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Die Erfindung betrifft eine Fernwärmekompaktstation bekannter Bauart, welche einen Heizkreislauf bzw. einen Trinkwasser- und/oder Warmwasserkreislauf bedient und zur Speicherung ein Pufferspeicher in dem Sekundärkreislauf der Fernwärmekompaktstation gegeben ist.
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Bekannt sind dahingehend Lösungen, wo ein Pufferspeicher zur Speicherung von Heizungswasser bzw. vorgewärmtem Warmwasser benutzt wird. Grundsätzlich steht den bekannten technischen Lösungen der Nachteil zugrunde, dass der Pufferspeicher einzig und allein zur Speicherung von vorgeheiztem Wasser dient und keine entsprechenden Temperaturebenen zum Abgang bestimmter erfindungsgemäßer Vorgänge ausführt.
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Ziel der Erfindung ist es, eine Fernwärmekompaktstation, welche einen Heizkreislauf und einen Trinkwasser- und/oder Warmwasserkreislauf bedient, so auszuführen, dass ein Pufferspeicher auf der Sekundärseite der Fernwärmekompaktstation gegeben ist und insbesondere die Energiebilanz in der Temperaturspreizung des Vor- und Rücklaufes der Fernwärmekompaktstation verbessert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fernwärmekompaktstation, welche einen Heizkreislauf und einen Trinkwasser- und/oder Warmwasserkreislauf bedient, so zu konstruieren, dass eine hohe Temperaturspreizung am Vor- und Rücklauf des Fernwärmeanschlusses erreicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Patentanspruch 1 und seine Unteransprüche realisiert werden.
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Dabei wurde eine Fernwärmekompaktstation so entwickelt,
- – dass ein Pufferspeicher am Sekundärkreislauf der Fernwärmekompaktstation vorhanden und dass ein Ausgang Pufferspeicher hin zu einem Mischventil eingangsseitig in den Heizkreislauf integriert ist und ein weiterer Ausgang Pufferspeicher an einen Wärmetauscher Vorwärmer zum Vorwärmen des Trinkwassers angeschlossen ist,
- – dass sich der Ausgang Pufferspeicher in der Temperaturebene des Pufferspeichers von 58°C befindet,
- – dass sich der Ausgang Pufferspeicher hin zum Wärmetauscher Vorwärmer in der Temperaturebene von 58°C des Pufferspeichers befindet,
- – dass der Wärmetauscher Vorwärmer mit dem Zirkulationsrücklauf sekundärseitig verbunden ist,
- – dass der Zirkulationsrücklauf über den Wärmetauscher Nachwärmer primärseitig in den Pufferspeicher eingespeist wird.
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Folgende Problemstellung stellte sich bei der neuen technischen Lösungsfindung dar. Fern- und Nahwärmenetze weisen oft hohe Rücklauftemperaturen auf. Daraus resultieren erhöhte Wärmeverluste im Netz sowie Stromkosten für die Umwälzung des Heizwassers. Besonders im Sommer und in den Übergangszeiten fallen sehr hohe Bereitschaftswärmeverluste an, da fast ausschließlich nur noch die Warmwasserbereitung der am Wärmenetz angeschlossenen Abnehmer in Betrieb ist. Durch die ständig laufende Trinkwarmwasser-Zirkulation fallen im Gebäudesystem Rücklauftemperaturen von über 55°C an. Diese hohen Temperaturen von über 55°C gelangen dann wieder ungenutzt in den Rücklauf des Wärmetauschers, was die Energiebilanz des angeschlossenen Fernwärmenetzes erheblich verringert.
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Der Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zirkulationsrückläufe für die Heizung bzw. Vorerwärmung von Trinkwarmwasser genutzt werden. Die Heizung nutzt über ein Mischventil die gespeicherte Rücklauftemperatur der Zirkulationsrücklaufleitung in den Pufferspeicher aus und kühlt diese weiter ab. Die Warmwasserbereitung ist bekanntlich zyklisch. In den Zwischenzeiten wird die Zirkulationsrücklauftemperatur in einen Pufferspeicher eingespeichert. In den Nutzungszeiten kann dann wiederum das gespeicherte Heizwasser im Pufferspeicher zum Vorwärmen des Trinkwarmwassers genutzt werden. Somit wird am Fernwärmeanschluss zwischen Vor- und Rücklauf eine hohe Temperaturspreizung erreicht.
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Die Vorteile der technischen Lösung bestehen in der Einfachheit, da kein Eingriff in das bestehende Fernwärmenetz erforderlich ist. Des Weiteren ist eine einfache hydraulische Verschaltung mit sehr hohem Einsparpotential gegeben. Bestehende Fernwärmekompaktstationen müssen nur auf der Sekundärseite umgerüstet werden.
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Schaltungstechnisch zeichnet sich die erfinderische Lösung dadurch aus, dass eine bekannte Fernwärmekompaktstation mit einem Wärmetauscher oder einer Übergabestation an einem Fernwärmenetz mit Vorlauf und Rücklauf angeschlossen ist.
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Aus dem Stand der Technik heraus sind auf der Sekundärseite die entsprechenden Heizungs- bzw. Trinkwassererwärmungsanlagen angeordnet.
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Auf der Sekundärseite der Fernwärmekompaktstation ist nun ein Pufferspeicher gegeben, der bestimmte Temperaturebenen aufgrund einer eigenständigen technischen Lösung hervorruft. Dabei ist ein Sprührohr verwendet worden, welches noch näher beschrieben wird. Auf Grundlage dieses Sprührohres in dem Pufferspeicher lassen sich verschiedene Temperaturebenen, wie 70°C, 58°C, 25°C, definieren und erreichen.
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Auf der Sekundärseite der Fernwärmekompaktstation wird nun ein Heizungssystem über ein Mischventil und eine Pumpe hin zum Rücklauf installiert. Das Mischventil ist in dem Eingangsbereich des Heizungssystems gegeben und mit dem Pufferspeicher in einer Temperaturebene von 58°C verbunden. Es wird somit das 58°C heiße Wasser ausgangsseitig des Pufferspeichers hin zum Mischventil für die Heizungsanlage eingeleitet.
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Des Weiteren ist eine Sekundärverbindung des Vorlaufes über eine Pumpe hin zum Pufferspeicher gegeben sowie ein ausgangsseitiger Rücklauf zur Fernwärmekompaktstation im unteren Temperaturbereich.
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Wesentlich ist nun, dass ein Ausgang in einer Temperaturebene – wie 58°C – hin zu einem Mischventil in den Heizungsbereich integriert ist.
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Zur Trinkwassererwärmung ist an den Pufferspeicher über ein Pumpensystem über eine Pumpe eine Verbindung zu einem Wärmetauscher Nachwärmer ausgeführt. Dabei wird das Trinkwasser auf 65°C erhitzt und über einen Zirkulationsrücklauf mit einer Temperatur von 55°C über den Wärmetauscher Nachwärmer in den Pufferspeicher zurückgeführt.
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Gleichzeitig ist ein Wärmetauscher Vorwärmer an dem Pufferspeicher angeschlossen, welcher mit einem Abgang vom Pufferspeicher mit einer Temperatur von 58°C auf der Primärseite des Wärmetauschers Vorwärmer angeschlossen ist. Auf der Sekundärseite des Wärmetauschers Vorwärmer wird das Trinkwasser mit 10°C eingeführt, und sekundärseitig ist eine Verbindung zwischen dem Wärmetauscher Vorwärmer und der Zirkulationsrücklaufleitung gegeben, welche ebenfalls sekundärseitig in den Wärmetauscher Nachwärmer einfließt.
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Die besondere Ausführung des Pufferspeichers mit Sprührohr wird nachfolgend beschrieben.
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Das Sprührohr besteht aus einem Siebblech, welches aus Edelstahl gefertigt ist. In diesem Siebblech sind feinmaschige Öffnungen gegeben, vorzugsweise – gemäß der erfinderischen Lösung – sind es hier Rauten. Die Rauten belaufen sich, wie in den Unteransprüchen formuliert, in den gegebenen Größen.
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Das Sprührohr wird als Lanze in vorgegebene Schraubverbindungen über die erfindungsgemäßen Schraubverbindungen an dem Sprührohr in einen Pufferspeicher eingeschraubt und ist somit als Einspeisung des Speichermediums in den Pufferspeicher ausgefertigt. Durch das Sprührohr und mit dem vorhandenen Siebblech werden die Verwirbelungen mit dem Einbringen des Speichermediums vermieden. Durch das erfindungsgemäße Sprührohr wird ein laminarer Ausstrom des Speichermediums in den Pufferspeicher gewährleistet. Durch die laminare, langsame Einströmung des Puffermediums entsteht keine Vermischung verschiedener Temperaturbereiche in verschiedenen Schichten im Pufferspeicher, was als wesentlicher erfinderischer Vorteil zu sehen ist.
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Das Sprührohr kann in waagerechter oder senkrechter Form in den Pufferspeicher angeordnet werden. Vorzugsweise besteht das Sprührohr aus dem Siebmaterial, welches aus Edelstahl gefertigt ist. Vorstellbar und realisierbar ist diese Anordnung eines Sprührohres auch in Form von Kunststoff.
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Des Weiteren sind die Sieböffnungen des Siebbleches des Sprührohres in verschiedenen Ausführungsvarianten möglich, wie zum Beispiel runde Form, Rautenform, Ellipsenform, dreieckige Form etc.
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Der Einsatz der Sprührohre in Pufferspeicher ist insbesondere für Trinkwasserspeicher vorteilhaft.
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Das Ende des Sprührohres ist geschlossen, wobei es möglich ist, je nach Anwendungsfall das Ende des Sprührohres auch mit einem Siebblech zu versehen.
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Durch das Einbringen des Speichermediums über das Sprührohr entstehen in dem Pufferspeicher einzelne Temperaturwasserschichten, da es hier zu keinen Verwirbelungen des eingebrachten Speichermediums kommt. Diese Nichtverwirbelung des Speichermediums hat den Vorteil, dass entsprechende Abnahmen aus dem Pufferspeicher in ganz definierten Temperaturbereichen möglich sind. Die Größe bzw. Länge des jeweiligen Sprührohres richtet sich nach der Größe des Pufferspeichers. Die Sprührohre können in verschiedenen Ausführungsvarianten über die gesamte Breite bzw. Länge oder auch nur zur Hälfte angeordnet sein. Eine weitere Ausführungsvariante eines Sprührohres kann in einer flexiblen, gekrümmten Form gegeben sein, um somit andere Temperaturmischbereiche zu entwickeln.
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Für nähere Erläuterungen ist ein Ausführungsbeispiel mit zeichnerischen Darstellungen gegeben.
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Es zeigen:
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1 Fernwärmekompaktstation
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2 Ausführungsform Fernwärmekompaktstation
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3 Pufferspeicher
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4 Sprührohr.
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1 zeigt eine Fernwärmekompaktstation an einem Vorlauf bzw. Rücklauf von einem Fernwärmesystem bestehend aus dem Fernwärmetauscher der Übergabestation. An diesem Fernwärmetauscher sind auf der Sekundärseite der Heizkreislauf HZ bzw. die Trinkwassererwärmung TW 60° sekundärseitig angeordnet.
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Aus dem Stand der Technik heraus sind Anordnungen von Heizkreisläufen HZ über Pumpen UP1 sekundärseitig vom Wärmetauscher Übergabestation 1 bekannt. Dabei wird ein 70°C heißes Wasser über die Pumpe UP1 und den Heizkreislauf HZ hin zum Rücklauf der Fernwärmekompaktstation geleitet.
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Dieser an sich bekannte Stand der Technik wird nun erfindungsgemäß dahingehend verändert, dass vor der Pumpe UP1 hin zum Heizkreislauf HZ ein Mischventil MV1 geschaltet wird. Zu diesem Mischventil MV1 wird mit einem Ausgang Pufferspeicher 4 eines Pufferspeichers PS ein Zulauf vom Pufferspeicher PS hin zum Mischventil MV1 ausgeführt. Der Ausgang Pufferspeicher 4 des Pufferspeichers PS ist in einem Temperaturbereich, zum Beispiel von 58°C, vorhanden.
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Des Weiteren ist auf der Sekundärseite des Wärmetauschers Übergabestation 1 eine Zuführung in dem Pufferspeicher PS mit der Pumpe UP2 im oberen Temperaturbereich bei ca. 70°C gegeben. Diese Zuführung wird über ein Sprührohr 10 in den Pufferspeicher PS geleitet. Der Pufferspeicher PS weist weiterhin einen unteren Temperaturbereichsausgang hin zum Rücklauf über den Wärmetauscher Übergabestation 1 auf. Dabei ist der Abgriff im Temperaturbereich von ca. 25°C gegeben. An dem Pufferspeicher PS ist eine Trinkwassererwärmung TW 60° angeschlossen. Hier wird über einen Wärmetauscher Nachwärmer 3 eine Trinkwassererwärmung ausgeführt. Die Pumpe UP3 wird primärmäßig mit der Zuführung aus dem Pufferspeicher PS in dem oberen Temperaturbereich, zum Beispiel 70°C, mit dem Wärmetauscher Nachwärmer 3 verbunden. Außerdem ist an dem Wärmetauscher Nachwärmer 3 ein Zirkulationsrücklauf ZR 55° gegeben. Dieser Zirkulationsrücklauf ZR 55° wird über die Pumpe UP5 im Kreislauf gehalten. Der Zirkulationsrücklauf ZR 55° ist auf der Sekundärseite als Eingang zum Wärmetauscher Nachwärmer 3 vorhanden. Die ständig laufende Trinkwasserzirkulation wird über die Pumpe UP5 über den Wärmetauscher Nachwärmer 3 ca. 16 bis 24 Stunden betrieben.
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Erfindungsgemäß wird nun der Rücklauf aus dem Wärmetauscher Nachwärmer 3 in den Pufferspeicher PS mit einem Temperaturbereich von ca. 55°C eingeleitet und gespeichert. Dabei wird ein Sprührohr 10 zur Einleitung des Mediums benutzt. Des Weiteren ist an dem Pufferspeicher PS ein Wärmetauscher Vorwärmer 2 gegeben, welcher auf der Primärseite über eine Pumpe UP4 einen Ausgang Pufferspeicher 5 aufweist, welcher in einem Temperaturbereich von 58°C ausgangsseitig des Pufferspeichers PS definiert ist. Auf der Sekundärseite wird Trinkwasser TW 10° eingespeist und über den Wärmetauscher Vorwärmer 2 vorgewärmt. Auf der Sekundärseite wird dann eine Verbindung zwischen dem Wärmetauscher Vorwärmer 2 und dem Einfluss Zirkulationsrücklauf ZR 55° in den Wärmetauscher Nachwärmer 3 ausgeführt.
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Auf der Primärseite des Wärmetauschers Vorwärmer 2 wird ausgangsseitig eine Verbindung zum Pufferspeicher PS im unteren Temperaturbereich, zum Beispiel 25°C, ausgeführt.
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Der erfindungsgemäße Vorteil dieser technischen Lösung ist darin begründet, dass eine Nutzung der Zirkulationsrücklauftemperatur ZR 55° für die Heizung bzw. Vorwärmung von Trinkwasser stattfindet. Der Heizkreislauf HZ nutzt über das Mischventil MV1 die gespeicherte Rücklauftemperatur des Zirkulationsrücklaufes ZR 55° und kühlt diesen weiter ab. Die Warmwasserbereitung wird in bestimmten Zyklen abgegriffen. In den Zwischenzeiten wird die Zirkulationsrücklauftemperatur ZR 55° in den Pufferspeicher PS gespeichert. In den Nutzungszeiten kann dann wiederum das gespeicherte Heizwasser im Pufferspeicher PS zum Vorwärmen des Trinkwassers TW 10° genutzt werden. Somit wird im Fernwärmeanschluss zwischen Vorlauf VL und Rücklauf RL eine höhere Temperaturspreizung erreicht.
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Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei eine zusätzliche Solaranlage 12 in den Sekundärkreislauf der Fernwärmekompaktstation integriert ist. Dabei wird vom Rücklauf der Fernwärmekompaktstation hin zu einem Wärmetauscher Solar 6 auf der Primärseite und ein Ablauf vom Wärmetauscher Solar 6 hin zum Pufferspeicher PS realisiert. Auf der Sekundärseite ist eine Solaranlage 12 mit einer Pumpe UP6 gegeben. Auf Grundlage dieser Solaranlage 12 über dem Wärmetauscher Solar 6 kann eine weitere Temperatureffizienz in den Pufferspeicher PS eingeleitet werden, um somit eine noch bessere Ausnutzung der eingespeisten Vorlauftemperatur über den Pufferspeicher PS und den angeschlossenen Abzweigungen zu realisieren.
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In den 3 und 4 ist insbesondere der Pufferspeicher PS mit seinem Sprührohr 10, welche als Eingangsvorrichtungen gegeben sind, vorhanden. Dabei zeigt der Pufferspeicher PS in der 3 ein Sprührohr 10 an dem oberen Temperaturbereich bei 70°C aus dem Vorlauf der Fernwärmekompaktstation, einen mittleren Temperaturbereich von 58°C als Einlass über das Sprührohr 10 aus dem Zirkulationsrücklauf ZR 55° und einen unteren Eingangsbereich des Sprührohres 10 bei ca. 25°C aus der Sekundärseite des Wärmetauschers Vorwärmer 2. Des Weiteren sind der Ausgang Pufferspeicher 4 und der Ausgang Pufferspeicher 5 vorhanden.
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Das Sprührohr 10 wird in der 4 beschrieben. Nachfolgend wird die Funktionsweise des Sprührohres 10 in den Pufferspeicher PS ausgeführt.
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Das in der 4 dargestellte Sprührohr zeigt ein Sprührohr 10 mit einer Länge von 640 mm und einen Durchmesser von 43,2 mm. Dabei ist der Verschluss des Sprührohres 40 geschlossen dargestellt. Das Sprührohr 10 besteht aus einem aus Edelstahl gefertigten Siebblech 13, welches in seinem feinmaschigen Lochgebiet Rauten beinhaltet. Mit der Befestigung Sprührohr 30 wird das rundgeformte Siebblech 13 mit einer festen Verbindung, vorzugsweise Lötverbindung, an dem Gewindeaufsatz 20 über ein innen liegendes Rohrstück verbunden. Somit ist eine einfachste Bauweise realisiert, um vorhandene Einschraubmöglichkeiten über die Zufuhr von Speichermedien in Pufferspeicher PS nachzurüsten und somit das erfindungsgemäße Sprührohr 10 auch in bestehende Pufferspeicher PS zu integrieren.
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Das Sprührohr 10 ist aus einem Siebblech 13 gefertigt, welches vorzugsweise aus Rauten besteht. Dabei ist ein feinmaschiges Siebblech 13 definiert, welches erfindungsgemäß Rauten aufweist.
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Die 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Sprührohr 10 als rundlich geformtes Siebblech 13, wobei entsprechend der vorhergehenden Beschreibung ein Gewindeaufsatz 20 zum Montieren des Sprührohres 10 in den Pufferspeicher PS vorhanden ist, womit auch bestehende Pufferspeicher nachgerüstet werden können, und eine Befestigung Sprührohr 30 über eine Lötverbindung bzw. Schweißverbindung mit einem inneren liegenden Rohrstück des Gewindeaufsatzes 20 mit dem Siebblech 13 aus Edelstahl verbunden ist. Das Sprührohr 10 weist eine Länge von 640 mm als Ausführungsform und einen Durchmesser von 43,2 mm am Ende des Sprührohres 10 auf. Der Verschluss Sprührohr 40 ist in diesem Ausführungsbeispiel als geschlossener Deckel gegeben, wobei auch hier Möglichkeiten bestehen, den Verschluss Sprührohr 40 mit einem Siebblech 13 aus Edelstahl zu fertigen. Die Form des Sprührohres 10 ist in dieser Darstellung rund, wobei hier jegliche Formgebungen, wie Ellipsen oder vier-, recht-, dreieckige Formen usw., möglich sind. Die feinmaschige Anordnung des Siebbleches 13, der erfindungsgemäßen Rauten bzw. der anderen Lochgebungen, wie Kreise, Ellipsen, Dreiecke usw., ist je nach Anwendungsfall in der Größe verschieden. In dem speziellen Ausführungsbeispiel beträgt die Länge D der Raute 0,5 mm bis 2,5 mm.
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Entscheidend für die Erfindung ist, dass ein Sprührohr in jeglicher Form gegeben ist, welches aus einem Siebblech 13 bzw. einem Siebmaterial besteht, woraus aus feinmaschigen Öffnungen das Speichermedium in den Pufferspeicher PS strömen kann. Durch die düsenartige Einströmung des Speichermediums in den Pufferspeicher PS wird erreicht, dass keine großen Verwirbelungen des temperaturabhängigen Speichermediums stattfinden und somit eine Entnahme in detaillierten Temperaturbereichen durchgeführt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- TW 10°
- Trinkwasser 10°C
- ZR 55°
- Zirkulationsrücklauf 55°C
- TW 60°
- Trinkwasser 60°C
- UP1
- Pumpe
- UP2
- Pumpe
- UP3
- Pumpe
- UP4
- Pumpe
- UP5
- Pumpe Zirkulation
- UP6
- Pumpe
- PS
- Pufferspeicher
- DV1
- Ventil
- MV1
- Mischventil
- HZ
- Heizkreislauf
- VL
- Vorlauf
- RL
- Rücklauf
- 1
- Wärmetauscher Übergabestation
- 2
- Wärmetauscher Vorwärmer
- 3
- Wärmetauscher Nachwärmer
- 4
- Ausgang Pufferspeicher
- 5
- Ausgang Pufferspeicher
- 6
- Wärmetauscher Solar
- 12
- Solaranlage
- 10
- Sprührohr
- 20
- Gewindeaufsatz
- 30
- Befestigung Sprührohr
- 40
- Verschluss Sprührohr
- 13
- Siebblech
