<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitung von warmem Brauchwasser aus Kaltwasser unter Verwendung eines durch Heizwasser indirekt beheizten Warmwasserbereiters, wobei das aus dem Warmwasserbereiter rücklaufende Heizwasser in Wärmeaustausch mit dem zulaufenden Kaltwasser gebracht wird. Bei einem Verfahren dieser Art wurde es aus der EP-B1 332 606 bekannt, das gesamte Kaltwasser, nachdem es in Wärmetausch mit dem rücklaufenden Heizwasser getreten ist, zum Wärmeaustausch mit dem zulaufenden Heizwasser (im Warmwasserbereiter) zu bringen. Damit war es erforderlich, relativ grosse Mengen von vorgewärmtem Kaltwasser durch indirekte Beheizung (im Warmwasserbereiter) auf die gewünschte Brauchwassersolltemperatur zu erhitzen. Damit verbunden waren längere Aufheizzeiten und vor allem grossvolumige Warmwasserbereiter.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Aufheizzeit für das Brauchwasser gegenüber dem bekannten Verfahren zu verringern und das Volumen an bereitzuhaltendem warmem Brauchwasser (im Warmwasserbereiter) zu vermindern. Erreicht wird dies durch eine Verfahrensführung, bei der erfindungsgemäss ein Teil des durch Wärmetausch mit dem abfliessenden Heizwasser erwärmten Kaltwasser, vor dessen Eintritt in den Warmwasserbereiter, dem im Warmwasserbereiter indirekt erwärmten Brauchwasser, während des Abfliessens aus dem Warmwasserbereiter zugemischt wird und der Rest des durch Wärmetausch mit dem abfliessenden Heizwasser erwärmten Kaltwasser dem Warmwasserbereiter zugeführt wird.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen Verfahrensführung wird die indirekt erwärmte Menge an Brauchwasser durch eine Teilmenge des vom abfliessenden Heizwasser erwärmten Kaltwasser vermehrt, wodurch zur Erzielung einer bestimmten Menge an warmem Gebrauchswasser von einer gewünschten Temperatur, nicht die gesamte Menge durch indirekte Beheizung mit Heizwasser auf die geforderte Temperatur erwärmt werden muss, sondern lediglich ein Teil auf eine allerdings etwas höhere Temperatur erhitzt wird, die dann durch Beimengung von durch das abfliessende Heizwasser erhitztem Kaltwasser auf die gewünschte Brauchwassertemperatur reguliert wird, wobei die Gesamtmenge an warmem Brauchwasser gleich der Summe aus der durch indirekte Beheizung entstandenen Brauchwassermenge und der beigemischten,
durch Beheizung mittels des abfliessenden Heizwassers entstandenen Menge an erwärmtem Kaltwasser ist.
Bevorzugt werden. dem aus dem Warmwasserbereiter abfliessenden, erwärmten Brauchwasser 50 % bis 100 % des durch Wärmetausch mit dem abfliessenden Heizwasser erwärmten Kaltwasser zugemischt. Bei 100 % Beimengung von durch das abfliessende Heizwasser erwärmtem Kaltwasser kommt ein Durchlaufbetrieb (ohne Speicherung) zustande.
Die Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser weist einen Warmwasserbereiter auf, der über einen Wärmetauscher indirekt durch Heizwasser beheizt wird. Hiebei ist in der Vorlauf- oder Rücklaufleitung des Heizwassers für den Wärmetauscher ein Regelventil eingebaut, weichem als Istwert die Temperatur des aus dem Wärmetauscher rücklaufenden Heizwassers dient, während der einstellbare Sollwert die maximal zulässige rücklaufende Heizwassertemperatur bestimmt und damit indirekt dem gewünschten Sollwert der Brauchwassertemperatur entspricht, wobei weiters in der Heizwasser-Rücklaufleitung vor dem Regelventil bzw.
vor dessen Fühler ein Wärmetauscher angeordnet ist, durch dessen Primärkreis das rücklaufende Heizwasser strömt und an dessen Sekundärkreis der Kaltwasserzulauf angeschlossen ist, sodass bei offenem Kaltwasserzuiauf der Heizwasserzulauf auf maximalen Durchfluss (und damit maximale Heizleistung) regelbar ist, bei geschlossenem Kaltwasserzulauf hingegen die Regelung der Heizwasserdurchflussmenge (und damit der Heizleistung) in Abhängigkeit von der Temperatur des rücklaufenden Heizwassers erfolgt.
Bei solchen Vorrichtungen (EP-B1-332606) kann die Ausbildung eines Kaltsees über dem Boden des Speichers vermieden werden, da immer die Rücklauftemperatur des Heizkreises für die Steuerung der Aufheizung zur Verfügung steht. Es besteht daher die Möglichkeit, mit einem kleinervolumigen Warmwasserbereiter die gleiche Ladekapazität zu erzielen wie mit einem grösservolumigen Warmwasserbereiter.
Geringer Kaltwasserzufluss, wie er bei kleinen Zapfungen von Brauchwasser etwa auftritt, kann sofort durch.
Nachladen kompensiert werden. Die Rücklauftemperatur des Heizwassers bestimmt die Durchflussmenge des Heizwassers, wobei der Sollwert die maximale Rücklauftemperatur und indirekt die Brauchwassertemperatur bestimmt.
Unterhalb einer vorbestimmten Temperatur des rücklaufenden Heizwassers kann die Durchflussmenge auf ein Maximum geregelt werden und oberhalb einer der gewünschten Temperatur des Brauchwassers zugeordneten Solltemperatur des rücklaufenden Heizwassers kann die Durchflussmenge auf Null geregelt werden, wobei die Durchflussmenge des Heizwassers bei den dazwischenliegenden Temperaturwerten im wesentlichen gegenläufig zum jeweiligen Temperaturwert des rücklaufenden Heizwassers und dem Ladezustand des Brauchwassers regelbar ist. Solcherart kann eine Begrenzung der Rücklauftemperatur des Heizwassers erzielt werden.
Durch die Begrenzung der Rücklauftemperatur des Heizwassers bei kombinierten Heizsystemen, bestehend aus einem mit Heizwasser beaufschlagten Wärmetauscher und einer Elektroheizung für das Brauchwasser kann neben einer wahlweisen Ladung mit Strom oder Heizwasser auch ein gleichzeitiger Parallelladebetrieb erfolgen. Es kann jedoch nie dazu kommen, dass Energie aus der
<Desc/Clms Page number 2>
Elektroheizung in den Heizkreis des Heizwassers fliesst, da dieser Heizkreis gesperrt wird, sobald im Rücklauf die Solltemperatur erreicht ist.
Um dabei eine hohe Leistung bzw. eine Verkürzung der Ladezeit zu erreichen, wird in der Heizwasser-Rücklaufleitung vor dem Regelventil bzw. vor dessen Fühler ein Wärmetauscher angeordnet, durch dessen Primärkreis das rücklaufende Heizwasser und durch dessen Sekundärkreis das in den Speicherbehälter des Warmwasserbereiters eintretende Kaltwasser fliesst. Hiebei wird erreicht, dass während der Brauchwasserentnahme bereits eine Aufheizung des zufliessenden Kaltwasser erfolgt, was zu der erwünschten Leistungserhöhung bzw. Verkürzung der Ladezeit führt.
Ist das Regelventil nach dem Wärmetauscher angeordnet, kann es mit einer tieferen Heizwassertemperatur als im Falle der Anordnung vor dem Wärmetauscher angefahren werden, so dass ein stärkeres Öffnen des Heizwasserzulaufs erfolgt, womit die Heizleistung erhöht wird und bei gleichbleibender Brauchwasserentnahmeleistung eine wesentliche Verringerung des Speichervolumens oder bei gleichem Speichervolumen eine wesentlich erhöhte Brauchwasserentnahme in der Zeiteinheit erreichbar ist.
Die Abkühlung in der Heizwasserrücklaufleitung wird vom Regelventil erfühlt und dann das Ventil entsprechend dem Ladezustand des Brauchwassers geöffnet und das Brauchwasser im Behälter nachgeladen, wodurch die Aufheizung des Brauchwassers bei Nullentnahme erfolgt.
Bei der vorstehend näher beschriebenen Vorrichtung wird jedoch die gesamte Kaltwassermenge, nachdem sie den vom abfliessenden Heizwasser beaufschlagten Wärmetauscher durchströmt hat, dem Warmwasserbereiter zugeführt und dort indirekt über den im Warmwasserbereiter angeordneten Wärmetauscher, der mit Heizwasser beaufschlagt wird, weiter erwärmt. Der Warmwasserbereiter muss daher hinsichtlich seines Fassungsraumes für die Maximalmenge an zu erhitzendem Brauchwasser ausgelegt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, die vorerwähnte Vorrichtung so weiterzubilden, dass der Fassungsraum des Warmwasserbereiters bei gleichbleibender Menge an zur Verfügung stellbare heissem Brauchwasser einer vorgegebenen Temperatur (bzw. eines vorgegebenen Temperaturbereiches) gegenüber dem Bekannten weiter herabgesetzt werden kann und die Aufheizzeit des Warmwasserbereiters ebenfalls vermindert werden kann.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss, wenn in die vom Warmwasserbereiter abgehende Warmwasserleitung ein Mischventil eingebaut ist, dem erwärmtes Kaltwasser über eine Leitung zuführbar ist, die von der Kaltwasserleitung abgeht, welche den in der Heizwasser-Rücklaufleitung angeordneten Wärmetauscher mit dem Warmwasserspeicher verbindet. Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser wird es möglich, heisses Brauchwasser in einer maximalen Menge zur Verfügung zu stellen, die doppelt so gross ist wie das Fassungsvermögen des Warmwasserspeichers, wobei die Temperatur am Ende der Zapfung etwa gleich hoch ist wie bei einer Zapfung aus einem Speicher grösseren Fassungsvermögens, dem die gesamte Kaltwassermenge zugeführt wird, nachdem sie in dem vom abfliessenden Heizwasser beaufschlagten Wärmetauscher erwärmt wurde.
Gleichzeitig wird durch das, wie oben beschrieben, verringerte Fassungsvermögen des Speichers auch die Aufheizzeit vermindert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht in an sich bekannter Weise die Warmwasserabflussleitung von einer Verbindungsleitung ab, welche in die Deckel zweier den Warmwasserspeicher bildender Behälter mündet, von welchen einer der Behälter den vom zuströmenden Heizwasser beaufschlagten Wärmetauscher aufnimmt, wobei in die Böden der Behälter eine Leitung mündet, und in diese Leitung die vom Wärmetauscher für die Erwärmung des zufliessenden Kaltwasser abgehende Leitung für im Wärmetauscher erwärmtes Kaltwasser mündet. Durch diese Ausgestaltung wird das Brauchwasser auf zwei Behälter verteilt, wodurch es möglich wird, den Warmwasserbereiter als Flachspeicher auszubilden.
Bei dieser Ausgestaltung wird darüberhinaus auch der Wärmeübergang von Heizwasser auf Brauchwasser verbessert, weil durch die Beheizung in dem einen Behälter das erwärmte Brauchwasser in Richtung zum Behälterdek- kel strömt, dort dann über die Verbindungsleitung in den zweiten (nicht beheizten) Behälter gelangt und aus diesem eine mit der zuströmenden Menge an erwärmtem Brauchwasser gleich grosse Wassermenge über die bodenseitige Verbindungsleitung in den (indirekt) beheizten Behälter verdrängt. Die Aufheizzeit sinkt dabei auf weniger als 1/4 der Aufheizzeit in einem einzigen indirekt beheizten Behälter, dessen Fassungsvermögen gleich der Summe des Fassungsvermögens der beiden Behälter ist und bei dem keine Vorheizung des zulaufenden Kaltwasser durch einen externen Wärmetauscher erfolgt, der vom abfliessenden Heizwasser beheizt wird.
Der Umstand, dass die Aufheizzeit weniger als 1/4 beträgt, ist durch die thermische Zirkulation des Brauchwassers zwischen den beiden Behältern erKlärbar, welche den Wärme- übergang vom Heizwasser auf das Brauchwasser fördert.
Durch die CH-PS 196 912 wurde es bereits bekannt zur Warmwasserbereitung zwei gleich grosse Behälter nebeneinander zu reihen und sie sowohl deckelseitig als auch bodenseitig durch je eine Leitung zu verbinden und das zu erwärmende Brauchwasser über die bodenseitige Verbindungsleitung zuzuführen. Die oben (deckelseitige) Verbindungsleitung weist eine Anzapfstelle für die Entnahme von erwärmtem Gebrauchswasser auf. Bei dieser bekannten Einrichtung ist weder eine Vorwärmung des kalt zugeführten
<Desc/Clms Page number 3>
Brauchwassers in einem vom abfliessenden Heizwasser beaufschlagten Wärmetauscher vorgesehen, noch erfolgt eine Zumischung von vorgewärmtem Brauchwasser in die Abflussleitung für warmes Brauchwasser.
Die Gesamtabzapfmenge von Brauchwasser (innerhalb eines vorgegebenen Temperaturintervalls) ist bei der bekannten Einrichtung ausschliesslich von der Summe des Fassungsvermögens für Wasser der beiden Behälter abhängig, wogegen durch die erfindungsgemässe Ausführung, noch durch Beimengung von vorerhitztem Brauchwasser zum abfliessenden heissen Brauchwasser, die zur Verfügung stellbare Menge an heissem Brauchwasser über die Menge, welche dem Fassungsvermögen der beiden Behälter entspricht, gesteigert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann das Regelventil in an sich bekannter Weise ausserhalb der Isolierung des Warmwasserbereiters angeordnet werden. Hiedurch kann sichergestellt werden, dass die Aussentemperatur auf das Regelventil ungehindert einwirkt, das den Heizwasserkreis öffnet, sobald die Temperatur in der Rücklaufleitung unter den eingestellten Sollwert sinkt. Das Regelventil schliesst, sobald der Rücklauf des Heizwassers wieder die dem Sollwert entsprechende Temperatur erreicht hat. Für den Schliessvorgang ist jedoch eine Verzögerung vorzusehen, damit nicht aufgrund des im Wärmetauscher des Heizkreises stehenden wärmeren Wassers der Durchfluss durch den Wärmetau-. scher frühzeitig geschlossen wird.
Die Verteilheizleitung hält dabei immer heisses Heizwasser bereit, auch wenn Brauchwasser nicht entnommen und dadurch im Warmwasserbereiter die Temperatur abgesenkt wird.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser zeigt.
Mit 1 ist als Ganzes ein Warmwasserbereiter bezeichnet, der aus einem zwei Behälter 2, 2'aufweisenden Speicher mit Wärmeschutzisolierung 3 und einer Schutzverkleidung 4 besteht. Innerhalb des Behälters 2 befindet sich ein erster Wärmetauscher 5, vorzugsweise ein Rohrbündel-Wärmetauscher, der einerseits mit einer Heizwasser-Vorlaufleitung 6 und anderseits über ein Regelventil 7 mit einer Heizwasser-Rücklaufleitung 8 verbunden ist, wobei der Wärmetauscher 9 vor dem Regelventil 7 liegt. Das Regelventil 7 ist vorzugsweise als einstellbares Thermostatventil 9 ausgebildet, d. h. es wird mit der Temperatur des aus dem Wärmetauscher 5 rückströmenden Heizwassers als Istwert beaufschlagt, während der Sollwert einstellbar ist. Die Regelcharakteristik des Regelventils 7 ist so gewählt, dass das Ventil 7 bei einer Temperatur von z.
B. 550 geschlossen ist, während es z. B. bei 200 C vollständig geöffnet ist. Bei einer reziprok linearen Regelcharakteristik wäre dann das Ventil 7 bei einer Temperatur von 37, 50 C halb geöffnet. Naturgemäss weicht die Regelcharakteristik von der Linearität ab, so dass die Stellung des halb geöffneten Ventils 7 ober oder unter der Temperatur von 37, 50 C liegen kann.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass der aktive, die Durchflussmenge regelnde Bauteil des Regelventils 7 in der Heizwasser-Vorlaufleitung 6 angeordnet ist, und dass der zugehörige Fühler die Temperatur des Heizwassers in der Heizwasser-Rücklaufleitung 8 (in Strömungsrichtung) nach dem Wärmetauscher 9 misst, bzw. dort an dieser angeordnet ist.
Der erste Wärmetauscher 5 kann auch als Rippenrohr- oder Glattrohrwärmetauscher. ausgebildet sein.
Eine Kaltwasserleitung 10 führt über eine Leitung 10'in eine Leitung 19, welche in die Böden 17,18 der beiden Behälter 2 und 2'mündet. In der Leitung 10'strömt im Sekundärkreis des Wärmetauschers 9 durch das aus dem Wärmetauscher 5 abströmende, dem Primärkreis des Wärmetauschers 9 zugeführte Heizwasser erwärmte Kaltwasser. Der Wärmetauscher 9 kann als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein und ausserhalb des Warmwasserbereiters 1 angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, den Wärmetauscher 9 innerhalb der Isolierung 3 des Warmwasserbereiters 1 anzuordnen.
In die vom Warmwasserbereiter 1 abgehende Warmwasserleitung 11 ist ein Mischventil 12 eingebaut.
Diesem Mischventil wird erwärmtes Kaltwasser über eine Leitung 13 zugeführt, die von der Leitung 10' abgeht, welche vom Ausgang des Sekundärkreises des Wärmetauschers 9 zur Leitung 19 führt, welche in die Böden 17,18 der Behälter 2, 2'einmündet. Im Mischventil 12 erfolgt die Vermengung des über die Leitung 13 ankommenden Teiles des im Wärmetauscher 9 erwärmten, diesem über die Leitung 10 zugeführten Kaltwasser mit dem über die Warmwasserabflussleitung 11 aus den Behältern 2 bzw. 2' zugeführten, erwärmten Brauchwasser. Hiebei geht die Warmwasserabflussleitung 11 von einer Verbindungs- leitung 14 ab, deren Enden in die Deckel 15 bzw. 16 der Behälter 2 und 2'münden. Die Behälter 2 und 2' besitzen im dargestellten Ausführungsbeispiel gleiche Form und gleiches Volumen.
Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bevorzugt in einer erfindungsgemässen Vorrichtung wird das über die Leitung 10 zugeführte Kaltwasser durch Beheizung mittels des aus dem Wärmetau-
EMI3.1
Ungefähr 50 % des im Wärmetauscher 9 vorgewärmten Kaltwasser werden dem Mischventil 12 über die Leitung 13 zugeführt und mit dem über die Leitung 11 aus den Behältern 2, 2'abgezogenen, heissen Brauchwasser vermischt. Nach dem Mischventil 12 beträgt die Brauchwassertemperatur z. B. etwa 480 C.
<Desc/Clms Page number 4>
Die restlichen 50 % des im Wärmetauscher 9 vorgewärmten Kaltwasser werden über die Leitung 19 den Behältern 2 und 2'zugeführt und dort auf die vorerwähnte Temperatur von ca. 60. C indirekt mittels des Wärmetauschers 5 aufgeheizt. Die Heizwasservorlauftemperatur für die Leitung 6 beträgt etwa 65. C. Gegebenenfalls kann im Behälter 2'auch ein mit elektrischer Energie betreibbarer Heizstab angeordnet werden. In jedem der Behälter 2, 2'strömen jeweils nur 25% des zugeführten und im Wärmetauscher 9 erwärmten Kaltwasser.
Im beheizten Behälter 2 wird während der Zapfung (über den hinter dem Mischventil 12 befindlichen Abschnitt der Warmwasserentnahmeleitung 11) des vorgewärmten Brauchwassers, das mit einem Teil des dem Wärmetauscher 9 zugeführten Kaltwasser vermischt ist, 25% der Gesamtdurchflussmenge (d. i. jene Menge, die über die Leitung 10 als Kaltwasser dem Wärmetauscher 9 zugeführt wird) auf die Entnahmeendtemperatur (d. i. die Temperatur vor dem Mischventil 12) von z. B. 60. C - wie zuvor erwähnt-erhitzt. Jeder der Behälter 2, 2'fasst z. B. 25 I. Die Aufheizzeit auf ca. 60. C nach einer Vollentleerung beträgt ca. 15 min.
Bei einer Vorlauftemperatur des Heizwassers ab 75 C ist ein Durchlauferhitzerbetrieb möglich, d. h. 100% des dem Wärmetauscher 9 als Kaltwasser über die Leitung 10 zugeführten Wassers werden über die Leitung 13 und das Mischventil 12, ohne dass dort heisses Brauchwasser aus den Behältern 2, 2'zugemischt wird, über die Leitung 11 abgezogen.
Als Ergebnis der Anordnung des Mischventils 12 in der Vorrichtung bzw. der Beimischung von vorgewärmtem Wasser zum Brauchwasser, das in den Behältern 2 und 2'erhitzt wurde, wird erreicht, dass die maximale Entnahmemenge (hinter dem Mischventil 12) doppelt so gross sein kann wie die Summe des Fassungsvermögens der Behälter 2 und 2'und dass weiters die Aufheizzeit weniger als 1í4 des Normalaufheizzeit eines indirekt beheizten Speichers ohne externem Wärmetauscher zur Beheizung des Kaltzulaufes beträgt. Weniger als 1/4 deshalb, weil der Wärmeübergang im beheizten Behälter 2 durch die thermische Zirkulation zwischen den beiden Behältern 2 und 2'wesentlich erhöht wird.
Weiters ist ein ständiges Nachladen unmittelbar nach der Brauchwarmwasser-Zapfung möglich und wird das Bilden einer Kaltwasserzone im unteren Bereich des Behälters verhindert, wobei das Regeln der Heizwasserumlaufmenge reziprok zum Ladezustand und zur Vorlauftemperatur. erfolgt. Die Heizungsrücklauftemperatur kann auch auf max. 55. C begrenzt. werden. Schliesslich wird ausserhalb der Heizperiode (Sommerperiode) eine variable Zirkulation des Heizumlaufwassers in Abhängigkeit des Abkühlungsgrades der Vorlaufheizleitung erzielt, um eine Mindest-Vorlauftemperatur sicherzustellen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann auch nachträglich an eine Zentralheizungsanlage angeschlossen werden, vorausgesetzt, dass die Zentralheizungsanlage entsprechend mit Thermostatventilen ausgestattet ist und der Differenzdruck im Heizkreis zwischen Heizwasser-Vorlaufleitung 6 und -Rücklaufleitung 8 ca. 1, 5 mWS eingehalten wird.
Dadurch kann bei Zentralheizungsanlagen, auch solchen für die Versorgung von Mehrfamilienwohnhausanlagen, eine sonst in solchen Fällen übliche Brauchwasserzirkulationsleitung entfallen. Bei zusätzlicher Installation einer Elektroaufheizung für das Brauchwasser ist die Betriebsart mit Strom oder Heizwasser wählbar, jedoch auch ein gleichzeitiger Parallel-Ladebetrieb möglich.