimmten Abschnitte zu dividieren.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt 7) beinhaltet, den Quotienten gemäß Anspruch 2 mit dem in dem Schritt 6) bestimmten k-Wert zu multiplizieren.

4. Verfahren zum Erwärmen von.Wasser über einer vorbestimmten Zeitspanne, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1) Bestimmen der Wassertemperatur in einem Warmwasserbereiter ;

2) Berechnen des Anteils der maximalen Leistung des Warmwasserbereiters /der erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers über einem vorbestimmten Abschnitt der vorbestimmten Zeitspanne in einem Ausmaß zu erhöhen, das in

Beziehung zu dem gesamten gewünschten Temperaturanstieg über der gesamten vorbestimmten Zeitspanne steht;

3) Einstellen der Leistung des Warmwasserbereiter auf den berechneten Anteil;

4) Warten bis zum Ende des vorbestimmten Abschnitts der vorbestimmten Zeitspanne;

5) Bestimmen der neuen Temperatur des Wassers in dem Warmwasserbereiter;

6) Berechnen des Anteils der maximalen Leistung des Warmwasserbereiters, der erforderlich ist, um die Temperatur des Wassers über einem weiteren vorbestimmten Abschnitt des übrigen Teils der vorbestimmten Zeitspanne in einem Ausmaß zu erhöhen, das in Beziehung zu dem gesamten Temperaturanstieg über dem gesamten übrigen Teil der vorbestimmten Zeitspanne steht; und

7) Zurückstellen der Leistung des Warmwasserbereiter auf das in dem Schritt 6) berechnete Ausmaß.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschritte jeweils ausgeführt werden, indem nur ein Teil eines Wechselstromeingangssignals zu dem Warmwasserbereiter durchgelassen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, die Schritte 4) bis 8) zu wiederholen, bis die vorbestimmte Zeitspanne zu Ende ist..

7. Verfahren zum Erwärmen von Wasser über einer vorbestimmten Zeitspanne, gekennzeichnet durch folgende Schritte: wiederholtes Bestimmen der Wassertemperatur in einem Warmwasserbereiter und wiederholtes Berechnen und Einstellen des Warmwasserbereiters auf denjenigen Anteil seiner maximalen Leistung, der erforderlich ist, um das Wasser allmählich auf eine vorbestimmte Temperatur zu einer vorbestimm-

ten Zeit zu erwärmen.

8. Anordnung zum Steuern eines Warmwasserbereiters, um Wasser auf eine gewünschte Temperatur bis zum Ende einer vorbestimmten Zeitspanne zu erwärmen, gekennzeichnet durch: eine Takteinrichtung (34) zum Verfolgen der Zeit; eine Temperaturabfühleinrichtung (24), die mit dem Wasser in dem Warmwasserbereiter (20) in Verbindung steht, um die Temperatur des Wassers zu bestimmen; eine Eingangsleistungseinstelleinrichtung (40, 42), die in Wirkverbindung mit dem Warmwasserbereiter (20) steht, um dessen Eingangsleistung einzustellen; und eine Verarbeitungseinrichtung (28), die in Wirkverbindung mit der Temperaturabfühleinrichtung (24), der Takteinrichtung (34) und der Eingangsleistungseinstelleinrichtung (40, 42) steht, um wiederholt die Anzahl von Zeitabschnitten zu bestimmen, die bis zum Ende der Zeitspanne verbleiben, um den Anteil der Warmwasserbereiterleistung zu berechnen, der notwendig ist, um die Temperatur des Wassers über dem nächsten Abschnitt der Zeitspanne in einem Ausmaß zu erhöhen, das in Beziehung zu dem gesamten gewünschten Temperaturanstieg für die gesamte Zeitspanne steht, und um die Leistungseinstelleinrichtung auf den berechneten Anteil einzustellen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Takteinrichtung (34) eine 7-Tage-Uhr ist, wodurch die Verarbeitungseinrichtung (28) eingestellt werden kann, um die gewünschte Temperatur, die Länge der vorbestimmten Zeitspanne und die Anzahl und die Länge jedes Zeitabschnitts gemäß dem Wochentag einzustellen.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabfühleinrichtung (24) einen Thermistor in Kombination mit einer Spannungsquelle enthält.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsleistungseinstelleinrichtung (40, 42) eine Impulseinrichtung enthält zum Durchlassen nur eines Teils eines Wechselstromeingangssignals zu dem Warmwasserbereiter.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulseinrichtung einen Zähler (42) und ein Festkörperrelais (40) enthält.