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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen und Speichern von Trinkwasser.
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Aus
dem Stand der Technik bekannt sind Vorrichtungen, die das Trinkwasser
in einem Speicher mit integrierter Heizfläche erwärmen.
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Weiterhin
bekannt sind Vorrichtungen, die das Trinkwasser im Durchfluss über einen
Wärmetauscher
erwärmen.
Derartige Vorrichtungen können ihren
Spitzenbedarf bekannterweise auch aus einem Speicher auf der Primärseite decken.
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Bekannt
sind auch Vorrichtungen, die in einem Ladekreis, bestehend aus Ladepumpe,
Wärmetauscher
und Speicher, das Trinkwasser erwärmen und speichern.
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So
beschreibt die
DE 4236959
A1 eine Vorrichtung, die ebenfalls Trinkwasser erwärmt und
speichert. Bei Zapfruhe bildet diese Vorrichtung einen Wasserkreislauf,
in dem Ladepumpe, Trinkwassererwärmer
und Speicher im hohen Temperaturbereich betrieben werden.
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Die
Kaltwasserzuleitung mündet
dort an der Ladepumpe und gleichzeitig am Kaltwassereingangs-/Ladeausgangsanschluss
des Speichers. Das erwärmte
Trinkwasser wird am Warmwasseranschluss des Speichers entnommen.
In dieser Vorrichtung hat das entnommene Warmwasser allerdings eine
hohe Temperatur und kann nicht direkt an die Zapfstellen geführt werden.
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Bekannt
ist auch die Integration verschiedener Speicherbereiche, wie Desinfektionsbereich
und Spitzenbereich, in einen Kombispeicher. Die funktionell verschiedenen
Bereiche sind aber auch dort konstruktiv getrennt angeordnet.
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In
DE 4235038 A1 wird
eine Vorrichtung beschrieben, die basierend auf der Funktion von
DE 4236959 A1 noch
die notwendige Abkühlung
des entnommenen Warmwassers beinhaltet.
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Das
dem Kreislauf aus Ladepumpe, Trinkwassererwärmer und Speicher entnommene
Warmwasser wird vom einströmenden
Kaltwasser über
einen Vorwärmer/Rückkühler auf
Zapftemperatur abgekühlt.
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Beschrieben
sind dort die Einbindungen der Zirkulation. Diese Vorrichtungen
bestimmen in verschiedenen Variationen, besonders die Gestaltung der
Zirkulation betreffend, den Stand der Technik für Trinkwassererwärmung.
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In
DE 10 2005 034 021
A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die wie in
DE 4235038 A1 Trinkwasser
hoch erwärmt,
die notwendige Abkühlung
auf Zapftemperatur aber vor der Spitzenspeicherung durchführt.
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Aus
dem Stand der Technik sind auch Vorrichtungen bekannt, die das erwärmte Trinkwasser
in zwei verschiedene Temperaturzonen bringen und dort speichern.
Eine Temperaturzone liegt dabei im Desinfektionsbereich, die andere
unterhalb oder gleich der Zapftemperatur. Beide Speicherbereiche befinden
sich auf der sekundären
Seite.
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In
DE 10034513 A1 wird
eine Vorrichtung beschrieben, deren Zirkulationswasser separat vorgewärmt und
erwärmt
wird, dann in den Ladekreis vor dem Speicher einmündet und
nach dem Speicher teilweise rückgekühlt wird.
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2 zeigt
eine beispielhaft übliche
und gut geeignete Vorrichtung nach
DE 10 2005 034 021 A1 zur
Trinkwassererwärmung
mit thermischer Desinfektion im Speicherladeverfahren. Bei der Nutzung von
zwei unterschiedlichen Wärmequellen
zur Trinkwassererwärmung,
zum Beispiel einen Kessel und eine Solaranlage, kann man zwei Wärmetauscher, wie
in
2 gezeigt, anordnen. Das Verfahren ist Stand der
Technik.
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Bei
Zapfung und ausgeschalteter Pumpe 3 entsteht dabei ein
vom externem Wasserdruck angetriebener Zapfvolumenstrom über die
Strecke Trinkkaltwasserzuleitung 1, Mischpunkt Trinkwasser 2B, zum
Trinkwasserspeicher 10C, zur Warmwasserableitung 11 und
weiter zu den externen Zapfstellen. Dabei schiebt einströmendes Trinkkaltwasser
im Trinkwasserspeicher 10 gespeichertes Trinkwarmwasser über die
Warmwasserableitung 11 zu den externen Zapfstellen.
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Bei
Abkühlung
des Trinkwasserspeichers 10 schaltet sich die Pumpe 3 ein.
Es entsteht ein Ladevolumenstrom von Pumpe 3A über Wärmetauscher 4A und 4B,
Wärmetauscher 5A und 5B,
Wärmetauscher 7A und 7B, über den
Reaktionsspeicher 8C und 8B, über den Wärmetauscher 4C und 4D zum Trinkwasserspeicher 10A und 10C,
zum Mischpunkt 2C und 2A und zurück zur Pumpe 3B.
Dieser Ladevolumenstrom überlagert
in der Strecke vom Mischpunkt 2 bis zum Trinkwasserspeicher 10 den
Zapfvolumenstrom.
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Ist
der Zapfvolumenstrom größer als
der Ladevolumenstrom, wird der Trinkwasserspeicher 10 durch
einströmendes
Trinkkaltwasser entladen, im umgekehrten Fall wird er durch Trinkwarmwasser
geladen.
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Die
Erwärmung
des Trinkkaltwassers im Ladevolumenstrom erfolgt über die
Wärmetauscher 5 und 7.
Die Wärmeenergie
bezieht der Wärmetauscher 5 aus
einer externen ersten Wärmequelle,
der Wärmetauscher 7 aus
einer externen zweiten Wärmequelle.
Die erste Wärmequelle
erhält
dabei gewollt eine tiefere Rücklauftemperatur
als die zweite Wärmequelle.
Bei Wärmequellen
mit einem rücklauftemperaturabhängigen Wirkungsgrad,
wie bei Solaranlagen, Brennwertkessel und einigen Abwärmequellen,
verbessert sich bei tiefen Rücklauftemperaturen
der Wirkungsgrad und die Energiekosten sinken.
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In
bestimmten Betriebszuständen
steigt bei dieser Vorrichtung nach 2 die Rücklauftemperatur
allerdings stark an. Der Grund dafür ist die Zirkulationseinbindung
am Mischpunkt 12. Der warme Zirkulationsvolumenstrom strömt bei ausgeschalteter Pumpe 3 vom
Mischpunkt 12C und 12A zum Speicher 10B und
schiebt eingespeichertes, erwärmtes und
desinfiziertes Trinkwasser aus dem Trinkwasserspeicher 10C zu
den Zapfstellen. Bei eingeschalteter Pumpe 3 und kleineren
Zapfvolumenstrom als Ladevolumenstrom strömen der warme Ladevolumenstrom
und Zirkulationsvolumenstrom zusammen vom Trinkwasserspeicher 10 und
Mischpunkt 12 zum Mischpunkt 2C. Dort mischen
sie sich mit dem kalten Zapfvolumenstrom und strömen weiter vom Mischpunkt 2A über die
antreibende Pumpe 3, über
Wärmetauscher 4A und 4B zum
Wärmetauscher 5A.
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Am
Mischpunkt 2 entsteht für
den Ladevolumenstrom eine deutliche Temperaturerhöhung gegenüber des
kalten Zapfvolumenstromes.
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Die
jetzt höhere
sekundäre
Temperatur am Wärmetauscher 5A bewirkt
eine ebenfalls höhere
primäre
Temperatur im Rücklauf
des Wärmetauschers 5D zur
ersten externen Wärmequelle.
Dort folgen ein schlechterer Wirkungsgrad und steigende Energiekosten.
Damit besitzt diese Vorrichtung einen erheblichen Nachteil.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die im erheblich ökonomischeren
Betrieb hinsichtlich Betriebskosten Trinkwasser erwärmt und
speichert.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Nachfolgend
soll diese Vorrichtung anhand des Ausführungsbeispiels und der 1 näher erläutert werden.
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Der
grundlegende Gedanke der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die gemäß dem Stand
der Technik vorhandenen negativen Eigenschaften der Vorrichtungen
zu beseitigen, ohne die vorhandenen positiven Eigenschaften zu verändern. Dies
geschieht, indem der zu erwärmende
Volumenstrom in zwei, nach Temperaturen geordnete Volumenströme, aufgeteilt
wird. Die Problematik der in Trinkwassererwärmung mit thermischer Desinfektion erforderlichen
Vorwärmung/Rückkühlung über einen Wärmetauscher
wird über
eine vorwärmseitige
Parallel- und rückkühlseitige
Reihenschaltung der geteilten Volumenströme über zwei Wärmetauscher gelöst. Mit
dieser Vorrichtung lassen sich die positiven Funktionen unverändert erhalten
und die negative Funktion beseitigen.
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In
dieser Vorrichtung nach 1 entsteht bei Zapfung und ausgeschalteter
Pumpe 3 ein vom externem Wasserdruck angetriebener Zapfvolumenstrom über die
Strecke Trinkaltwasserzuleitung 1, Mischpunkt Trinkwasser 2,
durch Verteilpunkt 13, durch Mischpunkt 12, durch
den Trinkwasserspeicher 10B und 10C, zur Warmwasserableitung 11 und weiter
zu den externen Zapfstellen. Dabei schiebt einströmendes Trinkkaltwasser
im Trinkwasserspeicher 10 gespeichertes Trinkwarmwasser über die Warmwasserableitung 11 zu
den externen Zapfstellen.
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Bei
Abkühlung
des Trinkwasserspeichers 10 schalten sich differenziert
die Pumpen 3 und 14 ein. Es entstehen zwei Ladevolumenströme. Ein
erster Ladevolumenteilstrom strömt
von der Pumpe 3A, durch den Wärmetauscher 4A und 4B,
durch den Wärmetauscher 5A und 5B zum
Mischpunkt 6B. Ein zweiter Ladevolumenteilstrom strömt von der
Pumpe 14A, durch den Wärmetauscher 9A und 9B zum Mischpunkt 6C.
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Vom
Mischpunkt 6A strömt
der Ladevolumenstrom zum Wärmetauscher 7A und 7B,
durch den Reaktionsspeicher 8A und 8B, durch den
Wärmetauscher 9C und 9D,
durch den Wärmetauscher 4C und 4D,
durch den Trinkwasserspeicher 10A und 10B, durch
den Mischpunkt 12 zum Verteilpunkt 13A.
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Im
Verteilpunkt 13 teilt sich der Ladevolumenstrom auf. Der
erste Ladeteilvolumenstrom strömt
vom Verteilpunkt 13B über
den Mischpunkt 2C und 2A zur antreibenden Pumpe 3B.
der zweite Ladeteilvolumenstrom strömt vom Verteilpunkt 13C zur antreibenden
Pumpe 14B.
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Der
Ladevolumenstrom und der erste Ladeteilvolumenstrom überlagern
den Zapfvolumenstrom. Ist der Zapfvolumenstrom größer als
der Ladevolumenstrom, wird der Trinkwasserspeicher über 10B einströmendes Trinkkaltwasser
entladen, im umgekehrten Fall wird er über Anschluss 10A einströmendes Trinkwarmwasser
geladen.
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Die
Erwärmung
des Trinkkaltwassers im Ladevolumenstrom erfolgt über die
Wärmetauscher 5 und 7.
Die Wärmeenergie
bezieht der Wärmetauscher 5 aus
einer externen ersten Wärmequelle,
der Wärmetauscher 7 aus
einer externen zweiten Wärmequelle.
Die erste Wärmequelle
erhält
dabei gewollt eine tiefere primäre
Rücklauftemperatur
als die zweite Wärmequelle.
Bei Wärmequellen
mit einem rücklauftemperaturabhängigen Wirkungsgrad,
wie bei Solaranlagen, Brennwertkessel und einigen Abwärmequellen,
verbessert sich bei tiefen Rücklauftemperaturen
der Wirkungsgrad und die Energiekosten sinken.
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Die
Differenzierung der Ladeteilvolumenströme erfolgt aus diesem Grund,
temperaturabhängig. Der
erste Ladeteilvolumenstrom bildet sich aus den Volumenströmen im kalten
Temperaturniveau. Dazu zählt
der Zapfvolumenstrom und zeitweise der aus einem kalten Trinkwasserspeicher 10 zum
Verteilpunkt 13 strömende
Ladevolumenstrom. Im Verteilpunkt 13 teilt sich der erste
Ladeteilvolumenstrom ab und strömt
zum Mischpunkt 2C. Dort mischt er sich mit dem kalten Zapfvolumenstrom
und strömt
als erster Ladeteilvolumenstrom zur Pumpe 3B.
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Der
zweite Ladeteilvolumenstrom bildet sich aus den Volumenströmen im warmen
Temperaturniveau. Dazu zählt
der über
den Mischpunkt 12 einbindende Zirkulationsvolumenstrom
und zeitweise der aus einem warmen Trinkwasserspeicher 10B strömende Ladevolumenstrom,
der im Verteilpunkt 13B auf den zweiten Ladeteilvolumenstrom
geteilt zur Pumpe 14B strömt.
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Mit
dieser Vorrichtung wird erreicht, das am Wärmetauscher 5A immer
ein Volumenstrom im kalten Temperaturbereich eintritt. Dieser bewirkt einen ebenfalls
kalten primären
Volumenstrom im Rücklauf des
Wärmetauschers 5D zur
ersten externen Wärmequelle.
Dort bewirkt dieser kalte Rücklaufvolumenstrom
einen besseren Wirkungsgrad und folgend sinkende Energiekosten.
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Damit
besitzt diese Vorrichtung einen erheblichen Vorteil. Die Betriebskosten
dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Trinkwassererwärmung
mit thermischer Desinfektion sind deutlich geringer als die Vorrichtungen,
die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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- 1
- Trinkkaltwasserzuleitung
- 2
- Mischpunkt/Verteilpunkt
- 3
- Pumpe
Ladeteilvolumenstrom
- 4
- Wärmetauscher
Vorwärmung/Rückkühlung 1
- 5
- Wärmetauscher
Wärmequelle
1
- 6
- Mischpunkt/Mischventil
- 7
- Wärmetauscher
Wärmequelle
2
- 8
- Reaktionsspeicher
- 9
- Wärmetauscher
Vorwärmung/Rückkühlung 2
- 10
- Trinkwasserspeicher
- 11
- Trinkwasserableitung
- 12
- Mischpunkt
Zirkulationswasser
- 13
- Verteilpunkt
- 14
- Pumpe
Ladeteilvolumenstrom
- 15
- Eingang
Zirkulationswasser
- 16
- Pumpe
Ladevolumenstrom