DE102015004999A1

DE102015004999A1 - Leitungssystem zur Wärmeenergieversorgung dezentraler Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102015004999A1
Application number: DE102015004999.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-10-27

Abstract

In Wohnhäusern werden vermehrt dezentrale Wärmetauscherstationen zur Erwärmung von Trinkwasser eingesetzt, welche warmes Trinkwasser hygienisch zur Verfügung stellen. Die dafür benötigte Wärmeenergie wird durch warmes Heizungswasser, welches dem Heizungswasserleitungssystem zur Beheizung der Wohnräume entnommen wird, bereit gestellt. Damit aber ganzjährig immer warmes Trinkwasser zur Verfügung steht, muss auch ganzjährig warmes Heizungswasser im Heizungswassersystem zirkulieren. Dieses Heizungswasser muss zudem sehr warm sein, damit die Wärmetauscher hinreichend warmes Trinkwasser bereit stellen können. Somit muss das besonders große Heizungswasserleitungssystem ganzjährig, also auch außerhalb der Heizperiode, mit besonders warmem Heizungswasser durchströmt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Leitungssystem zur separaten Versorgung dezentraler Wärmetauscherstationen mit warmem Heizungswasser müssen nur dessen – meist kleineren – Leitungen mit für die Wärmetauscher hinreichend warmer Heizungswasser durchströmt werden. Das Heizungswasser zur Beheizung der Wohnräume kann hingegen temperaturmäßig auf die Heizkörper abgestimmt werden und braucht auch nicht das ganze Jahr durch die größeren Heizungswasserleitungen strömen. Dadurch wird viel Wärmeenergie eingespart, zumal Schichtenspeicher als Pufferspeicher optimal genutzt werden können. Die Priorisierung der Trinkwassererwärmung vor der Wohnraumbeheizung ist bei erfindungsgemäßen Leitungssystemen auch einfacher, da diese Schaltungen nicht bei jedem einzelnen dezentralen Wärmetauscher durchgeführt werden brauchen. Die Wärmetauscherstationen werden dadurch kompakter und kostengünstiger. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Leitungen, welche zuvor als Zirkulationssystem zur Trinkwasserversorgung oder auch als einfache Warmwasserleitung für Trinkwasser genutzt wurden. Diese Leitungen können als erfindungsgemäßes Leitungssystem genutzt werden. Sie führen meist besonders nahe an die Warmwasserentnahmestellen. Auch bei Einsatz von Wärmetauscherstationen mit Kleinspeichern, gem. der deutschen Anmeldung 10 2015 001 450.1, kommt das erfindungsgemäße Leitungssystem vorteilhaft zum Einsatz, da die Kleinspeicher aufgrund der kleineren Leitungen kleiner ausgelegt sein können und dabei durch die meist kalten Leitungen besonders viel Wärmeenergie eingespart wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Leitungssystem, welches im Wesentlichen nicht der Versorgung von Heizkörpern dient, sondern vorzugsweise ausschließlich der Versorgung dezentraler Wärmetauscherstationen zur Trinkwassererwärmung.
Stand der Technik
Bei der Versorgung mit warmem Trinkwasser kommen vermehrt dezentrale Wärmetauscher zum Einsatz. In diesen wird mit Hilfe warmen Heizungswassers kaltes Trinkwasser erwärmt. Diese dezentralen Wärmetauscher sind vorzugsweise nahe den Warmwasserentnahmestellen angeordnet. Nachteilig bei solchen dezentralen Wärmetauschern zur Trinkwasserversorgung ist, dass die großen Heizungswasserleitungen ganzjährig warm betrieben werden müssen, damit auch ganzjährig jederzeit warmes Trinkwasser zur Verfügung steht. Zudem muss das Heizungswasser auf einem sehr hohen Temperaturneveau gehalten werden, damit das warme Trinkwasser hinreichend warm werden kann. Dies zusammen führt zu hohen Wärmeenergieverlusten. Bei Heizungswassersystemen mit dezentralen Wärmetauschern zur Trinkwassererwärmung muss zudem durch den Einsatz von zusätzlichen Pumpen oder/und hydraulischen Schaltungen dafür gesorgt werden, dass die Trinkwassererwärmung ggf. Vorrang vor der Versorgung der Heizkörper zur Erwärmung der Räume hat. Dadurch werden solche Wärmetauscherstationen komplexer, größer und kostenintensiver, was oftmals zur Folge hat, dass weniger Wärmetauscherstationen zum Einsatz kommen, die dann ggf. nicht überall nahe an den Warmwasserentnahmestellen angeordnet sind, mit entsprechend verzögerter Bereitstellung warmen Trinkwassers an den Warmwasserentnahmestellen. Aus der deutschen Patenteinreichung 10 2015 001 450.1 ist ein System bekannt, bei dem in Kleinspeichern warmes Heizungswasser bei den dezentralen Wärmetauschern bevorratet wird. Dadurch werden die Wärmeenergieverluste stark reduziert. Allerdings muss das Volumen dieser Kleinspeicher auf das Volumen der Heizungswasserleitungen abgestimmt sein, wodurch bei großen Heizungsleitungen entsprechend großvolumigere Kleinspeicher zum Einsatz kommen.
Darstellung der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen System werden dezentrale Wärmetauscherstationen zur Trinkwassererwärmung mittels eigens dafür vorgesehener Heizungswasservor- und rückläufe mit warmem Heizungswasser versorgt. Diese dafür vorgesehene Heizungswasservor- und rückläufe sollen vorzugsweise nur die dezentralen Wärmetauscher zur Trinkwassererwärmung versorgen, ohne dass deren Heizungswasser zur Beheizung der Wohnräume genutzt werden. Dabei können auch viele dezentrale Wärmetauscherstationen an ein solches separates Leitungssystem angeschlossen werden.
Ein solches erfindungsgemäßes Leitungssystem zur Versorgung der dezentralen Wärmetauscher mit warmem Heizungswasser hat mehrere Vorteile. So braucht nicht das gesamte Leitungssystem zur Versorgung der Heizungsanlage auf einem solch hohen Temperaturniveau betrieben werden wie es für die Wärmetauscher notwendig ist, sondern nur die kleineren Leitungen des erfindungsgemäßen Leitungssystems zur Versorgung der dezentralen Wärmetauscher.
Außerhalb der Heizperiode braucht das Heizungsleitungssystem zur Beheizung der Wohnräume – mit seinen großen Leitungen – überhaupt nicht warm betrieben werden, wodurch besonders viel Wärmeenergie eingespart werden kann.
Das Anschließen des erfindungsgemäßen Systems an Schichtenspeicher ist besonders vorteilhaft. Das erfindungsgemäße System kann dann im wärmeren, oberen Bereich angeschlossen werden, das Leitungssystem zur Wohnraumbeheizung im kühleren, tieferen Bereich des Pufferspeichers. Auch dadurch wird viel Wärmeenergie eingespart, da ein Schichtenpufferspeicher auf diese Weise energetisch günstiger betrieben werden kann.
Die Steuerung der einzelnen dezentralen Wärmetauscherstationen selbst wird deutlich einfacher, da nicht für jede dezentrale Wärmetauscherstation eine schaltungstechnische Priorisierung der Trinkwassererwärmung erreicht werden braucht. Das erfindungsgemäße Leitungssystem kann auch gezielter mit stärkerer Pumpe bei der zentralen Heizungswasserversorgung betrieben werden. Bei den dezentralen Wärmetauschern sind dann – je nach Systemauslegung – keine oder schwächere Pumpen notwendig. Denn auch ohne elektrische Kommunikationsverbindung zwischen dezentralem Wärmetauscher und zentraler Heizungswasserversorgung kann eine Entnahme an warmem Trinkwasser leicht festgestellt werden, da im erfindungsgemäßen Leitungssystem nicht zwischen Trinkwassererwärmung und Wohnraumbeheizung differenzierend gesteuert werden braucht.
Bei einem System gem. der deutschen Patenteinreichung 10 2015 001 450.1 kann insbesondere außerhalb der Heizperiode viel Wärmeenergie eingespart werden, da bei einem solchen System mit Kleinspeichern eine permanente Zirkulation warmen Heizungswassers bis hin zu den dezentralen Wärmetauscherstationen nicht notwendig ist. Durch den kleineren Leitungsinhalt der erfindungsgemäßen Leitungssysteme können bei Systemen mit Kleinspeichern bei den dezentralen Wärmetauscherstationen diese Kleinspeicher kleiner ausgelegt werden, was diese kostengünstiger und energetisch noch besser macht. Auch hierbei wird die Steuerung, welche der Trinkwassererwärmung den Vorrang vor der Wohnraumbeheizung gibt, überflüssig. Lediglich wenn der Pufferspeicher selbst bei anhaltender Trinkwassererwärmung sich seiner Entleerung nähert, sollte die Wohnraumbeheizung insgesamt unterbunden werden. Da direkt am Pufferspeicher die Heizungswasserentnahmen sowohl für die Trinkwassererwärmung, als auch für die Wohnraumbeheizung gemessen werden können, kann dies sehr genau und einfach gesteuert werden.
Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes Leitungssystem dann anwendbar, wenn – wie es bei vielen älteren Bestandsbauten mit vielen Wohneinheiten der Fall ist – die Warmwasserversorgung ehemals über eine Trinkwasserzirkulation durchgeführt wurde. Bei diesen Gebäuden sind oftmals die Vorschriften bezüglich der niedrigsten und höchsten Warmwassertemperatur aufgrund von Leitungslänge, Leitungsverlauf und thermischer Isolierung nicht mehr erfüllbar. Solche Gebäude haben oftmals auch ein hygienisches Problem, insbesondere bezüglich der Legionellenkonzentration. Selbst eine thermische oder chemische Behandlung dieser Leitungssysteme kann dann das grundsätzliche Problem nicht beheben, sondern nur kurzfristig für eine Besserung sorgen. Werden solche Gebäude auf dezentrale Wärmetauscherstationen umgerüstet, so werden die Warmwasserleitung und die Zirkulationsleitung nicht mehr genutzt. Diese können dann als erfindungsgemäßes System zur Leitung warmen Heizungswassers genutzt werden und stehen somit für die alleinge Versorgung der dezentralen Wärmetauscherstationen zur Verfügung. Diese Leitungen müssen dann als erfindungsgemäßes System am Pufferspeicher entsprechend anders angeschlossen werden, vozugsweise im oberen Heizungswasserbereich eines Pufferspeichers/Schichtenspeichers. Da diese ehemalige Warmwasser- und Zirkulationsleitung meist auch nahe an die Warmwasserentnahmestellen führen, können die dezentralen Wärmetauscher ohne großen Umbauaufwand ebenfalls entsprechend nahe an den Warmwasserentnahmestellen angeordnet werden. Auch im Falle dieser Leitungen als erfindungsgemäßes Leitungssystem hat man die weiteren, oben genannten Vorteile von separaten Leitungen, welche nur der Versorgung der dezentralen Wärmetauscherstationen mit warmer Heizungswasser dienen. Auch bei Wohngebäuden mit nur einer einfachen Leitung für warmes Trinkwasser ist das erfindungsgemäße Leitungssystem vorteilhaft einsetzbar/nachrüstbar. Dies wieder besonders vorteilhaft dann, wenn ein System gem. der deutschen Patentanmeldung 10 2015 001 450.1 zum Einsatz kommt, bei dem die verwendete Leitung nur bei einem tatsächlichen Bedarf an warmem Heizungswasser von der Wärmetauscherstation angefordert wird, also wenn diese tatsächlich Trinkwasser erwärmen muss. Durch die einfache ehemalige Warmwasserleitung strömt dann – wie zuvor erläutert – bei dem erfindungsgemäßen System warmes Heizungswasser zu den Wärmetauscherstationen. Zum Zurückströmen kann dann ggf. die Heizungswasserrücklaufleitung zur Versorgung der Heizkörper verwendet werden. Auch bei der Verwendung einer einfachen ehemaligen Warmwasserleitung kommen die zuvor genannten Vorteile – geringerer Wärmeenergieverlust durch kleinere Leitungsgröße, einfachere Steuerung und vorteilhaft differenzierte Heizungswassertemperatur – zum Tragen.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit – insbesondere bei Verwendung von Wärmetauscherstationen gem. der deutschen Patentanmeldung 10 2015 001 450.1 – ergibt sich, wenn die Wärmetauscherstation von einer einfachen Warmwasserleitung mit Trinkwasser versorgt wird. Dabei hat die Wärmetauscherstation die Aufgabe, die Zeitspanne zu überbrücken, bis warmes Trinkwasser aus dem Warmwasserspeicher für warmes Trinkwasser nachgeflossen ist. Eine weiter Leitung versorgt die Wärmetauscherstation wiederum mit warmem Heizungswasser. Kommt dabei eine Wärmetauscherstation gem. der deutschen Patentanmeldung 10 2015 001 450.1 zum Einsatz, so können diese beiden Leitungen im Ruhezustand, wenn also gerade kein warmes Trinkwasser entnommen wird, mit kaltem Trink-, bzw. Heizungswasser gefüllt sein. Dadurch kommt es zu keinerlei Wärmeverlusten aus diesen Leitungen. Handelt es sich um eine Umrüstung eines Wohnhauses mit ehemaliger Warmwasserzirkulationsanlage, so kann beispielsweise die ehemalige Warmwasserleitung zur Versorgung der Wärmetauscherstation mit Trinkwasser verwendet werden und die ehemalige Zirkulationleitung zur Versorgung der Wärmetauscherstation mit warmem Heizungswasser. Durch die Arbeitsweise von Wärmetauscherstationen gem. der deutschen Patentanmeldung 10 2015 001 450.1 bei einer solchen Anordnung ist in diesem Fall der üblicherweise geringe Rohrleitungsdurchmesser von Zirkulationsleitungen nicht nachteilig. Denn der Vorrat warmem Heizungswasser im Kleinspeicher wird der Dauer bis zum Erreichen warmen Trinkwassers bei der dezentralen Wärmetauscherstation angepasst, wodurch die Geschwindigkeit der Wiederbefüllung des Kleinspeichers unabhängig von der Entnahmegeschwindigkeit des warmen Trinkwassers ist.
Ob die Wärmetauscherstationen zur Trinkwassererwärmung ganzjährig durch separate Leitungen versorgt werden, oder ob sie während der Heizperiode durch die Heizungswasserleitungen zur Wohnraumbeheizung mit versorgt werden, kann individuell – u. a. von den notwendigen Heizungswassertemperaturen für die verschiedenen Einsatzzwecke und der Steuerbarkeit abhängig – ggf. vorteilhaft eingestellt und entsprechend gesteuert oder entsprechend angeschlossen werden. So kann die beste Anschlusslösung genutzt werden. Ob es sich gerade um eine Heizperiode handelt kann einerseits über den Betriebszustand des Leitungssystems zur Heizkörperversorgung definiert werden – und dabei noch kurzfristig oder langfristig betrachtet werden –, andererseits aber auch rein von der Jahreszeit abhängig gemacht werden. Insbesondere Systeme gem. der deutschen Patentanmeldung 10 2015 001 450.1 können besonders vorteilhaft während der Heizperiode von dem Leitungssystem zur Heizkörperversorgung betrieben werden und außerhalb der Heizperiode auf das erfindungsgemäße Leitungssystem zurückgreifen, wodurch dessen Leitungen meist kalt bleiben und sehr wenig Wärmeenergie verlieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
In den Zeichnungen zeigen 1 und 2 schematische Darstellungen von jeweils unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems.
Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Leitungssystems gezeigt. Zur Versorgung der Wärmetauscherstationen 8a–b gibt es eine separate Heizungswasservorlaufleitung 1 und eine separate Heizungswasserrücklaufleitung 2, welche unabhängig von der Heizungswasservorlaufleitung 5 und Heizungswasserrücklaufleitung 6 zur Heizkörperversorgung arbeiten. In dieser 1 wird angenommen, dass die Heizkörper 9a–d Heizungswasser benötigen, welches weniger warm sein braucht als das Heizungswasser für die Wärmetauscherstationen 8a–b. Deshalb ist die Heizungswasservorlaufleitung 1 am Pufferspeicher 7 weiter oben angeschlossen als die Heizungswasservorlaufleitung 5, denn im oberen Bereich des Pufferspeichers 7 – insbesondere in Schichtenspeichern – ist das wärmere Heizungswasser bevorratet. Auch arbeitet die Heizungswasserpumpe zur Wärmetauscherversorgung 4 nur zur Versorgung der Wärmetauscherstationen 8a–b, somit also auch außerhalb der Heizperiode. Bei Wärmetauscherstationen 8a–b mit Kleinspeichern, wie sie aus der deutschen Patentanmeldung 10 2015 001 450.1 bekannt sind, braucht die Pumpe 4 aber die meiste Zeit nicht arbeiten, sondern nur gezielt für eine Warmwasserentnahme. Die Heizungswasserpumpe zur Heizkörperversorgung 11 arbeitet hingegen völlig unabhängig von der Trinkwassererwärmung nur zur Versorgung der Heizkörper 9a–d mit Heizungswasser. Da die Heizkörper 9a–d außerhalb der Heizperiode nicht mit warmer Heizungswasser versorgt werden brauchen, können die größeren Leitungen zur Versorgung der Heizkörper kalt bleiben und verschwenden außerhalb der Heizperiode somit keine Wärmeenergie. Durch die voneinander unabhängige Versorgung der Wärmetauscherstationen 8a–b und Heizkörper 9a–d ist es – anders als bei bisher bekannten Anordnungen von Wärmetauscherstationen an Heizungswasserleitungssysteme – nicht notwendig, dass mit Hilfe einer Steuerung bei den Wärmetauscherstationen 8a–b eine Priorisierung der Warmwassererwärmung vor einer Wohnraumbeheizung durchgeführt wird.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems gezeigt. In dieser 2 gibt es jeweils nur eine separate Leitung zu den Wärmetauscherstationen 8a–b. Dabei handelt es sich in dieser 2 um die Heizungswasservorlaufleitung 1 zu den Wärmetauscherstationen 8a–b. Die Heizungswasserrücklaufleitung zur Heizkörperversorgung 6 wird auch als Heizungswasserrücklaufleitung von den Wärmetauscherstationen 2 genutzt. Dadurch kann ein solches Leitungssystem auch in solchen Gebäuden nachgerüstet werden, in denen es zuvor keine Zirkulationsanlage zur Versorgung mit warmer Trinkwasser, sondern nur eine einfache Leitung für warmes Trinkwasser gab. Aber auch bei neu zu errichtenden Gebäuden kann ein solches System vorteilhaft eingesetzt werden, da es den Leitungsinstallationsaufwand gering hält ohne auf die zuvor genannten Vorteile eines erfindungsgemäßen Leitungssystems verzichten zu müssen.
Bezugszeichenliste

1: Heizungswasservorlaufleitung zur Wärmetauscherversorgung
2: Heizungswasserrücklaufleitung zur Wärmetauscherversorgung
3: Kaltwasserleitung Trinkwasser
4: Heizungswasserpumpe zur Wärmetauscherversorgung
5: Heizungswasservorlaufleitung zur Heizkörperversorgung
6: Heizungswasserrücklaufleitung zur Heizkörperversorgung
7: Pufferspeicher/Zentralheizung
8a, b: Wärmetauscherstationen
9a–d: Heizkörper
10: Warmwasserleitung
11: Heizungswasserpumpe zur Heizkörperversorgung
12a, b: Warmwasserentnahmestellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015001450 [0002, 0008, 0009, 0010, 0010, 0010, 0011, 0014]

Claims

Leitungssystem zur Versorgung von dezentralen Wärmetauschern mit warmer Heizungswasser, dadurch gekennzeichnet, dass dezentrale Wärmetauscher durch separate Zu- und Ableitungen, welche im Wesentlichen nicht dem Zwecke der Versorgung von Heizkörpern zur Wohnraumbeheizung mit Wärmeenergie dienen, mit warmem Heizungswasser versorgt werden.
Leitungssystem zur Versorgung von dezentralen Wärmetauscherstationen mit warmem Heizungswasser, dadurch gekennzeichnet, dass dezentrale Wärmetauscher mittels einer separaten Leitung, welche im Wesentlichen nicht dem Zwecke der Versorgung von Heizkörpern zur Wohnraumbeheizung mit Wärmeenergie dient, und einer Leitung des Leitungssystems zur Versorgung von Heizkörpern zur Wohnraumbeheizung mit warmer Heizungswasser versorgt werden.
Leitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen, welche zuvor zur Versorgung mit warmem Trinkwasser im Gebäude vorgesehen waren, im erfindungsgemäßen Leitungssystem als Leitung zur Versorgung dezentraler Wärmetauscher mit Heizungswasser genutzt werden.
Leitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungswasserzuleitungen der Wärmetauscher und die Heizungswasserzuleitungen der Heizkörper zur Gebäudebeheizung dem zentralen Heizungswasserspeicher das Heizungswasser abhängig von dem jeweils notwendigen Heizungswassertemperaturniveau entnehmen können.
Leitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dezentrale Wärmetauscher sowohl durch ein separates Leitungssystem, als auch durch das Heizungswasserleitungssystem für die Heizkörper mit warmem Heizungswasser versorgt werden können, wobei diese Versorgung mit warmem Heizungswasser parallel oder alternativ erfolgen kann.
Leitungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl bei der Nutzung des Leitungssystems zur Versorgung eines dezentralen Wärmetauschers abhängig von der Heizungswassertemperatur der Heizungswasserleitung zur Heizkörperversorgung ist, wobei – die Leitungen manuell oder automatisch zu- und abgeschaltet werden – nach kurz- oder längerfristiger Ermittlung der Heizungswassertemperatur oder nach zeitlichen Vorgaben geschaltet wird.
Leitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Priorisierung der Versorgung dezentraler Wärmetauscher zur Trinkwassererwärmung vor der Versorgung der Heizkörper zur Gebäudebeheizung mit warmem Heizungswasser nicht bei den dezentralen Wärmetauschern stattfindet.