DE102011014907B4 - Method for controlling a solar circuit - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs (1) mit einem Solarkollektor (16) und einem Solarfluid (20), mittels dem ein flüssiges Medium (11) in einem Speicher (12) erwärmt wird, umfassend die folgenden Schritte: A) Bestimmen einer Speichertemperatur (TSp) des flüssigen Mediums (11) im Speicher (12) mittels eines ersten Temperatursensors (18); B) Bestimmen einer Vorlauftemperatur (TV) des Solarfluids (20) am Solarkollektor (16) mittels eines zweiten Temperatursensors (19); C) Vergleichen der Speichertemperatur (TSp) mit einer ersten Grenztemperatur (TG1) und einer zweiten Grenztemperatur (TG2) mittels einer Regeleinheit (17), wobei – ein Regelprogramm R1 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur (TSp) größer oder gleich der ersten Grenztemperatur (TG1) ist, – wobei Regelprogramm R1 einem Regeln der Vorlauftemperatur (TV) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine erste Vorlaufsolltemperatur (TV,soll 1 ) entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur (TSp) und einem ersten Spreizwert (ΔT1) ist, – ein Regelprogramm R2 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur (TSp) kleiner als die erste Grenztemperatur (TG1) und größer oder gleich der zweiten Grenztemperatur (TG2) ist, – wobei Regelprogramm R2 einem Regeln der Vorlauftemperatur (TV) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur (TV,soll 2) entspricht, und – ein Regelprogramm R3 gewählt wird, wenn die Speichertemperatur (TSp) kleiner als die zweite Grenztemperatur (TG2) ist, – wobei Regelprogramm R3 einem Regeln der Vorlauftemperatur (TV) durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids (20) auf eine dritte Vorlaufsolltemperatur (TV,soll3) entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur (TSp) und einem zweiten Spreizwert (ΔT2) ist, wobei eine Speichersolltemperatur (TSp,soll) vorgebbar ist, die erste Grenztemperatur (TG1) größer oder gleich der Speichersolltemperatur (TSp,soll) ist und die zweite Grenztemperatur (TG2) kleiner ist als die Speichersolltemperatur (TSp,soll).Method for controlling a solar circuit (1) with a solar collector (16) and a solar fluid (20), by means of which a liquid medium (11) is heated in a store (12), comprising the following steps: A) determining a storage temperature (TSp ) of the liquid medium (11) in the memory (12) by means of a first temperature sensor (18); B) determining a flow temperature (TV) of the solar fluid (20) at the solar collector (16) by means of a second temperature sensor (19); C) comparing the storage temperature (TSp) with a first limit temperature (TG1) and a second limit temperature (TG2) by means of a control unit (17), wherein - a control program R1 is selected when the storage temperature (TSp) is greater than or equal to the first limit temperature ( TG1), - wherein control program R1 is a regulation of the flow temperature (TV) by controlling the volume or mass flow of the solar fluid (20) to a first flow temperature (TV, soll 1), which is the sum of the storage temperature (TSp) and a first Spreading value (ΔT1) is, - a control program R2 is selected when the storage temperature (TSp) is less than the first limit temperature (TG1) and greater than or equal to the second limit temperature (TG2), - where control program R2 a flow temperature (TV) by regulation of the volume or mass flow of the solar fluid (20) to a constant second flow temperature setpoint (TV, 2), and - a control program R3 is selected when the storage temperature (TSp) is less than the second limit temperature (TG2), - wherein control program R3 is a regulation of the flow temperature (TV) by controlling the volume or mass flow of the solar fluid (20) to a third flow set temperature (TV, soll3 ), which is the sum of the storage temperature (TSp) and a second spread value (ΔT2), wherein a desired storage temperature (TSp, soll) can be predetermined, the first limit temperature (TG1) is greater than or equal to the desired storage temperature (TSp, soll) and second limit temperature (TG2) is less than the desired storage temperature (TSp, soll).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs mit einem Solarkollektor und einem Solarfluid, mittels dem ein flüssiges Medium in einem Speicher erwärmt wird, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for controlling a solar circuit with a solar collector and a solar fluid, by means of which a liquid medium is heated in a memory, according to the preamble of
Der Solarkollektor kann über einen Vorlauf und einen Rücklauf unmittelbar mit dem Speicher verbunden sein, sodass das Solarfluid dem flüssigen Medium im Speicher entspricht, bzw. das Solarfluid aus dem flüssigen Medium entnommen und diesem wieder zugeführt wird. Häufiger ist jedoch vorgesehen, dass der Solarkollektor über den Vor- und Rücklauf mit einem Wärmetauscher verbunden ist, über den das flüssige Medium erwärmt wird.The solar collector can be directly connected to the reservoir via a supply and a return, so that the solar fluid corresponds to the liquid medium in the memory, or the solar fluid is removed from the liquid medium and fed back to it. More often, however, it is provided that the solar collector is connected via the flow and return to a heat exchanger, through which the liquid medium is heated.
Derartige Solarkreisläufe werden meist dazu eingesetzt, Wasser in einem häuslichen Warmwasserspeicher ergänzend zu einer konstant verfügbaren Wärmequelle zu erwärmen. Immer wenn keine ausreichende Erwärmung mittels des Solarkreislaufs erreichbar ist, übernimmt die konstant verfügbare Wärmequelle die Erwärmung des Wassers. Letzteres ist aufgrund der Energiequelle, die zum Beispiel Gas, Öl oder Strom ist, sowohl kostenintensiver als auch weniger ökologisch. Deshalb sollte der Solarkreislauf so gut wie möglich genutzt werden.Such solar circuits are usually used to heat water in a domestic hot water tank in addition to a constantly available heat source. Whenever sufficient heating by means of the solar circuit can not be achieved, the constantly available heat source takes over the heating of the water. The latter is both more costly and less ecological due to the energy source, which is for example gas, oil or electricity. Therefore, the solar cycle should be used as well as possible.
Hierfür sind im Stand der Technik unterschiedliche Regelverfahren bekannt. Durch Aktivierung und Deaktivierung der Pumpe im Solarkreislauf kann im einfachsten Regelfall die Pumpe ausgeschaltet werden, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher eine bestimmte konstante Temperaturdifferenz unterschreitet und angeschaltet werden, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher diesen überschreitet. Zum Anschalten kann hierbei auch eine etwas höhere zweite Temperaturdifferenz festgelegt werden, damit die Pumpe nicht zu häufig deaktiviert wird. Bei solch einer Regelung entstehen jedoch große Verluste bei den häufigen Anfahrvorgängen und die verfügbare Solarenergie wird in unzureichendem Maße genutzt. Dementsprechend schaltet sich die konstant verfügbare Wärmequelle häufig zu.For this purpose, different control methods are known in the art. By activation and deactivation of the pump in the solar circuit, the pump can be turned off in the simplest case, if the temperature difference between the collector and memory below a certain constant temperature difference and are turned on when the temperature difference between the collector and memory exceeds this. To turn it on, a slightly higher second temperature difference can be set so that the pump is not deactivated too frequently. With such a control, however, large losses occur in the frequent starting operations and the available solar energy is used insufficiently. Accordingly, the constantly available heat source frequently turns on.
Neuere Verfahren setzen deshalb regelbare Pumpen ein, mithilfe derer der Massenstrom durch den solarthermischen Kreislauf regelbar ist. Um eine solche Regelung durchführen zu können, sind Regelgrößen einzuführen, anhand derer die Pumpendrehzahl oder der Massenstrom oder der Volumenstrom eingestellt wird. Ist die Temperaturdifferenz selbst bei niedriger Pumpendrehzahl oder geringem Massenstrom oder Volumenstrom zu niedrig, wird die Pumpe auch bei diesem Verfahren deaktiviert.More recent methods therefore employ controllable pumps, with the aid of which the mass flow through the solar thermal circuit can be regulated. In order to be able to carry out such a control, controlled variables must be introduced by means of which the pump speed or the mass flow or the volume flow is set. If the temperature difference is too low even at low pump speed or low mass flow or volume flow, the pump is also deactivated in this process.
Für den Regelbereich bei einer ausreichenden Vorlauftemperatur, sieht zum Beispiel eine im Folgenden Match Flow genannte Regelfunktion vor, dass die Vorlauftemperatur um eine konstante Temperaturdifferenz höher ist als die Speichertemperatur. Sofern die Vorlauftemperatur die Speichertemperatur um mehr als die Temperaturdifferenz übersteigt, wird die Pumpendrehzahl erhöht. Unterschreitet die Vorlauftemperatur hingegen die Summe aus Speichertemperatur und Temperaturdifferenz, wird die Pumpendrehzahl verringert.For the control range at a sufficient flow temperature, for example, provides a control function referred to below as Match Flow, that the flow temperature by a constant temperature difference is higher than the storage temperature. If the supply temperature exceeds the storage temperature by more than the temperature difference, the pump speed is increased. On the other hand, if the flow temperature falls below the sum of the tank temperature and the temperature difference, the pump speed is reduced.
Nachteilig ist an der Match Flow Regelung, dass die Temperaturdifferenz ein Kompromiss über die gesamte Spanne der Speichertemperatur ist. Unabhängig von der Höhe der Speichertemperatur hat die Überhöhung der Vorlauftemperatur gegenüber der Speichertemperatur denselben Betrag. Hierdurch wird die Solarenergie uneffizient genutzt und der Stromverbrauch der Pumpe ist erhöht. Zudem berücksichtigt diese Regelung Wasserentnahmen aus dem Speicher unzureichend, wodurch die konstant verfügbare Wärmequelle häufig zuheizen muss.A disadvantage of the match flow control is that the temperature difference is a compromise over the entire span of the storage tank temperature. Regardless of the height of the storage temperature, the increase in the flow temperature compared to the storage temperature has the same amount. As a result, the solar energy is used inefficient and the power consumption of the pump is increased. In addition, this regulation takes insufficient water withdrawals from the memory, which often heat the constantly available heat source must.
Eine andere Regelfunktion, die im Folgenden als Double Match Flow Regelfunktion bezeichnet wird, sieht bei ausreichender Vorlauftemperatur vor, dass bei einer Unterschreitung einer definierten oberen Speichertemperatur von einer ersten konstanten Temperaturdifferenz zu einer zweiten konstanten Temperaturdifferenz gewechselt wird. Somit wird bei einer Unterschreitung der oberen Speichertemperatur die Vorlauftemperatur auf eine obere Speichertemperatur zuzüglich einer Temperaturdifferenz geregelt. Sofern die obere Speichertemperatur die obere Speichersolltemperatur überschreitet, wird die Vorlauftemperatur auf eine untere Speichertemperatur zuzüglich einer zweiten Temperaturdifferenz geregelt.Another control function, which is referred to below as a double match flow control function, provides for a sufficient flow temperature, that is switched when falling below a defined upper tank temperature of a first constant temperature difference to a second constant temperature difference. Thus, when the upper storage tank temperature is undershot, the flow temperature is regulated to an upper storage tank temperature plus a temperature difference. If the upper storage tank temperature exceeds the upper storage setpoint temperature, the flow temperature is regulated to a lower storage tank temperature plus a second temperature difference.
Nachteilig ist der Double Match Flow Regelung, dass ein zweiter Temperatursensor erforderlich ist. Dieser muss in der oberen Hälfte im Speicher angeordnet sein. Dies erhöht die Kosten, Fehleranfälligkeit und den Rechenaufwand. Trotzdem wird die verfügbare Heizleistung des Solarkreislaufs nicht optimal genutzt. Vor allem schaltet sich die konstant verfügbare Wärmequelle immer noch häufig zu, da die obere Speichersolltemperatur zu langsam erreicht wird.A disadvantage is the double match flow control that a second temperature sensor is required. This must be located in the upper half of the memory. This increases the costs, error-prone and the computational effort. Nevertheless, the available heating capacity of the solar circuit is not used optimally. Above all, the constantly available heat source still frequently turns on, as the upper target storage temperature is reached too slowly.
Zudem ist im Stand der Technik ein Verfahren bekannt, bei dem zur Regelung eines Solarkreislaufs, mit einem Solarkollektor und einem Solarfluid, mittels dem ein flüssiges Medium in einem Speicher erwärmt wird, zunächst eine Speichertemperatur des flüssigen Mediums im Speicher mittels eines ersten Temperatursensors bestimmt wird. Weiterhin wird eine Vorlauftemperatur des Solarfluids am Solarkollektor mittels eines zweiten Temperatursensors ermittelt. Anschließend vergleicht eine Regeleinheit die Speichertemperatur mit einer ersten Grenztemperatur. Wenn die Speichertemperatur größer oder gleich der ersten Grenztemperatur ist, wird ein erstes Regelprogramm ausgewählt. Das erste Regelprogramm entspricht dabei einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine erste Vorlaufsolltemperatur, welche die Summe der Speichertemperatur und einem ersten Spreizwert ist. Sofern die Speichertemperatur jedoch kleiner als die erste Grenztemperatur ist, wird ein zweites Regelprogramm ausgewählt. Dieses entspricht einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur.In addition, a method is known in the prior art, in which for controlling a solar circuit, with a solar collector and a solar fluid by means of which a liquid medium is heated in a memory, first a storage temperature of the liquid medium in the memory by means of a first temperature sensor is determined. Furthermore, a flow temperature of the solar fluid at the solar collector by means of a second temperature sensor determined. Subsequently, a control unit compares the storage temperature with a first limit temperature. If the tank temperature is greater than or equal to the first limit temperature, a first control program is selected. The first control program corresponds to a regulation of the flow temperature by controlling the volume or mass flow of the solar fluid to a first flow target temperature, which is the sum of the storage temperature and a first spread value. However, if the storage temperature is less than the first limit temperature, a second control program is selected. This corresponds to a regulation of the flow temperature by controlling the volume or mass flow of the solar fluid to a constant second flow temperature setpoint.
Diese Art der Regelung sorgt zwar dafür, dass die konstant verfügbare Wärmequelle nicht unnötig oft eingeschaltet werden muss, nachteilig ist hierbei aber, dass die Solaranlage bei tiefen Speichertemperaturen ineffizient betrieben wird.Although this type of regulation ensures that the constantly available heat source does not have to be switched on unnecessarily often, the disadvantage here is that the solar system is operated inefficiently at low storage temperatures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz des Solarkreislaufs in Verbindung mit der konstant verfügbaren Wärmequelle weiter zu steigern. Insbesondere soll ein Zuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle, z. B. eine Gas- oder Ölheizung, auf ein Minimum reduziert werden und möglichst viel Wärme vom Solarkreislauf in den Speicher geladen werden. Die Lösung soll dabei einfach umsetzbar sein, d. h. vor allem auch geringen Installationsaufwand erfordern, in verschiedensten Einbausituationen sicher funktionieren und geringe Kosten verursachen.The invention has for its object to further increase the efficiency of the solar circuit in conjunction with the constantly available heat source. In particular, a connection of the constantly available heat source, for. As a gas or oil heating, are reduced to a minimum and as much heat from the solar circuit are loaded into the memory. The solution should be easy to implement, d. H. Above all, require low installation costs, work safely in a variety of installation situations and cause low costs.
Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved with the features of
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Solarkreislaufs mit einem Solarkollektor und einem Solarfluid, mittels dem ein flüssiges Medium in einem Speicher erwärmt wird, umfassend die folgenden Schritte:
- A) Bestimmen einer Speichertemperatur des flüssigen Mediums im Speicher mittels eines ersten Temperatursensors;
- B) Bestimmen einer Vorlauftemperatur des Solarfluids am Solarkollektor mittels eines zweiten Temperatursensors;
- C) Vergleichen der Speichertemperatur mit einer ersten Grenztemperatur und einer zweiten Grenztemperatur mittels einer Regeleinheit, wobei
- – ein Regelprogramm R1 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur größer oder gleich der ersten Grenztemperatur ist,
- – wobei Regelprogramm R1 einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine erste Vorlaufsolltemperatur entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur und einem ersten Spreizwert ist,
- – ein Regelprogramm R2 ausgewählt wird, wenn die Speichertemperatur kleiner als die erste Grenztemperatur und größer oder gleich der zweiten Grenztemperatur ist,
- – wobei Regelprogramm R2 einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine konstante zweite Vorlaufsolltemperatur entspricht, und
- – ein Regelprogramm R3 gewählt wird, wenn die Speichertemperatur kleiner als die zweite Grenztemperatur ist,
- – wobei Regelprogramm R3 einem Regeln der Vorlauftemperatur durch Regelung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids auf eine dritte Vorlaufsolltemperatur entspricht, welche die Summe der Speichertemperatur und einem zweiten Spreizwert ist.
- A) determining a storage temperature of the liquid medium in the memory by means of a first temperature sensor;
- B) determining a flow temperature of the solar fluid at the solar collector by means of a second temperature sensor;
- C) comparing the storage temperature with a first limit temperature and a second limit temperature by means of a control unit, wherein
- A control program R1 is selected if the storage temperature is greater than or equal to the first limit temperature,
- Wherein control program R1 corresponds to a regulation of the flow temperature by regulation of the volume or mass flow of the solar fluid to a first desired flow temperature, which is the sum of the storage temperature and a first spread value,
- A control program R2 is selected if the storage temperature is less than the first limit temperature and greater than or equal to the second limit temperature,
- - wherein control program R2 corresponds to a regulation of the flow temperature by controlling the volume or mass flow of the solar fluid to a constant second flow temperature setpoint, and
- A control program R3 is selected if the storage temperature is less than the second limit temperature,
- - Where control program R3 corresponds to a regulation of the flow temperature by controlling the volume or mass flow of the solar fluid to a third flow temperature, which is the sum of the storage temperature and a second spread value.
Dabei ist die erste Grenztemperatur größer oder gleich einer vorgebbaren Speichersolltemperatur, die zweite Grenztemperatur ist kleiner als die Speichersolltemperatur.In this case, the first limit temperature is greater than or equal to a predefinable desired storage temperature, the second limit temperature is less than the desired storage temperature.
Da sich ein flüssiges Medium mit unterschiedlicher Temperatur in einem Speicher einschichtet, wobei kaltes flüssiges Medium unten und warmes flüssiges Medium oben angeordnet ist, sollte wenigstens der Rücklauf vom Speicher zum Solarkollektor in Bodennähe des Speichers angeordnet sein. Das gleiche gilt für die Messposition des ersten Temperatursensors.Since a liquid medium of different temperature stratifies in a store, with cold liquid medium at the bottom and warm liquid medium at the top, at least the return from the store to the solar collector should be located near the bottom of the store. The same applies to the measuring position of the first temperature sensor.
Eine best mögliche Bestimmung der Vorlauftemperatur erfolgt am Ausgang des Solarkollektors, jedoch noch im Einstrahlungsbereich der Sonne. So kann auch bei deaktiviertem Solarfluidstrom eine Vorlauftemperatur bestimmt werden.A best possible determination of the flow temperature takes place at the output of the solar collector, but still in the insolation area of the sun. So even with deactivated solar fluid flow, a flow temperature can be determined.
Je nach Temperatur des flüssigen Mediums im Speicher wird entsprechend des Verfahrens eines der drei Regelprogramme aktiviert. Dabei wird bei niedriger Temperatur, d. h. bei einer Speichertemperatur, die kleiner als die zweite Grenztemperatur ist, auf eine definierte, vorzugsweise minimale, besonders bevorzugt zwischen 7 Kelvin bis 11 Kelvin liegende Temperaturspreizung zwischen Vorlauftemperatur und Speichertemperatur geregelt (Regelprogramm R3). Hierbei ist zum Beispiel nicht zu erwarten, dass die Speichertemperatur bis auf eine Brauchwassertemperatur erwärmt werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nur eine geringe Sonnenstrahlung auf den Solarkollektor trifft oder sehr niedrige Außentemperaturen vorliegen. Vorteilhaft hierbei ist, dass trotz der geringen Sonnenstrahlung möglichst viel Wärme in den Speicher geladen wird, bzw. das flüssige Medium möglichst stark erwärmt wird. Bei einer solchen definierten Temperaturspreizung sind die Verluste des Solarkreislaufs sehr gering und die Effizienz dementsprechend hoch.Depending on the temperature of the liquid medium in the memory of one of the three control programs is activated according to the method. In this case, at a low temperature, ie at a storage temperature which is less than the second limit temperature, regulated to a defined, preferably minimal, more preferably between 7 Kelvin to 11 Kelvin temperature spread between flow temperature and storage temperature (control program R3). For example, it is not to be expected that the storage tank temperature can be heated up to a hot water temperature. This is the case in particular when only a small amount of solar radiation hits the solar collector or when there are very low outside temperatures. The advantage here is that despite the low solar radiation as much heat in the Memory is charged, or the liquid medium is heated as much as possible. With such a defined temperature spread, the losses of the solar circuit are very low and the efficiency is accordingly high.
Die Regelung auf eine Vorlaufsolltemperatur erfolgt jeweils durch Anpassung des Volumen- oder Massenstroms des Solarfluids. Insbesondere kann dies über eine Drehzahl einer Pumpe umgesetzt werden. Sofern die Vorlauftemperatur höher ist als die Vorlaufsolltemperatur, würde die Drehzahl erhöht, und bei einem Unterschreiten der Vorlaufsolltemperatur durch die Vorlauftemperatur, würde die Drehzahl verringert. Erreicht die Vorlauftemperatur selbst bei immer weiter verringerter Drehzahl nicht die Vorlaufsolltemperatur, beträgt die Drehzahl schließlich null Umdrehungen pro Minute. Bei einem Unterschreiten einer bestimmten Pumpendrehzahl wird der Solarkreislauf allerdings ineffizient. Hier sollte die Pumpe deshalb bereits vorher deaktiviert werden, bis die Vorlauftemperatur wieder ausreichend ist, um die Pumpe erneut mit einer oberhalb dieser Pumpendrehzahl liegenden Drehzahl aktivieren zu können.The control to a desired flow temperature is carried out in each case by adjusting the volume or mass flow of the solar fluid. In particular, this can be implemented via a rotational speed of a pump. If the flow temperature is higher than the desired flow temperature, the speed would be increased, and if the supply temperature drops below the supply temperature by the flow temperature, the speed would be reduced. If the flow temperature does not reach the set flow temperature even if the speed continues to drop, the speed will eventually be zero revolutions per minute. If the pump speed drops below a certain pump speed, however, the solar circuit becomes inefficient. Therefore, the pump should be deactivated beforehand until the flow temperature is sufficient again to enable the pump again with a speed above this pump speed.
Regelprogramm R2 hat maßgeblich zum Ziel, bei ausreichender Sonnenstrahlung dafür zu sorgen, dass die konstant verfügbare Wärmequelle möglichst selten zugeschaltet wird. Es wird dann aktiviert, wenn die Temperatur des flüssigen Mediums im Speicher nahe einer Zieltemperatur ist und erwartet werden kann, dass diese Zieltemperatur mittels des Solarkreislaufs erreicht werden kann. In diesem Temperaturbereich werden kurzzeitige Effizienzverluste des Solarkreislaufs in Kauf genommen, die jedoch deutlich geringer sind als mögliche Verluste durch ein Hinzuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle.Control program R2 has the main goal of ensuring that sufficient solar radiation ensures that the constantly available heat source is switched on as rarely as possible. It is activated when the temperature of the liquid medium in the store is near a target temperature and it can be expected that this target temperature can be achieved by means of the solar cycle. In this temperature range, short-term efficiency losses of the solar circuit are accepted, but these are significantly lower than possible losses due to the addition of the constantly available heat source.
Mittels Regelprogramm R1 wird bei bereits erhöhter Temperatur des flüssigen Mediums im Speicher wiederum möglichst viel Wärme in den Speicher geladen, indem auf eine definierte, vorzugsweise minimale, besonders bevorzugt zwischen 7 Kelvin und 11 Kelvin liegende Temperaturspreizung zwischen Vorlauftemperatur und Speichertemperatur geregelt wird. Ein Hinzuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle ist in diesem Temperaturbereich des flüssigen Mediums nicht zu erwarten. Deshalb wählt das Verfahren in diesem Temperaturbereich Regelprogramm R1 mit einer möglichst hohen Effizienz für den Solarkreislauf.By means of the control program R1, as much heat as possible is again charged into the storage tank when the temperature of the liquid medium is already high, by controlling the temperature spread between the flow temperature and the storage temperature to a defined, preferably minimum, more preferably between 7 and 11 Kelvin. An addition of the constantly available heat source is not expected in this temperature range of the liquid medium. Therefore, the process selects in this temperature range control program R1 with the highest possible efficiency for the solar cycle.
Das Verfahren sieht vor, dass eine Speichersolltemperatur vorgebbar ist. Diese gilt insbesondere für die Höhe des Speichers, in der auch der erste Temperatursensor angeordnet ist. Durch diese Anpassung können zum Beispiel Hausbesitzer die Speichersolltemperatur an ihre Bedürfnisse anpassen. Die Speichersolltemperatur sollte dabei leicht über einer gewünschten Brauchwassertemperatur liegen. Eine solche vorgebbare Speichersolltemperatur kann eine wichtige Information für die Regeleinheit des Solarkreises darstellen. Das Verfahren ist nämlich idealer Weise auch auf diese Speichersolltemperatur auszulegen, um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen, indem ein häufiges Zuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle verhindert wird. Insbesondere sind die Grenztemperaturen auf die Speichersolltemperatur hin ausgelegt.The method provides that a storage target temperature can be specified. This applies in particular to the height of the memory in which the first temperature sensor is arranged. This adaptation allows, for example, homeowners to adjust the desired store temperature to their needs. The storage target temperature should be slightly above a desired hot water temperature. Such a predefinable desired storage temperature can represent important information for the control unit of the solar circuit. In fact, the method is ideally also designed for this desired storage temperature in order to achieve the highest possible efficiency by preventing frequent connection of the constantly available heat source. In particular, the limit temperatures are designed for the desired storage temperature.
So sieht das Verfahren vor, dass die erste Grenztemperatur größer oder gleich der Speichersolltemperatur ist. Besonders bevorzugt entspricht die erste Grenztemperatur der Speichersolltemperatur. Diese könnte beispielsweise 50°C betragen. Oberhalb dieser ersten Grenztemperatur ist Regelprogramm R1 aktiviert und die konstant verfügbare Wärmequelle deaktiviert. Der Solarkreislauf lädt nun möglichst viel Wärme in den Speicher, bei gleichzeitig vorliegender hoher Effizienz für den Solarkreislauf.Thus, the method provides that the first limit temperature is greater than or equal to the storage target temperature. Particularly preferably, the first limit temperature corresponds to the desired storage temperature. This could be, for example, 50 ° C. Above this first limit temperature, control program R1 is activated and the constantly available heat source is deactivated. The solar circuit now loads as much heat as possible into the storage tank, while at the same time providing high efficiency for the solar cycle.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die zweite Grenztemperatur kleiner ist als die Speichersolltemperatur. Zu bevorzugen ist eine zweite Grenztemperatur, die halb so groß ist wie die erste Grenztemperatur plus/minus 5 Kelvin. Dies könnte beispielsweise 25 ± 5°C sein wenn die erste Grenztemperatur 50°C beträgt. Oberhalb einer solchen zweiten Grenztemperatur ist davon auszugehen, dass die zuzuführende Wärme zum Erreichen der Speichersolltemperatur mittels des Solarkreislaufs erreicht werden kann. Mittels des Regelprogramms R2 wird dann ein Zuschalten der konstant verfügbaren Wärmequelle verhindert.Furthermore, it is provided that the second limit temperature is less than the desired storage temperature. It is preferable to have a second limit temperature that is half the first limit temperature plus / minus 5 Kelvin. For example, this could be 25 ± 5 ° C when the first limit temperature is 50 ° C. Above such a second limit temperature, it can be assumed that the heat to be supplied can be reached by means of the solar circuit for reaching the desired storage temperature. By means of the control program R2, a connection of the constantly available heat source is prevented.
Zwischen den beiden Grenztemperaturen regelt Regelprogramm R2 gemäß der Erfindung auf eine konstante zweite Vorlauftemperatur. Diese ist vorzugsweise größer als die Speichersolltemperatur. Somit wird die Speichertemperatur schnellst möglich über die Speichersolltemperatur geladen und die konstant verfügbare Wärmequelle wird nicht aktiviert.Between the two limit temperatures regulating program R2 controls according to the invention to a constant second flow temperature. This is preferably greater than the desired storage temperature. Thus, the storage tank temperature is charged as fast as possible above the storage target temperature and the constantly available heat source is not activated.
Eine Ausbildung des Verfahrens sieht vor, dass der erste Spreizwert konstant ist. Bevorzugt beträgt er zwischen 7 Kelvin und 11 Kelvin. Der ideale erste Spreizwert kann in Abhängigkeit des Solarkreislaufs leicht variieren und könnte ermittelt werden. Insbesondere kann dieser durch Wärmeverluste im Vor- und Rücklauf beeinflusst sein. Die Ermittlung könnte individuell an jedem Solarkreislauf erfolgen oder aber es könnte mittels vorangehender Versuche ein standardisierter erster Spreizwert bestimmt werden. Ein standardisierter erster Spreizwert kann dann als eine Voreinstellung dienen, die einen Betrieb des Solarkreislaufs ermöglicht und nicht zwingend eine indiviuelle Einstellung durch einen Monteur erfordert.An embodiment of the method provides that the first spread value is constant. It is preferably between 7 Kelvin and 11 Kelvin. The ideal first spread value can vary slightly depending on the solar cycle and could be determined. In particular, this can be influenced by heat losses in the flow and return. The determination could be carried out individually at each solar circuit or else a standardized first spread value could be determined by means of previous tests. A standardized first spread value may then serve as a default that allows operation of the solar loop and does not necessarily require individual adjustment by an installer.
Abweichend von einem konstanten ersten Spreizwert, könnte der ideale erste Spreizwert eine Abhängigkeit von der Speichertemperatur haben. Dementsprechend könnte der erste Spreizwert dann eine von der Speichertemperatur abhängige Funktion sein. Bevorzugt bewegt sich eine solche erste Spreizwertfunktion in einer Temperaturspanne von 7 Kelvin bis 11 Kelvin. Insbesondere könnte mit steigender Speichertemperatur der erste Spreizwert steigen, um eine Stagnation der Speichertemperatur hinauszuzögern, wofür der Solarkreislauf gezielt mit einer etwas geringeren Effizienz betrieben wird. Unlike a constant first spread value, the ideal first spread value could have a dependency on the store temperature. Accordingly, the first spread value could then be a function dependent on the storage temperature. Such a first spread value function preferably moves in a temperature range from 7 Kelvin to 11 Kelvin. In particular, as the storage temperature rises, the first spread value could increase in order to delay stagnation of the storage temperature, for which purpose the solar circuit is specifically operated with a somewhat lower efficiency.
Auch der zweite Spreizwert könnte konstant sein und bevorzugt zwischen 7 Kelvin und 11 Kelvin betragen. Dieser wäre ebenso zu ermitteln. Dies könnte individuell an jedem Solarkreislauf erfolgen oder aber es könnte mittels vorangehender Versuche ein standardisierter zweiter Spreizwert bestimmt werden.The second spread value could also be constant and preferably between 7 Kelvin and 11 Kelvin. This should also be determined. This could be done individually at each solar circuit or it could be determined by means of previous attempts a standardized second spread value.
Abweichend von einem konstanten zweiten Spreizwert, könnte der ideale zweite Spreizwert eine Abhängigkeit von der Speichertemperatur haben. Dementsprechend könnte der zweite Spreizwert dann eine von der Speichertemperatur abhängige Funktion sein, die bevorzugt in einer Temperaturspanne von 7 Kelvin bis 11 Kelvin liegt.Unlike a constant second spread value, the ideal second spread value could have a dependency on the store temperature. Accordingly, the second spread value could then be a function dependent on the storage temperature, which preferably lies in a temperature range from 7 Kelvin to 11 Kelvin.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass der zweite Spreizwert dem ersten Spreizwert entspricht. Hierdurch ist der Ermittlungsaufwand sehr gering und nur ein Spreizwert vorzugeben.There is also the possibility that the second spread value corresponds to the first spread value. As a result, the investigation effort is very low and only pretend a spread value.
Ferner sieht eine Variante vor, dass der erste Spreizwert vorgegeben wird. Hierdurch ist es möglich, dass ein Monteur eines Solarkreises den ersten Spreizwert individuell festlegen kann. Somit wird eine maximale Effizienz des Regelprogramms R1 für jeden einzelnen Solarkreislauf erreicht.Furthermore, a variant provides that the first spread value is specified. This makes it possible that an installer of a solar circuit can set the first spread individually. Thus, a maximum efficiency of the control program R1 is achieved for each individual solar circuit.
Gleichermaßen könnte der zweite Spreizwert vorgegeben werden. Hierdurch ist es möglich, dass ein Monteur eines Solarkreises den zweiten Spreizwert individuell festlegen kann. Somit wird eine maximale Effizienz des Regelprogramms R3 für jeden einzelnen Solarkreislauf erreicht.Likewise, the second spread value could be specified. This makes it possible for an installer of a solar circuit to set the second spread value individually. Thus, a maximum efficiency of the control program R3 is achieved for each individual solar circuit.
Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen inThe drawings illustrate embodiments of the invention and show in FIG
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 um einen ersten Spreizwert ΔT1 oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen ersten Spreizwert ΔT1 oberhalb der Speichertemperatur TSp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der erste Spreizwert ΔT1 konstant. Um die Vorlauftemperatur TV auf die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur TSp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die erste Grenztemperatur TG1, ein Regelprogramm R1 aus. According to the invention, it is provided that the first desired flow temperature T V, soll1 is above the 45 degree line by a first spread value ΔT 1 , ie it lies above this first spread value ΔT 1 above the storage temperature T Sp . According to the illustration shown, the first flow target temperature T V, soll1 runs parallel to the 45 degree line and thus the first spread ΔT 1 is constant. In order to regulate the flow temperature T V to the first desired flow temperature T V , soll1 , the method selects a control program R1 at a storage temperature T Sp which is higher than or equal to the first limit temperature T G1 .
Weiterhin ist die zweite Vorlaufsolltemperatur TV,soll2 ein konstanter Wert, der oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt oberhalb der Speichertemperatur TSp. Insbesondere ist die zweite Vorlaufsolltemperatur TV,soll2 die Summe aus der Speichersolltemperatur TSp,soll und dem ersten Spreizwert ΔT1. Um die Vorlauftemperatur TV auf die zweite Vorlaufsolltemperatur TV,soll2 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur TSp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die zweite Grenztemperatur TG2 und geringer ist als die erste Grenztemperatur TG1, ein Regelprogramm R2 aus.Furthermore, the second flow target temperature T V, soll2 is a constant value which is above the 45 degree line, ie it is above the storage temperature T Sp . In particular, the second desired flow temperature T V, soll2 is the sum of the desired storage temperature T Sp, soll and the first spread value ΔT 1 . In order to regulate the flow temperature T V to the second desired flow temperature T V , soll2 , the method selects at a storage temperature T Sp which is higher than or equal to the second limit temperature T G2 and lower than the first limit temperature T G1 , a Control program R2 off.
Bei einer Speichertemperatur TSp unterhalb der zweiten Grenztemperatur TG2 ist vorgesehen, dass die dritte Vorlaufsolltemperatur TV,soll3 um einen zweiten Spreizwert ΔT2 oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen zweiten Spreizwert ΔT2 oberhalb der Speichertemperatur TSp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die dritte Vorlaufsolltemperatur TV,soll3 parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der dritte Spreizwert ΔT3 konstant. Um die Vorlauftemperatur TV auf die dritte Vorlaufsolltemperatur TV,soll3 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur TSp, die niedriger ist als die zweite Grenztemperatur TG2, ein Regelprogramm R3 aus.At a storage temperature T Sp below the second limit temperature T G2, it is provided that the third setpoint target temperature T V, soll3 is above the 45 degree line by a second spread value ΔT 2 , ie, it lies above the second spread value ΔT 2 above the storage temperature T Sp . According to the illustration shown, the third flow target temperature T V, soll3 runs parallel to the 45 degree line and thus the third spread ΔT 3 is constant. In order to regulate the flow temperature T V to the third desired flow temperature T V , soll3 , the method selects a control program R3 at a storage temperature T Sp which is lower than the second limit temperature T G2 .
Auf diese Vorlaufsolltemperaturen TV,soll1, TV,soll2 und TV,soll3 regelt das Verfahren die Vorlauftemperatur TV zum Beispiel derart, dass es den Volumen- oder Massenstrom eines durch einen Solarkollektor strömenden Solarfluids regelt.The process regulates the flow temperature T V, for example, such that it regulates the volume or mass flow of a solar fluid flowing through a solar collector to these flow target temperatures T V, soll1 , T V, soll2 and T V, soll3 .
Ein weiteres Diagramm veranschaulicht in
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 um einen ersten Spreizwert ΔT1 oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen ersten Spreizwert ΔT1 oberhalb der Speichertemperatur TSp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 nicht parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der erste Spreizwert ΔT1 nicht konstant. Vielmehr nähert sich die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 asymptotisch einer oberhalb zur 45 Grad Linie parallel verlaufenden Temperatur an. Der erste Spreizwert ΔT1 nimmt somit mit ansteigender Speichertemperatur TSp ab. Er könnte jedoch genauso gut zunehmen (nicht gezeigt). Idealerweise beträgt der erste Spreizwert ΔT1 im Regelbereich der Speichertemperatur TSp zwischen 7 und 11 Kelvin. Um die Vorlauftemperatur TV auf die erste Vorlaufsolltemperatur TV,soll1 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur TSp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die erste Grenztemperatur TG1, ein Regelprogramm R1 aus. According to the invention, it is provided that the first desired flow temperature T V, soll1 is above the 45 degree line by a first spread value ΔT 1 , ie it lies above this first spread value ΔT 1 above the storage temperature T Sp . According to the illustration shown, the first flow target temperature T V, soll1 does not run parallel to the 45 degree line and thus the first spread ΔT 1 is not constant. Rather, the first set flow temperature T V, soll1 approaches asymptotically to a temperature which is parallel above the 45 degree line. The first spread value .DELTA.T 1 thus decreases with increasing storage temperature T Sp . He could, however, just as well increase (not shown). Ideally, the first spread value ΔT 1 in the control range of the storage temperature T Sp is between 7 and 11 Kelvin. In order to regulate the flow temperature T V to the first desired flow temperature T V , soll1 , the method selects a control program R1 at a storage temperature T Sp which is higher than or equal to the first limit temperature T G1 .
Weiterhin ist die zweite Vorlaufsolltemperatur TV,soll2 ein konstanter Wert, der oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt oberhalb der Speichertemperatur TSp. Um die Vorlauftemperatur TV auf die zweite Vorlaufsolltemperatur TV,soll2 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur TSp, die höher ist als oder gleich hoch ist wie die zweite Grenztemperatur TG2 und geringer ist als die erste Grenztemperatur TG1, ein Regelprogramm R2 aus.Furthermore, the second flow target temperature T V, soll2 is a constant value which is above the 45 degree line, ie it is above the storage temperature T Sp . In order to regulate the flow temperature T V to the second desired flow temperature T V , soll2 , the method selects at a storage temperature T Sp which is higher than or equal to the second limit temperature T G2 and lower than the first limit temperature T G1 , a Control program R2 off.
Bei einer Speichertemperatur TSp unterhalb der zweiten Grenztemperatur TG2 ist vorgesehen, dass die dritte Vorlaufsolltemperatur TV,soll3 um einen zweiten Spreizwert ΔT2 oberhalb der 45 Grad Linie liegt, d. h. sie liegt um diesen zweiten Spreizwert ΔT2 oberhalb der Speichertemperatur TSp. Gemäß der gezeigten Darstellung verläuft die dritte Vorlaufsolltemperatur TV,soll3 nicht parallel zur 45 Grad Linie und somit ist der zweite Spreizwert ΔT2 nicht konstant. Idealerweise beträgt der zweite Spreizwert ΔT2 im Regelbereich der Speichertemperatur TSp zwischen 7 und 11 Kelvin. Um die Vorlauftemperatur TV auf die dritte Vorlaufsolltemperatur TV,soll3 zu regeln, wählt das Verfahren bei einer Speichertemperatur TSp, die niedriger ist als die zweite Grenztemperatur TG2, ein Regelprogramm R3 aus.At a storage temperature T Sp below the second limit temperature T G2, it is provided that the third setpoint target temperature T V, soll3 is above the 45 degree line by a second spread value ΔT 2 , ie, it lies above the second spread value ΔT 2 above the storage temperature T Sp . According to the illustration shown, the third flow target temperature T V, soll3 is not parallel to the 45 degree line and thus the second spread value ΔT 2 is not constant. Ideally, the second spread value ΔT 2 in the control range of the storage temperature T Sp is between 7 and 11 Kelvin. In order to regulate the flow temperature T V to the third desired flow temperature T V , soll3 , the method selects a control program R3 at a storage temperature T Sp which is lower than the second limit temperature T G2 .
Auf diese Vorlaufsolltemperaturen TV,soll1, TV,soll2 und TV,soll3 regelt das Verfahren die Vorlauftemperatur TV zum Beispiel derart, dass es den Volumen- oder Massenstrom eines durch einen Solarkollektor strömenden Solarfluids regelt.The process regulates the flow temperature T V, for example, such that it regulates the volume or mass flow of a solar fluid flowing through a solar collector to these flow target temperatures T V, soll1 , T V, soll2 and T V, soll3 .
Gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- SolarkreislaufSolar circuit
- 1010
- Pumpepump
- 1111
- flüssiges Mediumliquid medium
- 1212
- SpeicherStorage
- 1313
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1414
- Vorlaufleader
- 1515
- Rücklaufreturns
- 1616
- Solarkollektorsolar collector
- 1717
- Regeleinheitcontrol unit
- 1818
- erster Temperatursensorfirst temperature sensor
- 1919
- zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
- 2020
- Solarfluidsolar fluid
- TSp T Sp
- Speichertemperaturstorage temperature
- TV T V
- Vorlauftemperaturflow temperature
- TSp,soll T Sp, shall
- SpeichersolltemperaturCylinder temperature
- TV ,soll T V , shall
- VorlaufsolltemperaturFlow temperature
- TV,soll1 T V, soll1
- erste Vorlaufsolltemperaturfirst flow temperature setpoint
- TV,soll2 T V, soll2
- zweite Vorlaufsolltemperatursecond flow setpoint temperature
- TV,soll3 T V, soll3
- dritte Vorlaufsolltemperaturthird flow setpoint temperature
- TG1 T G1
- erste Grenztemperaturfirst limit temperature
- TG2 T G2
- zweite Grenztemperatursecond limit temperature
- ΔT1 ΔT 1
- erster Spreizwertfirst spread value
- ΔT2 ΔT 2
- zweiter Spreizwertsecond spread value
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