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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brauchwassernutzungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die Nutzung von Brauchwasser beispielsweise in Form von Regenwasser ist mittlerweile allgemein anerkannt für die Toilettenspülung, für den Betrieb von Waschmaschinen und für die Gartenbewässerung. In Deutschland wird üblicherweise eine im Erdreich oder im Keller eines Gebäudes angeordnete Zisterne zur Bevorratung des Brauchwassers eingesetzt. Das Brauchwasser wird dann mit einer Pumpe in einen Druckspeicher gefördert, von dem es entnommen werden kann. Solche Druckspeicher sind in Hauptwasserwerken integriert oder als sogenannte Windkessel hinter einer Pumpe angeordnet. Die Verfügbarkeit von Trinkwasser und elektrischem Strom ist mit großer Betriebssicherheit gegeben, so dass die Ausfallzeiten für beide Wasserversorgungssysteme zu vernachlässigen sind.
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Es gibt jedoch auch Regionen, in denen ein Vorratsbehälter für Trinkwasser oder Brauchwasser im Dachgeschoss oder über dem Dach eines Gebäudes angeordnet wird, um einen Wasservorrat auch bei Strom- und Trinkwasserausfall zur Verfügung zu haben, der allein aufgrund seines hydrostatischen Drucks zur Entnahme zur Verfügung steht.
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Nachteilig ist bei derartigen hoch liegenden Brauchwasserbehältern, dass die Förderung des Brauchwassers in das erhöht angeordnete Reservoir mit elektrischen Pumpen erfolgt, die in nennenswertem Umfang Energie verbrauchen.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brauchwassernutzungsanlage mit oben liegendem Brauchwasserreservoir zu schaffen, bei der der Aufwand an elektrischer Energie insgesamt verringert ist. Diese Aufgabe wird von einer Brauchwassernutzungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Weil die Druckerhöhungspumpe mit Wasser angetrieben wird und die Pumpe mit ihrer Antriebsseite in der Trinkwasserversorgungsleitung angeordnet ist, wird bei jeder Trinkwasserentnahme die Hydraulik der Pumpe in Betrieb gesetzt und fördert Brauchwasser aus einem niedrig liegenden Sammelbehälter in einen Hochbehälter. Der entstehende Druckverlust in der Trinkwasserleitung ist gering.
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Vorzugsweise ist die Druckerhöhungspumpe im Hauswasseranschluss zwischen dem Wasserzähler und einem Druckminderungsventil angeordnet, so dass der Druckverlust aufgrund des Antriebs nicht zu einem Druckabfall in der Gebäudeversorgung führt. Ein vollkommen ungesteuerter Betrieb der Anlage ist möglich, wenn ein Überlauf des Hochbehälters vorgesehen ist, der in die tief liegende Zisterne geführt ist. Es kann auch vorgesehen sein, eine Trinkwassernachspeisung für den Hochbehälter vorzusehen, der bei geringem Brauchwasseranfall die Verfügbarkeit von Wasser in dem Hochbehälter sichert und die gegebenenfalls bei zu geringer Laufzeit der Druckerhöhungspumpe die fehlende Brauchwassernachspeisung ausgleicht.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1: eine Brauchwassernutzungsanlage mit Regenwasser und Hochbehälter sowie Trinkwassernachspeisung in einer schematischen Darstellung; sowie
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2: die Anlage gemäß 1 mit einer zusätzlichen elektrischen Steuerung und Überwachung.
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In der 1 ist schematisch ein Gebäude mit einer Brauchwassernutzungsanlage dargestellt. Das Gebäude weist ein Dach 1 auf, dass über eine Regenrinne 2 und ein Fallrohr 3 in eine Zisterne 4 entwässert wird. Die Zisterne 4 enthält ein Brauchwasser 5.
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In dem Gebäude ist in bekannter Weise eine Trinkwasserleitung 6 vorgesehen, die über nicht dargestellte Installationen wie Druckminderer und Wasseruhr zu verschiedenen Zapfstellen 7 geführt ist.
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Auf dem Dachboden des Gebäudes ist ein Hochbehälter 8 angeordnet. Der Hochbehälter 8 wird über eine Steigleitung 9 mit Brauchwasser aus der Zisterne 4 gefüllt. Zur Förderung des Brauchwassers 5 in der Steigleitung 9 von einer Entnahmeeinrichtung 10 bis zu einer Zapfstelle 11 ist eine Pumpe 12 vorgesehen, die als Förderpumpe für das Brauchwasser 5 dient. Die Pumpe 12 weist eine Antriebsseite 13 auf, die in Reihe mit der Trinkwasserleitung 6 geschaltet ist. Die Antriebsseite kann beispielsweise nach Art eines Drehschiebers oder eines Flügelzellenmotors ausgeführt sein.
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Die Pumpe 12 weist weiter eine Förderseite 14 auf, die in die Steigleitung 9 eingebunden ist. Hier ist bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Verdrängerpumpe vorgesehen, die bei Inbetriebsetzung zwangsweise Wasser aus der Zisterne 4 in den Hochbehälter 8 fördert.
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Die Pumpe 12 ist so aufgebaut, dass in Anpassung an die Höhendifferenz zwischen der Zisterne 4 und dem Hochbehälter 8 der erforderliche Druck aufgebaut werden kann. Die Pumpe ist weiter mit einem internen oder externen Rückschlagventil versehen, welches verhindert, dass die Steigleitung 9 leer läuft, wenn die Pumpe 12 nicht in Betrieb ist. Die Antriebsseite 13 der Pumpe ist so ausgebildet, dass je nach anstehendem Druck in der Trinkwasserleitung das Brauchwasser sicher gefördert werden kann, ohne dass ein zu hoher Druckverlust in der Hausinstallation der Trinkwasserleitung entsteht. So kann beispielsweise das Fördervolumen der Förderseite der Pumpe 12 etwa 25% des Durchflussvolumens am Trinkwasser an der Antriebsseite der Pumpe 12 betragen. Dieses Verhältnis soll nach dem örtlichen Gegebenheiten passend gewählt werden.
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Der Hochbehälter 8 weist einige zusätzliche Einbauten auf. So ist eine Einlaufkammer 15 vorgesehen, in die das Brauchwasser 5 über die Zapfstelle 11 eingespeist wird. Der Wasserstand in der Einlaufkammer 15 wird über einen Schwimmer 16 erfasst. Wenn der Wasserstand zu niedrig wird, wird über den Schwimmer ein Ventil 17 betätigt, durch das Trinkwasser mit einem freien Auslauf in den Hochbehälter 8 gespeist wird. Zum einen ergänzt das Trinkwasser dann den Brauchwasservorrat in dem Hochbehälter 8, der beispielsweise für den Betrieb einer Toilette 18 erforderlich ist. Zum anderen setzt die Trinkwasserentnahme über das geöffnete Ventil 17 auch die Pumpe 12 in Betrieb, so dass zusätzlich Brauchwasser 5 aus der Zisterne 4 in den Hochbehälter 8 eingespeist wird. Dieser Betriebszustand kann erforderlich werden, wenn die Trinkwasserentnahme zu gering ist, um den Bedarf an Brauchwasser im Hochbehälter 8 zu decken.
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Der Hochbehälter 8 ist weiter mit einem Überlauf 19 versehen, der bei zu hohem Brauchwasserstand in dem Hochbehälter 8 das überschüssige, von der Pumpe 12 zwangsweise geförderte Brauchwasser über eine Überlaufleitung 20 zurück in die Zisterne 4 führt.
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Wenn die Brauchwasserentnahme den Anfall an Regenwasser oder sonstigem Brauchwasser übersteigt, kann der Wasserspiegel in der Zisterne 4 unter den Ansaugstutzen der Entnahmevorrichtung 10 sinken. Die Pumpe 12 saugt dann Luft an. Es soll vorzugsweise verhindert werden, dass bei weiterer Trinkwasserentnahme die Pumpe 12 über eine längere Zeit trocken läuft. Um dies in einfacher und selbstregulierender Weise zu erreichen, ist der Hochbehälter mit einer Trennwand 28 versehen, die den Hochbehälter 8 in die Einlaufkammer 15 für das Brauchwasser und eine zweite Kammer 27 unterteilt. Eine Verbindung mit geringem freiem Querschnitt ermöglicht einen langsamen Niveauausgleich in den beiden Kammern 15 und 27. Hierzu ist in dem Ausführungsbeispiel eine in geringer Höhe über dem Boden des Hochbehälters angeordnete Hülse 28 vorgesehen.
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Wird nun aufgrund des sinkenden Wasserstandes in dem Hochbehälter 8 und insbesondere in der Einlaufkammer 15 das Schwimmerventil 17 betätigt, so läuft Trinkwasser über den freien Auslauf 26 in die zweite Kammer 27. Die Pumpe 12 fördert nun zunächst Luft. Der Wasserstand in der Einlaufkammer 15 steigt nur langsam, während sich die zweite Kammer 27 füllt. Der Querschnitt der Hülse 28 in der Verbindung zwischen den Kammern 15 und 27 ist so bemessen, dass der Überlauf 19 erreicht wird, bevor das Schwimmerventil 17 abschaltet. Dadurch gelangt Trinkwasser in die Zisterne 4 und kann dort aufgrund des steigenden Wasserstandes von der Pumpe 12 angesaugt werden. Diese fördert das angesaugte Wasser dann in die Einlaufkammer 15, wodurch der Pegel dort schnell steigt. Das Ventil 17 schaltet dann die Trinkwassernachspeisung ab.
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Auf diese Weise wird ein längerfristiger Trockenlauf der Pumpe 12 vermieden, auch wenn über längere Zeit kein Regen fällt oder kein sonstiges Brauchwasser in die Zisterne 4 gelangt.
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Im Betrieb arbeitet die Anlage nach 1 so, dass bei Regen das Regenwasser vom Dach 1 über das Fallrohr 3 in die Zisterne 4 fließt. Jede Trinkwasserentnahme in dem Gebäude setzt die Pumpe 12 zwangsweise in Betrieb, wodurch Regenwasser über die Steigleitung 9 in den Hochbehälter 8 gefördert wird. Eine Entnahme von Regenwasser oder Brauchwasser aus dem Hochbehälter 8 an der Zapfstelle 18 führt zu einem entsprechenden Verbrauch in den Hochbehälter 8, der wiederum über die Pumpe 12 ausgeglichen wird. Wenn mehr Trinkwasser aus den Zapfstellen 7 entnommen wird als zur Deckung des Brauchwasserbedarfs aufgrund der Förderleistung der Pumpe 12 erforderlich ist, läuft das überschüssige Brauchwasser über die Leitung 20 zurück in die Zisterne. Wenn die Trinkwasserentnahme an den Zapfstellen zu niedrig ist, um über das Verhältnis des entnommenen Trinkwasservolumens zum Fördervolumen der Pumpe 12 den Bedarf zu decken, so wird über das Ventil 17 Trinkwasser nachgespeist und gleichzeitig die Pumpe 12 in Betrieb gesetzt, so dass der Hochbehälter 8 sowohl mit Trinkwasser als auch mit Brauchwasser nachgefüllt wird.
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Die 2 zeigt eine Anlage ähnlich derjenigen in 1. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern.
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Bei dieser Variante ist eine elektronische Steuerung 21 vorgesehen, die über eine elektrische Leitung 22 einen Füllstandssensor 23 abfragt. Ein weiterer Füllstandssensor 24 ist in dem Hochbehälter 8 angeordnet. Die Steuerung 21 steuert ein elektromechanisches Ventil 25, dass aus der Trinkwasserleitung 6 in einen freien Auslauf 26 an dem Hochbehälter 8 speist.
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Die Funktion dieser elektrischen Steuerung ist ähnlich wie diejenige des Schwimmerventils 17 aus 1.
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Die elektronische Steuerung 21 überwacht den Wasserstand in der Kammer 15. Wenn dieser Wasserstand unter einen Grenzwert sinkt, was über den Sensor 24 erfasst wird, wird das Trinkwassernachspeiseventil 25 geöffnet. Dieses speist Trinkwasser über den freien Auslauf 26 in die zweite Kammer 27 des Hochbehälters 8 ein. Im normalen Betriebszustand wird durch die Trinkwasserentnahme die Pumpe 12 in Gang gesezt und über die Steigleitung 9 Brauchwasser 5 aus der Zisterne 4 in die Kammer 15 des Hochbehälters 8 gefördert. Hierdurch steigt der mit dem Sensor 24 gemessene Wasserstand an. Wenn ein ausreichender Wasserstand in dem Behälter 8 erreicht wird, wird die Trinkwasserentnahme über das Ventil 25 wieder abgeschaltet. Die Steuerung 21 kann einen Defekt der Pumpe 12 erkennen, wenn nämlich der Sensor 23 einen ausreichenden Vorrat an Brauchwasser 5 in der Zisterne 4 anzeigt, der Wasserstand bei geöffneten Nachspeiseventil 25 in der Kammer 15 jedoch nicht in der vorgesehenen Weise ansteigt. Dies wird durch einen Vergleich des zeitlichen Verlaufs der Sensorsignale 23 und 24 ermittelt. Bei defekter Pumpe 12 wird dann ein Warnsignal abgegeben.
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Insgesamt wird mit den Brauchwassernutzungsanlagen nach den 1 und 2 eine Möglichkeit für die Nutzung von Brauchwasser aus einer Regenwasserzisterne oder einem anderen tiefliegenden Reservoir ermöglicht, bei der keine elektrische Druckerhöhungspumpe erforderlich ist. Die Förderleistung für das Anheben des Brauchwassers 5 in den Hochbehälter 8 kommt aus der Nutzung des Druckabfalls im strömenden Trinkwasser in der Leitung 6. Um das Wasserdruckniveau in dem Gebäude nicht abzusenken, wird die Antriebsseite 13 der Pumpe 12 vorzugsweise vor einem Druckminderer für die Hauswasserinstallation installiert. Der Druckabfall an der Pumpe 12 würde dann den Vordruck an dem Druckminderer beeinflussen, nicht aber den Druck des Trinkwassers im Gebäude selbst.
