AT114U1 - Warmwasserbereiter - Google Patents

Description

AT 000 114 Ul

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter mit mindestens zwei, elektrische Heizkörper und/oder Wärmetauscher aufweisenden, Speicherbehältern, wobei die Wärmetauscher jeweils parallel an eine gemeinsame Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung eines Umlaufsystems angeschlossen sind, und in diesem Rohrsystem ein Medium zur Wärmeübertragung zirkuliert

Die Energiepreiserhöhungen der vergangenen Jahre, die Abhängigkeit von Erdöl· und Erdgas-lieferländem sowie ein gesteigertes Umweltbewußtsein der Bevölkerung haben zu der.Erkenntnis geführt, daß eine Senkung des Energieverbrauches dringend notwendig ist.

Es liegt in der Natur der Sache, daß das wohl größte Einsparungspotential auf dem Gebiet der Heizung liegt - sowohl der Raumheizung als auch der Aufheizung von Brauchwasser.

Die Kosten für Raumbeheizungen konnten in letzter Zeit tatsächlich beträchtlich gesenkt werden, hauptsächlich mittels effektiver Regelungssysteme und verbesserten Raumwärmeschutzes. Damit war es möglich, sowohl bei bestehenden, vor allem jedoch bei neu errichteten Heizungsanlagen den Wirkungsgrad weitgehend zu erhöhen. Zudem wurden Solaranlagen und Wärmepumpen in die Raumheizungssysteme integriert.

Was die Waimwasserbereitung betrifft, so erfolgten auch hierbei verschiedene Verbesserungs-versuche. Beispielsweise kann die Beheizung des Brauchwassers durch eine Kleinwärmepumpe erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine für die Raumbeheizung vorhandene Wärmepumpe mit einer Vorrangschaltung für die Warmwasserbereitung zu versehen.

Prinzipiell nachteilig bei beiden Varianten ist, daß die Errichtungskosten einer Wärmepumpe zu Zeit sehr hoch sind, während ihre Lebensdauer jedoch relativ gering ist.

Ein anderer bekannter Versuch, bei der Wannwasserbereitung Energie zu sparen, besteht darin, einen S landspeicher mit zwei Wärmetauschern zu versehen. Dabei wird das Wasser mit zwei verschiedenen Energieträgern aufgeheizt. Ein im unteren Teil des Speichers angeordnetes Heizregister wird mit einem Niedertemperatur-Wärmeerzeuger, also z. B. mit einer Wärmepumpe 2 AT 000 114 Ul oder einem Solarsystem, verbunden. Ein Heizregister im oberen Teil des Speichers ist, wegen des höheren Temperatumiveaus, an einen Heizkessel angeschlossen.

Der Nachteil dieses Systems besteht darin, daß der hohe technische Aufwand die Wirtschaftlich' keit des Systems in Frage stellt.

In der Patentpublikation DE-OS 3 523 339 wird eine Heizungseinheit mit ambivalenter Energie· zufuhr vorgestellt. Diese Heizungseinheit weist modulartig zusammensetzbare Energiespeicherblöcke auf, die rechteckig und aufeinandersetzbar ausgebildet sind; sie sind mit Anschlüssen für zwei unterschiedliche Energieeinspeisungen, beispielsweise für eine elektrische Energieeinspeisung und eine Energieeinspeisung für Gas, ausgerüstet. Für den Einsatz lediglich der Warmwasserbereitung ist der technisch relativ komplizierte und auch wirtschaftliche Aufwand der Erfindung lt. DE-OS 3 523 339 nicht gerechtfertigt.

Die Druckschrift AT-PS 376 7S8 befaßt sich mit einem Femheiznetz. Das Femheiznetz weist einen ersten Femwärmewasserstrom auf, welcher über Wärmetauscher Wärmespeicher mit Speichermassen aufheizt. Die Wärme der Wäimespeicher wird zu Heizelementen gefördert, die zwischen Vor- und Rücklauf eines Heizkreises geschaltet sind. Erfindungsgemäß ist die Speicher-masse des Wärmespeichers von einer im entladenen Zustand kristallinen und im geladenen Zustand geschmolzenen Latentspeichersubstanz gebildet. Die Schmelztemperatur der Latentspeichersubstanz liegt unterhalb der Vorlauftemperatur des Femwärmewasserstromes und oberhalb der Arbeitstemperatur des Heizkreises, weicher die Heizelemente versorgt.

Der Zweck der Erfindung lt. AT-PS 376 788 besteht darin, Energie zu puffern, um mit weitgehend konstanter Energiezufuhr in einem Femwärmenetz, trotz fallweis«· Spitzenbelastungen seitens der Verbraucher, das Auslangen zu finden. Für die Wannwasserbereitung alleine ist diese Erfindung unzweckmäßig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Warmwasserbereiter zu konzipieren, welcher eine energiesparende und rasche Aufheizung des Brauchwassers ohne Komfortverlust für den Verwender sicherstellt. '

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kaltwasser-V ersorgungsleitung an der untersten Stelle des letzten Speicherbehälters und eine Warmwasser-Ablaufleitung an der höchsten Stelle des ersten Speicherbehälters angeschlossen ist, und eine Brauchwasser-Verbindungsleitung den obersten temperaturhöchsten Brauchwasserbereich 3 AT 000 114 Ul des jeweils nachfolgenden Speicherbehälters mit dem untersten temperatumiedrigsten Brauchwasserbereich des jeweils vorhergehenden Speicherbehälters verbindet, und die Speicherbehälter in an sich bekannter Weise mit wärmeisolierendem Material umhüllt sind.

Mit der Erfindung ist vorteilhafterweise das dem ersten Speicherbehälter zugefuhrte Wasser bereits vorgewännt ist. Damit ist es möglich, die Warmwasser-Ablaufleitung rasch und kontinuierlich mit Warmwasser zu versorgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Wärmetauscher des ersten Speicherbehälters über jeweils ein motorgesteuertes Absperrventil an die Vorlaufleitung und an die Rücklaufleitung, und daß der Wärmetauscher des letzten Speicherbehälters über ein motorgesteuertes Absperrventil an die Vorlaufleitung angeschlossen ist, und daß die Wärmetauscher der zwischen dem ersten Speicherbehälter und dem letzten Speicherbehälter angeordneten Speicherbehälter über jeweils ein motorgesteuertes Absperrventil an die Vorlaufleitung und an die Rücklauf leitung angeschlossen sind, und daß die Rücklaufleitung des Wärmetauschers jedes jeweils vorhergehenden Speicherbehälters mit der Vorlaufleitung des Wärmetauschers des jeweils nachfolgenden Speicherbehälters auf der den zugewandten Seite der motorgesteuerten Absperrventile über jeweils ein motorgesteuertes Absperrventil miteinander verbindbar sind.

Diese Weiterbildung erlaubt vorteilhafterweise, daß die Wärmetauscher der Speicherbehälter in Serie an die Vorlaufleitung und die Rücklaufleituhg angekoppelt werden können.

Eine spezielle Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die motorgesteuerten Absperrventile als Thermostatventile ausgebildet sind. *

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausbildung besteht darin, daß der Einsatz der Thermostatventile eine noch präzisere Regelung erlaubt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Fig. zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Warmwasserbereiters in schematisch vereinfachter Darstellungsweise, und zwar als Teil einer a

Wie aus der Fig. ersichtlich, sind in einem mit wärmeisolierendem Material 19 ausgestatteten Behälter 9 drei Speicherbehälter 1,2,3 angeordnet, wobei der Speicherbehälter 1 als erster, der Speicherbehälter 2 als mittlerer und der Speicherbehälter 3 als letzter bezeichnet werden soll. 4 AT 000 114 Ul

Eine Kaltwasser-Versorungsleitung IC wird über ein erstes Absperrventil 15, ein Rückschlagventil 14 und ein zweites Absperrventil 15 der tiefsten Stelle des letzten Speicherbehälters 3 zugeführt.

In diesem Leitungszug ist zwischen dem ersten Absperrventil 13 und dem Rückschlagventil 14 ein Abzweig zu einem Probierventil 16 vorgesehen. Eine Sicherheitsleitung 12 fuhrt von der Kaltwasser-Versorgungsleitung 10 zu einem Sicherheitsventil 17, weiches mit einer Überlaufleitung 18 verbunden ist. Jeder der drei Speicheibehälter 1,2,3 ist mit einem Entleerventil lb, 2b, 3b ausgestattet.

Eine Warmwasser-Ablaufleitung 11, welche Zapfetellen mit Wannwasser versorgt, ist an der höchsten Stelle des ersten Speicherbehalters 1 angeschlossen. Je eine Brauchwasser-Verbindungs-leitung 20 bzw. 21 verbindet den untersten temperaturniedrigsten Brauchwasserbereich des ersten Speicherbehälters 1 mit dem obersten temperaturhöchsten Brauchwasserbereich des mittleren Speicherbehälters 2, bzw. den untersten temperatumiedrigsten Brauchwasserbereich des mittleren Speicherbehälters 2 mit dem obersten temperaturhöchsten Brauchwasserbereich des letzten Speicherbehälters 3.

Von einem mittels Gas- oder Ölbrenner 4c befeuerten Heizkessel 4 fuhrt eine Vorlaufleitung 5 zu einer Heizkreispumpe 7 und zu einer Boilerladepumpe 8. Von der Boileriadepumpe 8 fuhrt die Vorlaufleitung 5 weiter, und zwar über ein motorgesteuertes Absperrventil 27 zum Heizregister la, über ein motorgesteuertes Absperrventil 28c zum Heizregister 2a und über ein motor-gesteuertes Absperrventil 29c zum Heizregister 3a.

Die Rücklaufleitung 6 steht einerseits mit von der Heizkreispumpe 7 gespeisten Raumheizkörpern (diese sind in der Fig. nicht dargestellt) sowie einem Ausdehnungsgefäß 4a und einem Entleerungsventil 4b, anderseits über ein motorgesteuertes Absperrventil 28a mit dem Heizregister la, und über ein weiteres motorgesteuertes Absperrventil 29a mit dem Heizregister 2a, sowie direkt mit dem Heizregister 3a in Verbindung. Die Rücklaufleitung vom Heizregister 1 a und die Vor-laufleitung zum Heizregister 2a sind über ein motorgesteuertes Absperrventil 28b direkt mitsammen verbindbar. Entsprechend sind die Rücklaufleitung vom Heizregister 2 a und die Vorlaufleitung zum Heizregister 3a über ein motorgesteuertes Absperrventil 29b direkt mitsammen verbindbar.

Von einem zentralen Steuergerät 22 fuhrt je eine elektrische Leitung zu folgenden Gliedern: Temperaturfühler 23 bzw. 24 bzw. 25 zur Messung der jeweiligen Brauchwassertemperatur im oberen Bereich der Speicheibehälter 1 bzw. 2 bzw. 3, Temperaturfühler 26 zur Messung der Brauchwassertemperatur im Kaltwasser-Einlaufbereich des Speicherbehälters 3; Temperaturfühler 5a zur Messung der Vorlauftemperatur des Heizkessels 4; Temperaturfühler 6a zur Messung der Rücklauftemperatur beim Heizkessel 4; Temperaturfühler 4d zur Messung der zur Verfügung 5 AT 000 114 Ul stehenden Energiemenge im Heizkessel; Heizkreispumpe 7; Boilerladepumpe 8. Vom Betreiber einzustellen sind selbstverständlich die jeweils gewünschten Werte für Sollwertregelung, Rest-wärmeverwertung usw. Über die mittels der Boilerladepumpe 8 an die Vorlaufleitung 6 des Heizkessels 4 gekoppelten Heizregister la, 2a, 3a erfolgt die Aufheizung des über die Kaltwasser-Versorgungsleitung 10 eingespeisten Brauchwassers in den Speicherbehältem 1,2,3. Bei der Durchströmung der Heizregister la, 2a, 3a mit dem Wärmeträger (im vorliegenden Fall Wasser) wird Wärme an das Brauchwasser abgegeben.

Als Standard-Betriebsprogramm sei angenommen, daß ein maximaler Wärmetransport vom Heizkessel 4 zu den Speicherbehältem 1,2 3 erfolgen solle; die Wassertemperatur in den drei Speicherbehältem 1,2,3 solle gestaffelt sein. Es wird sich sodann im Speicherbehälter 1 die höchste, im Speicherbehälter 2 eine niedrigere und im Speicherbehälter 3 die niedrigste Wassertemperatur einstellen Mittels der vorerwähnten Temperaturfühler 4d, 5a, 6a, 23,24,25,26 werden die Betriebszustände kontrolliert und, je nach dem vorhandenen Wärmepotential, von der Regelung die erforderlichen Maßnahmen veranlaßt. Unter der Annahme einer entsprechenden Voreinstellung der Regelung werden die Ventile 27,28a, 28b, 2Sc, 29a, 29b, 29c sowie die Boilerladepumpe 8 wie im folgenden ausgeführt, angesteuert.

Falll:

Ist die Vorlauftemperatur höher als die Brauchwassertemperatur im Speicheibehälter 1, so werden die Ventile 27,28b, 29b geöffnet; die Ventile 28a, 28c, 29a, 29c bleiben im geschlossenen Zustand.

FailH:

Ist die Vorlauftemperatur kleiner als die Brauchwassertemperatur im Speicherbehälter 1, aber höher als in den Speicherbehältem 2,3, so sind die Ventile 27,28a, 28b, 29a, 29c im geschlossenen Zustand, die Ventile 28c, 29b and geöffnet.

FallEI:

Ist die Vorlauftemperatur kleiner als die Wassertemperatur in den Speicherbehältem 1,2, abahöher als (He Wassertemperatur im Speicherbehälter 3, so and die Ventile 27,28a, 28b, 28c, 29a, 29b im geschlossenen Zustand, das Ventil 29c ist geöffnet.

Die Boilerladepumpe 8 läuft so lange, bis sich die Rücklauftemperatur auf dem annähernd gleichen Wert wie das Brauchwasser im unteren Bereich des Speicherbehälters 3 - gemessen mit dem 6 AT 000 114 Ul

Temperaturfühler 26 - befindet. Auf diese Weise wird das Brauchwasser temperaturabhängig in die drei Speicherbehälter 1,2,3 transportiert. Für ein weiteres praktisches Anwendungsbeispiel sei angenommen, daß als Wärmequelle ein Solarsystem verwendet wird. Unter der Annahme vormittäglicher Sonneneinstrahlung wird die· Vorlauftemperatur erhöht. Die Boileriadepumpe 8 solle drei Drehzahlen aufweisen. Das Regelgerät 22 steuert die Boilerladepumpe 8 mit der niedrigsten Drehzahl an; dem Regelgerät 22 werden über einen Temperaturfühler Informationen über die dadurch steigende Vorlauftemperatur zugeführt. Daraus ergibt sich eine Ansteuerung, welche die motorgesteuerten Absperrventile 27, 28b, 29b öf&et, und die Ventile 28a, 28c, 29a, 29c schließt, weil die Behälter 1,2,3, beispielsweise durch den morgendlichen Brauchwasserverbrauch, nur mehr kaltes WTasser fuhren.

Das Regelgerät 22 agiert nun aufgrund folgender Informationen: maximale Temperatur des Wärmeträgers; Vorlauftemperatur; Rücklauftemperatur; Temperatur im oberen Brauchwasserbereich des Speicherbehälters 1 (gemessen mit Temperaturfühler 23); Temperatur im unteren Brauchwasserbereich des Speicheibehälters 1, welche annähernd der Temperatur im oberen Brauchwasserbereich des Speicherbehälters 2 entspricht (gemessen mit Temperaturfühler 24); Temperatur im unteren Brauchwasserbereich von Speicherbehälter 2, welche annähernd der Temperatur im oberen Brauchwasserbereich des Speicherbehälters 3 entspricht (gemessen mit Temperaturfühler 25); Temperatur im unteren Brauchwasserbereich des Speicherbehälter 3, welche annähernd der Einlauftemperatur des über die Kaltwasser-Versorgungsleitung 10 eingespeisten Kaltwassers entspricht (gemessen mit Temperaturfühler 26).

Das Regelgerät 22 steuert die Boilerladepumpe 8 an. Dabei wird, betreffend die Drehzahlen, die jeweilige Intensität der Sonneneinstrahlung bzw. die daraus resultierende Vorlauftemperatur, berücksichtigt. Somit wird eine geringe bzw. mittlere bzw. starke Sonneneinstrahlung (als dessen Folge sieh eine niedrige bzw. eine höhere bzw, die höchste Vorlauftemperatur emsteilt) eine kleine bzw. mittlere bzw. hohe Drehzahl bewirken.

Die vom Regeikreis vorgenommene Änderung der Ventilstellungen entspricht für die Tageszeiten Nachmittag bzw. Abend den vorerwähnten Fällen Π bzw. ΙΠ.

Wird beispielsweise mittags Brauchwasser von der Warmwasser-Ablaufleitung 11 abgezapft, so Hießt Brauchwasser in den ersten Speicherbehälter 1 nach. Dies erfolgt über die Brauchwasser-Verbindungsleitung 20 vom obersten temperaturhöchsten Bereich des Speicherbehälters 2 bzw. 3 in den untersten temperatumiedrigsten Bereich des Speicherbehälters 1 bzw. 2. Die Brauchwassertemperatur im untersten Bereich des Speicheibehälters 1 ist somit annähernd che gleiche wie im obersten Bereich des Speicherbehälters 2. Entsprechend bewirkt die Brauchwasser-Ver- 7 AT 000 114 Ul bindungsleitung 21, daß die Brauchwassertemperatur im unteren Bereich des Speicherbehalters 2 annähernd die gleiche ist wie im oberen Bereich des Speicherbehälters 3. Aufgrund der Brauch-wasser-Verbindungsleitungen 20,21 stellt sich somit automatisch eine Temperaturstaffelung der Speicherbehälter 1,2,3 ein, wodurch das Brauchwasser im Speicherbehälter 1 stets die höchste, jenes im Speicherbehälter 2 mittlere, und jenes im Speicherbehälter 3 die niedrigste Temperatur aufweist.

Der erfindungsgemäße Wannwasserbereiter 30 erbringt somit Brauchwasser mit vom ersten Speicherbehälter 1 zum letzten Speicherbehälter 3 hin abnehmendem verschiedenem Temperaturniveau. Die Warmwasser-Ablaufleitung 11 ist an der höchsten Stelle des Speicherbehälter 1 angeschlossen, es steht somit immer der Brauchwasseranteil zur Verfügung, der das höchste Tempe-ratumiveau aufweist. Durch die erfindungsgemäße temperaturgestaffelte Anordnung der Speicherbehälter 1,2,3 steht in den dem ersten Speicherbehälter 1 jeweils nachgeordneten Speicher-behältem 2,3 bereits vorgewänntes Brauchwasser stets zur Verfügung bereit. Es fließt über die Brauchwasser-Verbindungsleitungen 20,21 in den Speicherbehälter 1 nach und kann in diesem in kürzester Zeit auf die gewünschte Höchsttemperatur aufgeheizt und über die Warmwasser-Ab-laufleitung 11 abgegeben werdend 8

Claims (3)

1. AT 000 114 Ul 'PATENTANSPRÜCHE ♦·' 1. Warmwasserbereiter mit mindestens zwei, elektrische Heizkörper und/oder Winnetauscher auf weisenden, Speicherbehältem, wobei die Wärmetauscher jeweils parallel an eine gemeinsame Vorlaufleitung und eine Rücklauf leitung eines Umlaufsystems angeschlossen and, und in diesem Rohrsystem ein Medium zur Wärmeübertragung zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kaltwasser-Versorgungsleitung (10) an der untersten Stelle des letzten Speicherbehälters (3), und eine Warmwasser-Ablaufleitung (11) an der höchsten Stelle des ersten Speicherbehälters (1) angeschlossen ist, und eine Brauchwasser-Verbindungsleitung (20,21) den obersten temperaturhöchsten Brauchwasserbereich des jeweils nachfolgenden Speicherbehälters (2,3) mit dem untersten temperatumiedrigsten Brauchwasserbereich des jeweils vorhergehenden Speicherbehälters (1,2) verbindet, und die Speicheibehälter (1,2,3) in an sich bekannter Weise mit wärmeisolierendem Material (19) umhüllt sind. i
2. 2. Wannwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (la) des ersten Speicherbehälters (1) über jeweils ein motorgesteuertes Absperrventil (27,28a) an die Vorlaufleitung (5) und an die Rücklaufleitung (6), und daß der Wärmetauscher (3a) des letzten Speicherbehälters (3) über ein motorgesteuertes Absperrventil (29c) an die Vorlaufleitung (5) angeschlossen ist, und daß die Wärmetauscher (2a) der zwischen dem ersten Speicherbehälter (1) und dem ietzten Speicherbehälter (3) angeordneten Speicherbehälter (2) über jeweils ein motorgesteuertes AbspeiTventil (28c, 29a) an die Vorlaufleitung (5) und an die Rücklaufleitung (6) angeschlossen sind, und daß die Rücklaufleitung des Wärmetauschers (labzw. 2a) jedes jeweils vorhergehenden Speicherbehälters (1 bzw. 2) mit der Vorlaufleitung des Wärmetauschers (2a bzw. 3a) des jeweils nachfolgenden Speicherbehälters (2 bzw. 3) auf der den Speicherbehältem (1,2,3) zugewandten Seite der motorgesteuerten Absperrventile (28a, 28c, 29a, 29c) über jeweils ein motorgesteuertes Absperrventil (28b, 29b) miteinander verbindbar sind.
3. 3. Warmwasserbereiter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mo-torgesteuerteri Absperrventile (27,28a, 28b, 28c, 29a, 29b, 29c) als Thermostatventile ausgebildet sind. 9