DE10032714A1 - Anordnung und Verfahren zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser - Google Patents
Anordnung und Verfahren zur Bereitstellung von warmem BrauchwasserInfo
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Abstract
Eine Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser mit DOLLAR A - einem Primärkreislauf (10) mit einem Fluid, einer warmes oder heißes Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und einer Fördereinrichtung (14) für das Fluid, DOLLAR A - einem Sekundärkreislauf (20) für das zu erwärmende Brauchwasser, DOLLAR A - einem Wärmetauscher (5) zur Wärmeübertragung vom Fluid des Primärkreislaufs (10) auf das Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20), DOLLAR A - einer Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung (14), DOLLAR A - einem Temperaturfühler (17, 27) im Primär- (10) oder Sekundärkreislauf (20) und DOLLAR A - einer Schaltung in der Regelungseinrichtung, die bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperaturgradienten an dem Temperaturfühler (17, 27) und/oder zeitabhängig die Fördereinrichtung (14) einschaltet und/oder ausschaltet, DOLLAR A zeichnet sich dadurch aus, DOLLAR A dass im Primärkreislauf (10) in der bezüglich des Wärmetauschers (5) ausgangsseitigen Leitung (13) die Fördereinrichtung (14) und in Strömungsrichtung hinter dieser ein Abzweigpunkt (18) für eine Zweigleitung (19) vorgesehen ist, DOLLAR A dass die Zweigleitung (19) von dem Abzweigpunkt (18) zu einem Mischventil (15) führt, das in der bezüglich des Wärmetauschers (5) eingangsseitigen Leitung (12) angeordnet ist, und DOLLAR A dass das Mischventil (15) so aufgebaut ist, dass es bei laufender Fördereinrichtung (14) das aus der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) zufließende warme oder heiße Fluid...
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauch
wasser mit einem Primärkreislauf mit einem Fluid, einer warmes oder heißes
Fluid bereitstellenden Einrichtung und einer Fördereinrichtung für das Fluid,
einem Sekundärkreislauf für das zu erwärmende Brauchwasser, einem
Wärmetauscher zur Übertragung vom Fluid des Primärkreislaufs auf das
Brauchwasser im Sekundärkreislauf, einer Regelungseinrichtung für die
Fördereinrichtung, einem Temperaturfühler im Primär- oder Sekundärkreis
lauf und einer Schaltung in der Regelungseinrichtung, die bei Erreichen be
stimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperaturgradienten
an dem Temperaturfühler und/oder zeitabhängig die Fördereinrichtung ein
schaltet und/oder ausschaltet. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren
zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser, bei dem ein Fluid in einem
Primärkreis läuft, einer Einrichtung warmes oder heißes Fluid bereitstellt und
eine Fördereinrichtung das Fluid fördert, das zu erwärmende Brauchwasser
in einem Sekundärkreis läuft, in einem Wärmetauscher die Wärme vom Fluid
des Primärkreises auf das Brauchwasser im Sekundärkreis übertragen wird,
die Fördereinrichtung geregelt wird, ein Temperaturfühler im Primär-
und/oder Sekundärkreis vorgesehen ist und beim Regeln der Fördereinrich
tung diese bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder
der Temperaturgradienten an dem Temperaturfühler und/oder zeitabhängig
diese Fördereinrichtung eingeschaltet und/oder ausgeschaltet wird.
Die Bereitstellung von warmem Brauchwasser erfolgt konventionell mittels ei
ner Heizquelle in einem Brauchwasserspeicher, einem sogenannten Boiler,
der dabei zugleich die Aufgabe der Energiezwischenspeicherung übernimmt.
Insbesondere in Solaranlagen werden Warmwasserbereitungen jedoch im
mer häufiger im Durchlaufprinzip ausgeführt. Dabei wird einem Wärmetau
scher, zum Beispiel einem Plattenwärmeaustauscher, einerseits warmes
Wasser aus einem Speicher zu- sowie abgekühltes Wasser dann wieder in
den Speicher zurückgeführt. Andererseits wird kaltes Brauch- oder Trinkwasser
in den Wärmetauscher zugeführt und von dort warmes Trinkwasser
an eine Zapfstelle zum Nutzer gefördert.
Bekannt ist eine solche Warmwasserbereitung im Durchlaufprinzip zum Bei
spiel aus der DE 40 35 115 C2. Die dort vorgeschlagene Konstruktion benö
tigt einen recht hohen Aufwand an Sensorik und setzt sehr empfindliche
Bauteile, zum Beispiel Strömungsschalter, ein, um eine entsprechende ge
eignete Regelung herbeizuführen.
Günstiger sind bereits Warmwasserbereitungen im Durchlaufprinzip nach der
DE 196 19 566 C1, in denen diese Bauteile nicht mehr erforderlich sind.
Bei beiden bekannten Konzepten sind die Wärmetauscher direkt mit dem
Speicher, also einer Einrichtung, die warmes oder heißes Fluid bereitstellt,
verbunden. Dem Wärmetauscher wird daher primärseitig Wasser auf sehr
hohem Temperaturniveau zugeführt, denn diese hohen Temperaturniveaus
von beispielsweise 90°C werden im Solarspeicher nicht nur erreicht, sondern
sind dort auch durchaus erwünscht. Allerdings führt eine direkte Wei
terleitung des sehr heißen Fluids auch zu hohen Temperaturen an den
Wärmetauscherübertragungsflächen, was dort unter Umständen zu uner
wünschtem Kalkausfall führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dem gegenüber, derartige Prob
leme bei den gattungsgemäßen Anordnungen und Verfahren im Wärmetau
scher zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung dadurch gelöst,
dass im Primärkreislauf in der bezüglich des Wärmetauschers ausgangsseitigen Leitung die Fördereinrichtung und in Strömungsrichtung hinter dieser ein Abzweigpunkt für eine Zweigleitung vorgesehen ist,
dass die Zweigleitung von dem Abzweigpunkt zu einem Mischventil führt, das in der bezüglich des Wärmetauschers eingangsseitigen Leitung ange ordnet ist, und
dass das Mischventil so aufgebaut ist, dass es bei laufender Fördereinrich tung das aus der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung zufließende warme oder heiße Fluid mit dem aus der Zweigleitung zuflie ßenden, zuvor im Wärmetauscher abgekühlten Fluid zur Erzielung einer bestimmten Temperatur in der Leitung am Eingang des Wärmetauschers mischt.
dass im Primärkreislauf in der bezüglich des Wärmetauschers ausgangsseitigen Leitung die Fördereinrichtung und in Strömungsrichtung hinter dieser ein Abzweigpunkt für eine Zweigleitung vorgesehen ist,
dass die Zweigleitung von dem Abzweigpunkt zu einem Mischventil führt, das in der bezüglich des Wärmetauschers eingangsseitigen Leitung ange ordnet ist, und
dass das Mischventil so aufgebaut ist, dass es bei laufender Fördereinrich tung das aus der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung zufließende warme oder heiße Fluid mit dem aus der Zweigleitung zuflie ßenden, zuvor im Wärmetauscher abgekühlten Fluid zur Erzielung einer bestimmten Temperatur in der Leitung am Eingang des Wärmetauschers mischt.
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass eine Rückführung von abgekühltem Fluid nach Durchlaufen des
Wärmetauschers im Primärkreislauf in einen Bereich des Primärkreislaufes
zwischen der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung und
dem Wärmetauscher erfolgt, wobei dieses zurückgeführte Fluid mit dem
warmen oder heißen Fluid aus der Einrichtung zur Erzielung einer
bestimmten Temperatur am Eingang des Wärmetauschers gemischt wird.
Erfindungsgemäß ist also eine Art Bypass im Primärkreislauf vorgesehen.
Ursprünglich aus der Einrichtung mit dem warmen oder heißen Fluid, also
insbesondere dem Speicher, stammendes Fluid hat dabei nach Durchlaufen
des Wärmetauschers einen erheblichen Teil seiner gespeicherten Wärme in
den Sekundärkreislauf abgegeben und ist dadurch deutlich abgekühlt. Im
Stand der Technik wird dieses abgekühlte Fluid nun wiederum in den
Speicher zurückgegeben. Erfindungsgemäß wird durch die Bypassleitung ein
regelbarer Anteil dieses Fluides jedoch wieder innerhalb des
Primärkreislaufes in den Bereich vor dem Wärmetauscher, aber nach dem
Speicher zugeführt. An dieser Stelle wird es mit der tatsächlich heißen,
beispielsweise 90°C betragenden Fluidmenge direkt aus dem Speicher
gemischt, so dass eine Mischungstemperatur zwischen eben dieser sehr
heißen Ausgangstemperatur einerseits und der nach Durchlaufen des
Wärmetauschers deutlich kühleren, wenn auch immer noch warmen
Fluidmenge andererseits erreicht.
Das Fluid, das jetzt auf der Seite des Primärkreislaufs in den Wärmetauscher
eintritt, hat damit nicht mehr die zu unerwünschten Kalkablagerungen
führende sehr hohe Temperatur, sondern eine präzise einstellbare
gewünschte Temperatur, die durchaus noch die gewünschte Höhe hat, um
den Sekundärkreislauf entsprechend mit Wärme zu versorgen.
Die Zuführung und Mischung der beiden Fluidmengen vor dem
Wärmetauscher erfolgt bevorzugt durch ein Thermostatventil. Dadurch kann
eine besonders präzise Festlegung der Anteile der beiden Fluidmengen bei
der Mischung erfolgen.
Besonders günstig wird eine Anordnung dann, wenn der Wärmetauscher
außerhalb der Isolierung der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden
Einrichtung angeordnet ist. Dadurch wird die Temperatur innerhalb des
Wärmetauschers noch zusätzlich von der Temperatur in der das warme oder
heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung entkoppelt. Diese Einrichtung ist
dabei bevorzugt ein Pufferspeicher.
Der erfindungsgemäße Bypass mit dem bevorzugt vorgesehenen
Thermostatventil kann dafür sorgen, dass am Wärmetauscherzulauf im
Primärkreis eine für Verkalken kritische und auch für die Wärmeübertragung
nicht erforderliche unerwünscht hohe Temperatur von oberhalb 65°C
vermieden wird.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass die im Primärkreis vorgesehene
Fördereinrichtung, also insbesondere eine Pumpe, geregelt ist. Dadurch lässt
sich der für die jeweilig gewünschte Warmwasserzapfrate im
Sekundärkreislauf und die dort angestrebte Temperatur notwendige
Volumenstrom im Primärkreis optimieren. Der Rücklauf im Primärkreislauf in
den Speicher kann nah an der Kaltwassertemperatur gelegt werden, die
elektrische Leistungsaufnahme der Pumpe bewegt sich auf niedrigem
Niveau.
Das Einschalten und die Regelung der Pumpenleistung für die
Warmwasserbereitung kann wie auch in der DE 196 19 566 C1
vorgeschlagen über Temperaturfühler erfolgen. Diese Schaltung kann aber
auch in anderer Form geschehen. Ein entsprechender Temperaturfühler
kann entweder im Primärkreislauf direkt die dort vorhandene, insbesondere
am Ausgang des Wärmetauschers herrschende Temperatur des Fluids
abgreifen und mit dieser oder auch mit dem Temperaturgradienten arbeiten.
Es ist aber auch möglich, durch geschickte Ausnutzung der Daten eines
Temperaturfühlers im Sekundärkreislauf, insbesondere am Ausgang des
Wärmetauschers im Sekundärkreislauf, eine solche Steuerung
vorzunehmen.
Von weiterem besonderen Vorteil ist es, wenn eine Zirkulationsleitung mit
einer Zirkulationspumpe vorgesehen ist, die von der bezüglich des
Wärmetauschers ausgangsseitigen Leitung des Sekundärkreislaufs
benachbart zur Zapfstelle abzweigt und zur bezüglich des Wärmetauschers
eingangsseitigen Leitung des Sekundärkreislaufs zurückführt.
Mit einer solchen Konzeption lässt sich auch die vom Verbraucher geforderte
Sparsamkeit des Wasserverbrauches erzielen. Ein Leerzapfen der
abgekühlten Warmwasserleitungen im Sekundärkreislauf wird vermieden,
wenn erstmals nach einer gewissen Zeit der Nichtbenutzung an der
Zapfstelle warmes Brauchwasser gewünscht wird, das dort nicht spontan zur
Verfügung steht. Das in der Leitung stehende Wasser wird dann einfach
durch die Zirkulationsleitung wieder zum Wärmetauscher zurückgeführt. Das
einfache Aufdrehen und "Laufen lassen" des zunächst kalten Wassers kann
dadurch vermieden werden.
Eine derartige Zirkulationsleitung gewinnt gerade und insbesondere dann
Vorteil, wenn sie über einen Temperaturfühler ein- und/oder ausgeschaltet
und geregelt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
diese Regelung durch ein und denselben Temperaturfühler möglich, der auch
die Fördereinrichtung im Primärkreislauf regelt, bevorzugt durch einen
Temperaturfühler benachbart dem Ausgang des Wärmetauschers im
Sekundärkreislauf.
Sanitäre Warmwasser-Zirkuiationsleitungen in Gebäuden an sich sind bei
spielsweise aus der DE 94 16 613 U1 bekannt. Auch dort ist eine Zirkulationsleitung
parallel zu einer Warmwasserleitung angeordnet, wobei eine
Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die beim Anlaufen einer Pumpe durch
Wasserentnahme an der Zapfstelle eine Induktionsspannung in der Pumpe
auswertet. Beim Erreichen eines Schwellwertes der Induktionsspannung wird
die Pumpe von der Auswerteeinrichtung getrennt, an das allgemeine
Spannungsnetz angeschlossen und nach einem bestimmten Zeitablauf wie
der abgeschaltet. Für einen Einsatz mit Wärmetauschern ist eine solche
Konzeption allerdings nicht vorgesehen.
Durch die Erfindung wird eine Anordnung und eine Regelung einer Warm
wasserbereitung im Durchlaufprinzip geschaffen, die auch eine Zirkulations
steuerung beinhalten kann. Mit einfachen Mitteln wird dafür gesorgt, dass bei
Bedarf schnell Wasser der gewünschten Temperatur an den Zapfstellen zur
Verfügung steht, obwohl Temperaturverluste und Wasserverbrauch minimiert
sind und durch eine intelligente Anordnung von einfachen und zuverlässigen
sowie kostengünstigen Sensoren eine insbesondere betriebssichere,
gleichwohl aber kostengünstige Lösung geschaffen wird.
Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfin
dung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung.
Die rein schematische, nur die wesentlichsten Teile der gesamten Anordnung
wiedergebende Darstellung zeigt in der linken Hälfte einen Primär
kreislauf 10, in der rechten Hälfte einen Sekundärkreislauf 20.
Der Primärkreislauf 10 beginnt links mit einer Einrichtung, die warmes oder
heißes Fluid bereitstellt, hier einen Pufferspeicher 11. Von diesem Puffer
speicher 11 führt eine Leitung 12 zu einem Wärmetauscher 5. Nach dem
Durchlaufen des Wärmetauschers 5 und der Abgabe der Wärmeenergie in
dem selben läuft das Fluid in den Primärkreislauf 10 zurück über eine aus
gangsseitige Leitung 13 zur Einrichtung 11, also dem Pufferspeicher.
In der ausgangsseitigen Leitung 13 ist eine Fördereinrichtung 14, insbeson
dere eine Pumpe vorgesehen. Diese Fördereinrichtung 14 ist relativ dicht am
Ausgang des Wärmetauschers 5 angeordnet. Zwischen der Fördereinrich
tung 14 und dem Wärmetauscher 5 ist hier zusätzlich noch ein Temperatur
fühler 17 angeordnet, der also die Temperatur und/oder den Temperatur
gradienten des Fluids im Primärkreis 10 praktisch unmittelbar nach dem
Verlassen des Wärmetauschers 5 misst.
Hinter der Fördereinrichtung 14 ist im Primärkreis 10 ein Abzweigpunkt 18 für
eine Zweigleitung 19 vorgesehen. Diese Zweigleitung 19 führt zurück in
nerhalb des Primärkreises 10 in den Bereich der Leitung 12 vom Pufferspei
cher 11 zum Wärmetauscher 5. Sie mündet dort in einem Mischventil 15.
Dieses Mischventil 15 ist insbesondere ein Thermostatventil. Ihm werden ei
nerseits durch die Zweigleitung 19 abgekühltes Fluid aus dem Wärmetau
scher 5, andererseits aber auch durch die Leitung 12 heißes Fluid aus dem
Pufferspeicher 11 zugeführt. Diese beiden abgesehen von der Temperatur
identischen Fluide werden so gemischt, dass eine gewünschte vorbestimmte
Temperatur von unterhalb 65°C am Ausgang des Mischventils 15 entsteht.
Durch den weiteren Verlauf der Leitung 12 wird dieses die gewünschte
Temperatur besitzende Fluid dann dem Wärmetauscher wiederum zugeführt.
Abgesehen von der Fluidführung in der Zweigleitung 19 läuft im Primärkreis
lauf 10 das Fluid aus dem oberen Bereich des Pufferspeichers 11 zum
Wärmetauscher 5, von dort durch die Leitung 13 dann wieder in den unteren
Bereich des Pufferspeichers 11, wo sie eingeschichtet oder sonst geeignet
zurückgegeben wird.
Der Sekundärkreislauf 20 auf der rechten Seite der Darstellung der Fig. 1
beginnt mit einer Kaltwasserzuleitung 22, mit der kaltes Brauchwasser
(Trinkwasser, Waschwasser, etc.) dem Wärmetauscher 5 zugeführt wird. In
dem Wärmetauscher 5 wird die Wärmeenergie des im Gegenstrom laufen
den Primärkreislaufs 10 aufgenommen. Nach Durchlaufen des Wärmetau
schers 5 verlässt das Brauchwasser diesen wiederum und strömt durch eine
ausgangsseitige Leitung 23 zum Warmwasserentnahmepunkt, der Zapfstelle.
Die Förderung im Sekundärkreislauf kann grundsätzlich dadurch erfolgen,
dass die Kaltwasserzufuhr unter Druck erfolgt und der Warmwasser
entnahmepunkt durch einen Hahn diesen Druck ggf. sperrt.
In der Leitung 23 führt das Warmwasser bzw. eigentliche Brauchwasser
befindet sich ein Temperaturfühler 27. Dieser Temperaturfühler 27 ist mög
lichst dicht am Ausgang des Wärmetauschers 5 angeordnet.
Zusätzlich ist im Sekundärkreislauf 20 noch eine Zirkulationsleitung 40 vorge
sehen. Die Zirkulationsleitung 40 zweigt benachbart zur Zapfstelle 28 ab und
führt zurück zur Kaltwasserzugangsleitung 22 unmittelbar vor dem
Wärmetauscher 5. In der Zirkulationsleitung 40 ist eine weitere Zirkulations
pumpe 44 vorgesehen. Angedeutet ist ferner ein Temperaturfühler 47, der
die Temperatur in der Zirkulationsleitung 40 misst, insbesondere zwischen
der Zirkulationspumpe 44 und dem Zuströmen in den Kaltwasserzulauf 22.
Wird nun an der Zapfstelle 28, also dem Warmwasserentnahmepunkt, der
Hahn aufgedreht, so gibt entweder dieser Vorgang oder bevorzugt das Aus
gangssignal eines der Temperaturfühler 17, 27, 47 ein Signal für die Zirkula
tionspumpe 44, das sich in der Leitung 23 befindende Brauchwasser aus
dem Bereich vor der Zapfstelle 28 abzuziehen und durch die Zirkulationslei
tung 40 wieder vor den Wärmetauscher 5 zu fördern.
Sinn dieser Maßnahme ist es, das nach gewisser Standzeit abgekühlte Was
ser in der Leitung 23 nicht aus der Zapfstelle 28 strömen zu lassen, da der
Verbrauch dort warmes Wasser wünscht und nicht abgekühltes Brauch
wasser. Er würde dieses abgekühlte Brauchwasser vermutlich einfach nur
aus der Leitung laufen lassen. Das nun aktuell aus dem Wärmetauscher 5
strömende Wasser dagegen ist warm, denn es hat Wärmeenergie aus dem
Primärkreislauf 10 aufgenommen. Die Länge der Leitung 23 und das Strö
mungsverhalten sind bekannt, so dass sehr präzise die Zirkulationspumpe 44
so gesteuert werden kann, dass genau beim Erreichen wunschgemäss
erwärmten Brauchwassers an der Zapfstelle 28 dieses dort auch ausströmen
kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform für die Regelung der verschiedenen För
dereinrichtungen und Pumpen 14, 44, zu denen bei Bedarf oder auf Wunsch
auch weitere kommen können, arbeitet wie folgt:
Der Temperaturfühler 17 stellt unter anderem die Bereitschaftstemperatur an
der Fördereinrichtung 14 fest. Wird hierbei ein bestimmter Schwellwert un
terschritten, so wird die Fördereinrichtung 14 für einen einstellbaren Zeit
raum X auf volle Leistung geschaltet. Der Zeitraum wird mehrere Sekunden
betragen. Er ist genau so lang gewählt, dass das abgekühlte Fluid im Pri
märkreis 10 aus dem Wärmetauscher 5 durch heißes Fluid aus dem oberen
Bereich der Einrichtung 11, also aus dem oberen Speicherbereich, ersetzt
und in den unteren Speicherbereich zurückgeführt wird.
Anschließend dauert es eine Zeit Y (ebenfalls mehrere Sekunden), bis durch
Wärmeleitung auch die Temperatur am Temperaturfühler 27 im Sekundärkreis
20 am Warmwasserausgang des Wärmetauschers 5 angestiegen ist.
Nach diesem Zeitraum Y hat sich dann der gesamte Wärmetauscher 5 in
klusive seinem Wasserinhalt (Fluid im Primärkreis 10 und Brauchwasser im
Sekundärkreis 20) erwärmt.
Erst nach diesem einstellbarem Zeitraum Y kann die Fördereinrichtung 14 er
neut eingeschaltet werden, um den Wärmetauscher 5 weiter aufzuheizen. In
der Praxis wird ein regelmäßiges, einmaliges kurzes Einschalten der För
dereinrichtung 14 von beispielsweise 5 Sekunden Dauer ausreichen, um die
Auskühlverluste des Wärmetauschers 5 auszugleichen. Bei längerem Laufen
der Fördereinrichtung 14 würde unnötig warmes Wasser aus dem oberen
Bereich der Einrichtung 11 in den unteren Speicherbereich gefördert. Die
erfindungsgemäß bevorzugte regelmäßige kurze Einschaltphase führt zu
einer Art Pulsfunktion.
Ist der Wärmetauscher jedoch komplett ausgekühlt, beispielsweise weil die
Warmwasserbereitung ausgeschaltet war, so führt die Pulsfunktion ebenfalls
zu einem wunschgemäßen Verhaltens des Systems: das mehrmalige
Einschalten der Pumpe jeweils nach einer Unterbrechung von einem
Zeitraum Y führt zu einer Erwärmung des Brauchwassers im
Wärmetauscher 5, ohne dass unnötig eine Vermischung von warmem Fluid
im Primärkreis 10 aus dem oberen Bereich der Einrichtung 11 in den unteren
Rücklauf erfolgt.
Die vorstehende Verhaltensweise arbeitet bereits, ohne dass im Sekundär
kreis 20 überhaupt eine Strömung stattfindet, also ohne jedes Zutun des
Benutzers und insbesondere auch ohne einen Verbrauch von Brauchwasser.
Wird Brauchwasser gezapft, so fließt Wasser aus dem Wärmetauscher 5 in
die Warmwasserleitung 23. Diesen Vorgang registriert wiederum der Tempe
raturfühler 27 als Temperaturänderung. Das Brauchwasser unmittelbar im
Wärmetauscher 5 ist zumindest geringfügig wärmer als das zuvor am Tem
peraturfühler 27 anstehende Brauchwasser. Überschreitet diese Tempera
turänderung eine einstellbare Größe AD von zum Beispiel 0,2°C innerhalb
eines bestimmten sehr kurzen Zeitraums, so wird die Warmwasserpumpe
von 0 auf maximale Leitung geregelt oder alternativ eingeschaltet und auf
maximale Leistung geregelt. Über einen Temperaturvergleich eines Soll
wertes am Temperaturfühler 27 und eines Istwertes am Temperaturfühler 27
wird die Pumpenleistung dann anschließend zwischen 0 und maximaler
Leistung so geregelt, dass der Istwert am Temperaturfühler 27 gleich dem
Sollwert ist.
Die von der Einrichtung 11 zur Verfügung gestellte Temperatur des warmen
oder heißen Fluids im Primärkreis 10 kann extrem schwanken, je nach Jah
reszeit oder anderen äußeren Bedingungen. Eine solche Schwankung kann
zwischen 50°C und 95°C liegen. Auch die Zapfraten für das Brauchwasser
können außerordentlich stark schwanken, beispielsweise zwischen 0 und 15
Litern pro Minute. Diese starken Schwankungen führen zu sehr hohen
Anforderungen an die Regelgenauigkeit der Warmwasserpumpe.
Von besonderem Vorteil ist dabei insbesondere, wenn die PID-Anteile dieser
Regelung nicht fest gewählt sind, sondern ihrerseits anhängig von der Tem
peratur an einem Temperaturfühler 37 im oberen Bereich der Einrichtung 11,
also im oberen Speicherbereich, gewählt werden.
Temperaturänderungen am Temperaturfühler 27 aufgrund von Wärmeverlus
ten oder Wärmeleitung sind deutlich geringer als Temperaturänderungen
aufgrund von Fließbewegungen im Primärkreis 10 oder im Sekundärkreis 20.
Dementsprechend wird die Temperaturdifferenz vorzugsweise so groß
gewählt, dass der Wert nur bei fließenden Medien überschritten wird.
Wie sich in Messungen bestätigt hat, erfolgt bei Öffnen eines Zapfhahnes,
also der Entnahme von Brauchwasser im Sekundärkreis 20, zunächst ein
Temperaturanstieg am Temperaturfühler 27, anschließend ein Temperatur
abfall. Grundsätzlich können beide Veränderungen zum Einschalten der
Warmwasserpumpe genutzt werden. Es kann aber auch bewusst nur eine
der beiden Veränderungen, zum Beispiel der spätere Temperaturabfall, als
Einschaltkriterium der Warmwasserpumpe eingesetzt werden.
Das Ausschalten dieser Pumpe kann zum Beispiel erfolgen, wenn in einem
einschaltbaren Zeitraum XX keine oder nur definiert geringe Temperaturver
änderungen zwischen zwei Schwellwerten oder aber definiert positive Tem
peraturveränderungen am Temperaturfühler 27 registriert werden.
Das Ausschalten kann auch erfolgen, wenn über einen Fühler 17 am Aus
gang des Wärmetauschers 5 im Primärkreis 10 in der Leitung 13 zur
Einrichtung 11 eine Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Sollwertes
gemessen wird. Eine solche relativ hohe Temperatur bedeutet nämlich, dass
das warme Fluid im Primärkreis 10 im Wärmetauscher 5 nicht mehr
abgekühlt wird, da keine Warmwasserzapfung mehr erfolgt.
Gleichzeitig kann der Temperaturfühler 27 auch für das Einschalten der
Zirkulationspumpe 44 genutzt werden. Wird der Wasserhahn an der Zapf
stelle 28 nur kurz geöffnet, so registriert der Temperaturfühler 27 das zu
nächst wie vorstehend bereits beschrieben durch eine Temperaturverände
rung, zunächst durch einen Temperaturanstieg, danach durch einen Tempe
raturabfall. Diese Temperaturänderungen schalten für Z Sekunden einstell
bar die Zirkulationspumpe 44 ein. Der Zeitraum wird vorzugsweise so ge
wählt, dass im Sekundärkreis 20 das warme Brauchwasser gerade bis zu
den Zapfstellen 28 gefördert wird. Der Nutzer der Anlage verfügt also nach
einem kurzen Öffnen des Hahnes an der Zapfstelle 28 und einer kurzen
Pause danach sofort über Warmwasser an der Zapfstelle 28, ohne vorher die
Leitung leer zapfen zu müssen.
Nach dieser Maßnahme ist die Zirkulationspumpe 44 für einen einstellbaren
Zeitraum YY, beispielsweise für 10 Minuten, gesperrt. Dieser Zeitraum wird
so gewählt, dass im Sekundärkreis 20 die Auskühlung des Brauchwassers in
den Leitungen 22 und 23 so lange anhält, wie die Temperatur des Brauch
wassers noch als angenehm empfunden wird. Grundsätzlich könnte natürlich
die Zirkulation auch für einen bestimmten Zeitraum mittels einer Uhr gesperrt
werden. Ein Temperaturfühler 47 im Zirkulationskreis 40 kann zusätzlich
auch die Temperatur im Zirkulationsrücklauf nach der oder den Zapfstellen
28 erfassen und die Zirkulationspumpe 44 oberhalb einer bestimmten
Temperatur am Temperaturfühler 47 grundsätzlich sperren.
Das wäre dann zum Beispiel auch ein Ausschaltkriterium oder würde ein
unnötiges Anspringen der Zirkulationspumpe 44 vermindern, wenn das
Brauchwasser im Sekundärkreis 20 entgegen den voreingestellten Zeiträu
men doch noch warm ist. Vom Grundsatz her ist jedoch mit einen einzigen
Temperaturfühler 27 die gesamte Steuerung machbar.
Durch die Erfindung wird eine Anordnung und eine Regelung einer
Warmwasserbereitung im Durchlaufprinzip geschaffen, die auch eine Zirku
lationssteuerung beinhalten kann. Mit einfachen Mitteln wird dafür gesorgt,
dass bei Bedarf schnell Wasser der gewünschten Temperatur an den Zapf
stellen zur Verfügung steht, gleichwohl Temperaturverluste und Wasser
verbrauch minimiert sind und durch eine intelligente Anordnung von einfa
chen und zuverlässigen sowie kostengünstigen Sensoren eine insbesondere
betriebssichere, gleichwohl aber kostengünstige Lösung geschaffen wird.
5
Wärmetauscher
10
Primärkreis
11
Einrichtung zur Bereitstellung eines warmen oder heißen Fluides
12
Leitung
13
Leitung
14
Fördereinrichtung
15
Mischventil
17
Temperaturfühler
18
Abzweigpunkt
19
Zweigleitung
20
Sekundärkreis
22
Kaltwasserzuleitung
23
Leitung
27
Temperaturfühler
28
Zapfstelle
40
Zirkulationskreis
44
Zirkulationspumpe
47
Temperaturfühler
Claims (16)
1. Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser mit
einem Primärkreislauf (10) mit einem Fluid, einer warmes oder heißes Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und einer Fördereinrichtung (14) für das Fluid,
einem Sekundärkreislauf (20) für das zu erwärmende Brauchwasser,
einem Wärmetauscher (5) zur Wärmeübertragung vom Fluid des Primärkreislaufs (10) auf das Brauchwasser im Sekundärkreis lauf (20),
einer Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung (14),
einem Temperaturfühler (17, 27) im Primär- (10) oder Sekundärkreis lauf (20) und
einer Schaltung in der Regelungseinrichtung, die bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperatur gradienten an dem Temperaturfühler (17, 27) und/oder zeitabhängig die Fördereinrichtung (14) einschaltet und/oder ausschaltet,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Primärkreislauf (10) in der bezüglich des Wärmetauschers (5) aus gangsseitigen Leitung (13) die Fördereinrichtung (14) und in Strömungs richtung hinter dieser ein Abzweigpunkt (18) für eine Zweigleitung (19) vor gesehen ist,
dass die Zweigleitung (19) von dem Abzweigpunkt (18) zu einem Mischven til (15) führt, das in der bezüglich des Wärmetauschers (5) eingangsseitigen Leitung (12) angeordnet ist, und
dass das Mischventil (15) so aufgebaut ist, dass es bei laufender Förderein richtung (14) das aus der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Ein richtung (11) zufließende warme oder heiße Fluid mit dem aus der Zweigleitung (19) zufließenden, zuvor im Wärmetauscher (5) abgekühlten Fluid zur Erzielung einer bestimmten Temperatur in der Leitung (12) am Eingang des Wärmetauschers (5) mischt.
einem Primärkreislauf (10) mit einem Fluid, einer warmes oder heißes Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und einer Fördereinrichtung (14) für das Fluid,
einem Sekundärkreislauf (20) für das zu erwärmende Brauchwasser,
einem Wärmetauscher (5) zur Wärmeübertragung vom Fluid des Primärkreislaufs (10) auf das Brauchwasser im Sekundärkreis lauf (20),
einer Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung (14),
einem Temperaturfühler (17, 27) im Primär- (10) oder Sekundärkreis lauf (20) und
einer Schaltung in der Regelungseinrichtung, die bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperatur gradienten an dem Temperaturfühler (17, 27) und/oder zeitabhängig die Fördereinrichtung (14) einschaltet und/oder ausschaltet,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Primärkreislauf (10) in der bezüglich des Wärmetauschers (5) aus gangsseitigen Leitung (13) die Fördereinrichtung (14) und in Strömungs richtung hinter dieser ein Abzweigpunkt (18) für eine Zweigleitung (19) vor gesehen ist,
dass die Zweigleitung (19) von dem Abzweigpunkt (18) zu einem Mischven til (15) führt, das in der bezüglich des Wärmetauschers (5) eingangsseitigen Leitung (12) angeordnet ist, und
dass das Mischventil (15) so aufgebaut ist, dass es bei laufender Förderein richtung (14) das aus der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Ein richtung (11) zufließende warme oder heiße Fluid mit dem aus der Zweigleitung (19) zufließenden, zuvor im Wärmetauscher (5) abgekühlten Fluid zur Erzielung einer bestimmten Temperatur in der Leitung (12) am Eingang des Wärmetauschers (5) mischt.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Mischventil (15) ein Thermostatventil ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmetauscher (5) außerhalb der Isolierung der das warme oder
heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) angeordnet ist.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die das warme oder heiße Fluid bereitstellende Einrichtung (11) ein
Pufferspeicher ist.
5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Zirkulationsleitung (40) mit einer Zirkulationspumpe (44) vorgese
hen ist, die von der bezüglich des Wärmetauschers (5) ausgangsseitigen
Leitung (23) des Sekundärkreislaufs (20) benachbart zur Zapfstelle (28) ab
zweigt und zur bezüglich des Wärmetauschers (5) eingangsseitigen Leitung
(22) des Sekundärkreislaufs (20) zurückführt.
6. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Temperaturfühler (17, 27, 47) die Zirkulationspumpe (44) ein-
und/oder ausschaltet und ggf. auch regelt.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der selbe Temperaturfühler (27) die Fördereinrichtung (14) im Primär
kreis (10) und die Zirkulationspumpe (44) ein- und/oder ausschaltet und ggf.
regelt.
8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperaturfühler (17) im Primärkreis (10) dicht benachbart zum
Ausgang des Wärmetauschers (5) angeordnet ist.
9. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperaturfühler (27) im Sekundärkreislauf (20) dicht benachbart
zum Ausgang des Wärmetauschers (5) angeordnet ist.
10. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperaturfühler (17, 27) im Primärkreislauf (10) und im Sekun
därkreislauf (20) außerhalb der Isolierung der das warme oder heiße Fluid
bereitstellenden Einrichtung (11) angeordnet sind.
11. Verfahren zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser, bei dem
dass eine Rückführung von abgekühltem Fluid nach Durchlaufen des Wärmetauschers (5) im Primärkreislauf (10) in einen Bereich des Primär kreislaufes (10) zwischen der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und dem Wärmetauscher (5) erfolgt, wobei dieses zurück geführte Fluid mit dem warmen oder heißen Fluid aus der Einrichtung (11) zur Erzielung einer bestimmten Temperatur am Eingang des Wärmetau schers (5) gemischt wird.
- - ein Fluid in einem Primärkreis (10) läuft,
- - eine Einrichtung (11) warmes oder heißes Fluid bereitstellt und eine Fördereinrichtung (14) das Fluid fördert,
- - das zu erwärmende Brauchwasser in einem Sekundärkreis (20)läuft,
- - in einem Wärmetauscher (5) die Wärme vom Fluid des Primärkrei ses (10) auf das Brauchwasser im Sekundärkreis (20) übertragen wird,
- - die Fördereinrichtung (14) geregelt wird,
- - ein Temperaturfühler (17, 27) im Primär- und/oder Sekundärkreis vorgesehen ist,
- - beim Regeln der Fördereinrichtung (14) diese bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperaturgradienten an dem Temperaturfühler (17, 27) und/oder zeitabhängig diese Förderein richtung (14) eingeschaltet und/oder ausgeschaltet wird,
dass eine Rückführung von abgekühltem Fluid nach Durchlaufen des Wärmetauschers (5) im Primärkreislauf (10) in einen Bereich des Primär kreislaufes (10) zwischen der das warme oder heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und dem Wärmetauscher (5) erfolgt, wobei dieses zurück geführte Fluid mit dem warmen oder heißen Fluid aus der Einrichtung (11) zur Erzielung einer bestimmten Temperatur am Eingang des Wärmetau schers (5) gemischt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischung des zurückgeführten abgekühlten Fluids im Primär
kreislauf (10) mit dem warmen oder heißen Fluid aus der Einrichtung (11) in
einem Thermostatventil erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Zirkulation in dem Sekundärkreislauf (20) vorgesehen ist, die be
nachbart zur Zapfstelle (28) eine Abzweigung und Rückführung abgekühlten
nicht verbrauchten Brauchwassers und Mischung desselben mit frischem
zugeführten Brauchwassers in der eingangsseitigen Leitung (22) vor dem
Wärmetauscher (5) vorsieht.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regelung einer Pumpe für diese Zirkulation durch einen Tempe
raturfühler (17, 27, 47) erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zirkulationspumpe (44) bei Erreichen von Schwellwerten des glei
chen Temperaturfühlers eingeschaltet wird, der die Einschaltung der För
dereinrichtung (14) im Primärkreislauf (10) vornimmt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung (14) im Primärkreislauf bei Unterschreiten eines
Temperaturschwellwertes an einem der Temperaturfühler (17, 27) für einen
vorbestimmten Zeitraum X eingeschaltet und danach für eine Mindestzeit
dauer Y abgeschaltet wird, ehe gegebenenfalls eine erneute Einschaltung
erfolgt.
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