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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Übertragung von Wärme in einer Übergabestation und eine Übergabestation zur Übertragung von Wärme.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Allgemein sind Vorrichtungen zur Übertragung von Wärme und entsprechende Verfahren zur Übertragung von Wärme, bspw. in Wärmeversorgungsnetzen für Wohn- oder Industrieanlagen bekannt.
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Typischerweise wird Wärme, die bspw. ein Fernwärmenetz zu einer Wohn- oder Industrieanlage oder auch zu Bürogebäuden transportiert, in einer sogenannten Übergabestation von dem Fernwärmenetz auf entsprechende Wärmekreisläufe für die Warmwasser- und Heizungsversorgung der Wohn- oder Industrieanlage übertragen.
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Um in Anbetracht steigender Energiepreise und im Sinne eines wachsenden Umweltbewusstseins mit Energie sorgfältig umzugehen, sollte die bereitgestellte Wärme so effektiv wie möglich genutzt werden.
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Aus dem deutschen Patent
DE 100 07 574 C2 ist ein Wärmeübertrager bekannt, in dem Rücklaufwasser aus einer Heizung zu erwärmendes Wasser vorerwärmt, das dann in demselben Wärmeübertrager mit Fernwärmevorlaufwasser nach- bzw. weiter erwärmt wird. Das Rücklaufwasser und das Fernwärmevorlaufwasser werden dabei im Wärmeübertrager gemischt. Dadurch ist es möglich, Restwärme, die in einem Fernwärmevorlauf enthalten ist, nachdem damit bereits Heizungswasser erwärmt wurde, weiter zur Erwärmung von kaltem Frischwasser zu verwenden.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2008 033 063 A1 beschreibt eine Übergabestation mit drei Wärmeübertragern: ein erster Wärmeübertrager für einen Heizungskreislauf und zwei weitere Wärmeübertrager zur Warmwasserbereitung. Frisches Kaltwasser wird im zweiten Wärmeübertrager von Fernwärmerückläufen erwärmt, die bereits den ersten und den dritten Wärmeübertrager passiert haben. Eine Nacherwärmung des vorgewärmten Kaltwassers erfolgt im dritten Wärmeübertrager über einen Fernwärmevorlauf, der noch keine Wärme an einen Brauchwasser- oder Heizungskreislauf abgegeben hat. Außerdem werden eine Brauchwasserleitung und eine Warmwasserleitung zumindest bereichsweise wärmegekoppelt zu Verbrauchsorten geführt, um Wärmeverluste auszugleichen. Der Erfinder hat nun erkannt, dass trotz dieser Vorkehrungen Restwärme im Fernwärmevorlauf ungenutzt verbleibt.
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In der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 057 908 A1 , die von dem gleichen Erfinder wie die vorliegende stammt, ist eine Wärmeübergabestation mit drei Wärmetauschern beschrieben. Ein primärseitiger Wärmekreislauf versorgt einen Heizungskreislauf mit Wärme, die in einem ersten Wärmetauscher übertragen wird. Der primärseitige Fernwärmezulauf versorgt gleichzeitig einen Trinkwasserkreislauf mit Wärme, die in einem zweiten Wärmetauscher übertragen wird. Wird dem Trinkwasserkreislauf kein Warmwasser entnommen, wird Restwärme im primärseitigen Wärmekreislauf nach Erwärmen des Trinkwasserkreislaufs genutzt, um den Heizungskreislauf zu erwärmen. Wird dem Trinkwasserkreislauf Warmwasser entnommen, dient die Restwärme des primärseitigen Wärmekreislaufs nach Erwärmen des Heizungskreislaufs dazu, in einem dritten Wärmetauscher (kaltes) Frischwasser vorzuwärmen, das im Anschluss an die Vorwärmung dem Trinkwasserkreislauf zugeführt wird. Im Anschluss daran ist eine Nacherwärmung des Trinkwasserkreislaufs erforderlich, die im zweiten Wärmetauscher mit dem primärseitigen Wärmekreislauf erfolgt.
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Der Erfinder hat erkannt, dass die Übergabestation der
DE 10 2008 057 908 A1 mit drei separaten Wärmetauschern einen komplexen Aufbau aufweist und hohe Material-, Montage- und Wartungskosten verursacht.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2008 038 617 A1 ist eine Hausanschlussstation bekannt, bei der ein einstufiger Warmwasserbereiter vorgesehen ist. Der Warmwasserbereiter hat einen Wärmeübertrager, wobei ein primärseitiger Rücklauf des Wärmeübertragers mit einem primärseitigen Vorlauf eines Heizversorgers verbunden ist. Ein primärseitiger Rücklauf des Heizversorgers ist mit einem primärseitigen Vorlauf des Wärmeübertragers des Warmwasserbereiters verbunden. Um den Rücklauf aus dem Heizversorger in den Warmwasserbereites auszunutzen, ist am primärseitigen Rücklauf des Warmwasserbereiters ein Dreiwegemischventil vorgesehen, um Vorlauf- und Rücklaufwasser zu mischen.
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Aus
DE 195 08 061 A1 ist ein Warmwasserbereitungs- und Heizsystem bekannt, das in allen Betriebsfällen eine möglichst minimale Rücklauftemperatur bewirken soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Übertragung von Wärme in einer Übergabestation und eine verbesserte Übergabestation zur Übertragung von Wärme zur Verfügung zu stellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Wärme in einer Übergabestation von einem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf auf einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf und einen sekundärseitigen Brauchwasserkreislauf in Übereinstimmung mit Anspruch 1 bereit. Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Übergabestation zur Übertragung von Wärme von einem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf auf einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf und einen sekundärseitigen Brauchwasserkreislauf in Übereinstimmung mit Anspruch 2 bereit.
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Weitere Ausführungen und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Vor einer detaillierten Beschreibung des Verfahrensablaufs folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen und deren Vorteile.
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Wie eingangs erwähnt, ist es ein Ziel bei Vorrichtungen, wie Übergabestationen, und Verfahren zur Übertragung von Wärme, die Fernwärme möglichst verlustfrei zu übertragen.
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Der Erfinder hat nun erkannt, dass eine effektive Wärmenutzung und ein einfacherer Aufbau einer Übergabestation möglich ist, indem die Übergabestation in einem Zirkulationsbetrieb und einem Wasserzufuhrbetrieb betrieben wird, wobei sich die Wärmeübertragung und die Wärmezufuhrkreislaufverteilung in den beiden Betriebszuständen unterscheiden.
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Im Zirkulationsbetrieb zirkuliert Brauchwasser, bspw. Trinkwasser, in einem Brauchwasserkreislauf. Restwärme eines primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs wird nach Erwärmen eines sekundärseitigen Brauchwasserkreislaufs genutzt, um einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf, wie bspw. Wasser in einem Heizungskreislauf, zu erwärmen. Der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf ist bspw. ein Fernwärmezulauf, der Wärme in einem Wärmeübertrager - auf der Primärseite - auf Brauchwasser des Brauchwasserkreislaufs - auf der Sekundärseite - in einer Übergabestation überträgt. Das heißt die Primärseite ist die Wärmeabgabeseite, während die Sekundärseite die Wärmeaufnahmeseite ist. Dazu wird der primärseitige Wärmekreislauf nach Erwärmen des Brauchwasserkreislaufs wenigstens teilweise zu dem Nutzwärmekreislauf geführt. Das heißt, (Rest-)Wärme die dann noch in dem primärseitigen Wärmekreislauf enthalten ist, kann zur Erwärmung des Nutzwärmekreislaufs verwendet werden.
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Im Wasserzufuhrbetrieb, wird (kaltes, frisches) Wasser von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet, welches bspw. in einem Wärmeübertrager erwärmt wird. Dazu nutzt das Verfahren Restwärme des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs nach Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs, indem der primärseitige Wärmekreislauf nach Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs wenigstens teilweise zu dem Brauchwasserkreislauf geführt wird und dort das zugeführte (kalte) Wasser erwärmt.
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Der Wärmezufuhrkreislauf ist ein primärseitiger Wärmeträgermedium Wasser umfasst und der Wärme von einer Wärmequelle zu den zwei eingangs genannten Wärmeübertragern der Übergabestation und zurück transportiert. Die Temperatur des Wärmezufuhrkreislaufs kann bspw. bei manchen Ausführungsbeispielen im Bereich von 80 °C bis 125 °C. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann sie auch höher liegen. Die Wärmequelle zeichnet sich dadurch aus, dass sie Wärme, bspw. durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie Öl oder Gas erzeugt. Alternativ oder ergänzend kann sie mittels klassischer und/oder alternativer elektrischer Energie Wärme erzeugen. Entsprechend ist die Wärmequelle bspw. ein Heizkraftwerk eines Fernwärmenetzes und/oder eines Nahwärmenetzes. Die Wärmequelle kann auch als Wärmespeicher ausgestaltet sein, der wiederum von einer bspw. von der Übergabestation entfernten Wärmequelle gespeist wird.
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Ein erster Wärmeübertrager der Übergabestation überträgt in einer ersten Übertragungsstufe Wärme des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs an einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf, bspw. einen Vorlaufkreislauf eines Heizungskreislaufs. Dieser wird zur Erwärmung sekundärseitig in den ersten Wärmeübertrager eingeleitet. Der Heizungskreislauf verläuft auf der Sekundärseite des ersten Wärmetauschers, also der Verbraucherseite und weist bei manchen Ausführungsbeispielen bspw. eine Temperatur von 30 °C bis 40 °C auf.
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Der Heizungskreislauf ist bei manchen Ausführungsbeispielen abgeschlossen. In diesem Fall umfasst der Heizungskreislauf eine Reihe von Heizkörpern, Heizwasserrohren und/oder anderen Wärmeabgabestationen, die bspw. in einem Wohnhaus, einem Gewerbe- und/oder Industriegebäude oder dergleichen angeordnet sind. Der Heizungskreislauf ist nicht auf einzelne Gebäude beschränkt, sondern kann einen ganzen Gebäudekomplex mit Heizwärme versorgen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Heizungskreislauf nicht abgeschlossen. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann dem Heizungskreislauf als Wärmeträgermedium dienendes Nutzwasser entnommen und/oder hinzugefügt werden. Dies geschieht bspw. wenn ein direkter Wärmeaustausch im ersten Wärmeübertrager stattfindet, wie später noch erläutert wird. Eine Entnahme kann aber auch sekundärseitig, bspw. in Industrieanlagen erfolgen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem an den zweiten Wärmetauscher der Übergabestation gekoppelten sekundärseitigen Kreislauf um einen Brauchwasserkreislauf, der Trinkwasser als Wärmeträgermedium führt. Auch dieser wird in einer ersten Übertragungsstufe mittels des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufes auf eine definierte Temperatur erwärmt. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird bspw. die Wassertemperatur aus Gründen der Trinkwasserhygiene auf mindestens 60 °C aufgeheizt. Der Brauchwasserkreislauf dient zur Bereitstellung von Warmwasser, welches in Privathaushalten, typsicherweise zu den Morgen- und Abendstunden über entsprechende, im Brauchwasserkreislauf vorgesehene Zapfstellen wie Dusche, Wasserhahn oder dergleichen, entnommen werden kann. In Industrieanlagen kann ebenfalls eine Wasserentnahme über entsprechende Zapfstellen vorgesehen sein.
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Der Brauchwasserkreislauf versorgt in einigen Ausführungsbeispielen einzelne Gebäude, kann aber auch für ganze Gebäudekomplexe, wie Wohnanlagen ausgelegt sein.
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Die zwei Wärmeübertrager der Übergabestation bilden folglich die Schnittstelle zwischen primärseitigem Wärmezufuhrkreislauf und sekundärseitigen Wärmeverbrauchern. Sie dienen der Übertragung von Wärme von einem ersten Wärmemedium, dem Wasser des primärseitigen Wärmekreislaufs, auf ein zweites Medium, dem Wasser des sekundärseitigen Nutzwärmekreislaufs bzw. des Brauchwasserkreislaufs.
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Der Aufbau und die Funktionsweise der Wärmeübertrager entsprechen in den Ausführungsbeispielen des ersten Aspekts dem bzw. der bekannter Wärmeübertrager. Zwei Wärmemedien unterschiedlicher Temperatur werden im Wärmeübertrager zusammengeführt. Dabei geht, entsprechend dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, Wärme von dem Medium höherer Temperatur auf das Medium geringerer Temperatur über. Das wärmere Medium ist in den Ausführungsbeispielen immer das primärseitige Wärmezufuhrmedium.
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Beim bekannten Rekuperator-Prinzip sind beide Medien im Wärmeübertrager über eine wärmedurchlässige Trennschicht getrennt, die dem ersten Medium Wärme entzieht und an das zweite Medium abgibt. Man spricht hier von einem indirekten Wärmeaustausch. Die Trennschicht weist typischerweise ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, bspw. Metall, Emaille, Kunststoff, Glas oder Siliciumcarbid auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen hat die Trennschicht für eine möglichst effektive Wärmeübertragung eine geringe Dicke. Um die Übertragung der Wärme aus dem Wärmemedium auf die Trennschicht und umgekehrt zu begünstigen, herrscht in den Leitungselementen des Wärmeübertragers eine turbulente Strömung vor. Gleichzeitig gilt, je größer die Oberfläche der Trennschicht, umso mehr Wärme wird übertragen. Typische Bauweisen sind der Plattenwärmeübertrager, Spiralwärmeübertrager oder Rohrbündelwärmeübertrager. Eine entgegengesetzte Flussrichtung der Wärmemedien entlang der Trennschicht erzielt bei diesem Prinzip den besten Wärmeaustausch unter den Wärmemedien.
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Alternativ ist insbesondere für den oben beschriebenen Heizungskreislauf auch eine direkte Wärmeübertragung im Wärmeübertrager denkbar, bei dem neben einem Wärmeaustausch auch ein Stoffaustausch zwischen beiden Medien erfolgt.
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Entsprechend dem ebenfalls bekannten Regenerator-Prinzip wird der Wärmeübertrager abwechselnd von den beiden Medien durchströmt, wobei ein Wärmespeichermedium die Wärme des ersten Mediums aufnimmt und anschließend an das zweite Medium abgibt.
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Nach geltenden Hygienevorschriften in Deutschland muss die Temperatur im Rücklauf des Brauchwasserkreislaufs mindestens 60 °C betragen. Die Temperatur des sekundärseitigen Rücklaufs des Brauchwasserkreislaufs sollte dabei 55 °C nicht unterschreiten. Diese Vorschriften dienen zur Eindämmung der Ausbreitung von Keimen und Krankheitserregern, insbesondere Legionellen, im Brauchwasser. Folglich ist bei manchen Ausführungsbeispielen die Brauchwassertemperatur größer oder gleich 60 °C.
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Zur Einschränkung der Keimvermehrung und/oder zur gleichmäßigen Temperaturverteilung im Netz ist im Brauchwasserkreislauf eine Umwälzpumpe angeordnet, die für eine ausreichende Bewegung des Brauchwassers sorgt. Die Hygienevorschriften in Deutschland schreiben mindestens eine 16-stündige Zirkulation des Brauchwassers pro Tag vor, die entsprechend bei manchen Ausführungsbeispielen eingehalten wird.
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Die Zirkulation des Brauchwasserkreislaufs dient darüber hinaus auch einer gleichmäßigen und sofortigen Bereitstellung von Warmwasser überall im Brauchwasserkreislauf.
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Die Betriebszustände Zirkulationsbetrieb und Wasserzufuhrbetrieb sind folgt ausgestaltet:
- Im Zirkulationsbetrieb zirkuliert die Umwälzpumpe das Brauchwasser im Brauchwasserkreislauf. Bei manchen Ausführungsbeispielen dient die Zirkulation auch dazu, die eingangs erläuterten Hygieneanforderungen zu erfüllen und das warme Brauchwasser gleichmäßig an Zapfstellen im Brauchwasserkreislauf bereitzustellen. Dies erfordert eine Nacherwärmung des Brauchwassers, da dessen Temperatur aufgrund von Wärmeverlusten ständig sinkt. Um der Auskühlung des Brauchwassers entgegen zu wirken, erfolgt bei manchen Ausführungsbeispielen bspw. im zweiten Wärmeübertrager eine Erwärmung des Brauchwassers mit dem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf.
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Gleichzeitig wird im ersten Wärmeübertrager der Nutzwärmekreislauf des Heizungskreislaufs mit dem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf erwärmt. Dazu wird der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf vor einer Übertragung von Wärme in einem der Wärmeübertrager in einen Nutzwärmezufuhrkreislauf und einen Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf aufgeteilt, wobei der Nutzwärmezufuhrkreislauf dem ersten Wärmeübertrager zugeführt wird und der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf dem zweiten Wärmeübertrager zugeführt wird. Das Verhältnis der Aufteilung richtet sich bspw. nach den Leistungen des ersten und zweiten Wärmetauschers, dem Wärmebedarf im Brauch- bzw. Nutzwasserkreislauf oder nach sonstigen dem Fachmann bekannten Anforderungen. Ein Wechsel zwischen Zirkulations- und Wasserzufuhrbetrieb kann bspw. von Tag zu Tag oder anderen den aktuellen Anforderungen entsprechenden Zeitintervallen erfolgen.
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Für die geschilderte Nacherwärmung des Brauchwassers sind im Vergleich zu einer Frischwassererwärmung, die mit Bezug auf den Wasserzufuhrbetrieb näher erläutert wird, nur geringe Wärmemengen erforderlich, sodass der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf nach Erwärmen des zirkulierenden Brauchwassers noch eine große Restwärmemenge enthält.
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Der Erfinder hat hier weiter erkannt, dass diese Restwärme im Zirkulationsbetrieb für die Erwärmung des eingangs beschriebenen Nutzwärmekreislaufs, d.h. bspw. des Heizungskreislaufs, genutzt werden kann. Der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf wird entsprechend nach Erwärmen des Brauchwasserkreislaufs wenigstens teilweise mit dem Nutzwärmezufuhrkreislauf gemischt, um seine Restwärme in einer zweiten Wärmeübergabestufe auf den Nutzwärmekreislauf des Heizungskreislaufs zu übertragen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird ein Mischungsverhältnis der beiden Ströme derart gesteuert, dass der Nutzwärmekreislauf auf einen Temperatursollwert erwärmt wird. Dazu erfasst eine Steuerung Temperaturwerte, Druckwerte und/oder Durchflussmengen bspw. mit in der Übergabestation angeordneter Temperatur- und/oder Drucksensoren und/oder einem Wasserzähler.
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Das gesteuerte Mischungsverhältnis wird mittels wenigstens eines primärseitig angeordneten Ventils, bspw. ein steuerbares Dreiwege-Ventil oder zwei steuerbare Zweiwege-Ventile, die je in der Vorlaufleitung des Nutzwärmezufuhrkreislaufs bzw. der Zulaufleitung des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs angeordnet sind, und/oder wenigstens einer primärseitig angeordneten Wasserstrahlpumpe eingestellt. Generell kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Wasserstrahlpumpe durch ein Dreiwege-Ventil, gegebenenfalls mit Zusatzpumpe, ersetzt werden und umgekehrt. Die Mischung erfolgt bevor beide Ströme gemeinsam dem ersten Wärmeübertrager zugeführt werden. Alternativ kann eine Mischung direkt im Wärmeübertrager erfolgen. Bei manchen Ausführungsbeispielen erfolgt die Mischung auch über Rückschlagklappe, bei denen eine Ansteuerung bei manchen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich ist.
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Die aus diesem Mischungsverhältnis resultierende Mischtemperatur der beiden Ströme sollte aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik über dem Temperatursollwert des Nutzwärmekreislaufs liegen, um eine effektive Wärmeübertragung zu erreichen. Je mehr Wärme der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf schon im zweiten Wärmeübertrager in der ersten Übertragungsstufe auf den Brauchwasserkreislauf übertragen hat, umso geringer ist sein Mischanteil für die zweite Übertragungsstufe und umgekehrt. Hat der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf bei der Erwärmung des Brauchwasserkreislaufs kaum Wärme verloren, kann ggf. bei der Erwärmung des Nutzwärmekreislaufs sogar auf die Zufuhr des Nutzwärmezufuhrkreislaufs verzichtet werden. Entsprechend schließt die Steuerung dann ein sperrbares Zweiwege-Ventil in der Vorlaufleitung des Nutzwärmezufuhrkreislaufs.
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In Abhängigkeit eines Vergleichs des tatsächlich erreichten Temperaturwertes des Nutzwärmekreislaufs nach Erwärmen und dem Temperatursollwert kann das eingestellte Mischungsverhältnis bei manchen Ausführungsbeispielen nachgeregelt werden.
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Durch Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs mit dem Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf wird die Rücklauftemperatur des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs im Zirkulationsbetrieb vorteilhaft verringert.
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Der Wärmezufuhrkreislauf im Zirkulationsbetrieb wird nach Erwärmen des Brauchwasserkreislaufs in dem zweiten Wärmeübertrager wenigstens teilweise erneut dem Brauchwasserkreislauf zugeführt, um Restwärme auf diesen zu übertragen und/oder die Temperatur des Wärmezufuhrkreislaufs abzusenken und damit die Verkalkungsgefahr im zweiten Wärmeübertrager auf der Sekundärseite wenigstens zu verringern. Dazu wird ein Teil des im zweiten Wärmeübertrager erkalteten Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs über ein Ventil und/oder eine Wasserstrahlpumpe erneut in die primärseitige Vorlaufleitung des zweiten Wärmetauschers eingespeist. Die Mischung erfolgt bei vor dem zweiten Wärmeübertrager, kann aber auch in ihm erfolgen. Das beschriebene Vorgehen ist dann geeignet, wenn der Wärmezufuhrkreislauf in der ersten Erwärmungsstufe kaum Wärmeverluste erlitten hat, wie oben schon beschrieben.
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Der Wasserzufuhrbetrieb dient dazu, bei und/oder nach einer Warmwasserentnahme aus dem Brauchwasserkreislauf, von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs Wasser, in den Brauchwasserkreislauf einzuleiten und dieses zu erwärmen. Bei manchen Ausführungsbeispielen handelt es sich dabei um frisches Trinkwasser. In das Trinkwasser kann über eine externe Wasserzufuhrleitung Frischwasser eingeleitet werden. Das Frischwasser kommt dann bspw. von einem Wasserwerk und muss bei manchen Ausführungsbeispielen, um bspw. den eingangs erwähnten Hygienevorschriften zu genügen, ebenfalls auf die Temperatur von 60°C erwärmt werden.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Frischwasser in einem weiteren Wärmeübertrager vorzuwärmen und anschließend in den Brauchwasserkreislauf einzuleiten. In einem anschließenden Schritt wird das Frischwasser dann im Brauchwasserkreislauf auf die erforderliche Temperatur erwärmt.
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Der Erfinder hat hingegen erkannt, dass das Wasser unter Ausnutzung einer Zirkulationspause vor einer Erwärmung in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet werden und über den zweiten Wärmeübertrager in nur einem Schritt erwärmt werden kann. Die Zirkulationspause beträgt bei manchen Ausführungsbeispielen maximal acht Stunden pro Tag, um Vorschriften in Deutschland gerecht zu werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Zirkulationspausen hingegen beliebig nach den jeweiligen Anforderungen zum Erwärmen des zugeführten Wassers gewählt werden.
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Das Einleiten des Wassers in den Brauchwasserkreislauf erfolgt bspw., sobald Brauchwasser entnommen wird. Alternativ wird Wasser eingeleitet, wenn der Druck bzw. der Wasserpegel im Brauchwasserkreislauf einen Mindestwert unterschreitet. Das Wasser wird zwischen dem zweiten Wärmeübertrager und der letzten in Zirkulationsrichtung des Brauchwassers befindlichen Zapfstelle in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet, sodass das Frischwasser zunächst den zweiten Wärmeübertrager passieren muss und erwärmt wird, bevor es an einer Zapfstelle zur Verfügung steht. Dadurch ist eine Versorgung mit warmem Brauchwasser an allen Zapfstellen jederzeit gewährleistet.
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Gleichzeitig wird, wie oben schon angedeutet, im Wasserzufuhrbetrieb die Zirkulation des Brauchwasserkreislaufs unterbrochen, indem die Umwälzpumpe deaktiviert wird, sodass das Brauchwasser, abgesehen von seiner eigenen Trägheitsbewegung, im Brauchwasserkreislauf still steht. Eine Vermischung von Brauchwasser und eingeleitetem Wasser wird so im Wesentlichen verhindert, was wiederum dafür sorgt, dass im Wasserzufuhrbetrieb nur das von außerhalb eingeleitete, Wasser in den zweiten Wärmeübertrager gelangt.
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Die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Pumpe übernimmt bei manchen Ausführungsbeispielen ebenfalls die Steuerung. Diese erfasst bspw. mittels des in der Wasserzufuhrleitung angeordneten Wasserzählers, dass in der Wasserzufuhrleitung Wasser fließt und deaktiviert darauf die Umwälzpumpe. Bei manchen Ausführungsbeispielen erfasst bspw. die Steuerung über einen im Brauchwasserkreislauf angeordneten Drucksensor einen kurzzeitigen Druckabfall im Brauchwasserkreislauf und setzt daraufhin die Umwälzpumpe außer Betrieb.
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Das Deaktivieren der Zirkulation im Wasserzufuhrbetrieb, insbesondere bei andauernder Brauchwasserentnahme, beeinträchtigt bei manchen Ausführungsbeispielen nicht die Versorgung der Zapfstellen mit Warmwasser, da das in der Wasserzufuhrleitung vorherrschende Druckniveau eine ausreichende Zirkulation und Verteilung des erwärmten Frischwassers im Brauchwasserkreislauf gewährleistet. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Auskühlung auf der Strecke im Zapffall aufgrund der kurzen Verweilzeit des Warmwassers im Brauchwasserkreislauf vernachlässigt werden.
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Wie schon erwähnt, wird das von außerhalb eingeleitete Wasser bei manchen Ausführungsbeispielen auf die vorgeschriebene Mindesttemperatur von 60°C erwärmt, um ebenfalls den eingangs erwähnten Hygienevorschriften zu genügen. Es kann in Abhängigkeit der Witterungsverhältnisse eine deutlich geringere Temperatur von bspw. ca. 8°C bis 25°C aufweisen.
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Hier hat der Erfinder weiter erkannt, zur Erwärmung des im Brauchwasserkreislauf befindlichen eingeleiteten Wassers im Wasserzufuhrbetrieb die Restwärme des Nutzwärmezufuhrkreislaufs nach Erwärmung des sekundärseitigen Nutzwärmekreislaufs bspw. im ersten Wärmeübertrager in einer zweiten Übertragungsstufe auszunutzen.
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Entsprechend wird der Nutzwärmezufuhrkreislauf nach Erwärmung des Nutzwärmekreislaufs mit dem Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf gemischt, um seine Restwärme auf das eingeleitete Wasser zu übertragen. Diese Mischung erfolgt bei manchen Ausführungsbeispielen, analog zu der oben beschriebenen Mischung, bevor beide Ströme dem zweiten Wärmeübertrager gemeinsam zugeführt werden.
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Auch hier steuert bei manchen Ausführungsbeispielen die Steuerung ein Mischungsverhältnis der beiden Ströme derart, dass das Frischwasser auf einen Temperatursollwert, mindestens 60°C, erwärmt wird. Dazu erfasst sie erneut Temperaturwerte, bevorzugt die des Frischwassers, des Nutzwärmezufuhrkreislaufs nach Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs und/oder des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs. Alternativ oder ergänzend erfasst die Steuerung eine Durchflussmenge des Frischwassers und/oder des dem Brauchwasserkreislauf entnommenen Brauchwassers und bestimmt ein Mischungsverhältnis in Abhängigkeit dieser Durchflussmenge.
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Die Ströme werden bei manchen Ausführungsbeispielen mittels eines steuerbaren Dreiwegeventils, einer Wasserstrahlpumpe und/oder zweier steuerbarer Zweiwegeventile, die in der Zulaufleitung des Nutzwärmezufuhrkreislaufs bzw. der Vorlaufleitung des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs angeordnet sind, gemischt. Die eingestellte Mischtemperatur liegt bei manchen Ausführungsbeispielen über dem Temperatursollwert des eingeleiteten Wassers. Je wärmer eingeleitetes Frischwasser und der Nutzwärmezufuhrkreislauf, umso größer ist der Mischanteil des Nutzwärmezufuhrkreislaufs für die zweite Übertragungsstufe im zweiten Wärmeübertrager.
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In Abhängigkeit eines Vergleichs des tatsächlich erreichten Temperaturwertes des eingeleiteten Wassers nach Erwärmen und dem Temperatursollwert kann die Steuerung das eingestellte Mischungsverhältnis bei manchen Ausführungsbeispielen auch hier nachregeln.
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Auf diese Weise kann bei manchen Ausführungsbeispielen die Rücklauftemperatur des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs gesenkt werden.
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Die Erwärmung des eingeleiteten Wassers kann, wie beschrieben, über den zweiten Wärmeübertrager in nur einem Schritt erfolgen. Darüber hinaus verringert der annähernde Stillstand des Brauchwassers im Wasserzufuhrbetrieb das Ausmaß von Leitungsverlusten. Der Nacherwärmungsbedarf des Brauchwassers kann bei manchen Ausführungsbeispielen kostensparend reduziert werden - auch bei einer maximalen Deaktivierungszeit der Umwälzpumpe von acht Stunden pro Tag.
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Zusammenfassend liegt eine Kombination einer zweistufigen Wärmeübertragung zur Reduzierung der Temperatur des primärseitigen Rücklaufs mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau einer Übergabestation vor.
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Insbesondere zu warmen Jahreszeiten, in denen ein reduzierter oder kein Heizbedarf besteht, kann im Wasserzufuhrbetrieb die Erwärmung des Frischwassers zum großen Teil über die im Nutzwärmezufuhrkreislauf enthaltene (Rest-)Wärme realisiert werden. Andererseits kann im Zirkulationsbetrieb die Erwärmung des Heizungskreislaufs zum großen Teil mit Restwärme des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs realisiert werden.
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Es folgen einige Erläuterungen zu Ausführungsbeispielen einer Übergabestation, die geeignet ist, die zuvor beschriebenen Verfahrensmerkmale auszuführen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen zirkuliert in der Übergabestation zur Übertragung von Wärme von einem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf auf einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf und einen sekundärseitigen Brauchwasserkreislauf in dem oben beschriebenen Zirkulationsbetrieb Brauchwasser im Brauchwasserkreislauf und leitet in einem Wasserzufuhrbetrieb Wasser von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs in den Brauchwasserkreislauf ein. Die Übergabestation umfasst einen ersten Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme vom den primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf auf den sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf und einen zweiten Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von dem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf auf den Brauchwasserkreislauf, wie oben ausführlich beschrieben.
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Dazu teilt die Übergabestation, wie oben schon ausgeführt, den primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf in einen Nutzwärmezufuhrkreislauf und einen Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf auf, bevor sie diese zu den Wärmeübertragern führt. Sie umfasst ferner eine Umwälzpumpe und eine Steuerung, deren Funktion schon erläutert wurde. Die Übergabestation führt im Zirkulationsbetrieb den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf, nach Wärmeübertragung auf den Brauchwasserkreislauf, zu dem ersten Wärmeübertrager, um dort Restwärme des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs auf den Nutzwärmekreislauf zu übertragen und im Wasserzufuhrbetrieb den Nutzwärmezufuhrkreislauf, nach Wärmeübertragung im ersten Wärmeübertrager auf den Nutzwärmekreislauf, zu dem zweiten Wärmeübertrager, um Restwärme des Nutzwärmezufuhrkreislaufs auf das Wasser zu übertragen, das von außerhalb in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet wurde.
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Zum Deaktivieren der Pumpe im Wasserzufuhrbetrieb, wie oben beschrieben, umfasst die Steuerung bei manchen Ausführungsbeispielen die oben erwähnten Drucksensoren und/oder den Wasserzähler, die im Brauchwasserkreislauf bzw. in der Wasserzufuhrleitung angeordnet sind. Sie messen einen Druckwert bzw. eine Druckschwankung und/oder eine Durchflussmenge und überführen die gemessenen Größen an die Steuerung. Ermittelt die Steuerung anhand einer detektierten Messgröße, dass Wasser von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet wird, erzeugt die Steuerung ein Steuersignal zum Deaktivieren der Umwälzpumpe, das sie an die Umwälzpumpe überträgt. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuerung mit einem Zeitgeber versehen, der aktuelle Zeitwerte an die Steuerung liefert. Ermittelt die Steuerung eine Übereinstimmung eines aktuellen Zeitwerts mit einem hinterlegten, vordefinierten Zeitwert, erzeugt die Steuerung wiederum ein Steuersignal zum Deaktivieren der Umwälzpumpe. Analog steuert die Steuerung bei manchen Ausführungsbeispielen auch die Aktivierung der Umwälzpumpe beim Übergang in den Zirkulationsbetrieb, wie weiter unten noch beschrieben wird.
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Die Steuerung umfasst bei manchen Ausführungen, wie schon angedeutet, sekundärseitig und/oder primärseitig auch Temperatursensoren, die zum Ermitteln eines Mischungsverhältnisses die Temperatur der primärseitigen Zufuhrströme vor und/oder nach einer Wärmeübertragung und des sekundärseitigen im Brauchwasserkreislauf befindlichen Wassers vor bzw. nach Erwärmen messen. Alternativ dienen auch die vom Wasserzähler gemessenen Werte für eine Bestimmung eines Mischungsverhältnisses. Die Steuerung kann entsprechend erfasste Temperaturwerte zusammen mit einem vorbestimmten, hinterlegten Temperatursollwert auswerten und entsprechende Steuersignale zum Einstellen des Mischungsverhältnisses erzeugen. Alternativ generiert sie Steuersignale in Abhängigkeit der eingeleiteten Wassermenge.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen dienen die bzw. das oben beschriebene, wenigstens eine primärseitig angeordnete Wasserstrahlpumpe und/oder Ventil zum Einstellen des ermittelten Mischungsverhältnisses. Dazu übermittelt die Steuerung die erzeugten Steuersignale an die Wasserstrahlpumpe und/oder das Ventil, welche sich entsprechend öffnen bzw. schließen. Bei manchen Ausführungsbeispielen erfolgt die Mischung auch über Rückschlagklappe, bei denen eine Ansteuerung bei manchen Ausführungsbeispielen nicht erforderlich ist.
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Wird kein Wasser in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet, verharrt die Übergabestation im Zirkulationsbetrieb oder geht in diesen über. In einigen Ausführungsbeispielen erzeugt die Steuerung im letzten Fall ein Steuersignal für die Umwälzpumpe, das diese aktiviert, bspw. durch ein Anschließen an eine Kreislaufversorgung. Alternativ aktiviert die Steuerung in Abhängigkeit der aktuellen Zeit die Pumpe. In einigen Ausführungen ermittelt die Steuerung analog zu oben beschriebenem Vorgehen ein Mischungsverhältnis für den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf und den Nutzwärmezufuhrkreislauf zum Übertragen von Restwärme des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs auf den Nutzwärmekreislauf im ersten Wärmeübertrager.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Steuerung eine Speichereinheit, in der die oben genannten Solltemperaturwerte für den sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf bzw. das im Brauchwasserkreislauf befindliche Wasser, Druckschwellwerte für den Brauchwasserkreislauf und/oder vordefinierte Zeitwerte für einen Betriebszustandswechsel hinterlegt sind.
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Damit die Steuerung die Messwerte von den Sensoren erfassen und Steuersignale übermitteln kann, stehen die einzelnen Komponenten jeweils mit der Steuerung über eine Daten-Verbindung in Kontakt. Zusätzlich können auch Einzelkomponenten direkt untereinander Daten austauschen. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Daten-Verbindung als Kabel-Verbindung ausgestaltet. Alternativ erfolgt eine kabellose Datenübertragung, bspw. per bekannter Infrarot- oder Funktechniken.
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Schließlich hat der Erfinder für den Spezialfall eines Wärmezufuhrkreislaufs mit einer Temperatur von 60 °C bis 80 °C gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erkannt, dass eine vergleichbar effektive Wärmenutzung in einem zweistufigen Wärmeübertragungsverfahren in einer Übergabestation mit drei Wärmeübertragern ebenfalls durch einen Wechsel von Zirkulationsbetrieb auf Wasserzufuhrbetrieb erzielt werden kann. Bspw. wird ein primärseitiger Wärmezufuhrkreislauf mit einer Temperatur von 60 C bis 80 °C von einem Fern- oder Nahwärmenetz oder dergleichen bereit gestellt.
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Dementsprechend wird Wärme in einer Übergabestation von einem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf auf einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf, einen sekundärseitigen Brauchwasserkreislauf und einen sekundärseitigen Wasserzufuhrkreislauf übertragen. Brauchwasserkreislauf und Nutzwärmekreislauf entsprechen den oben ausführlich beschriebenen sekundärseitigen Strömen. Der Wasserzufuhrkreislauf führt Frischwasser, dass von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs in diesen eingeleitet wird.
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In Analogie zum oben beschrieben Verfahren wird in den Ausführungsbeispielen dieses Aspekts im Zirkulationsbetrieb Brauchwasser im Brauchwasserkreislauf zirkuliert und in einem Wasserzufuhrbetrieb der Wasserzufuhrkreislauf von außerhalb des Brauchwasserkreislaufes in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet. Im Zirkulationsbetrieb wird der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf wenigstens teilweise nach Wärmeübertragung auf das Brauchwasser in dem Brauchwasserkreislauf dem Nutzwärmekreislauf zugeführt, um Restwärme des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs auf den Nutzwärmekreislauf zu übertragen, wie ebenfalls schon beschrieben.
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Im Wasserzufuhrbetrieb wird in den Ausführungen der Wasserzufuhrkreislauf nur mit Restwärme des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs, nach Wärmeübertragung auf den Nutzwärmekreislauf, vorerwärmt. Dazu wird der gesamte Nutzwärmezufuhrkreislauf zu dem Wasserzufuhrkreislauf geführt, um Restwärme auf den Wasserzufuhrkreislauf zu übertragen.
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Wie schon erwähnt, liegt die Temperatur des im Wasserzufuhrkreislauf geführten Frischwassers bei manchen Ausführungsbeispielen dieses Aspekts bspw. mit 8°C bis 25°C tiefer als bspw. das Wasser des Heizungskreislaufes und des Brauchwasserkreislaufes. Durch Verwendung der im Nutzwärmezufuhrkreislauf nach Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs noch enthaltenen Restwärme wird der Wasserzufuhrkreislauf auf eine höhere Temperatur vorerwärmt. Die Vorwärmtemperatur liegt höher, wenn der Nutzwärmezufuhrkreislauf bei Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs kaum Wärmeverluste erlitten hat. Dies ist insbesondere in den Sommermonaten der Fall. Bei manchen Ausführungsbeispielen werden zwar die Temperatur und das Volumen des Nutzwärmekreislaufs entsprechend dem sinkenden Heizbedarf (bspw. im Sommer), reduziert. Aber auch bei solchen Ausführungsbeispielen kann der Nutzwärmezufuhrkreislauf zur Erwärmung des Wassers im Wasserzufuhrkreislauf verwendet werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen dieses Aspekts erfolgt die Vorerwärmung des Frischwassers lediglich in einer zweiten Übertragungsstufe. Erst im Anschluss an die Vorerwärmung wird der Wasserzufuhrkreislaufkreislauf analog zu oben beschriebenem Vorgehen in den Brauchwasserkreislauf eingeleitet, wobei in diesem Fall bei manchen Ausführungsbeispielen die Zirkulation ausgeschaltet sein kann. Der Wasserzufuhrkreislauf wird zusammen mit dem Brauchwasser des Brauchwasserkreislaufs unter Verwendung des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs bei manchen Ausführungsbeispielen auf die Mindesttemperatur des Brauchwasserkreislaufs von 60 °C erwärmt. Diese Temperatur kann auch unter- oder oberhalb 60 °C liegen und die tatsächlich gewählte Temperatur hängt von bspw. den jeweiligen Anforderungen und Hygienevorschriften ab.
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Aufgrund der geringen Temperatur des Wärmezufuhrkreislaufs treten nur noch vermindert Kalkablagerungen in den Leitungen, die den Wärmezufuhrkreislauf leiten auf. Auf eine Beimischung von Entkalkungszusätzen kann folglich bei manchen Ausführungsbeispielen verzichtet werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Übertragung von Wärme mit einem Zirkulationsbetrieb und einem Wasserzufuhrbetrieb in Übereinstimmung mit der Erfindung veranschaulicht;
- 2 ein weiteres, detaillierteres Ablaufdiagramm des Verfahrens nach 1 veranschaulicht;
- 3 ein schematisches Zeitablaufdiagramm einer beispielhaften Verteilung der Zirkulations- und Wasserzufuhrbetriebszustände im Verlauf eines Tages veranschaulicht;
- 4 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Übergabestation zur Übertragung von Wärme in einer schematischen Darstellung veranschaulicht, bei welchem Ventile zur Realisierung des Zirkulations- und Wasserzufuhrbetriebs nach 1 verwendet werden;
- 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Übergabestation zur Übertragung von Wärme in einer schematischen Darstellung veranschaulicht, bei welchem Rückschlagklappen und ein Dreiwege-Ventil zur Realisierung des Zirkulations- und Wasserzufuhrbetriebs nach 1 verwendet werden; und
- 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Übergabestation zur Übertragung von Wärme in einer schematischen Darstellung veranschaulicht, bei welchem drei Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme verwendet werden.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ANHAND DER FIGUREN
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens mit einem Zirkulations- und Wasserzufuhrbetrieb zur Übertragung von Wärme in Übereinstimmung mit der Erfindung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Übertragung von Wärme nach einem Aspekt der Erfindung dargestellt, das bspw. in einer Übergabestation 1, 2 ausgeführt wird. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele haben gleiche oder ähnliche Komponenten gleiche Bezugszeichen. Bei dem Verfahren wird Wärme in einer Übergabestation 1, 2 (siehe 4 bis 5) von einem primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf 100 auf einen sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf 102 und einen sekundärseitigen Brauchwasserkreislauf 80 übertragen. In einem ersten Verfahrensschritt 200 befindet sich die Übergabestation 1, 2 in einem Zirkulationsbetrieb ZB (siehe 3), in dem Brauchwasser 104 in dem Brauchwasserkreislauf 80 zirkuliert. Gleichzeitig wird der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf 100 wenigstens teilweise, nach einer Wärmeübertragung auf den Brauchwasserkreislauf 80, zu dem Nutzwärmekreislauf 102 geführt, um Restwärme des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs 100 auf den Nutzwärmekreislauf 102 zu übertragen.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 300 befindet sich die Übergabestation 1, 2 in einem Wasserzufuhrbetrieb WB (siehe 3), in dem Wasser 106 von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs 80 in den Brauchwasserkreislauf 80 eingeleitet wird.
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Im Wasserzufuhrbetrieb wird der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf 100 wenigstens teilweise, nach einer Wärmeübertragung auf den Nutzwärmekreislauf 102, zu dem Brauchwasserkreislauf 80 geführt, um Restwärme des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs 100 auf das von außerhalb eingeleitete, im Brauchwasserkreislauf 80 befindliche Wasser 106 zu übertragen. Die Wärmeübertragung findet vom primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf 100 in einem ersten Wärmeübertrager 10 auf den Nutzwärmekreislauf 102 und in einem zweiten Wärmeübertrager 20 auf den Brauchwasserkreislauf 80 und das von außerhalb eingeleitete, im Brauchwasserkreislauf 80 befindliche Wasser 106 statt (siehe 4, 5).
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Entsprechend der in 1 gezeigten Schleife kann die Schrittfolge 200 - 300 beliebig oft wiederholt werden. Insbesondere kann das Verfahren auch einen Wechsel vom Wasserzufuhrbetrieb WB auf Zirkulationsbetrieb ZB ausführen. Ein Wechsel wird, bspw. durch eine Steuerung 90 initiiert, entweder infolge einer Auswertung von erfassten Druckwerten und/oder Durchflussmengen und/oder einer aktuellen Uhrzeit.
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Eine beispielhafte Verteilung des Zirkulations- und Wasserzufuhrbetriebs einer Übergabestation 1, 2, 3 im Verlauf eines Tages ist in 3 gezeigt. In Zeiten intensiver Warmwassernutzung wird dem Brauchwasserkreislauf 80 eine große Menge Brauchwasser 104 entnommen. In Wohngebäuden sind diese Zeiten, wie dargestellt, typischerweise auf die Morgen-, Mittags- und Abendstunden, also zwischen 5h 30min bis 8h, 11h 30min bis 13h sowie 18h 30min bis 20h 30min konzentriert. Zu diesen Zeiten befindet sich die Übergabestation 1, 2, 3 in Abhängigkeit der Uhrzeit immer im Wasserzufuhrbetrieb WB, um ausreichend Warmwasser bereiten zu können. Die Zirkulationspumpe 85 ist deaktiviert. Zu den Nachtstunden, also zwischen 20h 30min bis 5h 30min, findet typischerweise in Wohngebäuden keine merkliche Brauchwasserentnahme statt. Zu diesen Zeiten ist folglich der Zirkulationsbetrieb ZB bspw. fest eingestellt. Somit wird ein Großteil der erforderlichen Zirkulationszeit von 16h in den Nachtstunden realisiert. In den Zeiten von 8h bis 11h 30min und von 13h bis 18h 30min kann die Übergabestation 1, 2, 3 in Abhängigkeit der erfassten Druckwerte bzw. Durchflussmengen oder auch erfasster Temperaturwerte, bspw. des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b oder des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 101a, je nach Bedarf zwischen Wasserzufuhrbetrieb WB und Zirkulationsbetrieb ZB wechseln. Dabei muss die Mindestzirkulationszeit von sechzehn Stunden eingehalten werden.
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Durch die feste Einstellung des Zirkulations- und Warmwasserbetriebes zu bestimmen Zeiten des Tages kann die Umschalthäufigkeit bei manchen Ausführungsbeispielen minimiert werden.
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Ein konkreterer Ablauf des Verfahrens nach 1 ist in 2 gezeigt. Das Verfahren nach 2 führt bspw. die Übergabestation 1 nach 4 aus.
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In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird geprüft, ob Wasser 106 von außerhalb in einen Brauchwasserkreislauf 80 eingeleitet wird. Das Einleiten erfolgt über eine Wasserzufuhrleitung 84, die an einem Knotenpunkt 83 in eine sekundärseitige Brauchwasservorlaufleitung 81 des zweiten Wärmeübertragers 20 nahe der Sekundärseite 20b des Wärmeübertragers 20 im Brauchwasserkreislauf 80 mündet. Für die Prüfung misst ein in der Wasserzufuhrleitung 84 angeordneter Wasserzähler 96 eine Wasserdurchflussmenge in der Wasserzufuhrleitung 84 und erzeugt ein der Durchflussmenge entsprechendes Signal, das über eine zwischen einer Steuerung 90 der Übergabestation 1 und dem Wasserzähler 96 bestehende, als Kabel ausgestaltete Datenverbindung (gepunktete Linie) übermittelt wird. Eine Signalübertragung vom Wasserzähler 96 zur Steuerung 90 erfolgt bspw. dann, wenn sich der Durchfluss in der Wasserzufuhrleitung 84 ändert, infolge eines Anfragesignals der Steuerung 90 und/oder automatisch in regelmäßigen Zeitabständen. Die Steuerung 90 erfasst das Signal und wertet es aus.
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Ergibt die Auswertung, dass kein Wasser 106 in der Wasserzufuhrleitung 84 fließt, also kein Wasser 106 von außerhalb in den Brauchwasserkreislauf 80 eingeleitet wird, prüft die Steuerung 90 in einem nächsten Schritt 120, ob eine im Brauchwasserkreislauf 80 angeordnete Umwälzpumpe 85 aktiviert ist und Brauchwasser 104 im Brauchwasserkreislauf 80 zirkuliert. Dazu erfasst die Steuerung 90 ein den Zustand der Pumpe 85 repräsentierendes Signal der Pumpe 85, das auf Anfrage der Steuerung 90 generiert und über eine Datenverbindung (gepunktete Linie), ebenfalls ein Kabel, übermittelt wird.
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Ergibt die Auswertung des erfassten Signals in der Steuerung 90, dass die Pumpe 85 abgeschaltet ist, erzeugt die Steuerung 90 in Schritt 130 ein Steuersignal zum Aktivieren der Pumpe 85 und sendet es an die Pumpe 85. Durch das Steuersignal wird die Pumpe an eine Energieversorgung angeschlossen und aktiviert. Ergibt die Prüfung in Schritt 120 hingegen, dass die Pumpe 85 das Brauchwasser 104 im Brauchwasserkreislauf 80 zirkuliert, setzt das Verfahren direkt mit den Schritten 210 bis 250 fort.
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Die Schritte 210 bis 250 entsprechen Schritt 200 in 1, in dem sich die Übergabestation 1 im Zirkulationsbetrieb ZB befindet. Sie dienen dem Ermitteln und Einstellen eines Mischungsverhältnisses eines primärseitigen Nutzwärmezufuhrkreislaufs 100a und eines primärseitigen Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b zum Erwärmen des sekundärseitigen Nutzwärmekreislaufs 102 eines Heizungskreislaufs 70 in einem ersten Wärmeübertrager 10 der Übergabestation 1. Zur Wärmeabgabe umfasst der Heizungskreislauf 70 wenigstens einen Heizkörper 73. Der in der Vorlaufleitung 71 geführte Nutzwärmekreislauf 102 des Heizungskreislaufs durchströmt die Sekundärseite 10b des Wärmeübertragers 10 und nimmt dabei Wärme auf. Er verlässt die Sekundärseite 10b in der sekundärseitigen Rücklaufleitung 72 des Heizungskreislaufs 70 und transportiert die aufgenommene Wärme zu dem Heizkörper 73.
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Der Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a ist der Teil des in der primärseitigen Hauptvorlaufleitung 30 geführten primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs 100, der dem ersten Wärmeübertrager 10 zur Übertragung von Wärme auf den sekundärseitigen Nutzwärmekreislauf 102 zugeführt wird. Der Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a wird an einem Knotenpunkt 31 der Hauptvorlaufleitung 30 vom primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf 100 abgetrennt und in der Vorlaufleitung 30a zum ersten Wärmeübertrager 10 transportiert. Er durchströmt die Primärseite 10a des Wärmeübertragers 10 und gibt dabei in einer ersten Übertragungsstufe Wärme ab. Er verlässt die Primärseite 10a als erkalteter, Restwärme enthaltender Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a in der primärseitigen Rücklaufleitung 40a.
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Der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b ist der komplementäre Teil des primärseitigen Wärmezufuhrkreislaufs 100, der am Knotenpunkt 31 als Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b in die Vorlaufleitung 30b geleitet und zum Erwärmen des Brauchwasserkreislaufs 80 zu dem zweiten Wärmetauscher 20 geführt wird. Der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b hat jedoch die Primärseite 20a des zweiten Wärmeübertragers 20 bereits durchströmt und dabei in einer ersten Übertragungsstufe Wärme an den sekundärseitigen Brauchwasserkreislauf 80 abgegeben. Der erkaltete Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b enthält aber noch Restwärme, die in einer zweiten Übertragungsstufe sowohl zur Erwärmung des Nutzwärmekreislaufs 102 als auch zur nochmaligen Erwärmung des Brauchwassers 106 zur Verfügung steht. Der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b verlässt die Primärseite 20a des Wärmeübertragers 20 über eine sekundärseitige Rücklaufleitung 40b.
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In Schritt 210 in 2 erfasst die Steuerung 90 Temperaturwerte des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 100a, des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b und des Nutzwärmekreislaufs 102. Dazu umfasst die Übergabestation 1 die Temperaturfühler 99, 92 und 91, die in den Vorlaufleitungen 30a und 71 des ersten Wärmeübertragers 10 und in der primärseitigen Rücklaufleitung 40b des zweiten Wärmeübertragers 20 angeordnet sind. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird zusätzlich noch die Temperatur des Nutzwärmekreislaufs 102 mit einem Temperaturfühler 98, der in der Rücklaufleitung 72 angeordnet ist, bestimmt, um ein Mischungsverhältnis des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 100a und des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b zu bestimmen. Zusätzlich erfasst die Steuerung auch die Temperaturwerte des genannten primärseitigen Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 100b und des in der sekundärseitigen Vorlaufleitung 81 des zweiten Wärmeübertragers 20 geführten Brauchwassers 104 anhand von in der Vorlaufleitung 30b und der Vorlaufleitung 81 angeordneten Temperaturfühlern 95 und 93. Die Temperaturfühler 99, 92, 91, 95 und 93 stehen alle über eine als Kabel ausgestaltete Datenverbindung (gepunktete Linien) mit der Steuerung 90 in Kontakt und übertragen auf Anfrage der Steuerung 90 die angeforderten Temperaturwerte.
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In Schritt 220 ermittelt die Steuerung 90 anhand der erfassten Temperaturwerte der Temperaturfühler 99, 92 und 91 ein Mischungsverhältnis für den Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a und den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b, wozu sie auch einen in einer Speichereinheit (nicht dargestellt) der Steuerung 90 hinterlegten Temperatursollwert für den Nutzwärmekreislauf 102 nach Erwärmung heranzieht. Ein Mischanteil des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 100a und des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b wird so ermittelt, dass die Mischtemperatur beider Ströme jedenfalls größer ist als der hinterlegte Temperatursollwert des Nutzwärmekreislaufs 102. Gleichzeitig ermittelt die Steuerung 90 anhand der erfassten Temperaturwerte der Temperaturfühler 95, 92 und 93 ein Mischungsverhältnis für den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b und den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b, wozu sie ebenfalls einen in der Speichereinheit hinterlegten Temperatursollwert für das Brauchwasser 104 nach Erwärmung heranzieht. Der Mischanteil beider Ströme wird wiederum so ermittelt, dass die Mischtemperatur jedenfalls größer ist als der hinterlegte Temperatursollwert des Brauchwassers 104.
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In Schritt 230 erzeugt die Steuerung 90 entsprechend des für den Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a und den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b ermittelten Mischungsverhältnisses Steuersignale für die Zweiwege-Ventile 55 und 52. Das Ventil 55 befindet sich in der Vorlaufleitung 30a und reguliert den Zufluss des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 100a zum Wärmeübertrager 10. Das Ventil 52 ist in einer Zulaufleitung 46 angeordnet, die an einem Knotenpunkt 43 von der den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b führenden Rücklaufleitung 40b des zweiten Wärmeübertragers 20 abzweigt und an einem Knotenpunkt 32 in die Vorlaufleitung 30a des ersten Wärmeübertragers 10 einmündet. Es reguliert folglich die Zuflussmenge des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b zum ersten Wärmeübertrager 10. Ferner erzeugt die Steuerung 90 entsprechend des für den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b und den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b ermittelten Mischungsverhältnisses Steuersignale für das Zweiwege-Ventil 53 und eine Wasserstrahlpumpe 54. Das Ventil 53 befindet sich in einer Zulaufleitung 48, die an einem Knotenpunkt 44 von der Rücklaufleitung 40b abzweigt und in der in der Vorlaufleitung 30b angeordneten Wasserstrahlpumpe 54 mündet. Es reguliert die Zuflussmenge des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b zum Wärmeübertrager 20. Ansprechend auf die in Schritt 230 erzeugten Steuersignale öffnet sich das Ventil 53 entsprechend.
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Das bspw. als Wasserstrahlpumpe ausgeführte Ventil 54 reguliert die Zuflussmenge des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 100b und mischt beide Ströme miteinander. Darüber hinaus erzeugt die Steuerung ein Steuersignal für ein, in der Rücklaufleitung 40b zwischen dem Knotenpunkt 44 und einem weiteren Knotenpunkt 42, an dem die Rücklaufleitung 40b in die Hauptrücklaufleitung 40 mündet, angeordnetes Zweiwege-Ventil 51, sodass ein überschüssiger Teil des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b, der weder für die Erwärmung des Nutzwärmekreislaufs 102 noch für die Erwärmung des Brauchwassers 106 verwendet wird, in die Hauptrücklaufleitung 40 geführt werden kann.
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Die von der Steuerung 90 erzeugten Steuersignale werden über die bestehenden Datenverbindungen (gepunktete Linien) in Schritt 240 zu den Ventilen 55, 52, 53, 50 und 51 sowie zu der Wasserstrahlpumpe 54 übermittelt und öffnen bzw. schließen diese entsprechend der ermittelten Mischungsverhältnisse. Dadurch werden die Mischungsverhältnisse eingestellt. Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a und Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b vermischen sich kurz bevor sie zusammen dem ersten Wärmeübertrager 10 zugeführt werden. Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b und Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b werden vermischt, bevor sie zusammen dem zweiten Wärmeübertrager 20 zugeführt werden.
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Der darauf folgende Schritt 250 ist fakultativ. Er dient einer Überprüfung der durch die eingestellten Mischungsverhältnisse erzielten Temperaturwerte des Nutzwärmekreislaufs 102 und des Brauchwassers 104. In ihm erfasst die Steuerung 90 die Temperaturwerte des Nutzwärmekreislaufs 102 und des Brauchwassers 104 je nach Erwärmung in einem Wärmeübertrager 10, 20. Zu diesem Zweck sind in den sekundärseitigen Rücklaufleitungen 72 und 82 weitere Temperaturfühler 98 und 94 angeordnet. Die erfassten Temperaturwerte werden jeweils von der Steuerung 90 mit den hinterlegten Temperatursollwerten des Nutzwärmekreislaufs 102 bzw. des Brauchwassers 106 verglichen. Ermittelt die Steuerung 90 bei einem oder beiden Wertepaaren eine Abweichung über einen vordefinierten Toleranzwert hinaus, so durchläuft das Verfahren eine Regelschleife, in der die Schritte 220 bis 250 wie beschrieben für eines der oder beide Mischungsverhältnisse wiederholt werden, bis die Abweichung im Toleranzbereich liegt.
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Wenn die Abweichung in Schritt 250 im Toleranzbereich liegt, behält die Steuerung 90 das eingestellte Mischungsverhältnis bei, bis erneut ein Prüfschritt 110 ausgeführt wird, um festzustellen, ob Wasser 106 in den Brauchwasserkreislauf 80 eingeleitet wird. Dazu wertet die Steuerung erneut, wie eingangs beschrieben, ein von dem Wasserzähler 96 erhaltenes Signal aus. Wird dieses Mal festgestellt, dass Wasser 106 über die Wasserzufuhrleitung 84 von außerhalb des Brauchwasserkreislaufs 80 eingeleitet wird, erzeugt die Steuerung 90 ein Steuersignal für die Zirkulationspumpe 85 und sendet es an diese. Die Pumpe 85 wird durch das Steuersignal deaktiviert, indem deren Energieversorgung unterbrochen wird. Es findet in den folgenden Schritten keine Zirkulation des Brauchwassers 104 im Brauchwasserkreislauf 80 statt.
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Die Schritte 310 bis 350 entsprechen dem Schritt 300 in 1. Die Übergabestation 1 befindet sich im Wasserzufuhrbetrieb WB, in dem das in den Brauchwasserkreislauf 80 eingeleitete Wasser 106 mit dem oben schon eingeführten Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b, der dem zweiten Wärmeübertrager 20 in der Zufuhrleitung 30b zugeführt wird, und dem Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a, nach Erwärmen des Nutzwärmekreislaufs 102 im ersten Wärmeübertrager 10, im zweiten Wärmeübertrager 20 erwärmt wird. Entsprechend dienen die Schritte 310 bis 350 zum Ermitteln und Einstellen eines Mischungsverhältnisses der genannten Ströme.
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Der erkaltete Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a hat in einer ersten Übertragungsstufe schon Wärme im ersten Wärmeübertrager 10 auf den Nutzwärmekreislauf 102 übertragen, enthält aber noch Restwärme, die in einer zweiten Übertragungsstufe für die Erwärmung des Wassers 106 im Brauchwasserkreislauf 80 genutzt werden kann. Der Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a wird an einem Knotenpunkt 41 der primärseitigen Rücklaufleitung 40a teilweise in die Zulaufleitung 47 geleitet, die über einen weiteren Knotenpunkt 45 in die Zulaufleitung 48 und über diese in die Vorlaufleitung 30b des zweiten Wärmeübertragers 20 mündet. Dort erfolgt eine Mischung der beiden Ströme, kurz bevor sie zusammen dem zweiten Wärmeübertrager 20 zugeführt werden.
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Zum Ermitteln eines Mischungsverhältnisses für den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b und den Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a erfasst die Steuerung 90 in Schritt 310 Temperaturwerte des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 101a, des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 100b sowie des in den Brauchwasserkreislauf 80 eingeleiteten Wassers 106 mittels in der Rücklaufleitung 40a des ersten Wärmeübertragers 10 und in den Vorlaufleitungen 30b und 81 des zweiten Wärmeberträgers 20 angeordneter Temperaturfühler 97, 95 und 93, die die aktuelle Temperatur der in den Leitungen geführten Ströme messen. Die Messung bzw. Übermittlung der Temperaturwerte erfolgt auf Anfrage durch die Steuerung 90 und eine Datenübertragung über die bestehenden, als Kabel ausgestalteten Datenverbindungen (gepunktete Linien). Bei manchen Ausführungsbeispielen wird zusätzlich noch die mit einem Temperaturfühler 94 in der sekundärseitigen Rücklaufleitung 82 gemessenen Temperatur zur Bestimmung des Mischungsverhältnisses verwendet.
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Anhand der erfassten Temperaturwerte und eines in der Speichereinheit ebenfalls hinterlegten Temperatursollwertes des Wassers 106 nach Erwärmung - mindestens 60°C - wird in Schritt 320 ein Mischanteil für den Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b und den Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a ermittelt. Dabei liegt die Mischtemperatur des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 100b und des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 101a oberhalb des Temperatursollwertes.
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In Schritt 330 erzeugt die Steuerung 90 dem Mischungsverhältnis entsprechende Steuersignale für ein in der Zulaufleitung 47 angeordnetes Zweiwege-Ventil 50 sowie die zwischen Zulaufleitung 47 und Vorlaufleitung 30b angeordnete Wasserstrahlpumpe 54. Im Wasserzufuhrbetrieb WB wird der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b weder für die Erwärmung des Nutzwärmekreislaufs 102 noch für die Erwärmung des Wassers 106 verwendet. Dementsprechend sind die Ventile 52 und 53 geschlossen. Hingegen das Ventil 51 in der Rücklaufleitung 40b ist vollständig geöffnet, um den gesamten Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b in die Hauptrücklaufleitung 40 strömen zu lassen. Dementsprechend erzeugt die Steuerung 90 in Schritt 330 auch Steuersignale für die Ventile 52, 53 und 51.
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In Schritt 340 werden die Steuersignale an die Ventile 50, 52, 53 und 51 sowie die Wasserstrahlpumpe übertragen. Ventil 50 und die Wasserstrahlpumpe 54 werden entsprechend dem ermittelten Mischungsverhältnis geöffnet, Ventil 52 und 53 geschlossen und Ventil 51 geöffnet. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird zum Einstellen des Mischungsverhältnisses das Ventil 50 vollständig geöffnet, wobei die Wasserstrahlpumpe 54 eine dem Mischungsverhältnis entsprechende Wassermenge aus der Zulaufleitung 47 bzw. der Vorlaufleitung 30b zieht.
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Entsprechend des Schrittes 250 im Zirkulationsbetrieb ZB ist auch Schritt 350 des Wasserzufuhrbetriebs WB fakultativ. Auch er dient einer Überprüfung der durch das eingestellte Mischungsverhältnis erzielten Temperatur des Wassers 106. In ihm erfasst die Steuerung 90 den durch die Mischung von Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b und Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a erzielten Temperaturwert über einen in einer sekundärseitigen Rücklaufleitung 82 des zweiten Wärmeübertragers 20 positionierten Temperaturfühlers 94 und vergleicht diesen mit dem hinterlegten Temperatursollwert. Bei einer außerhalb eines Toleranzbereichs liegenden Temperaturdifferenz, insbesondere, wenn die Temperatur des Wassers 106 geringer als der Temperatursollwert ist, durchläuft das Verfahren in einer Regelschleife die Schritte 320 bis 350 wie oben beschrieben erneut, bis die Abweichung der Temperaturwerte im Toleranzbereich liegt. Sobald die Vergleichsprüfung in Schritt 350 im Wesentlichen eine Übereinstimmung zwischen den Temperaturwerten ergibt, behält die Übergabestation 1 das Mischungsverhältnis solange bei, bis in einem sich an Schritt 350 anschließenden Prüfschritt 110 ermittelt wird, dass die Einleitung von Wasser 106 in den Brauchwasserkreislauf 80 gestoppt wurde.
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Das Verfahren wird dann erneut durchlaufen. Alternativ, bspw., wenn die Übergabestation 1 außer Betrieb gesetzt wird oder bei Kreislaufausfall, wird das Verfahren beendet.
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Eine Übergabestation 2 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel (5) weist dieselbe Funktionalität auf, wie die in 4 dargestellte Übergabestation 1. Sie umfasst anstelle der Ventile 50 und 52 zwei selbstregelnde Rückschlagklappen 56 und 57. Die Rückschlagklappen 56 und 57 müssen im Gegensatz den Ventilen 50 und 52 bei manchen Ausführungsbeispielen nicht angesteuert werden, sondern sind, wie im Folgenden beschrieben, selbstregelnd ausgestaltet. Dadurch ist es bei manchen Ausführungsbeispielen möglich, eine hydraulisch optimierte Übergabestation 2 zu schaffen. Anstelle der Zweiwege-Ventile 51 und 53 weist die Übergabestation 2 am Knotenpunkt 44 ein Dreiwege-Ventil 58 auf. Die Rückschlagklappen 56 und 57 öffnen und schließen entsprechend dem in den Zulaufleitungen 47 bzw. 46 vorherrschenden Druckniveaus automatisch und erübrigen dadurch eine aktive Steuerung. Das Dreiwege-Ventil 58 übernimmt die Funktion der Ventile 51 und 53, wodurch die Anzahl der zu steuernden Komponenten weiter reduziert und der Aufbau der Übergabestation 2 vereinfacht wird. Die Umschaltung von Zirkulationsbetrieb ZB auf Wasserzufuhrbetrieb WB erfolgt nur noch über eine Steuerung des Dreiwege-Ventils 58. Im Zirkulationsbetrieb ZB wird dieses über die Steuerung 90 so eingestellt, dass ein überwiegender Teil des Brauchwasserwärmerücklaufkreislaufs 101b in die Zulaufleitung 48 gelangt.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen wird der gesamte Brauchwasserwärmerücklaufkreislaufs 101b erneut dem Brauchwasserkreislauf 80 zugeführt. Dadurch wird in der Zulaufleitung 47 am Knotenpunkt 45 ein Druck aufgebaut, der auf die Rückschlagklappe 56 wirkt und diese schließt. Gleichzeitig öffnet sich aufgrund des Druckaufbaus in der Zulaufleitung 46 und am Knotenpunkt 43 und der daraus resultierenden Druckwirkung die Rückschlagklappe 57. Im Wasserzufuhrbetrieb WB stellt die Steuerung 90 das Dreiwege-Ventil 58 derart ein, dass der gesamte Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b über die Rücklaufleitung 40b in den Hauptrücklauf 40 geleitet wird. Dadurch fällt der Druck in der Zulaufleitung 47 am Knotenpunkt 45 ab und die Rückschlagklappe 56 öffnet sich. Der Druck am Knotenpunkt 32 ist nun höher als der Druck am Knotenpunkt 43, sodass sich die Rückschlagklappe 57 schließt.
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Die übrigen in 5 gezeigten Komponenten der Übergabestation 2 entsprechen in ihrem Aufbau und ihrer Funktion denjenigen der in 4 gezeigten Übergabestation 1.
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Eine Übergabestation 3 nach einem Ausführungsbeispiel eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung (6) weist neben den Wärmeübertragern 10 und 20 einen dritten Wärmeübertrager 15 auf. Auch hier sind die gleichen Komponenten der im Zusammenhang mit 4 und 5 beschriebenen Übergabestationen 1, 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Entsprechend gelten obige Ausführungen, die im Zusammenhang mit den gleichen Komponenten stehen, auch für dieses Ausführungsbeispiel.
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Der dritte Wärmeübertrager 15 dient im Wasserzufuhrbetrieb WB der Vorwärmung eines Wasserzufuhrkreislaufs 106, bzw. des darin geführten Frischwassers, bevor der Wasserzufuhrkreislauf 106 in den Brauchwasserkreislauf 80 eingeleitet wird. Dabei erfolgt die Vorerwärmung in einer zweiten Übertragungsstufe nur mit Restwärme des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 101a, nach Wärmeübertragung auf den Nutzwärmekreislauf 102. Entsprechend findet die Wärmeübertragung vom primärseitigen Wärmezufuhrkreislauf 100 in einem ersten Wärmeübertrager 10 auf den Nutzwärmekreislauf 102, in einem zweiten Wärmeübertrager 20 auf den Brauchwasserkreislauf 80 und in einem dritten Wärmeübertrager 15 auf den Wasserzufuhrkreislauf 106 statt.
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Der primärseitige Wärmezufuhrkreislauf 100 weist im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen lediglich eine Temperatur im Bereich von 60°C bis 80°C auf, was nur unwesentlich über der Mindesttemperatur des Brauchwasserkreislaufs 80 liegt. Eine Verwendung des Nutzwärmezufuhrkreislaufs 101a zur Erwärmung von im Brauchwasserkreislauf 80 befindlichem Wasser 106, wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen, ist demnach nur bedingt möglich. Um die im Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a enthaltene Restwärme dennoch weitgehend zu nutzen, wird der gesamte Nutzwärmezufuhrkreislauf 101a in der Rücklaufleitung 40a zum dritten Wärmeübertrager 15 geführt und durchströmt seine Primärseite 15a. Dabei gibt er Wärme an den in der Vorlaufleitung 86 zur Sekundärseite 15b geführten und den Wärmeübertrager 15 sekundärseitig durchströmenden Wasserzufuhrkreislauf 106 ab und wird anschließend über die Rücklaufleitung 40a am Knotenpunkt 42 in die Hauptrücklaufleitung 40 geführt. Der erwärmte Wasserzufuhrkreislauf 106 wird in der Rücklaufleitung 84 über den Knotenpunkt 83 in die Vorlaufleitung 81 des Brauchwasserkreislaufs 80 eingeleitet und passiert die Sekundärseite 20b des zweiten Wärmetauschers 20 im Wesentlichen, ohne mit dem Brauchwasser 104 des Brauchwasserkreislaufs vermischt zu werden. Eine Rückschlagklappe (nicht gezeigt) in Leitung 81 vor der Pumpe verhindert bei manchen Ausführungsbeispielen ggf. eine andere Flussrichtung des Wasserzufuhrkreislaufs 106. Im zweiten Wärmetauscher 20 wird der Wasserzufuhrkreislauf 106 mit dem Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 100b auf die erforderliche Temperatur des Brauchwasserkreislaufs 80 erwärmt. Dazu ist ein in der Vorlaufleitung 30b anstelle der Wasserstrahlpumpe 54 angeordnetes Zweiwege-Ventil 59 vorgesehen, das, gesteuert durch die Steuerung, eine Zuflussmenge des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 100b zum zweiten Wärmeübertrager 20 einstellt.
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Im Zirkulationsbetrieb ZB wird, entsprechend den vorherigen Ausführungsbeispielen, der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b nach Erwärmen des Brauchwassers 104 im zweiten Wärmeübertrager 20 dem Nutzwärmekreislauf 102 zugeführt, um Restwärme auf den Nutzwärmekreislauf 102 zu übertragen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mündet der Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b am Punkt 32 in den Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a. Zu diesem Zweck ist die Rücklaufleitung 40b des zweiten Wärmetauschers 20 über die Knotenpunkte 43 und 32 sowie die dazwischen verlaufende Zulaufleitung 46 mit der Vorlaufleitung 30a des ersten Wärmeübertragers 10 verbunden. In der Rücklaufleitung 40b ist ferner ein Zweiwege-Ventil 51 angeordnet, das mit der Steuerung 90 über eine Daten-Verbindung (gepunktete Linien) in Kontakt steht. Die Funktionsweise der Steuerung 90 entspricht der der vorherigen Ausführungsbeispielen. Das Zweiwege-Ventil 51 öffnet sich im Zirkulationsbetrieb ZB durch von der Steuerung 90 empfangene Steuersignale entsprechend einem ermittelten Mischungsverhältnis von Nutzwärmezufuhrkreislauf 100a und Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b. Dadurch erhöht sich der Druck in der Zulaufleitung 46 derart, dass eine darin angeordnete Rückschlagklappe 57 ebenfalls öffnet, wodurch der ermittelte Mischanteil des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b zum ersten Wärmeübertrager 10 geführt wird. Der komplementäre Teil des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b wird über die Rücklaufleitung 40b am Knotenpunkt 42 in den Hauptrücklauf 40 eingespeist. Bei manchen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei geringem Wärmebedarf für die Nacherwärmung des Brauchwasserkreislaufs 80, kann der gesamte Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b zum Nutzwärmekreislauf 102 geführt werden und das Ventil 51 schließt bspw. vollständig. Hingegen stellt die Steuerung 90 das Zweiwege-Ventil 51 im Wasserzufuhrbetrieb so ein, dass der gesamte Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf 101b in die Hauptrücklaufleitung 40 geführt wird. Dadurch sinkt das Druckniveau in der Zulaufleitung 46 am Knotenpunkt 43 und die Rückschlagklappe 57 schließt und verhindert den Zulauf des Brauchwasserwärmezufuhrkreislaufs 101b zum ersten Wärmeübertrager 10.
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Die beschriebene Übergabestation 3 kompensiert den konstruktiven Mehraufwand für den dritten Wärmeübertrager 15 bei manchen Ausführungsbeispielen durch die Anordnung einer passiven Rückschlagklappe 57 in der Zulaufleitung 46. Bei manchen Ausführungsbeispielen muss die Rückschlagklappe 57 nicht angesteuert werden, sondern sie ist selbstregelnd ausgestaltet, wie oben ausgeführt.
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Des Weiteren ist im Kreislauf 100b statt einer Wasserstrahlpumpe oder einem Dreiwege-Ventil ein einfacheres motorgesteuertes Ventil mit Auf/Zu-Funktion ausreichend.
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Ferner reduziert sich bei manchen Ausführungsbeispielen aufgrund der vergleichsweise niedrigen Vorlauftemperatur von 60 bis 80 °C die Verkalkungsgefahr für den Wärmeübertrager 20.
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Die übrigen in 6 gezeigten Komponenten der Übergabestation 3 entsprechen in
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Ihrem Aufbau und ihrer Funktion den in 4 und 5 gezeigten.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2, 3
- Übergabestation
- 200
- Erster Verfahrensschritt
- 300
- Zweiter Verfahrensschritt
- 110-130, 150, 210-250, 310-350
- Schritte
- WB
- Wasserzufuhrbetrieb
- ZB
- Zirkulationsbetrieb
- 10
- Erster Wärmeübertrager
- 20
- Zweiter Wärmeübertrager
- 10a, 10b, 20a, 20b
- Primärseite / Sekundärseite
- 30
- Hauptvorlaufleitung
- 30a, 30b
- Vorlaufleitungen
- 40
- Hauptrücklaufleitung
- 40a
- Primärseitige Rücklaufleitung
- 40b
- Rücklaufleitung
- 31 , 32, 41-45, 83
- Knotenpunkt
- 46-48
- Zulaufleitung
- 50-55,58
- Ventil
- 56, 57
- Rückschlagkappe
- 59
- Zweiwege-Ventil
- 70
- Heizungskreislauf
- 71,86
- Vorlaufleitung
- 72, 82
- Rücklaufleitung
- 73
- Heizkörper
- 80
- Brauchwasserkreislauf
- 81
- Brauchwasservorlaufleitung
- 84
- Wasserzufuhrleitung
- 85
- Zirkulationspumpe
- 90
- Steuerung
- 91-95, 97-99
- Temperatursensor
- 96
- Wasserzähler
- 100
- Wärmezufuhrkreislauf
- 100a, 101a
- Nutzwärmezufuhrkreislauf
- 100b, 101b
- Brauchwasserwärmezufuhrkreislauf
- 102
- Nutzwärmekreislauf
- 104
- Brauchwasser
- 106
- Wasser
