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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Entnahme von warmem oder heissem Brauchwasser von Trinkwasserqualität aus einer Heizanlage mit einer oder mehreren Heizquellen und einem Heisswasserspeicher, der über in einem Umwälzkreislauf liegende Wärmetauscher mit den Heizquellen bzw. mit den Radiatoren eines Raumheizungssystems in Wärmetausch steht.
Die Erfindung betrifft weiters eine Anordnung wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 5 angeführt ist, und wie sie aus dem Dokument DE 31 23 875 A1 hervorgeht.
Es sind Entnahmeanordnungen fur Warmwasser als sogenannte Durchlauferhitzer bekannt, die direkt und ständig an eine Kaltwasserleitung angeschlossen sind und in denen das durchlaufende Wasser mit einem Gasbrenner oder mit elektrischen Heizschlangen während der Entnahme erhitzt wird, Solche Durchlauferhitzer weisen in der Regel nur ein relativ geringes Wasserspeichervolumen von wenigen Litern auf. Sie benötigen relativ leistungsstarke Heizeinrichtungen, um das durchlaufende Wasser von der kalten Einlauftemperatur auf die gewünschte Entnahmetemperatur rasch aufzuheizen.
Zur Bereitung heissen Brauchwassers sind Elektrospeicherheizgeräte mit variablem Volumen bis über 200 I bekannt. In diesen wird das gespeicherte Wasser, z. B. mit Nachtstrom, auf die gewünschte Temperatur erhitzt, so dass zur Entnahme ein entsprechendes Volumen von aufgeheiztem Wasser zur Verfügung steht. Bei Heizungsanlagen sind in aller Regel gesonderte Heisswasserbereiter für das heisse Brauchwasser vorgesehen.
Bei Heizungsverbundsystemen, bei denen wenigstens zwei verschiedenartige Heizungsquellen je für sich oder im Verbund ausgenutzt werden, ist es üblich, einen grösservolumigen Heisswasserspeicher vorzusehen, der insb. bei Ausnutzung natürlicher Wärmeenergien als Pufferspeicher dient, der den unregelmässigen und unterschiedlichen Anfall von Heizenergie ausgleicht und daher von entsprechend grossem Volumen ist. Aus diesem Heisswasserspeicher kann Brauchwasser für das Raumheizungssystem oder für andere Zwecke z. B im Haushalt entnommen werden. Die Entnahme von Brauchwasser mit Trinkwasserqualität liegt allerdings fern, da erhebliche hygienische Bedenken entgegenstehen.
Dem Dokument DE 31 23 875 A1 ist eine Anordnung zur Entnahme von warmem bzw. heissem Brauchwasser mit Trinkwasserqualität aus einer Heizanlage mit einer oder mehreren Heizquellen und einem Heisswasserspeicher zu entnehmen, der über in einem Umwälzkreislauf liegenden Wärmetauscher mit den Heizquellen bzw mit den Radiatoren eines Raumheizungssystems in Wärmetausch steht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache und für den Verbraucher bequeme Anordnung zur Entnahme von warmem oder heissem Brauchwasser von Trinkwasserqualität zu schaffen, ohne dass hygienische Probleme oder Schwierigkeiten zu befürchten sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5.
Diese Anordnung benötigt insgesamt nur ein relativ kleines Füllvolumen an Wasser, da sie ständig an die unter Druck stehende Frischwasserleitung angeschlossen ist. Da wegen des einfachen Aufbaus und der geringen Abmessungen alle Teile des zum Zwischenspeicher gehörenden Umwälzkreises aus hygienisch einwandfreiem Material, wie Edelstahl, hergestellt werden können, treten auch bei langem Betrieb keine hygienischen Probleme oder Schwierigkeiten auf. Der Anordnung kann somit ohne weiteres jederzeit warmes oder heisses Brauchwasser in Trinkwasserqualität entnommen werden.
Im gewissen Sinne arbeitet die Anordnung wie ein Durchlauferhitzer, wobei jedoch die Heizenergie dem Heisswasser des Heisswasserspeichers entnommen wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Wasser des kleinvolumigen Zwischenspeichers normalerweise auf eine gewünschte Entnahmetemperatur aufgeheizt ist, so dass der Entnahmeleitung unverzüglich Wasser der gewünschten Temperatur entnommen werden kann. Um zu gewährleisten, dass auch im Vergleich zum Volumen des Zwischenspeichers grössere Mengen von Brauchwasser mit Trinkwasserqualität in der gewünschten Temperatur entnommen werden können, werden beide Pumpen der beiden Umwälzkreise abhängig von dem Signal eines Strömungsmelders eingeschaltet (Anspruch 3).
Die volumetrische Leistung der Pumpe in dem Umwälzkreis mit dem Zwischenspeicher kann unveränderlich sein, wobei die Pumpe in Abhängigkeit von den Steuerimpulsen ein- bzw. ausgeschaltet wird. Dagegen ist es zweckmässig, die Umwälzpumpe des Umwalzkreises mit dem Heisswasserspeicher nicht nur ein- und ausschaltbar, sondern auch in der volumetrischen Leistung
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steuerbar zu machen (Anspruch 7).
Bei Verwendung des Heisswasserspeichers in Verbindung mit natürlichen Heizquellen kann es dazu kommen, dass im Heisswasserspeicher nur Wasser mit einer Temperatur zur Verfügung steht, die unter dem eingestellten Sollwert der Entnahmetemperatur des Zwischenspeichers liegt. In diesem Falle kann es zweckmässig sein, in Abhängigkeit von der im Heisswasserspeicher zur Ver- fügung stehenden Temperatur automatisch den Sollwert der Entnahmetemperatur zu verändern, insb. herabzusetzen und so dem Steuersystem einen neuen Bezugswert oder Sollwert vorzugeben (Anspruch 8).
Die Lösung der Aufgabe gemäss der Merkmale des Anspruchs 5 führt zu einer weiteren we- sentlichen Vereinfachung und kostengünstigeren Ausbildung, ohne dass auf die zuvor beschriebe- nen Vorteile verzichtet werden muss.
Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung ist der Anschluss für die Entnahme des heissen oder warmen Brauchwassers über den Strömungsmelder und den Wärmetauscher in ständig offener Verbindung an die Frischwasserleitung angeschlossen. Solange kein Wasser entnommen wird, d. h. solange vom Strömungsmelder kein Entnahmesignal kommt, befindet sich der Steuer- kreis in Wartestellung, ist die einzige Umwälzpumpe, die im Strömungskreis des Heisswasserspei- chers angeordnet ist, abgeschaltet. Sobald der Strömungsmelder den Beginn der Wasserentnah- me anzeigt, spricht der Steuerkreis an und erfasst die Ist-Temperatur an dem Temperaturfühler im Wärmetauscher.
In Abhängigkeit von dem Verhältnis (der Differenz) zwischen diesem Temperatur- Istwert und einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert schaltet der Steuerkreis die Umwälzpumpe ein bzw. aus, wenn der Unterschied zwischen den Temperaturwerten ein vorbestimmtes Mass übersteigt. Der Temperaturfühler erfasst die Temperatur innerhalb des Wärmetauschers in einem Bereich zwischen Eintritt und Austritt des Frischwassers. Diese Anbringung erfolgt zweckmässiger- weise in den letzten beiden Dritteln des Strömungsweges im Wärmetauscher (Anspruch 6). Zwi- schen der Heisswasserentnahmestelle am Heisswasserspeicher und dem Wärmetauscher ist zweck- mässigerweise nur ein kurzer Strömungsweg vorgesehen.
Nach Öffnen der Brauchwasserentnah- mestelle steht somit im Wärmetauscher bereits in kürzester Zeit ausreichend Heisswasser zur Verfügung, um das Frischwasser auf die Soll-Temperatur zu erwärmen. Dieser Vorgang wird durch das Einschalten der Umwälzpumpe beschleunigt. Durch die Anordnung des Temperaturfühlers im Wärmetauscher wird erreicht, dass an der Brauchwasserentnahmestelle das Wasser ohne nen- nenswerte Temperaturschwankungen entnommen werden kann.
Auch bei dieser Ausführungsform ist die mit dem Heisswasserspeicher einen Umwälzkreis bil- dende Umwälzpumpe in ihrer volumetrischen Leistung einstellbar und kann von dem Steuerkreis in Abhängigkeit vom Temperatur-Sollwert und dem Temperatur-Istwert feinfühlig gesteuert werden.
Ferner kann auch bei dieser Ausführungsform der Steuerkreis den Temperatur-Sollwert automa- tisch verändern und zwar in Abhängigkeit von der an der Heisswasserentnahmestelle des Heisswas- serspeichers zur Verfügung stehenden Temperatur (Anspruch 8).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbei- spielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführeungsbeispiel und
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
In der Fig. 1 ist von der Heizanlage nur der Heisswasserspeicher 1 gezeigt, der über Leitungen 2 und 3 an Umwälzkreise mit Wärmetauschern angeschlossen ist, über die im Heisswasserspeicher 1 die Heizenergie von natürlichen oder künstlichen Heizquellen zugeleitet wird und über die aus dem Heisswasserspeicher Heizenergie den Radiatoren oder dgl. eines Raumheizungssystems zugeführt werden kann. Diese Systeme können von bekannter Art sein. Das gleiche gilt für den Heisswasserspeicher 1, der jedoch zweckmässigerweise als Warmwasserschichtspeicher ausgebil- det ist, so dass die aussenliegenden Strömungskreise so angeschlossen sind, dass das heisse Was- ser aus dem Heisswasserspeicher 1 oben entnommen und das kalte oder abgekühlte Wasser im Bodenbereich wieder zugeführt wird.
An den Heisswasserspeicher 1 ist die Anordnung zur Entnahme von warmem oder heissem Brauchwasser von Trinkqualität über die Leitungen 4 und 7 angeschlossen. Über diese Leitungen ist der Heisswasserspeicher 1 in Reihe mit einem Wärmetauscher 5, z. B. einem Plattenwärme- tauscher, und einer damit über die Leitung 4a verbundenen Umwälzpumpe 6 zu einem geschlos- senen Umwälzkreis 10 verbunden, dessen Durchströmrichtung durch den bei der Umwälzpumpe 6
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erkennbaren Pfeil bestimmt ist.
Der Wärmetauscher 5 liegt gleichzeitig in einem zweiten Umwälzkreis 20, der durch einen Zwi- schenspeicher 12, eine Rückströmsperre 14 und eine Umwälzpumpe 16 gebildet wird, wobei diese Teile durch Leitungen 13 bzw. 13a miteinander verbunden sind.
An den Umwälzkreis 20 ist zwischen der Rückströmsperre 14 und der Umwälzpumpe 16 über einen Kaltwasseranschluss 15 eine unter Druck stehende Kalt- und Frischwasserleitung in ständig offener Verbindung angeschlossen Die in der Fig. 1 gezeigten Ventile 23 ebenso wie die Anzeige- geräte 24 sind für die Funktion des Systems nicht notwendig, erleichtern aber das Abschalten bestimmter Systembereiche zu Wartungs- oder Reparaturzwecken.
Wie der Pfeil bei der Umwälzpumpe 16 anzeigt, ist die Durchströmrichtung des Umwälzkreises 20 der des Umwälzkreises 10 entgegengesetzt. Die Umwälzpumpe 16 kann eine Pumpe mit kon- stanter volumetrischer Leistung sein, während die Umwälzpumpe 6 zweckmässigerweise eine Pumpe mit steuerbarer volumetrischer Leistung ist.
Das Volumen des Zwischenspeichers 12 ist gegenüber dem Volumen des Heisswasserspei- chers 1 klein. Das Volumen des Zwischenspeichers 12 kann z. B. zwischen 5 und 30 I betragen.
An den Zwischenspeicher 12 ist eine Entnahmeleitung 22 angeschlossen, die zu einer nicht gezeigten Entnahmestelle führt. Über diese Leitung kann der Benutzer bedarfsweise warmes oder heisses Brauchwasser von Trinkwasserqualität entnehmen.
In dem Zwischenspeicher 12 ist im Zuströmbereich des Wassers aus dem Umwälzkreis 20 ein Temperaturfühler 27 angeordnet, der mit einem Steuergerät 25 verbunden ist. Der Temperaturfüh- ler 27 misst die Temperatur in dem Zwischenspeicher 12 und spricht bei durchströmtem Umwälz- kreis 20 insb. auf die Temperatur des von dem Wärmetauscher 5 zuströmenden Wassers an. Mit dem Steuergerät 25 ist ferner ein Strömungsmelder 26 in der Entnahmeleitung 22 verbunden.
Dieser spricht jedesmal an, wenn die Entnahmeleitung 22 geöffnet und Wasser aus dem Zwi- schenspeicher 12 entnommen wird.
Ein weiterer Temperaturfühler 28 kann stromabwärts der Umwälzpumpe 6 mit veränderbarer volumetrischer Leistung angeordnet sein und ist mit dem Steuergerät 25 verbunden. Schliesslich wird dem Steuergerät 25 ständig der im Heisswasserspeicher 1 zur Verfügung stehende maximale Temperaturwert von einem Temperaturfühler 29 gemeldet.
Das Steuergerät 25 ist seinerseits über Steuerleitungen 50,51 mit den Ein- und Ausschaltern der Umwälzpumpen 6 und 16 und mit dem Stelltrieb für die volumetrische Leistung der Pumpe 6 verbunden.
Die Anordnung ist so getroffen, dass die Umwälzpumpe 6 wenigstens dann einschaltet, wenn der Strömungsmelder 26 das Öffnen der Entnahmeleitung 22 anzeigt. Beim Öffnen der Entnahme- leitung 22 steht somit nicht nur das in dem Zwischenspeicher 12 vorhandene, auf den durch den Temperaturfühler 27 erfassten Temperaturwert aufgeheizte Wasser unmittelbar zur Verfügung.
Durch das Einschalten der Umwälzpumpe 6 wird vielmehr dafür gesorgt, dass entsprechend der Wasser-Entnahme aus der Frischwasserleitung frisches Wasser in den Umwälzkreis 20 eingeleitet und über den Wärmetauscher 5 aufgeheizt wird. Damit dieses Aufheizen geschehen kann, wird gleichzeitig heisses Wasser über die Leitung 4 aus dem Kopfraum des Heisswasserspeichers 1 durch den Umwälzkreis 10 und damit durch den Wärmetauscher 5 geleitet. Wird bei der Entnahme mehr als das Speichervolumen des Zwischenspeichers 12 entnommen, wirkt die Anordnung wie ein Durchlauferhitzer, wobei die Heizenergie aus dem heissen Wasser des Heisswasserspeichers 1 stammt.
Die Arbeitsweise der Umwälzpumpe 6 wird jedoch nicht nur durch die Signale des Strömungs- melders 26 gesteuert. Vielmehr erfolgt ihre Steuerung auch so, dass nach Beendigung der Entnah- me oder bei fehlender Entnahme die Temperatur des Wassers im Zwischenspeicher 12 auf den vorbestimmten, vorzugsweise am Steuergerät 25 voreinstellbaren Sollwert gehalten wird. Sinkt die Temperatur in dem Zwischenspeicher 12 unter diesen Wert, so laufen beide Pumpen an, um über die beiden Umwälzkreise 10 und 20 das Wasser im Zwischenspeicher 12 auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen.
Dabei kann die volumetrische Leistung der Umwälzpumpe 6 durch das Steuergerät 25 in Abhängigkeit von der maximalen Temperatur (Temperaturfühler 29) des Heiss- wasserspeichers 1 und von der Rücklauftemperatur (Temperaturfühler 28) des Umwälzkreises 10 feinfühlig verändert werden, um die optimale volumetrische Leistung im Umwälzkreis 10 für das Aufheizen des Wassers im Zwischenspeicher 12 zu erhalten.
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Über den Temperaturfühler 29 und das Steuergerät 25 kann zusätzlich auch bedarfsweise der voreingestellte Temperatur-Sollwert des Wassers im Zwischenspeicher 12 verändert, insb. herab- gesetzt werden, nämlich dann, wenn der Temperaturfühler 29 eine maximale Heisswassertempera- tur im Heisswasserspeicher 1 anzeigt, die unter dem voreingestellten Sollwert für den Temperatur- fühler 27 liegt.
Auf diese Weise erhält man hygienisch einwandfreies Brauchwasser von Trinkwasserqualität unter Verwendung der Heizenergie, die in einem grossvolumigen Heisswasserspeicher 1 gespei- chert ist. Die Anordnung lässt sich ausserordentlich kompakt und einfach aufbauen und fabrikmässig montagefertig herstellen. Der Benutzer braucht in diese Anordnung lediglich einzugreifen, wenn er den Sollwert der Entnahmetemperatur verändern will.
Dieser Eingriff wird durch die Anordnung automatisch übersteuert, wenn die zur Verfügung stehende Heizenergie nicht ausreichend sein sollte, wie dies bei Heizungsanlagen unter Ausnüt- zung natürlicher Energiequellen durchaus möglich ist.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, mit der die gleichen Vorteile und Funktionen verwirklicht werden können, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, jedoch auf noch einfachere und preisbewusstere Wei- se.
Fig. 2 zeigt einen Heisswasserspeicher 50, an den ein durch die Anschlüsse 49 lediglich ange- deuteter Strömungsteil angeschlossen werden kann, der eine oder mehrere Heizquellen und Raumheizungen oder dgl. umfasst. Im Heisswasserbereich des Heisswasserspeichers 50 ist ein Heisswasserentnahmeanschluss 61 vorgesehen, der zu einem Wärmetauscher 51 und von diesem zu einer in ihrer volumetrischen Leistung veränderbaren Umwälzpumpe 52 führt, die wiederum an den Zulaufbereich des Heisswasserspeichers 50 angeschlossen ist. Die zuvor beschriebenen Teile bilden somit einen in vorbestimmter Richtung durchströmten geschlossen Umwälzkreis 62.
Der wärmeaufnehmende Teil des Wärmetauschers 51 ist einlassseitig mit einem Kaltwasser- anschluss 55 für unter Druck stehendes frisches und kaltes Wasser in ständig offener Verbindung, kann also direkt an ein Frischwasserversorgungsnetz angeschlossen sein. Ausgangsseitig ist der wärmeaufnehmende Teil des Wärmetauschers 51 über einen Strömungsmelder 57 mit einer Ent- nahmeleitung 56 für warmes oder heisses Brauchwasser verbunden. Diese Entnahmeleitung 56 ist mit einem entsprechenden Entnahmeventil verbunden.
Die Anordnung wird durch einen Steuerkreis 54 überwacht. Dieser ist mit dem Strömungsmel- der 57 verbunden und spricht auf ein Signal des Strömungsmelders 57 an, um die Steuerung zu aktivieren. Wenn der Steuerkreis 54 anspricht, fragt er den Wert eines Temperaturfühlers 58 ab.
Dieser misst die Temperatur innerhalb des Wärmetauschers 51, und zwar bevorzugt - bezogen auf die Durchströmrichtung des Frischwassers - im Bereich zwischen dem zweiten und dem letzten Drittel des Durchströmweges des Frischwassers. Eine solche Anordnung hat sich als günstig für das Ausschliessen grösserer Temperaturschwankungen des Wassers an der Entnahmestelle 56 erwiesen. Der Steuerkreis 54 vergleicht den Istwert des Temperaturfühlers 58 mit einem einstellba- ren Temperatur-Sollwert. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen diesen beiden Werten schal- tet er die Umwälzpumpe 52 ein bzw. aus.
Ist die Umwälzpumpe 52 eingeschaltet, so saugt sie heisses Wasser vom Heisswasserentnahmeanschluss 61 des Heisswasserspeichers 50 auf kurze- stem Wege durch den wärmeabgebenden Teil des Wärmetauschers 51, so dass in diesem in kürzester Zeit ausreichend Wärme zum Erhitzen des Frischwassers zur Verfügung steht.
Da die vom Heisswasserspeicher 50 dem Wärmetauscher 51 maximal zur Verfügung gestellte Temperatur variieren kann, wird durch einen Temperaturfühler 60 die Temperatur am Heisswasser- entnahmeanschluss 61 dem Steuerkreis 54 gemeldet, der in Abhängigkeit von dem maximalen Temperaturwert den Temperatur-Sollwert verändert, d. h. bei sinkender maximaler Temperatur ent- sprechend herabsetzt und dann den herabgesetzten Temperatur-Sollwert mit dem Wert des Tem- peraturfühlers 58 vergleicht.
Die Strömungsgeschwindigkeit in dem Umwälzkreis 62 kann feinfühlig durch den Steuerkreis 54 bei der Steuerung der volumetrischen Leistung der Umwälzpumpe 52 verändert werden.
Wird die Entnahme des Brauchwassers beendet und dies über den Strömungsmelder 57 dem Steuerkreis 54 signalisiert, so schaltet dieser die Umwälzpumpe 52 ab und geht selber in einen Ruhezustand über. Erst auf ein neues Signal vom Strömungsmelder 57 wird auch der Steuerkreis 54 wieder aktiviert.
Es hat sich gezeigt, dass die Anordnung mit ausserordentlich günstigem Wirkungsgrad arbeitet
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So erhält man bei einer Temperatur von 60 am Heisswasserentnahmeanschluss 61 ein von der Umwälzpumpe 52 in den Heisswasserspeicher 50 zurückgeführtes Rücklaufwasser mit einer Tem- peratur zwischen etwa 15 und 20 C in Abhängigkeit von der Temperatur des zugeführten Frisch- wassers.
PATENTANSPRÜCHE:
1 Anordnung zur Entnahme von warmem oder heissem Brauchwasser mit Trinkwasserquali- tät aus einer Heizanlage mit einer oder mehreren Heizquellen und einem Heisswasserspei- cher (1) der über in einem Umwälzkreislauf liegende Wärmetauscher mit den Heizquellen bzw. mit den Radiatoren eines Raumheizungssystems in Wärmetausch steht, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenspeicher (12) mit einem Anschluss (22) für die Entnah- me des Brauchwassers vorgesehen ist, der mit einer Umwälzpumpe (16) und einem Wär- metauscher (5) einen in einer vorbestimmten Richtung durchströmten Umwälzkreis (20) bildet, der mit einem Kaltwasseranschluss (15) für unter Druck stehendes, frisches, kaltes
Wasser in ständig offener Verbindung steht, und dass der Heisswasserspeicher (1) mit dem
Wärmetauscher (5) und einer weiteren Umwälzpumpe (6)
einen in einer vorbestimmten
Richtung durchströmten anderen Umwälzkreis (10) bildet und dass weiters ein Steuerkreis (25) vorgesehen ist, der auf ein Signal eines zwischen dem Zwischenspeicher (12) und dem Anschluss (22) für die Entnahme des Brauchwassers angeordneten Strömungsmel- ders (26) anspricht, um die eine oder beide Umwälzpumpen (16,6) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Temperatur-Sollwert und einem Messwert eines Temperaturfühlers (27) ein- bzw. auszuschalten, der im Zwischenspeicher (12) im Einströmbereich des Was- sers des anderen Umwälzkreises (20) angeordnet ist.