DE102005041486B4

DE102005041486B4 - Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasser

Info

Publication number: DE102005041486B4
Application number: DE102005041486.9A
Authority: DE
Inventors: Karsten Pflug
Original assignee: NOVA TEC ELEKTRONIK GmbH; Delta Systemtechnik GmbH
Current assignee: Novatec Elektronik De GmbH; Delta Systemtechnik GmbH
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: DE102005041486A1

Abstract

Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasser mit einer Heizanlage (10) und einem primären Heizmediumleitungssystem, einem Wärmetauscher (16) sowie einem sekundären Brauchwasserleitungssystem, wobei an einen Primäreingang des Wärmetauschers (16) eine Heizmediumvorlaufleitung (12) und an einen Primärausgang des Wärmetauschers (16) eine Heizmediumrücklaufleitung (14) des Heizmediumleitungssystems angeschlossen sind sowie an einen Sekundäreingang des Wärmetauschers (16) eine Kaltwasserleitung (20) und an einen Sekundärausgang des Wärmetauschers (16) eine Warmwasserleitung (18) des Brauchwasserleitungssystems angeschlossen sind,wobei im Heizmediumleitungssystem eine Durchflussstelleinrichtung (30) und ein primärer Temperaturfühler (28) und im Brauchwasserleitungssystem ein sekundärer Temperaturfühler (26) und ein sekundärer Durchflussmesser (24) angeschlossen sind, wobei Signalausgänge der Temperaturfühler (26, 28) und des Durchflussmessers (24) mit Signaleingängen eines Reglers (22) verbunden sind und ein Steuerausgang des Reglers (22) mit einem Steuereingang der Durchflussstelleinrichtung (30) verbunden ist,wobei die Durchflussstelleinrichtung (30) durch den Regler (22) in Abhängigkeit der Signale der Temperaturfühler (26, 28) und des Durchflussmessers (24) anhand von Auslegungsparametern steuerbar ist, wobei die Auslegungsparameter durch die Kennlinie der Durchflussstelleinrichtung (30) und die Kennlinie des Wärmetauschers (16) gebildet sind,wobei die Regelung bedarfsabhängig arbeitet, so dass nur wenn eine Brauchwasserzapfung über den Durchflussmesser (24) erkennbar ist, die Durchflussstelleinrichtung (30) den Wärmetauscher (16) mit Heizmedium bei variablem Heizvolumenstrom durchströmen lässt, undwobei die Regelung in Abhängigkeit der Eingangsgrößen „Kaltwassertemperatur“, „Heizmediumtemperatur“ und „Kaltwasserdurchfluss“ erfolgt, und zwar ohne Erfassung der Ausgangsgröße „Warmwassertemperatur“.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasser nach Anspruch 1.
Stand der Technik
Eine Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasser ist z. B. als Durchflusswassererwärmer für Trinkwasser oder Vorwärmsystem für Heiz- und Trinkwasser einsetzbar.
Bekannt sind Anlagen mit Mengenproportional- und/oder Sekundärtemperaturregelung. Nachteilig ist dabei eine Schwingneigung, die zu Sekundärtemperatur-Schwankungen führt. Außerdem ist die Ausregelung variabler bzw. hoher Primärtemperaturen problematisch.
Eine Anlage mit einer Sekundärregelung wird beispielsweise von der DE 42 06 074 C2 gezeigt. Aus der Temperatur des zulaufenden Frischwassers, der Temperatur des Warmwassers nach Durchlauf durch den Wärmetauscher und aus von einem Messgerät gelieferten Mengenwerten ermittelt eine Regeleinrichtung die erforderliche Wärmemenge, die im Wärmetauscher dem Frischwasser zugeführt werden muss.
Eine andere Anlage mit einer Sekundärtemperaturregelung ist in der DE 199 04 937 A1 offenbart, welche einen zwischen einem Primärkreislauf und einem Sekundärkreislauf angeordneten Wärmeübertrager, eine zentrale Regeleinrichtung und einen Temperaturfühler zur Messung der Vorlauftemperatur in dem Primärkreislauf und einen Temperaturfühler zur Messung der Warmwassertemperatur in dem Sekundärkreislauf aufweist.
Ferner offenbart die WO 97/ 36 138 A1 eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur von warmem Leitungswasser, bei der ein Wärmetauscher vorgesehen ist, um Wärme von einem primären Leitungskreislauf mit einer Durchflussmengeneinstellvorrichtung zu einem Warmwasserkreislauf zu übertragen, der als sekundärer Leitungskreislauf dient und einen Temperatursensor hat, der die Stelleinrichtung über einen Regler steuert, um die Temperatur des warmen Leitungswassers konstant zu halten, wobei ein Durchflussmengensensor in dem sekundären Leitungskreislauf für warmes Leitungswasser vorgesehen ist, wobei Temperaturänderungen von dem Temperatursensor gefühlt werden, wobei der Durchflussmengensensor ausgelegt ist, relative momentane Durchflussmengenänderungen zu erfassen und den Regler davon abhängig zu steuern, und wobei beide Sensoren in dem sekundären Leitungskreislauf an der Auslassseite des Wärmetauschers angeordnet sind.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasser ein verzögertes Ansprechen der Stelleinrichtung auf die Warmwassertemperatur und eine daraus resultierende Schwingneigung, also eine Schwankung der Warmwassertemperatur, zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasserdurch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Aus einem Primärheizmedium wird über einen Wärmetauscher ein Sekundärmedium variabler Menge so erwärmt, dass eine einstellbare Sekundär-Temperatur schwankungsfrei eingeregelt wird. Die Regelung erfolgt im Heizmediumleitungssystem, und zwar nicht nach der Sekundär-Temperatur in der Warmwasserleitung, sondern nach den variablen Eintrittsgrößen unter Berücksichtigung der Auslegungsparameter. Die Sekundär-Temperatur in der Warmwasserleitung wird durch Veränderung der Proportionalität zwischen dem Heizmediummassenstrom und dem Brauchwassermassenstrom und der Variation des Heizmediummassenstroms in Abhängigkeit der Eintrittsgrößen eingestellt.
Dadurch wird ein verzögertes Ansprechen der Stelleinrichtung auf die Warmwassertemperatur und eine daraus resultierende Schwingneigung, also eine Schwankung der Warmwassertemperatur vermieden.
Eintrittsgrößen sind die Primärheizmedien-Eintrittstemperatur, die Sekundärmedien-Eintrittstemperatur, nämlich die Eintrittstemperatur von Kaltwasser und der Sekundärmedien-Massenstrom, nämlich der Kaltwasser-Durchfluss.
Auslegungsparameter sind die Kennlinie der Durchflussstelleinrichtung und die Kennlinie des Wärmetauschers.
Vorzugsweise sind die Durchflussstelleinrichtung in der Heizmediumrücklaufleitung, der primäre Temperaturfühler in der Heizmediumvorlaufleitung und der sekundäre Temperaturfühler sowie der Durchflussmesser in der Kaltwasserleitung angeordnet.
Die Durchflussstelleinrichtung und der Durchflussmesser sind dadurch geringerer thermischer Belastung ausgesetzt als bei Anordnung in der Heizmediumvorlaufleitung bzw. der Warmwasserleitung.
Der Regler, der sekundäre Temperaturfühler und der Durchflussmesser können in ein gemeinsames Modul integriert sein.
Dadurch ist ein kompakter Aufbau mit kurzen Signalleitungen zwischen dem Regler und dem sekundären Temperaturfühler sowie dem Durchflussmesser möglich. Außerdem ist eine einfache Installation an der Kaltwasserleitung möglich.
Die Durchflussstelleinrichtung umfasst ein Stellglied, das bei differenzdrucklosen Systemen als steuerbare Pumpe oder bei differenzdruckbehafteten Systemen als steuerbares Ventil ausgebildet ist.
Zusätzlich kann die Durchflussstelleinrichtung einen primären Durchflussmesser umfassen, der mit dem Stellglied direkt oder über den Regler verbunden ist.
Der primäre Durchflussmesser kann eventuelle Abweichungen des Heizmediummassenstroms vom Sollwert erfassen und korrigieren.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Die Zeichnungen zeigen

1 eine Anlage zur Erwärmung von Wasser mit einem differenzdrucklosen Heizmediumleitungssystem,
2 eine alternative Ausführung der Anlage nach 1,
3 eine Anlage zur Erwärmung von Wasser mit einem differenzdruckbehafteten Heizmediumleitungssystem,
4 eine alternative Ausführung der Anlage nach 3 und
5 als Ergänzung zu einer Anlage nach 1 bis 4 eine Nacherwärmung in der Warmwasserleitung.

Die 1 bis 4 zeigen Anlagen zur Erwärmung von Wasser, wobei Trinkwasser im Durchfluss erwärmt wird. Eine Heizanlage 10 führt einem Wärmetauscher 16 Heizmedium über ein primäres Heizmediumleitungssystem zu. Brauchwasser, das über ein sekundäres Brauchwasserleitungssystem den Wärmetauscher 16 durchströmt, wird durch das Heizmedium erwärmt.
In einer Kaltwasserleitung 20 des Brauchwasserleitungssystems sind vor dem Wärmetauscher 16 ein sekundärer Temperaturfühler 26 und ein sekundärer Durchflussmesser 24 angeordnet. Ferner ist in einer Heizmediumvorlaufleitung 12 des Heizmediumleitungssystems ein primärer Temperaturfühler 28 angeordnet. Signalausgänge der Temperaturfühler 26, 28 und des Durchflussmessers 24 sind mit Signaleingängen eines Reglers 22 verbunden. Der Regler 22 ist zusammen mit dem sekundären Temperaturfühler 26 und dem Durchflussmesser 24 Platz sparend und montagefreundlich in ein gemeinsames Modul 32 integriert.
In einer Heizmediumrücklaufleitung 14 des Heizmediumleitungssystems ist eine Durchflussstelleinrichtung 30 angeordnet. Ein Steuerausgang des Reglers 22 ist mit einem Steuereingang der Durchflussstelleinrichtung 30 verbunden.
Die Regelung arbeitet bedarfsabhängig. Nur wenn eine Brauchwasserzapfung über den Durchflussmesser 24 erkannt wird, lässt die Durchflussstelleinrichtung 30 den Wärmetauscher 16 mit Heizmedium bei variablem Heizmediumvolumenstrom durchströmen. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit der Eingangsgrößen Kaltwassertemperatur, Heizmediumtemperatur und Kaltwasserdurchfluss ohne Erfassung der Ausgangsgröße Warmwassertemperatur. Gleichzeitig werden durch die Regelkennlinie des Reglers 22 die Auslegungsparameter, nämlich die Kennlinie der Durchflussstelleinrichtung 30 und die Kennlinie des Wärmetauschers 16 berücksichtigt. Dadurch wird eine definierte Warmwassertemperatur eingehalten.
Hierdurch wird eine schnelle und schwingungsfreie Reaktion der Warmwassertemperatur bei Brauchwasserzapfung bei gleichzeitiger Verringerung der Leerlaufverluste erreicht.
Die Temperatur in der Heizmediumrücklaufleitung 14 ergibt sich aus der Temperatur in der Heizmediumvorlaufleitung 12, der Kaltwassertemperatur und der Wärmetauscherauslegung. Ist die Wärmetauscherfläche genügend groß, so wird eine kleine Temperatur in der Heizmediumrücklaufleitung 14 erreicht, die nur eine geringe Differenz zur Kaltwassertemperatur aufweist.
Bei 1 und 2 umfasst die Heizanlage 10 einen Heizmediumpufferspeicher. Das im Heizmediumpufferspeicher befindliche Heizmedium wird durch eine interne oder externe Wärmequelle auf Betriebstemperatur gehalten und steht mit seiner gespeicherten Wärme bei Brauchwasserzapfung dem Wärmetauscher 16 sofort zur Verfügung. Da im Heizmediumpufferspeicher kein Differenzdruck herrscht, umfasst die Durchflussstelleinrichtung 30 eine steuerbare Pumpe 34, die Heizmedium von der Heizmediumvorlaufleitung 12 und den Wärmetauscher 16 in die Heizmediumrücklaufleitung 14 strömen lässt.
Bei Brauchwasserzapfung und daraus resultierender Strömung des Heizmediums wird das nach Verlassen des Wärmetauschers 16 ausgekühlte Heizmedium in den unteren Bereich des Heizmediumpufferspeichers eingeschichtet.
Gemäß 2 umfasst die Durchflussstelleinrichtung 30 mit der steuerbaren Pumpe 34 als Stellglied zusätzlich einen primären Durchflussmesser 36. Der primäre Durchflussmesser 36 kann direkt oder über den Regler 22 mit der steuerbaren Pumpe 34 verbunden sein. Der primäre Durchflussmesser 36 kann so eventuelle Abweichungen des Heizmediummassenstroms vom Sollwert erfassen und korrigieren.
Bei 3 und 4 umfasst die Heizanlage 10 eine Wärmequelle und ein Heizmediumnetz mit einer eigenen Pumpe 38, die das Heizmedium unter Differenzdruck bereitstellt. Die Durchflussstelleinrichtung 30 umfasst hier ein steuerbares Ventil 40 in der Heizmediumrücklaufleitung 14.
Gemäß 4 umfasst die Durchflussstelleinrichtung 30 mit dem steuerbaren Ventil 40 als Stellglied zusätzlich einen primären Durchflussmesser 36. Der primäre Durchflussmesser 36 kann direkt oder über den Regler 22 mit dem steuerbaren Ventil 40 verbunden sein. Der primäre Durchflussmesser 36 kann analog zu 2 eventuelle Abweichungen des Heizmediummassenstroms vom Sollwert erfassen und korrigieren.
5 zeigt eine Anlage zur Vorwärmung von Wasser. Der hier nicht dargestellte Regler 22 regelt die Vorladung des einströmenden Kaltwassers in einen nachgeschalteten Speicher 42 für vorerwärmtes Wasser. Ist die Heizmediumtemperatur größer als der Sollwert der Warmwassertemperatur, wird die Warmwassertemperatur über den Regler 22 auf den Sollwert eingestellt. Ist die Heizmediumtemperatur kleiner als der Sollwert der Warmwassertemperatur, wird das Brauchwasser im Wärmetauscher 16 auf den maximal möglichen Wert erwärmt und anschließend das Wasser im nachgeschalteten Speicher 42 durch eine Nachheizung 44 auf den Sollwert nacherwärmt.

Claims

Anlage zur Erwärmung oder Vorwärmung von Wasser mit einer Heizanlage (10) und einem primären Heizmediumleitungssystem, einem Wärmetauscher (16) sowie einem sekundären Brauchwasserleitungssystem, wobei an einen Primäreingang des Wärmetauschers (16) eine Heizmediumvorlaufleitung (12) und an einen Primärausgang des Wärmetauschers (16) eine Heizmediumrücklaufleitung (14) des Heizmediumleitungssystems angeschlossen sind sowie an einen Sekundäreingang des Wärmetauschers (16) eine Kaltwasserleitung (20) und an einen Sekundärausgang des Wärmetauschers (16) eine Warmwasserleitung (18) des Brauchwasserleitungssystems angeschlossen sind, wobei im Heizmediumleitungssystem eine Durchflussstelleinrichtung (30) und ein primärer Temperaturfühler (28) und im Brauchwasserleitungssystem ein sekundärer Temperaturfühler (26) und ein sekundärer Durchflussmesser (24) angeschlossen sind, wobei Signalausgänge der Temperaturfühler (26, 28) und des Durchflussmessers (24) mit Signaleingängen eines Reglers (22) verbunden sind und ein Steuerausgang des Reglers (22) mit einem Steuereingang der Durchflussstelleinrichtung (30) verbunden ist, wobei die Durchflussstelleinrichtung (30) durch den Regler (22) in Abhängigkeit der Signale der Temperaturfühler (26, 28) und des Durchflussmessers (24) anhand von Auslegungsparametern steuerbar ist, wobei die Auslegungsparameter durch die Kennlinie der Durchflussstelleinrichtung (30) und die Kennlinie des Wärmetauschers (16) gebildet sind, wobei die Regelung bedarfsabhängig arbeitet, so dass nur wenn eine Brauchwasserzapfung über den Durchflussmesser (24) erkennbar ist, die Durchflussstelleinrichtung (30) den Wärmetauscher (16) mit Heizmedium bei variablem Heizvolumenstrom durchströmen lässt, und wobei die Regelung in Abhängigkeit der Eingangsgrößen „Kaltwassertemperatur“, „Heizmediumtemperatur“ und „Kaltwasserdurchfluss“ erfolgt, und zwar ohne Erfassung der Ausgangsgröße „Warmwassertemperatur“.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussstelleinrichtung (30) in der Heizmediumrücklaufleitung (14), der primäre Temperaturfühler (28) in der Heizmediumvorlaufleitung (12) und der sekundäre Temperaturfühler (26) sowie der Durchflussmesser (24) in der Kaltwasserleitung (20) angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (22), der sekundäre Temperaturfühler (26) und der Durchflussmesser (24) in ein gemeinsames Modul (32) integriert sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussstelleinrichtung (30) bei differenzdrucklosen Systemen eine steuerbare Pumpe (34) oder bei differenzdruckbehafteten Systemen ein steuerbares Ventil (40) umfasst.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussstelleinrichtung (30) einen primären Durchflussmesser (36) umfasst, der mit dem Stellglied (34, 40) direkt oder über den Regler (22) verbunden ist.