DE10122475A1

DE10122475A1 - Verfahren zur besseren Zirkulation in Trinkwassererwärmungsanlagen

Info

Publication number: DE10122475A1
Application number: DE10122475A
Authority: DE
Inventors: Norbert Volkmann; Robert Kremer
Original assignee: Froeling & Co Kessel Appb GmbH
Current assignee: FROLING HEIZ- UND TRINKWASSERSYSTEME GMBH, 51491 O
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2002-11-14

Abstract

Um die Zirkulationseinbindung in Trinkwassererwärmungsanlagen mit Speichern zu verbessern, wird vorgeschlagen, die Aufladung der Speicher (1) und Förderung der Zirkulationswassermengen in der Zirkulationsleitung (9) über eine gemeinsame, auf beide Vorgänge ausgelegte Pumpe (4) in Verbindung mit einem Dreiwegeventil (5) so vorzunehmen, daß sowohl der Zirkulationsbetrieb verbessert wird als auch der Aufladebetrieb gleichzeitig mit dem Zirkulationsbetrieb stattfinden kann. DOLLAR A Die Drehzahl der Pumpe (4) und die Stellung des Dreiwegeventils (5) wird von einer elektronischen Regelung (6) auf das schnellstmögliche Erreichen der jeweils gewünschten Temperatur hin optimiert angesteuert.

Description

Trinkwassererwärmungsanlagen werden nach dem Stand der Technik zur Temperaturhaltung in der Warmwasserleitung mit Zirkulationsleitung und Zirkulationspumpe ausgerüstet. Prinzipiell erfolgt die Aufladung des Trinkwassererwärmers, direkt oder indirekt befeuert, mittels integriertem Wärmeübertrager und gegebenenfalls separater Aufladepumpe oder mittels externem Wärmeübertrager und separater Aufladepumpe. Die Zirkulationspumpe wird hiervon unabhängig, meist nur zeitgesteuert, betrieben. Dieser Stand der Technik wird auch im System mit ggf. ungeregelter Fremdenergieeinspeisung wie Solarenergie, Wärme aus Festbrennstoffkessel, u. a. eingesetzt.

Für Systeme mit einem Speicher in Kleinanlagen funktioniert dieses System bis auf folgende Nachteile.

Trinkwasserspeicher in Kleinanlagen mit integriertem Wärmeübertrager erfordern gegebenenfalls eine sep. Aufladepumpe, um eine ganzheitliche Aufheizung des Speichers aus hygienischen Gründen (normative Vorgaben) oder aus wirtschaftlichen Gründen (Erhöhung der NL-Zahl) zu gewährleisten. Hierbei ergeben sich für diese Aufladepumpe investive Kosten sowie Betriebskosten zum Betrieb dieser Pumpe.

Die Laufzeit der Aufladepumpe für den Aufheizvorgang des Speichers von Kaltwassereintrittstemperaratur TW (i. d. Regel 10°C) auf Trinkwasseraustrittstemperatur TWW (i. d. Regel 60°C) bestimmt auch den Zeitraum zur Abdeckung der Zirkulationsverluste des Systems von i. d. Regel 55°C auf 60°C.

Die Zirkulationspumpe, da zeitgesteuert, fördert bei ungeregelter Fremdenergienutzung unzulässig hohe Trinkwassertemperaturen größer 60°C in das Trinkwassernetz (Verbrühungsgefahr und erhöhte Wärmeverluste). Durch mechanische Temperaturbegrenzer hingegen, so genannte thermische Strangregulierventile, wird die Zirkulationsleitung abgesperrt und die Zirkulationspumpe läuft im Leerlauf (Überhitzung der Pumpe). Bis die Strangregulierventile aber absperren, werden Teile des Trinkwassernetzes mit hoch temperiertem Wasser betrieben.

Keine vollständige Aufladung der Speicher durch die gegeneinander gerichtete Strömungsrichtung von Zirkulations- und Aufladepumpe. Während die Aufladepumpe die Speicher von oben nach unten mit ggf. 60°C Warmwasser aufzuladen hat, versucht die Zirkulationspumpe aus dem Zirkulationssystem in entgegengesetzter Richtung die Speicher von unten nach oben mit der Zirkulationswassermenge zu beauftragen.

Da bei der zentralen Trinkwassererwärmung in Kombination mit der Heizung sowohl der Aufladevorgang als auch der Vorgang zu Abdeckung der Zirkulationsverluste für die Heizung einen Vorrangbetrieb mit erhöhten Vorlauftemperaturen im Heizsystem auslöst, kommt es bei Systemen mit sep. Aufladepumpen zu langen Betriebseinbußen beim Heizbetrieb und erhöhten Vorlauftemperaturen. Deswegen wurde vorgeschlagen, den Zeitraum zur Abdeckung der Zirkulationsverluste zum Beispiel durch eine zweite Pumpe oder durch Drehzahlregelung der Aufladepumpe abzukürzen. Der gewählte technische Aufwand ist allerdings erheblich, andererseits konnte in ausgeführten Anlagen durch diese Maßnahme Funktionstüchtigkeit erreicht werden.

Größere Trinkwassererwärmungsanlagen werden häufig mit mehreren Speichern ausgerüstet. Aus hygienischen und aus wirtschaftlichen Gründen werden mehrere Speicher in Reihe geschaltet und mit einem gemeinsamen Wärmeaustauscher und einer Aufladepumpe erwärmt. Bei dieser Schaltung kam es trotz ausreichendem Speichervolumen und ausreichender Anschlußleistung immer häufiger zu Problemen, besonders dann, wenn die Zirkulationsleitung wie üblich an den Kaltwassereingang vor dem Speicher angeschlossen wurde. Bei dieser Anschlußtechnik wird die Zirkulation mit einer Rückschlagklappe ausgerüstet, die bei Zapfungen den Eintritt von Kaltwasser- in das Zirkulationsnetz verhindern soll. In Großanlagen der beschriebenen Art mit mehreren Aufladespeichern und Zirkulation kam es zu folgenden Mängeln.

Für Systeme mit mehreren Speichern in Großanlagen funktioniert dieses System bis auf folgende Nachteile.

Alle Nachteile, die für Systeme mit einem Speicher in Kleinanlagen im vorhinein beschrieben wurden.

Bei ausgeführten Anlagen mußte man sich entschließen, Aufladepumpe und Zirkulationspumpe nur im Wechsel zu betreiben.

Auf diese Weise konnte zwar der Konfliktbetrieb der Pumpen vermieden werden, es kam jedoch zu unzulässig langen Stillstandszeiten mit niedrigen Temperaturen im Zirkulationssystem. Aufkeimen von Legionellen im Zirkulationssystem durch Stillstandszeiten, das heißt, durch Stagnation bei zu niedrigen Temperaturen, während der Aufladung der Speicher von 10 auf 60°C, während den Zapfungen und während der Nachheizung von Zirkulationsverlusten von 55 auf 60°C über die Speicheraufladepumpe.

Neuheit

Zur Lösung aller beschriebenen Probleme in zentralen Trinkwassererwärmungssystemen mit Speichern wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Aufladung der Speicher (1) und die Förderung der Zirkulationswassermenge in der Zirkulationsleitung (9) über eine gemeinsame Pumpe (4) in Verbindung mit einem Dreiwegeventil (5) so vorzunehmen, daß sowohl der Zirkulationsbetrieb verbessert wird, als auch der Aufladebetrieb gleichzeitig mit dem Zirkulationsbetrieb stattfinden kann.

Die gemeinsame Pumpe (4) wird zu diesem Zweck auf die gemeinsam erforderliche Fördermenge ausgelegt und zur Anpassung auf die, je nach Stellung des Dreiwegeventils (5), verschiedenen Fördermengen und Förderdrücke konstant- oder drehzahlgeregelt betrieben. Mit Hilfe des Dreiwegeventils (5) und der gemeinsamen Pumpe (4) ist nun je nach Anforderung sowohl ein verkürzter Nachheizvorgang für Zirkulationsverluste, als auch ein gleichzeitiger Auflade- und Zirkulationsbetrieb bei mittlerer Stellung des Dreiwegeventils (5) möglich. Sowohl die Stellungen des Dreiwegeventils (5) als auch die erforderliche Drehzahl der Pumpe (4) wird durch eine elektronische Regelung (6) so gesteuert, daß die Sollwerte für die Speichertemperatur, z. B. 60°C, und für die Zirkulationstemperatur, z. B. 55°C, Priorität haben und im übrigen eine kürzestmögliche Betriebsunterbrechung für die Heizung erreicht wird (höchstmögliche Drehzahl während der Deckung der Zirkulationsverluste im Speicher). Bei gleichzeitiger Zirkulation und Aufladung bei Aufteilung der Förderströme durch das Dreiwegeventil (5) wird Stillstand für die Zirkulation vermieden. Die erfindungsgemäße Schaltung für Aufladung und Zirkulation kann nach Fig. 3 in Anlagen mit Solarenergie zur, aus hygienischen Gründen geforderten, Aufladung des Vorwärmers verwendet werden. Die erfindungsgemäße Schaltung für Aufladung und Zirkulation kann auch nach Fig. 4 in Anlagen für Solarenergie mit Trinkwassermischer (7) zur, aus hygienischen Gründen geforderten, Aufladung des Vorwärmers verwendet werden. Weiterhin können auch Anlagen mit Reihenschaltung von Aufladespeicher und Nachwärmspeicher über einen Trinkwassermischer nach Fig. 5, 7 mit der neu erfundenen Schaltung ausgerüstet werden. Die Schaltungen gem. Fig. 1, 2, 3, 4 und 6, exemplarisch gem. Fig. 8, können auch bei einem Rohr in Rohr System (16), einem Koaxialrohr, mit gegenläufigem Durchfluß der Warmwasserleitung (8) und Zirkulationsleitung (9) genutzt werden. Dabei werden die Speicher (1) von oben nach unten aufgeladen.

Bezugszeichenliste

1

Speicher allgemein

2

integrierter Wärmeaustauscher

3

externer Wärmeaustauscher

4

Pumpe

5

Dreiwegeventil

6

Regler

7

Trinkwassermischer

8

Warmwasserleitung TWW

9

Zirkulationsleitung TWZ

10

Kaltwasserleitung TW

11

Rückschlagklappe

12

Aufladeleitung Trinkwassererwärmungsanlagen

13

Bypaßleitung Zirkulation TWZ

14

Bypaßleitung Kaltwasser TW

15

Trinkwassermischer Vorwärmung

16

Rohr in Rohr System

Claims

1. Verfahren zur verbesserten Zirkulation und Aufladung von Trinkwassererwärmungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation des Verteilnetzes (9) und die Aufladung des Warmwasserspeichers (1) über eine gemeinsame, auf beide Vorgänge ausgelegte Umwälzpumpe (4) erfolgen, deren Förderstrom mit Hilfe eines Dreiwegeventils (5) so umgeschaltet bzw. aufgeteilt wird, daß sowohl die Speicheraufheizung und der Zirkulationsbetrieb parallel erfolgen kann bzw. die Speichertemperatur und die Zirkulationstemperatur schnellstmöglich erreicht werden (Fig. 1-2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Pumpe (4) und die Stellung des Dreiwegeventils (5) von einer elektronischen Regelung (6) auf das schnellstmögliche Erreichen der jeweils gewünschten Temperatur hin optimiert angesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Aufladespeicher (1) mit externem Wärmeaustauscher (3) so betrieben werden (Fig. 1).

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Speicher (1) mit integriertem Wärmeaustauscher so betrieben werden können (Fig. 2).

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Funktion von Pumpe (4), Dreiwegeventil (5) und Regelung (6) auch zur Aufladung von Vorwärmern in bivalenten Solarspeichern (1) mit weiteren integrierten Wärmeaustauschern (2) niedrigen Temperaturniveaus genutzt wird. (Fig. 3).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beschreibene Funktion von Pumpe (4), Dreiwegeventil (5) und Regelung (6) bei bivalenten Speichern (1) höheren Temperaturniveaus als in der Warmwasserleitung (8) benötigt, mit einem thermischen oder motorischen Trinkwassermischer (7) so geregelt wird, daß eine konstante Warmassertemperatur in der Warmwasserleitung (8) und Zirkulationsleitung (9) bei Zirkulationsbetrieb, sowie bei Zapfbetrieb und entsprechendem Zirkulationsanschluß am Speicher (1) erreicht wird (Fig. 4).

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Funktion von Pumpe (4), Dreiwegeventil (5), Regelung (6) und Trinkwassermischer (7) auch zur Reihenschaltung von Aufladespeichern (1) mit externem Wärmeaustauscher (3) und Nachwärmspeicher (1) mit integriertem Wärmeaustauscher (2) genutzt wird (Fig. 5).

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Funktion von Pumpe (4), Dreiwegeventil (5) und Trinkwassermischer (7) über die Bypaßleitung Zirkulation (13), Rückschlagklappe (11) und Trinkwassermischer (7) im Zirkulationsbetrieb und über die Bypaßleitung Kaltwasser (14), Rückschlagklappe (11) und Trinkwassermischer (7) im Zapfbetrieb Verbrühungsschutz in der Warmwasserleitung (8) und Zirkulationsleitung (9) gewährleistet (Fig. 6).

9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Funktion von Pumpe (4), Dreiwegeventil (5) und Trinkwassermischer (7) auch bei der Reihenschaltung von Aufladespeicher (1) mit externem Wärmeaustauscher (3) und Nachwärmspeicher (1) mit integriertem Wärmeaustauscher (2) und vorgeschaltetem Trinkwassermischer Vorwärmung (15) im Zapfbetrieb Verbrühungsschutz in der Warmwasserleitung (8) und Zirkulationsleitung (9) gewährleistet (Fig. 7).

10. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 5, 6, 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebene Funktion von Pumpe (4), Dreiwegeventil (5) und Trinkwassermischer (7) in den beschriebenen Schaltungsvarianten auch für ein Rohr in Rohr System (16) genutzt wird (Fig. 8).