DE10060307A1

DE10060307A1 - Zentral gesteuertes Einrohr-Wasserverteil- und Dosiersystem

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Publication number: DE10060307A1
Application number: DE10060307A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Georg Fischer Haustechnik AG
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: DE10060307B4

Description

Stand der Technik

Das heutige Warm- und Kaltwasserversorgungssystems besteht aus einem zweisträngigem Rohrleitungssystem welches in einem Strang (Rohr) Warm- und im anderen Strang Kaltwasser zur Entnahme bzw. zum Verbraucher führen. Die Mischung sowie die Mengendosierung erfolgt direkt bei der Entnahme. Durch den meist vorgegeben niedrigen Druck und den oft langen Verbindungswegen sind große Rohrquerschnitte notwendig, welche entsprechend viel Wasser volumen beinhalten. Da dies auch für die Warmwasserversorgung gilt ergeben sich entsprechende Wärmeverluste. Bei Anlagen ohne Rezirkulation treten entsprechende Wartezeiten auf bis die gewünschte Temperatur erreicht wir trotz lokalen Reglern. Auch werden dem Verbraucher direkt lokale Zwischenspeicher, meist drucklose oder mit geringer geodätischer Höhe, vorgeschalten um eine vorgegeben Menge gezielt abzugeben (WC-Spülung).

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde das durch eine lokale Steuer- und Regelung (zwei Einzel-Armaturen, eine Einhand-Regelarmatur oder ein automatischer Temperatur-Mischer) lange und oft voluminöse Verteilsystem eingebaut sind und somit eine Rezirkulation verwendet werden muss um eine relativ rasche Warmwasserabgabe zu erreichen. Dies bringt zwangsläufig unnötige Wärme- bzw. Energieverlusten mit sich.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

- Zentrale, der Wärmequelle nahe Anordnung
- Über eine gemeinsame, kurze Schiene versorgte Absperr- und Regelorgane geregelt und gesteuertes Wasserverteilsystem mit wenig bis keinen Wärmeverlusten

Mit dieser Erfindung, einer gemeinsamen kompakten und zentral angeordneten Verteileinheit, mit elektromechanisch, Eigenmedium oder Fremdmedium betrieben Steuer- und Regelventilen wird eine direkte Versorgung von der Warmwasseraufbereitung ohne Wärmeverluste erreicht. Die lokale Bedienungseinheit mit den entsprechenden Steuer- bzw. Basisfunktionen wie: Auto-Start/Stop/Programm, Freischaltung, Stop, wärmer, kälter, mehr oder weniger etc., werden über Funk- oder Schwachstromsignale zur Logikeinheit bzw. über eine Schnittstelle zu einem Zentralcomputer übertragen. Dies ermöglicht einen manuellen und/oder den vollautomatischen Betrieb. Eine Vielzahl von zusätzlichen Schutz- und Komfortfunktionen sind durch die elektronische Kontrolle möglich.

Der im Schutzanspruch 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde das durch die heutige lokale Steuer- und Regelung lange und voluminöse, doppelte Versorgungssysteme notwendig sind. Beide Verteilrohre, meist mit vielen Verteilstufen, stehen permanent unter Druck was auch oft zu Undichtigkeiten und somit zu Wasserschäden führen kann. Durch die relativ großen Rohrvolumen entsehen bei der Warmwasserentnahme oft lange Wartezeiten, speziell dann wenn die Rezirkulation keine Anwendung findet, was zwangsläufg zu unnötigem und erhöhtem Wasserverbrauch und Energieverbrauch führt.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 2 aufgeführten Merkmalen gelöst.

- Einzelversorgung, von der zentrale Überdruck - Versorgungsschiene zum Verbraucher
- Einrohrsystem mit kleinst möglichem Durchmesser zum reduzieren der Volumina und den damit verbundenen Wasser- sowie Energieverlusten.
- Über einer Computer gesteuerten und kontrollierte Wasserabgabe mit variablen und festen Vorgaben wird ein vollautomatisches Dosiersystem erreicht.

Mit dieser Erfindung, einem Überdruck - Einrohr - Wasserverteilsystem von einer gemein samen und zentral angeordneter Verteilschiene direkt zum Verbraucher wird erreicht, das die im Einzelrohr, mit kleinst möglichem Durchmesser, befindliche Wassermenge gering ist und Wartezeiten bis das temperierte Wasser entnommen werden kann kurz ist, die Wassermenge ein Bruchteil der herkömmlichen Systeme ist und somit geringe bis kleinste Verluste zu verzeichnen sind.

Ein zusätzlicher Effekte ist, dass sich der Druck über den beim Verbraucher befindliche Diffuser- und Auslaufschutzventil abbauen kann. Das Einrohrsystem ist nach dem schließen der Ventile drucklos, eine Undichtigkeit im Ruhezustand ist nicht möglich. Eventuelle Leckagen können beim öffnen der Regelventile nur an der zentralen Verteilschiene auftreten und sind somit leicht zu überwachen. Eine entsprechende Überwachung und Meldung über die zentrale Logik-Einheit ist Rechnung getragen.

Der im Schutzanspruch 3 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde das oft unnötig viel Wasser verschwendet wird. Spülkästen oder andere vielfältige Dosiersysteme finden Anwendung und sind nur auf einen Fall eingestellt und einsetzbar. Hand geregelte Entnahmen laufen unnötig lange, wertvolles Wasser wird unnütz vergeudet.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 3 aufgeführten Merkmalen gelöst.

- Computergesteuerte Dosierung, von der an der zentral angeordneten Verteilschiene über die Regelventile zum Verbraucher.
- Auf den Anwendungsfall zugeschnittene, über die Logikeinheit oder einen Zentral computer, programmierbare, gesteuerte und kontrollierte Wasserabgabe mit variablen und festen Vorgabewerten wird eine vollautomatische und optimierte Dosierung erreicht.

Mit dieser Erfindung, einer frei programmierbaren Anwenderdefinition wir der Wasserverbrauch auf ein Minimum reduziert. Nachlaufzeiten, Mengendosierung, Temperaturvoreinstellungen (z. B. 30°C für die Dusche, 45°C für die Küche, ½ Menge, doppelte Menge, etc.) entsprechend einem Vorgabewert, reduzieren wie im Patentanspruch 1 und 2 bereits definiert, Energie- und Wasserverluste. Über die lokale Bedienungseinheit lassen sich persönliche Anpassungen wie: Start, Freischaltung, Stop, wärmer, kälter, mehr oder weniger etc. manuell korrigieren.

Wie im Schutzanspruch 3 gegeben ist eine Vielzahl von zusätzlichen Schutz- und Komfort- Funktionen durch die elektronische Kontrolle möglich. Varianten wie:
Fernabfrage, Fernüberwachung, Fernbedienung, Zentralverriegelung, individuelle Verbrauchs messung und Auswertung, Undichtheitsüberwachung, automatische Zusatzdosierung etc., sind somit gegeben.

Die Anwendung ist nicht nur beschränkt auf die auf Warm- und Kaltwasserversorgung, wie im Patentantrag beschrieben, sondern ist auch auf andere Anwendungen anpassbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 erläutert

Aufbau des Systems und dessen Baugruppen

Das gesamte System kann in verschiedene Baugruppen/Teilabschnitte unterteilt werden.

Baugruppe A

Der zentrale Wasseranschluss mit Wärmequelle und Wasserwärmung und der eventuell notwenigen Druckhaltung, bestehend aus:
Position 1 Wasseranschluss/Netzanschluss
Position 2 Druckerhöhungspumpe mit Byass
Position 3 Luftpolster/Druckhalter
Position 4 Rückschlagventile
Position 5 Warmwasseraufbereitung

Baugruppe B

Die gemeinsame Anspeisung direkt bei der Wärmequelle mit direkter Rezirkulation, in der Automobilbau auch "Common Rail" System genannt, bestehend aus:
Position 6 Wasserverteilschiene - Warm und Kalt
Position 7 Dossierpumpe
Position 8 Warmhalteleitung (nur bei Großanlagen)

Baugruppe C

Die zentrale Kontroll-/Regelstation mit Mess- und Logikeinheit, pro Verbraucher, bestehend aus:
Position 9 Regelventile - Warm und/oder Kalt
Position 10 Mengenmessun/Wasserrad
Position 11 Temperaturmessun/Temperaturfühler
Position 12 Absperrventil (fallweise)
Position 13 Einrohr-Zuführung
Position 14 Zentrale Lokeinheit

Baugruppe D

Der lokale Teil welcher direkt beim Verbraucher angebracht ist, bestehend aus:
Position 13 Einrohr-Zuführung
Position 15 Diffuser mit kombinierter Druckentlastung und Auslaufschutz
Position 16 lokale Kontroll- und Bedienungseinheit

Baugruppe E

Zentrale Computersteuerung über Datennetz, bestehend aus:
Position 17 Verbindungskabel
Position 18 Datennetz
Position 19 Zentral Computer

Funktionsbeschreibung des Gesamtsystems und dessen Einzelfunktionen Generelles

Das gesamte System ist ein elektronisch kontrolliertes Verteil-, Regel- und Dosiersystem weiches verschiedene Funktionen und Vorteile in einem System verbindet:

- Computergesteuerte Parameterkontrolle mit automatischer Mengendosierung und automatischer Temperaturregelung
- Hoher Komfort und flexible Anwendung
- Hohe Wirtschaftlichkeit und optimale Energienutzung:
- Nur eine Verbindungsleitung von der Zentraleinheit bis zum Verbraucher dadurch wenig Wasser und Wärmeverlust durch sehr geringe Leitungsvolumen.
- Verschiedene Schutz- und Kontrollmöglichkeiten

Die Baugruppe A ist über ein normale Wasserversorgung Position 1 an das örtliche Trinkwasser netz angeschlossen. Ein Druckerhöhungsanlage mit Druckerhöhungspumpe Position 2 (mit Bypass für den Normalbetrieb) und Luftpolster Position 3 hält den notwendigen Systemdruck (ca. 6 bar). Die Rückschlagventile Position 4 verhindern den Rückfluss ins Netz.

Über eine konventionelle Warmwasseraufbereitung Position 5 wir das Wasser erhitzt und der Verteilung Baugruppe B zugeführt.

Die kompakte und zentral am Heizkessel Position 5 angeordnete, gemeinsame Verteilschiene Position 6 und die eventuell notwendigen Dosierpumpen Position 7 versogen die entsprechenden zentralen Kontroll- und Regulierstationen der Baugruppe C. Eine kleine und durch die Anordnung sehr kurze Warmhalteleitung Position 8 (nur notwendig bei großen Anlagen), direkt mit dem Heizkessel Position 5 verbunden, hält die Warmwasserschiene Position 6 auf Temperatur.

Ein wesentlicher Teil der Erfindung bildet die Baugruppe C - die zentrale Kontroll- und Regel station. Die Anzahl und der Aufbau dieser zentralen Kontroll- und Regelstation richtet sich nach der Anzahl der Verbraucher und derer Anforderungen.

Je ein Regelventil Position 9 steuern die Warm- und Kaltwasserzufuhr geregelt durch die Logik einheit Position 14. Über ein entsprechendes Formstück werden warm und kalt in ein Einrohr zusammengeführt. Ein nachfolgender Mengenmesser Position 10 (Bedarfsabhängig) und ein Temperaturfühler Position 11 misst die Wassermenge und die Wassertemperatur und meldet diese an die Logikeinheit Position 14 zurück. Die Mengenmessung, ein spezielles Kleinstwasserrad, übernimmt eine zusätzliche Mischung für die nachgeschaltete Temperaturmessung. Ein Absperrventil Position 12 kann bedarfs- oder fallweise zugeschaltet werden um ein zusätzlichen Schutz zu erreichen.

Die Logikeinheit Position 14 steuert und regelt die Wassermenge, die Temperatur, über die Stellung der Regelventile Position 9 sowie die entsprechenden Öffnungszeiten. Verschiedenste Standard werte lassen sind dem einzelnen Verbraucher zuordnen, wie zum Beispiel:
Badwanne: Temperatur 35°C, Menge 150 l;
Küchenhahn: Temperatur 45°C, Öffnungszeit 5 s;
WC-Spülung: Temperatur Kalt, Menge 1 × drücken = 1,51 l/2 × drücken = 3 l.

Das Einrohrsystem Position 13 mit optimiertem Minimaldurchmesser (4 bis 8 mm abhängig vom Verbraucher) führt das temperierte Wasser mit hoher Geschwindigkeit von der zentralen Kontroll- und Regelstation zum lokalen Verbraucher, Baugruppe D, zu. Über den speziellen Diffuser mit kombiniertem Druckentlastungs- und Auslaufschutzventile Position 15 tritt das Wasser mit reduzierter Geschwindigkeit aus. Nach dem Abschalten baut sich der Druck ab. Der Auslaufschutz verhindert das ungewollte leer laufen des Systems um einerseits Wasserschläge beim Wiedereinschalten zu verhindert und andererseits Verunreinigungen durch Lufteintrag oder Fremdeintrag zu vermeiden.

Die lokale Bedienungseinheit Position 16 gibt über Funk, eine feste Verkabelung Position 17 (eventuell in der Isolation eingebettet) oder über das Einrohr Position 13 selbst, die entsprechenden Befehle wie: Auto-Start/Stop/Programm, Freischaltung, Stop, Wärmer, Kälter, Mehr oder weniger etc. an die zentrale Logikeinheit Position 14. Ein manueller sowie ein automatischer Betrieb ist somit möglich.

Eine Zentralsteuerung über Computer Position 19 und über ein entsprechendes Datennetz Position 18, Baugruppe E, mit vielen Zusatzmöglichkeiten, ist ebenfalls möglich.

Fernsteuerung, Fernbedienung, Fernüberwachung, Fernabfragen über Internet, Telefon etc. sind somit gegeben.

Zentrale und andere Funktion wie Anwärmen aller Verbraucher auf eine bestimmte Zeit oder Frostschutzüberwachung, automatisches Spülen der Rohre von den wichtigen Verbrauchern, Mengenmessungen und Auswertungen in vielen Varianten sind möglich. Der modernen Anwendungen und Auswertungen sind praktisch keine Grenzen gesetzt.

Hochwertige Materialien wie rostfreie Stahl- oder HDPE Rohre bilden die Basis für eine einwandfreie Hygiene/Sauberkeit, zur Minimierung von Wartung und Verschleiß. Eine einfache Rohrtrassenführung in entsprechenden Kanälen reduziert die Montageaufwendungen und lässt jederzeit Nachrüstungen zu. Außerdem ermöglicht diese Verlegeart eine optimale Wärme- und Schalldämmung.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Durch diese zentral gesteuertes Überdruck - Einrohr - Wasserverteil- und Dosiersystem lassen sich verschiedene Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ableiten. Durch dieses System wird der Wasserverbrauch reduziert, der Energieverbrauch durch weniger Wärmeverluste gesenkt - ein wichtiges Element für die Zukunft.

Ausgehende von einem Zweifamilienhaus und einem durchschnittlichen Wasserverbrauch können folgende Werte zugrunde gelegt werden.

Heutige Systeme

Wasserfeitungsvolumen pro Verbraucher = 5 m = 1 Zollleitung und 10 m = ½Zoll Leitung = 3,8 l
Zeit bei 5 m/s = 3,0 s

Neues System

Wasserleitungsvolumen pro Verbraucher = 15 m = 4 mm Zuführleitung = 0,2 l
Zeit bei 25 m/s = 0,6 s

Die Einsparung nur in Deutschland bei zweimaligem Start pro Tag einem Delta Volumen von 3,0 l ergibt dies bei 10 Millionen Haushalten eine Wassereinsparung von 60.000.000 Litern/Tag = 21,9 Millionen m³/Jahr

Bei der Energie ergeben sich dabei folgende Werte. Geht man von einer Delta-Temperatur von nur 20°C aus so ergibt sich folgende Gegenüberstellung:
Q = m.c.δT = 0,0232 kW/h pro kg (Liter Wasser).

Bei 60.000.000 l/Tag ergibt sich daraus = 1,4 Millionen kWh pro Tag.

Das heißt rund = 500 Millionen kWh pro Jahr.

Dies sind doch recht interessante Werte die auch die Wirtschaftlichkeit begründen.

Claims

1. Zentral gesteuertes Überdruck - Einrohr - Wasserverteil- und Dosiersystem mit lokaler Fernbedienung, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kalt- und Warmwasserabsperrorgane zentral und nahe der Warmwasser aufbereitung als "Gemeinsame Schiene" angeordnet sind, dadurch aufwendige Rezirkulationsleitungen entfallen und die damit verbundenen, unnötigen Wärme verluste vermieden werden können. Die Ansteuerung der elektromechanisch angetriebenen Steuer- und Regelorgane erfolgt durch lokale Funk- oder Schwachstromsignale mittels zentraler Logik-Einheiten bzw. über ein zentrales Computersystem und Datennetz.

2. Zentral gesteuertes Überdruck - Einrohr - Wasserverteil- und Dosiersystem mit lokaler Fernbedienung, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalt- sowie die Warmwasserzuführung zur lokalen Entnahme bzw., dem lokalen Verbraucher nur mittels einem dünnen Einrohrsystem, mit kleinstmöglichem Durchmesser, geführt werden muss, da Mischung und Dossierung zentral erfolgt. Nach Abstellen der Zuführung baut sich der Druck über die Auslaufdüse ab, was Wasserschaden durch Undichtheiten verhindert, da zwischen Anspeisung und Entnahme kein Abzweig liegt.

3. Zentral gesteuertes Überdruck - Einrohr - Wasserverteil- und Dosiersystem mit lokaler Fernbedienung, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronisches Wasserdosierung individuell auf die entsprechende Verbraucheranforderung eingestellt und vordefiniert werden kann, um gesamt wirtschaftlich und energietechnisch ein Optimum zu erreichen, was einerseits den Wasserverbrauch reduziert und andererseits die Umwelt entlasten hilft.