CH651911A5 - Anlage zur warmwasserbereitung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Warmwasserbereitung mit wenigstens einer Heizeinrichtung und mit wenigstens einem Speicherbehälter, welchem das aufgeheizte Wasser im oberen Bereich des Behälters zugeführt und entnommen wird, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Zufuhr von Wasser zum Speicherbehälter in Abhängigkeit vom Erreichen einer Mindesttemperatur steuert.

Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, in einem Speicherbehälter Wasser aufzuheizen. Eine dieser Möglichkeiten besteht im Einbau elektrischer Heizelemente in den Speicherbehälter. Werden jedoch andere Energiequellen verwendet, so ist die Heizeinrichtung in der Regel ausserhalb des Speicherbehälters, wobei in einem Umlaufverfahren das gesamte im Speicherbehälter befindliche Wasser gleichmässig aufgeheizt wird. Es erfolgt also eine stetige Durchmischung des Wassers im Speicherbehälter, wobei dadurch für den Verbraucher nur dann Heisswasser bzw. Warmwasser zur Verfügung steht, wenn der gesamte Speicherbehälter aufgeheizt ist.

Es ist auch bereits eine Speicheranlage bekannt, bei welcher zwischen der Heizeinrichtung, z.B. einem Sonnenkollektor, und dem Speicherbehälter eine Zirkulationssperre eingeschaltet ist, die mit einem die Temperatur des erwärmten Wärmeträgers erfassenden Temperaturfühler zur selbsttätigen Steuerung verbunden ist. Es wird dadurch nur dann der Wärmekreislauf freigegeben, wenn die Temperatur des in der Wärmequelle erwärmten Wärmeträgers über der Flüssigkeitstemperatur in dem Speicherbehälter oder über einer voreingestellten Grenztemperatur liegt. Eine derartige Anordnung ist nur dann sinnvoll einzusetzen, wenn die Verbindungsleitungen zwischen der Heizeinrichtung und dem Speicherbehälter relativ kurz sind. Bei langen Verbindungsleitungen ist ein starkes Abkühlen des zum Speicherbehälter geführten Heisswassers ergeben, da stets vorerst diese Verbindungsleitung auf eine entsprechende Temperatur aufgeheizt werden muss. Da in dem Sonnenkollektor relativ wenig Wasser zur Verfügung steht, wird dieses relativ rasch beim Weiterfördern zum Speicherbehälter abgekühlt, so dass stets der Umlauf unterbrochen und nach kurzer Zeit wieder eingeschaltet wird. Es ist daher bei längeren Verbindungsleitungen durchaus möglich, dass sich in der Zwischenzeit diese Leitungen stets wieder abkühlen und in kurzer Zeit wiederum aufgeheizt werden müssen, so dass ein enormer Energieverlust gegeben ist. Dies würde dann auch bedeuten, dass beim Speicherbehälter kaum mehr die erforderliche Wassertemperatur gegeben ist. Es ist daher wohl denkbar, dass bei einer derartigen Konstruktion schubweise Heisswasser von der Heizeinrichtung dem Speicherbehälter zugeführt wird, wobei diese Wasserschübe jedoch so gering sind, dass der grösste Anteil der Wärmeenergie in den Verbindungsleitungen zu dem Speicherbehälter verloren geht.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, eine Möglichkeit zu schaffen, mit welcher auch ein Aufheizen von Speicherbehältern, die entsprechend weit von der Heizeinrichtung entfernt liegen, energiesparend und rasch erfolgen kann.

Erfmdungsgemäss gelingt dies dadurch, dass der Heizeinrichtung ein Zwischenspeicher nachgeschaltet ist, durch den das Wasser von der Heizeinrichtung in einem Umlauf geführt wird, bis es die vorbestimmbare Temperatur erreicht hat, und dass die die Zufuhr von Wasser zum Speicherbehälter regelnde Steuereinrichtung zwischen dem Zwischenspeicher und dem Speicherbehälter angeordnet ist.

Durch diese erfindungsgemässen Massnahmen wird erreicht, dass stets eine gegenüber dem Inhalt des bzw. der Speicherbehälter relativ kleine Wassermenge, welche jedoch wesentlich grösser ist als die direkt in der Heizeinrichtung sich befindliche Wassermenge, in einem Zwischenspeicher erwärmt werden kann, wobei dann nach Erreichen einer entsprechenden Temperatur im Zwischenspeicher dieses Heiss-bzw. Warmwasser dem Speicherbehälter zugeführt wird. Auch bei relativ langen Verbindungsleitungen zu den Speicherbehältern ergeben sich nur geringe Energieverluste, da die Verbindungsleitungen weniger oft aufgeheizt werden müssen, zumal die den Speicherbehältern zugeführten Wasserschübe entsprechender Temperatur gegenüber der bekannten Ausführung ohne Zwischenspeicher wesentlich grösser sind. Es müssen daher die Verbindungsleitungen beim Aufladen eines Speicherbehälters mit Heiss- bzw. Warmwasser wesentlich weniger oft aufgeheizt werden,

wobei ausserdem die Gewähr gegeben ist, dass durch die infolge des Zwischenspeichers etwas grössere Wassermenge auch eine entsprechende Temperatur in dem entfernt liegenden Speicherbehälter zustandekommt. Da gegenüber einem Direktanschluss zwischen der Heizeinrichtung und den Speicherbehältern wesentlich grössere Wasserschübe zu den Speicherbehältern nachgeführt werden können, wird die Durchmischung des Warm- und Kaltwassers in den Speicherbehältern wesentlich herabgesetzt, zumal ja bei entsprechend grösseren zugeführten Heisswasserschichten eine Durchmischung nur am direkten Übergangsbereich zwischen der warmen und der kalten Zone erfolgt. Wenn diese zugeführten Schichten jedoch entsprechend klein sind, ergibt sich selbstverständlich eine ständige Durchmischung, so dass für den Verbraucher kaum je genügend Heisswasser zur Verfügung steht.

Durch die Temperatursteuerung ist es auch möglich, dass dieses schubweise Nachführen des Warmwassers nur jeweils so lange dauert, bis in dem Zwischenspeicher eine entsprechend niedrige Temperatur erreicht ist, so dass effektiv nur

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aufgeheiztes Wasser dem Speicherbehälter bzw. den Speicherbehältern zugeführt wird. Da durch die Zwischenspeicher doch eine entsprechende Menge Heisswasser zur Verfügung steht, ist es sehr einfach möglich, an verschiedenen Orten aufgestellte Speicherbehälter jeweils dem Bedarf s entsprechend schubweise mit Heisswasser aufzuladen.

Weitere Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen beispielsweise noch näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anlage, wobei als Heizeinrichtung eine im Dachboden eines Gebäudes angeordnete Wärmepumpe vorgesehen ist;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anlage mit mehreren, an verschiedenen Einsatzorten aufgestellten is

Speicherbehältern.

Die Anlage zur Warmwasserbereitung besteht im wesentlichen aus der Heizeinrichtung 1, welche hier also als Wärmepumpe ausgebildet ist, und einem Zwischenspeicher 2, wobei 20 an diesen Zwischenspeicher 2 ein oder mehrere Speicherbehälter 3,4 anschliessbar sind. Die Heizeinrichtung 1 ist mit dem Zwischenspeicher 2 über ein Umlaufsystem verbunden und zwar über eine Heisswasserzuführleitung 5 und eine Rücklaufleitung 6. Dem freien Ende der Heisswasserzuführ- 25 leitung 5 kann ein Abdeckschild 7 zugeordnet sein. Dadurch entstehen durch den Umlauf des Wassers zwischen dem Zwischenspeicher 2 und der Heizeinrichtung 1 keine besonderen Strömungen im oberen Bereich des Zwischenspeichers 2. Es ist daher bereits im Zwischenspeicher 2 eine scharfe Tren- 30 nung zwischen dem Kalt- und dem Warmwasser möglich.

Die Heisswasserzuführleitung 5 kann auch direkt in den oberen Bereich des Zwischenspeichers 2 münden, also eventuell in den oberen Deckenabschluss oder am oberen Rand des Mantels, wobei dann auch das Abdeckschild 7 wegge- 35 lassen werden könnte.

Am Zwischenspeicher 2 ist ein Temperaturfühler 8 vorgesehen, welcher auf eine im Wärmepumpenheizkreislauf eingesetzten Umlaufpumpe 9 entspricht.

Der Zwischenspeicher 2 ist über Verbindungsleitungen 10 40 und 11 mit den Speicherbehältern 3 und 4 verbunden. Die Vorlauf-Verbindungsleitung 10 führt dabei vom oberen Randbereich des Zwischenspeichers 2 weg und mündet in den oberen Randbereich des Speicherbehälters 3. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Speicherbehälter 3 45 und 4 vorgesehen, die in Serie geschaltet sind. Bei einer solchen Ausführung führt also die Vorlauf-Verbindungslei-tung 10 zu dem ersten Speicherbehälter, wobei am oberen Randbereich des Speicherbehälters 3 auch eine Verbraucherleitung 12 wegführt. Die Rücklauf-Verbindungsleitung 11 so führt vom Bodenbereich des Speicherbehälters 4 bzw. bei Serienanordnung jeweils vom Bodenbereich des letzten Speicherbehälters 4 weg und mündet wiederum im Bodenbereich des Zwischenspeichers 2. Zwischen den aufeinanderfolgenden Speicherbehältern 3 und 4 sind Leitungsabschnitte 13 ss vorgesehen, welche jeweils vom Bodenbereich des ersten Speicherbehälters 3 zum oberen Randbereich des darauffolgenden Speicherbehälters 4 geführt sind. In den Kreislauf zwischen dem Zwischenspeicher 2 und dem Speicherbehälter 3 und 4 ist eine Umlaufpumpe 14 eingesetzt, welche auf einen 60 Temperaturfühler 15 anspricht, der am oberen Randbereich des Zwischenspeichers 2 bzw. unmittelbar in den Anfangsbereich der Vorlaufverbindungsleitung 10 eingesetzt ist. Ausserdem kann auch dem Speicherbehälter 4 ein zusätzlicher Temperaturfühler 16 zugeordnet werden, welcher dann mit 6s dem Temperaturfühler 15 zusammengeschaltet ist.

In die Rücklauf-Verbindungsleitung 11 ist ferner noch ein federbelastetes Rückschlagklappenventil 17 eingesetzt,

welches Störungen im Betriebsablauf bei einer Entnahme von Warmwasser über die Versorgungsleitung 12 verhindert.

Der Ablauf des Heizvorganges soll nun nachstehend noch näher erläutert werden: Die Heizeinrichtung 1 wird in Betrieb gesetzt, wobei sich über die Heisswasserzuführleitung 5 und die Rücklaufleitung 6 infolge der eingeschalteten Umlaufpumpe 9 ein Kreislauf zwischen der Heizeinrichtung 1 und dem Zwischenspeicher 2 ergibt. Sobald das Wasser zumindest im oberen Abschnitt des Zwischenspeichers 2 eine entsprechende Temperatur erreicht hat, bewirkt der Temperaturfühler 15 das Einschalten der Umlaufpumpe 14, so dass das im oberen Abschnitt des Zwischenspeichers 2 sich befindliche Warmwasser über die Vorlauf-Verbindungsleitung 10 dem Speicherbehälter 3 zugeführt wird. Der Rücklauf erfolgt über die Leitungsabschnitte 13 und die Rücklaufleitung 11 zum Zwischenspeicher 2 bzw. direkt zur Heizeinrichtung 1, falls dieser Umlauf ebenfalls eingeschaltet ist. Sobald der Temperaturfühler 15 eine entsprechend niedrigere Temperatur registriert, wird die Umlaufpumpe 14 wiederum ausser Betrieb gesetzt und das im oberen Abschnitt des Zwischenspeichers 2 sich befindliche Wasser wird wiederum auf die gewünschte Temperatur aufgèheizt, ohne dass es während dieses Zeitraumes zu einem Umlauf zwischen dem Zwischenspeicher 2 und den Speicherbehältern 3 und 4 kommen kann. Es wird dadurch stets das heisse Wasser von oben her in den ersten Speicherbehälter 3 eingedrückt, wobei das kalte Wasser nach unten hin bzw. in den nächstfolgenden Speicherbehälter 4 verdrängt wird. Das jeweils nachfolgende wiederum heisse Wasser wird dann wiederum ganz oben in den Speicherbehälter 3 eingeführt und verdrängt immer weiter das kalte Wasser. Sollte ein längerer Zeitraum entstehen, in welchem die Versorgungsleitung 12 nicht angezapft ist, so kann es vorkommen, dass die Speicherbehälter 3 und 4 einen entsprechenden Temperaturstand erreicht haben, so dass ein Nachfördern von Heisswasser überflüssig ist. Dann wirkt sich auch der Temperaturfühler 16 aus, welcher im Zusammenwirken mit dem Temperaturfühler 15 infolge des zu geringen Temperaturunterschiedes bewirkt, dass die Umlaufpumpe 14 nicht mehr eingeschaltet wird. Der Zwischenspeicher 2 wird dann weiterhin von der Heizeinrichtung 1 aufgeheizt, bis der Temperaturfühler 8 anspricht und dann auch die Umlaufpumpe 9 sowie die Heizeinrichtung 1 ausgeschaltet. Es kann somit die gesamte Heizanlage entsprechend abgeschaltet werden. Sobald dann wiederum Wasser von den Speicherbehältern 3 und 4 entnommen wird, spricht nach entsprechendem Nachfliessen von Kaltwasser der Temperaturfühler 16 an und es ergibt sich daher ein Temperaturunterschied gegenüber dem Temperaturfühler 15, so dass die Umlaufpumpe 14 wiederum in Betrieb gesetzt wird. Durch das Abkühlen des Zwischenspeichers 2 wird dann auch der Temperaturfühler 8 wiederum ansprechen und die Umlaufpumpe 9 sowie die Heizeinrichtung 1 in Betrieb setzen.

Es ist schon der beigefügten Zeichnung zu entnehmen, dass es keiner teuren Steuerung bedarf, um eine derartige Anlage zu betreiben. Es sind vor allem keine teuren, elektromotorisch öffnenden und schliessenden Ventile erforderlich.

Aus der Zeichnung ist noch ersichtlich, dass gegebenenfalls in den Speicherbehältern 3 eine elektrische Zusatzheizeinrichtung 18 eingesetzt wird, um dadurch gegebenenfalls zu Stosszeiten noch zusätzlich Energie zuzuführen.

Eine erfindungsgemässe Heizanlage ist besonders dann vorteilhaft, wenn billige Energie zur Aufheizung des Wassers angewandt werden kann. Im besonderen ist an eine Wärmepumpe als Heizeinrichtung 1 gedacht, wobei diese Wärmepumpe beispielsweise von einer Dachfläche entsprechende Energie ausnützen kann. Es ist jedoch zweckmässig, auf entsprechende Speicherbehälter zu arbeiten, da dadurch mit einem wesentlich geringeren Anschlusswert für die Wärme-

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pumpe auszukommen ist. In der Zeichnung ist ein Ausfüh- diese Umlaufpumpen in der Vorlauf-Verbindungsleitung 10 rungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Heizeinrichtung 1 anzuordnen. Durch die erfmdungsgemässe Massnahme mit und der Zwischenspeicher 2 in einer anderen Etage, beispiels- einem Zwischenspeicher können also auch mehrere Speicherweise im Dachboden, des Gebäudes angeordnet sind als dies einheiten, die sind, aufgeheizt werden.

für die Speicherbehälter 3 und 4 der Fall ist. Selbstver- s Beim Zwischenspeicher 2 wäre insofern noch eine Ergän-

ständlich kann auch die Anordnung im gleichen Geschoss zung möglich, als in der oberen Hälfte bezogen auf dessen erfolgen. Es ist in diesem Zusammenhang auch eine zweck- Bauhöhe zusätzlich ein elektrischer Heizeinsatz vorgesehen mässige Ausführung möglich, bei der die Heizeinrichtung 1 wird. Es kann daher gerade zu Spitzenzeiten, wo beispiels-und der Zwischenspeicher 2 zu einer Aufstelleinheit ver- weise eine Wärmepumpe zu wenig Energie bringt, eine bunden sind, so dass lediglich die entsprechenden Anschlüsse io zusätzliche Aufheizung durch elektrische Energie erfolgen, so zu den Speicherbehältern 3 und 4 an der Baustelle hergestellt dass dann in relativ kürzerer Zeit die einzelnen Speichereinwerden müssen. heiten mit Heisswasser versorgt werden können.

In Fig. 2 wurden der Übersichtlichkeit halber die gleichen Die Verbindungsleitungen zwischen dem Zwischen-Bezugszeichen verwendet wie in der Fig. 1. Bei diesem Aus- Speicher und den Speichereinheiten könne im Querschnitt führungsbeispiel ist wiederum in gleicher Weise eine Heizein- 15 relativ klein gehalten werden, da ja nur stossweise eine ent-richtung 1 und ein Zwischenspeicher 2 vorgesehen. Anstelle sprechende Wassermenge zugeführt werden muss. Aus-eines Speicherbehälters 3 bzw. zusammengeschlossener serdem ergeben sich dadurch geringere Energieverluste als

Speicherbehälter 3,4 sind hier mehrere Gruppen von dies beispielsweise bei einem ständigen Umlauf der Fall

Speicherbehältern vorgesehen, die an verschiedenen Aufstel- wäre.

lungsorten angebracht sind. So wäre es beispielsweise 20 im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch denkbar, bei grösseren Gebäuden, z.B. bei Hotelbetrieben, möglich, andere Heizeinrichtungen einzusetzen. So wäre es die Speichereinheit 20 im Bereich der Küche, eine Speicher- durchaus denkbar, als Heizeinrichtung eine Verbrennungseinheit 21 im Bereich der Bar und eine Speichereinheit 22 im anlage für feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe vorzu-Bereich eines Gästehauses vorzusehen. In gleicher Weise ist sehen. Auch wäre es denkbar, in gleicher Anordnung eine auch eine Anordnung insofern möglich, als solche Speicher- 2s elektrische Heizeinrichtung vorzusehen.

einheiten in verschiedenen Häusern einer Häusergruppe oder Durch die erfmdungsgemässe Heizanlage ist also eine eines Ortes vorgesehen sind, wobei von einer zentralen Stelle energiesparende Möglichkeit zur Warmwasserbereitung aus, also von einem Zwischenspeicher her schubweise Heiss- gegeben, wobei insbesondere durch den Wegfall eines wasser zu den entsprechenden Speicherbehältern geführt dauernden Umlaufes zwischen der Heizeinrichtung und den wird. Es ist dies besonders deshalb vorteilhaft, weil ja jene 30 Speicherbehältern ein wesentlicher Energie verlust wegfällt. Speichereinheiten, welche nicht gebraucht werden, abge- Ausserdem steht stets das heisseste Wasser für die Ver schaltet werden können. Es wäre daher auch eine zeitgemässe braucher zur Verfügung, wobei dies eben nur durch die Steuerung möglich, so dass gerade zu Spitzenzeiten für die schubweise Zuführmöglichkeit des Wassers von einem Zwi-entsprechenden Speichereinheiten gerade diese besonders schenspeicher 2 zu den Speicherbehältern 3 und 4 ermöglicht mit Heisswasser versorgt werden. Eine Steuerung ist auch 35 wird.

hier wieder in einfacher Weise möglich, da in einem solchen In der vorstehenden Beschreibung wurde anhand des Aus-Falle lediglich entsprechend vielfach Umlaufpumpen 14 vor- führungsbeispieles die Verwendung bei Warmwasserspei-gesehen sind. Je nach dem Warmwasserbedarf wird daher die ehern für entsprechende Verbraucher geschildert. Selbstvereine oder die andere Umlaufpumpe in Betrieb gesetzt, so dass ständlich ist eine gleiche Anordnung auch dann anwendbar, die gewünschten Speichereinheiten mit Heisswasser 40 wenn die Speicherbehälter 3,4 für Heizzwecke herangezogen beschickt werden können. Die Umlaufpumpen 14 sind auch werden. Auch dann ist eine sehr einfache Auflademöglichkeit bei dieser Ausführung wieder in die Rücklaufverbindungslei- der Speicherbehälter gegeben insbesondere in Tageszeiten, in tung 11 eingesetzt. Selbstverständlich ist es auch möglich, welchen ein geringerer Heizaufwand erforderlich ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

651911 PATENTANSPRÜCHE

1. Anlage zur Warmwasserbereitung mit wenigstens einer Heizeinrichtung und mit wenigstens einem Speicherbehälter, welchem das aufgeheizte Wasser im oberen Bereich des Behälters zugeführt und entnommen wird, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche die Zufuhr von Wasser zum Speicherbehälter in Abhängigkeit vom Erreichen einer Mindesttemperatur steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizeinrichtung (1) ein Zwischenspeicher (2) nachgeschaltet ist, durch den das Wasser von der Heizeinrichtung (1) in einem Umlauf geführt wird, bis es die vorbestimmbare Temperatur erreicht hat, und dass die die Zufuhr von Wasser zum Speicherbehälter (3,4) regelnde Steuereinrichtung zwischen dem Zwischenspeicher (2) und dem Speicherbehälter (3,4) angeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zwischenspeicher (2) ein auf eine in einer Verbindungsleitung (10,11) zwischen dem Zwischenspeicher (2) und dem Speicherbehälter (3,4) eingesetzte Umlaufpumpe (14) ansprechender Temperaturfühler (15) zugeordnet ist.

3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, mit einer Gruppe von in Serie geschalteten Speicherbehältern (3,4), dadurch gekennzeichnet, dass sowohl dem Zwischenspeicher (2) als auch dem in Strömungsrichtung gesehen letzten Speicherbehälter (4) Temperaturfühler (15,16) zugeordnet sind, welche über eine entsprechende Schaltung auf die Umlaufpumpe (14) ansprechen.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsleitungen von an verschiedenen Orten aufstellbaren Speicherbehältern zum Zwischenspeicher (2) geführt sind.