DE102005036882B4 - Warmwasseraufbereitungssystem - Google Patents

Abstract

Warmwasserbereitungsanlage zum Erhitzen von Brauchwasser im Breichen zwischen 56 und 60°C ohne Verwendung eines Brauchwasserspeichers umfassend:
– Anschlüsse für einen primärseitigen Heizkreislauf (8) und
– Anschlüsse für einen Brauchwasserkreislauf (9),
– einen Wärmetauscher (5), wobei der primärseitige Heizkreislauf über den Wärmetauscher (5) die Wärme auf den Brauchwasserkreislauf (9) überträgt ohne die Verwendung eines Warmwasserspeichers oder eines großvolumigen Warmwasserspeichers,
– ein Regelventil (6), das im primärseitigen Heizkreislauf angeordnet und stufenweise fein steuerbar ist und das innerhalb von maximal 1–2 Minuten voll zugefahren oder voll aufgefahren werden kann,
– eine Pumpe (2) im primärseitigen Heizkreislauf
– eine Kurzschlusstrecke im primärseitigen Heizkreislauf, die vor dem Wärmetauscher (5) angeordnet ist, wobei die Pumpe (2) zwischen Kurzschlusstrecke und Wärmetauscher (5) angeordnet ist, und das Regelventil (6) vor der Kurzschlusstrecke, sodass ein Kreislauf entsteht,
– eine Steuerung (1), die mit mindestens einem Temperatursensor im Brauchwasserkreislauf (9) und mit dem...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Warmwasseraufbereitungssystem, das auch bei größeren Wassermengen ohne die Verwendung eines Boilers oder eines Warmwasserspeichers auskommt. Ferner wird ein passiver Schutz vor Legionellose erreicht.
• Stand der Technik
• Die Warmwasseraufbereitung erfolgt in der Regel bei Bedarf von größeren Wassermengen durch einen Boiler bzw. Warmwasserspeicher, in dem ein Wärmetauscher angeordnet ist. Der Wärmetauscher ist wiederum mit einem Heizkreislauf verbunden, der wiederum zu einer Heizung führt, die die Flüssigkeit erhitzt. Bei der Verwendung von großen Boilern sind diese regelmäßig auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzten, um Krankheiten und Keime auszuschließen. Dieses Erhitzen führt zur Verkalkung und zwangsweise zu einer geringeren Effizienz der Anlage. Hohe Wartungskosten und Betriebskosten sind unvermeidlich.
• Die Druckschrift 198 24 034 A1 offenbart ein System, wie es im Fernwärembereich eingesetzt wird. Bei diesen Systemen treten die Probleme, wie sie bei der Warmwasseraufbereitung auftreten können (Legionellen-Krankheit), nicht auf. Bei dem offenbarten System ist deutlich zu erkennen, dass es sich um ein Stellglied handelt, das nicht proportional angesteuert werden kann. Dieses Stellglied lässt lediglich die Positionen „auf" und „zu" zu. Der Einsatz eines Regelventils ist auch nicht notwendig, da die übertragene Wärme nicht in einem engen vorgegebenen Temperaturbereich (56–60 °C) zu sein hat. Fernwärmesysteme haben primär die Aufgabe, Heizwasser zur Verfügung zu stellen, das keinen Einschränkungen hinsichtlich Temperaturschwankungen unterliegt. Auch tritt bei solchen Systemen nicht das Problem des Kalkausfalls auf, da es sich um geschlossene Systeme handelt, in denen oftmals Wasser eingesetzt wird, das entkalkt ist.
• Bei Fernwärmesystemen werden extrem große Wassermassen transportiert, die aufgrund ihrer Charakteristik eine Regelung in einem feinen Bereich, nicht zulassen. Ventile, die diese großen Wassermassen in den beanspruchten kurzen Zeitabständen steuern, sind technisch aufgrund der Masse, die diese Ventile mit sich bringen, nicht realisierbar. Auch das Problem der Verkalkung ist kein Thema im Bereich der Fernwärme.
• Das System aus der Druckschrift DE 10 2004 013 219 B3 nutzt einen vollständig anderen Ansatzpunkt. Die Veränderung der Temperatur wird durch Massenströmung erzielt. Das System aus nutzt die Regelung einer Pumpe. Ein Regelventil wird nicht eingesetzt. Ferner wird ein geladener Speicher als Puffer verwendet. Das eingesetzte Ventil ist ein Sicherheitsventil.
• Das System aus der Druckschrift DE 10 2004 013 219 B3 nutzt ein Ventil um das zurückfließende Wasser in einem bestimmten Verhältnis mit dem Wasser aus dem Speicher zu vermischen. Einen Speicher setzt die vorliegende Erfindung hingegen aufgrund der erwähnten Nachteile nicht ein.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Wasseraufbereitung auch von Größeren Wassermengen effizient ohne Verkalkung bei maximalen Verkeimungsschutz abläuft.
• Diese Aufgabe wird durch eine Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Hierbei wird ein Regelventil verwendet, das sehr schnelle Regelzeiten aufweist. Somit kann der Wärmetauscher mit großen Mengen an warmem Wasser beaufschlagt werden. Aufgrund der schnellen Regelcharakteristik der Steuerung und des Regelventils kann das Wasser im Warmwasserkreislauf nach Bedarf schnell erhitzt werden, ohne dass 60°C primärseitig überschritten werden müssen, bei denen eine Verkalkung eintritt.
• Die Warmwasserbereitungsanlage umfasst Anschlüsse für einen primärseitigen Heizkreislauf, der mit einer Heizung oder mit einem anderen Heisswassersystem (z.B Fernwärme) verbunden ist, die vorzugsweise zwischen 40–130°C heißes Wasser zur Verfügung stellen. Weiterhin umfasst es Anschlüsse für einen Brauchwasserkreislauf, der wiederum mit einem Frischwasserzufluss verbunden ist, und der weiterhin eine Reihe von Abnehmern aufweist, wie Wasserhähne oder Duschen. Weiterhin wird ein Wärmetauscher eingesetzt, der vorzugsweise ein großflächiger Plattenwärmetauscher in gelöteter Ausführung ist, wobei der primärseitige Heizkreislauf über den Wärmetauscher die Wärme auf den Brauchwasserkreislauf ohne die Verwendung eines Warmwasserspeichers überträgt. Weiterhin ist ein Regelventil im primärseitigen Heizkreislauf angeordnet, das fein steuerbar ist und das innerhalb von maximal 1–2 Minuten voll zugefahren oder voll geöffnet werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform weist es eine durchschnittliche Stellzeit im Sekundenbereich (1–10 Sekunden) auf und eine Auflösung von 1:500 bis 1:2000 oder sogar mehr. Durch die schnelle Ansteuerung kann eine nahezu perfekte Regelcharakteristik um die Solltemperatur von 56°C (gemäß TVGW =/> 55°C) erreicht werden, ohne dass primärseitige Spitzen über 60°C vorkommen, die zu einer Verkalkung führen. Ein weiterer Bestandtteil ist eine Steuerung, die mit mindestens einem Temperatursensor im Brauchwasserkreislauf und mit dem Regelventil verbunden ist, wobei die Steuerung so ausgebildet ist, dass das Ventil innerhalb kürzester Zeit in Abhängigkeit von Werten am Temperatursensor geregelt wird. Weiterhin ist eine Pumpe im primärseitigen Heizkreislauf angeordnet. Die zusätzlich durch die Regelung oder Steuerung betrieben wird. So wird die Förderleistung hochgefahren, wenn nicht ausreichend Temperatur an das Brauchwasser abgegeben werden kann. So weist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Vielzahl von Temperatursensoren auf, die jeweils im Vorlauf und Rücklauf des Wärmetauschers auf der Brauchwasserseite und auf der primären Heizkreislaufseite angeordnet sind.
• Die Temperatursensoren, die vor den Einläufen des Wärmetauschers und nach den Ausläufen des Wärmetauschers angeordnet sind, sind jeweils mit der Steuerung verbunden. In Verbindung mit einer Kurzschlussstrecke kann zusätzlich gesteuert werden, ob und in welchem Umfang das Regelventil geöffnet wird und wie die Geschwindigkeit der Pumpe zu steuern ist. Ist z.B. die Differenz der übertragenen Wärme gering und nicht genügend Wärme an den Brauchwasserkreislauf abgegeben worden, so sollte das Regelventil geschlossen werden, und die Pumpe sollte stärker fördern. Das heiße Wasser wird über die Kurzschlussstrecke in einer größeren Geschwindigkeit durch den Wärmetauscher geführt, um so in einem möglichst großen Umfang bei geringem Δt die Wärme an das Brauchwasser zu übertragen.
• Die Kurzschlusstrecke ist im primärseitigen Heizkreislauf vor dem Wärmetauscher angeordnet, wobei die Pumpe im Heizkreislauf zwischen Kurzschlusstrecke und Wärmetauscher angeordnet ist, und das Regelventil vor der Kurzschlusstrecke, so dass ein Kreislauf entsteht, in dem die Pumpe heißes Wasser über die Kurzschlusstrecke durch den Wärmetauscher pumpt, falls das Regelventil einen zu großen Widerstand bildet.
• Eine weitere Kurzschlussleitung ist im Brauchwasserkreislauf um die Abnehmer angeordnet, die so in ihrem Durchfluss ausgelegt sind, dass ein thermischer Wasserkreislauf entsteht. Der Durchfluss wird dabei vorzugsweise durch den Widerstand und die Stellung eines Hahns bestimmt. Die Kurzschlussleitung beginnt vor mindestens einem Verbraucher und endet vor dem Rückschlagventil, das vor der Frischwassereinleitung angeordnet ist.
• Ferner ist ein Rückschlagventil im Brauchwasserkreislauf angeordnet, das in der Nähe des Frischerwasserzulaufs angeordnet ist, dieses stellt sicher, dass das Frischwasser, das in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet wird, nur über den Wärmetauscher zu den Verbrauchern gelangt.
• Desweiteren ist eine Pumpe im Brauchwasserkreislauf angeordnet, die durch die Steuerung so angesteuert wird, dass Warmwasser mit vorzugsweise 56°C bei den Verbrauchern anliegt. Hierbei handelt es sich um eine eher schwache Pumpe, die nur für Zirkulationszwecke eingesetzt wird, um zu vermeiden, dass nach längerer Zeit kein abgekühltes Wasser an den Abnehmern anliegt.
• Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Brauchwasserkreislauf der über den Wärmetauscher 5, mit den Angeschlossenen nachfolgenden Abnehmern/Verbrauchsstellen, über eine Zirkulationspumpe, mit einer Frischwasserzuführung und einem Rückschlagventil, wobei ein Kurzschluss hinter dem Wärmetauscher beginnt und hinter den Abnehmern und vor dem Rückschlagventil endet. Der Kurzschluss ist so ausgelegt, dass bei hohem Wasserbedarf, der Kurzschluss als zusätzliche Leitung die Verbraucher versorgt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser DN des Kurzschluss nur halb so groß, wie der des Brauchwasserkreislaufs. Dies wird in der Regel durch ein Ventil oder einen Hahnen, die im Kurzschluss angeordnet sind, um die Durchlaufmenge exakt zu begrenzen, fein geregelt. Zur Versorgung von Verbrauchern (Dusche, Waschbecken usw.) wird eine Brauchwasserringleitung mit einem DN/2 des ermittelten Querschnitts DN verlegt. Wobei DN für den Querschnitt steht. Unmittelbar hinter dem Wärmetauscher in der Brauchwasserleitung wird ein Kurzschluss zur Zirkulationspumpe vor dem Absperrventil hergestellt. Die Zirkulationspumpe sichert mit geringer Leistung die Wasserbewegung innerhalb des Brauchwasserrings ohne nennenswerten Temperaturverlust (< 2°C). Bei einer Nutzung der Verbraucher durch Überschreiten einer bestimmbaren Menge von l/s (Liter pro Sekunde) über das Rohr mit dem Querschnitt DN/2 schließt das Rückschlagventil bei einer Druckgefälle von Δpx/2 selbständig. Da der Kurzschluss als thermische Falle ausgelegt ist, wird dieser bei Übersteigen des Druckgefälles von Δpx (durch höheren Verbrauch) über die Brauchwasserleitung versorgt und die Kurzschlusstrecke des Ringkreises wird zu einer Stichleitung, die die Verbraucher versorgt.
• Kurze Beschreibung der Figur
• 1 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung mit einem Heizwasserkreislauf und einem Brauchwasserkreislauf, die über einen Wärmetauscher miteinander in Wirkverbindung stehen.
• Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Die 1 zeigt schematisch die Warmwasseraufbereitung ohne die Verwendung eines Warmwasserspeichers. Ein zentrales Element ist die Steuerung beziehungsweise Regelung 1, die einerseits mit einer Pumpe 2 verbunden ist und andererseits mit einem Regelventil 6, das sehr fein und sehr schnell steuerbar ist. Die Steuerung 1 fragt entsprechend häufig im Sekundenbereich oder noch häufiger die Sensordaten vorzugsweise im Millisekundenbereich ab, um die Regelung vorzunehmen. Der sekundäre Heizkreislauf 8 versorgt den Warmwasserkreislauf 9 mit Wärme. Hierzu wird ein Wärmetauscher 5 eingesetzt. Die Steuerung 1 ist mit einer Reihe von Temperatursensoren 3a, 3b bzw. 4a, 4b, die im Warmwasserkreislauf 9 bzw. im Brauchwasserkreislauf angeordnet sind, verbunden. Diese Sensoren messen die Temperaturen im Vorlauf des Wärmetauschers 5 und am Ausgang des Wärmetauschers 5. Diese Sensoren dienen zur Überprüfung der Sollwerte, die vorzugsweise 56°C im Brachwasserkreislauf betragen sollten. Die Pumpe 2 dient dazu, dass das heiße Wasser schnell in den Wärmetauscher 5 transportiert wird. Das Regelventil 6 bestimmt dabei die Mengen an neuem Heißwasser, das durch den Wärmetauscher 5 geführt wird. Ist z.B. die Temperaturdifferenz zwischen den Sensoren 3a und 3b nur gering, so wird nicht viel Energie an das Warmwasser im Wasserkreislauf 9 abgegeben. Dies kann durch die Sensoren 4a und 4b überprüft werden. In diesem Falle wird das Regelventil 6 heruntergefahren, und es entsteht ein Wasserkreislauf durch den Bypass bzw. die Kurzschlusstrecke 10, sodass das warme Wasser häufiger am Brauchwasser entlang geführt wird, bis die Temperatur Differenz einen gewissen Wert überschritten hat, dann wird das Regelventil 6 geöffnet, damit wieder erneut heißes Wasser zugeführt wird. Die Steuerung 1 ist dabei so schnell, und es wird so häufig die Temperatur überprüft, dass Regelzeiten unterhalb einer Sekunde berücksichtigt werden können, und auch das Regelventil 6 kann in diesen Zeitraum entsprechend eingestellt werden, sodass kein Warmwasserspeicher benötigt wird, um die Systemtemperatur entsprechend auszugleichen. Zusätzlich ist im Bypass bzw. in der Kurzschlussstrecke 10 noch ein Hahn angeordnet, der manuell zu schließen ist, um die Größe bzw. den Durchlass des Bypasses bzw. in der Kurzschlussstrecke 10 zu bestimmen. Ein weiterer ByPass 18 ist vor dem Heizsystem 7 angeordnet, um im Falle des Ausbaus der Vorrichtung eine Zirkulation zu ermöglichen. Ferner ist noch ein Ausdehngefäß 17 vorgesehen, das entsprechende Druckdifferenzen abfängt.
• Im Warmwasser- bzw. Brauchwasserkreislauf 9 ist ein weiterer Bypass 15 angeordnet, der mit Hilfe eines Hahns so eingestellt werden kann, dass eine thermische Zirkulation entsteht. Ein weiteres Druckausgleichsgefäß 14 ist ferner im Warmwasser- bzw. Brauchwasserkreislauf 9 angeordnet. Ein Rücklaufventil 12 und eine weitere Pumpe 11 sind so angeordnet, dass sie verhindern, dass Frischwasser aus der Rohrleitung 13 in den Brauchwasserkreislauf 9 fließt, ohne dass das Frischwasser am Wärmetauscher 5 herbeigeführt wurde. Die Verbraucher 16 sind z.B. Duschen oder Wasserhähne. Der weitere Bypass 15 ist so angeordnet, dass eine Zirkulation um die Verbraucher 16 erfolgt. Die Größe der Zirkulationsmengen wird durch eine Hahn bestimmt.

Claims (10)

1. Warmwasserbereitungsanlage zum Erhitzen von Brauchwasser im Breichen zwischen 56 und 60°C ohne Verwendung eines Brauchwasserspeichers umfassend: – Anschlüsse für einen primärseitigen Heizkreislauf (8) und – Anschlüsse für einen Brauchwasserkreislauf (9), – einen Wärmetauscher (5), wobei der primärseitige Heizkreislauf über den Wärmetauscher (5) die Wärme auf den Brauchwasserkreislauf (9) überträgt ohne die Verwendung eines Warmwasserspeichers oder eines großvolumigen Warmwasserspeichers, – ein Regelventil (6), das im primärseitigen Heizkreislauf angeordnet und stufenweise fein steuerbar ist und das innerhalb von maximal 1–2 Minuten voll zugefahren oder voll aufgefahren werden kann, – eine Pumpe (2) im primärseitigen Heizkreislauf – eine Kurzschlusstrecke im primärseitigen Heizkreislauf, die vor dem Wärmetauscher (5) angeordnet ist, wobei die Pumpe (2) zwischen Kurzschlusstrecke und Wärmetauscher (5) angeordnet ist, und das Regelventil (6) vor der Kurzschlusstrecke, sodass ein Kreislauf entsteht, – eine Steuerung (1), die mit mindestens einem Temperatursensor im Brauchwasserkreislauf (9) und mit dem Regelventil (6) verbunden ist, wobei die Steuerung (1) so ausgebildet ist, dass das Regelventil (6) innerhalb kürzester Zeit in Abhängigkeit von Werten am Temperatursensor geregelt wird.
2. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Pumpe (2) im primärseitigen Heizkreislauf von der Steuerung (1) so gesteuert wird, dass eine höhere Förderleistung nur bei größerem Bedarf an Warmwasser erfolgt.
3. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (1) die Temperatur im Brauchwasserkreislauf (9) auf 56°C regelt und vorzugsweise unter 60°C indem das Regelventil (6) und/oder die Pumpe (2) entsprechend gesteuert wird.
4. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regelventil (6) ein Durchgangsregelventil mit einer durchschnittlichen Stellzeit im Bereich 1 Sekunde bei einer vorgegeben Hubauflösung im Bereich von 1:1000 ist, wobei die Hubauflösung die Anzahl von Schritten bestimmt, die notwendig sind, um das Ventil vom offenen Ausgangszustand in den geschlossenen Endzustand zu bewegen.
5. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei Temperatursensoren vor den Einläufen des Wärmetauschers (5) und nach den Ausläufen des Wärmetauschers (5) angeordnet sind, die jeweils mit der Steuerung (1) verbunden sind.
6. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine wobei die Pumpe (2) durch die Regelung so gesteuert wird, dass ein Kreislauf entsteht, indem die Pumpe (2) Wasser über die Kurzschlusstrecke durch den Wärmetauscher (5) pumpt, falls das Regelventil (6) einen zu großen Widerstand bildet.
7. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Rückschlagventil (12) im Brauchwasserkreislauf (9) angeordnet ist, das so angeordnet ist, dass das Frischwasser, das in den Brauchwasserkreislauf (9) eingeleitet wird, nur über den Wärmetauscher (5) zu den Verbrauchern gelangt.
8. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Pumpe im Brauchwasserkreislauf angeordnet ist, die durch die Steuerung (1), so angesteuert wird, dass Warmwasser, mit vorzugsweise 56°C, bei den Verbrauchern (16) anliegt.
9. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kurzschlussleitung im Brauchwasserkreislauf (9) um die Abnehmer angeordnet ist, die so in ihrem Durchfluss ausgelegt sind, dass eine thermische Zirkulation entsteht.
10. Die Warmwasseraufbereitungsanlage nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kurzschlussleitung vor mindestens einem Verbraucher (16) beginnt und vor dem Rückschlagventil (12) und der Frischwassereinleitung endet.