DE102016102016A1

DE102016102016A1 - Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102016102016A1
Application number: DE102016102016.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Pewo Beteiligungs GmbH
Current assignee: Pewo Energietechnik De GmbH
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2016-08-04

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wobei im Bedarfsfalle der Vorwärmer und der Nachwärmer das Trinkkaltwasser auf die geforderte Sekundärmedientemperatur bzw. Trinkwarmwassertemperatur erwärmen und über den Nachwärmer in die Sekundärmedienverteilung bzw. Trinkwarmwasserverteilung, welche eine Zirkulation sein kann, einzuspeisen. Hierbei soll erreicht werden, dass es auch bei einer ungünstigen oder zu geringen Auslegung der Wärmeübertrageranordnung einer Sekundärmedienbereitung bzw. Trinkwarmwasserbereitung auch bei Bedarfsspitzen zu keinen Leistungseinbruch kommt. Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen bei einer Sekundärmedienerwärmung mittels Wärmeübertragern, wobei die Wärmeübertrager als seriell angeordnete Vorwärmer (6) und Nachwärmer (7) ausgebildet sind, wobei ein Primärmedium als primärer Vorlaufvolumenstrom (1) von einer Wärmequelle primärseitig den Nachwärmer (7) und nachfolgend den Vorwärmer (6) durchströmt und als primären Rücklaufvolumenstrom (2) über den primärseitigen Rücklauf (11) den Vorwärmer (6) verlässt und wobei Sekundärmedium sekundärseitig durch den Vorwärmer (6) und anschließend und gemeinsam mit einer Sekundärmedienzirkulation (20) durch den Nachwärmer (7) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Vorlaufvolumenstrom (1) der Wärmequelle zusätzlich auf den primärseitigenen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) geführt wird, wobei eine Änderung der primärseitigen Durchströmung des Vorwärmers (6) und/oder des Nachwärmers (7) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen bei einer Sekundärmedienerwärmung mittels Wärmeübertragern und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens für eine entsprechende Sekundärmedienerwärmung wie beispielsweise geeignet für die Trinkwassererwärmung mittels zumindest zwei Wärmeübertragern, welche als Vorwärmer und Nachwärmer ausgebildet sind.
Unter Wärmeübertrager werden im weiteren Wärmeübertrager verstanden, die zwei Primäranschlüsse zur Durchleitung des Primärmediums und zwei Sekundäranschlüsse zur Durchleitung des Sekundärmediums umfassen. Der Anschluss zum Eintritt des Vorlaufs des Primärmediums wird im Weiteren als primärseitiger Vorlauf des Vorwärmers beziehungsweise Nachwärmers bezeichnet und der Austritt entsprechend als primärseitiger Rücklauf des Vorwärmers beziehungsweise Nachwärmers. Der Eintritt des Sekundärmediums, wie beispielsweise Trinkkaltwasser, in den Vorwärmer wird als Sekundärmedieneintritt, der Austritt jeweils als sekundärseitiger Vorlauf des Vorwärmers beziehungsweise Nachwärmers bezeichnet. Der Eintritt des Sekundärmediums in den Nachwärmer wird als sekundärseitiger Rücklauf des Nachwärmers bezeichnet. An diesen Rücklauf des Nachwärmers wird auch der Zirkulationsrücklauf geführt.
Bei einer ungünstigen oder zu geringen Auslegung der Wärmeübertrageranordnung einer Trinkwarmwasserbereitung mit einem in Serie geschalteten Vorwärmer und einem Nachwärmer, kann es beim Zapfen zu einem Leistungseinbruch seitens des Nachwärmers kommen, wenn der Warmwasserbedarf derart hoch ist, dass der Nachwärmer trotz Vorwärmung nicht mehr die geforderte Solltemperatur am sekundärseitigen Vorlauf in das Trinkwassernetz speisen kann. Andererseits sind zur Vermeidung dieses Leistungsdefizits Nachwärmer überdimensioniert ausgelegt und werden nur selten an der Leistungsgrenze betrieben. Es kann jedoch auch zu einem Übersteuern bzw. Überregeln der primärseitigen Ventile zur Begrenzung bzw. Freigabe des primären Vorlaufvolumenstroms der Wärmequelle kommen, wodurch dann ein erheblich hoher Leistungsbedarf erzeugt wird, welcher jedoch nicht dem tatsächlichen Bedarf entspricht.
Aus der EP 2187135 A2 ist bereits eine Anordnung und deren Anwendung bekannt, bei welcher der primärseitigen Wärmestrom an einen Wärmeübertrager als Vorwärmer angebunden ist und der Vorwärmer zudem mit dem Rückstrom eines weiteren Wärmeübertragers gekoppelt ist, wobei diese Kopplung optional ist und der Rückstrom bedarfsweise dem primärseitigen Wärmestrom beigemischt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wobei im Bedarfsfalle der Vorwärmer und der Nachwärmer das Trinkkaltwasser auf die geforderte Sekundärmedientemperatur bzw. Trinkwarmwassertemperatur erwärmen und über den Nachwärmer in die Sekundärmedienverteilung bzw. Trinkwarmwasserverteilung, welche eine Zirkulation sein kann, einzuspeisen. Hierbei soll erreicht werden, dass es auch bei einer ungünstigen oder zu geringen Auslegung der Wärmeübertrageranordnung einer Sekundärmedienbereitung bzw. Trinkwarmwasserbereitung auch bei Bedarfsspitzen zu keinen Leistungseinbruch kommt.
Die Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen einer Sekundärmedienerwärmung wie beispielsweise eine zumindest zweistufige Warmwasserbereitung mittels Wärmeübertragern, wobei die Wärmeübertrager als seriell angeordnete Vorwärmer und Nachwärmer ausgebildet sind und ein Primärmedium als primärer Vorlaufvolumenstrom primärseitig über den primärseitigen Vorlauf und den primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers den Nachwärmer und nachfolgend über den primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers den Vorwärmer durchströmt und danach über den primärseitigen Rücklauf des Vorwärmers als primären Rücklaufvolumenstrom über den primärseitigen Rücklauf den Vorwärmer verlässt und Sekundärmedium sekundärseitig durch den Vorwärmer und anschließend und gemeinsam mit einer Sekundärmedienzirkulation durch den Nachwärmer geleitet wird.
Die Leistungssteigerung wird erreicht, indem der primäre Vorlaufvolumenstrom der Wärmequelle zusätzlich auf den primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers geführt wird, wobei eine zeitweilige bzw. bedarfsgesteuerte Änderung der primärseitigen Durchströmung des Vorwärmers und/oder des Nachwärmers erfolgt. Damit wird erreicht, dass im Vorwärmer das kalte Sekundärmedium bzw. Trinkkaltwasser soweit erwärmt wird, dass der Nachwärmer nur noch einen begrenzten Beitrag zur Sekundärmedienerwärmung zu leisten braucht, ohne dabei an die Leistungsgrenze zu kommen. Zudem wird erreicht, dass die Leistungsgrenzen optimal ausgenutzt und ungünstige Teillasten vermeiden werden, bei welchen der jeweilige Wärmeübertrager nur zum Teil durchströmt wird. Unter der seriell angeordneten Anordnung eines Vorwärmers und eine Nachwärmers sind mindestens zwei Wärmeübertrager zu verstehen, welche aus einzelnen Wärmeübertragern als Vorwärmer und Nachwärmer aneinandergereiht sind oder ein einteiliger kombinierter Wärmeübertrager mit einem Nachwärmerabschnitt und einem Vorwärmerabschnitt. Das Verfahren ist sowohl für Wärmeübertrageranordnungen geeignet, welche aus separaten Wärmeübertragern zusammengesetzt sind, als auch für Wärmeübertrager, welche konstruktiv, beispielsweise als U- oder Z-Wärmeübertrager bekannt, so ausgebildet sind, dass sie zumindest zwei Wärmeübertrager, wie den Vorwärmer und Nachwärmer abbilden und eine zumindest zweistufige Erwärmung eines Sekundärmediums wie beispielsweise eine Warmwasserbereitung für Trinkwarmwasser zu ermöglichen. Neben der Warmwasserbereitung sind auch Anwendungsfälle beispielsweise in der Getränkeindustrie zur Erwärmung von Getränken wie beispielsweise von Fruchtsäften möglich, bei denen sich ändernde Lasten auftreten können oder ein sprunghafter Temperaturwechsel erforderlich ist. Ebenso lässt sich das Verfahren auf eine drei- oder mehrstufige Sekundärmedienerwärmung abbilden, sofern es bei den jeweiligen Wärmeübertragern, die jeweils als Vorwärmer bzw. Nachwärmer eingestuft werden können, im Zusammenwirken und je nach Leistungsauslegung zu Leistungseinbrüchen kommen kann.
Die Änderung der Durchströmung bezieht sich insbesondere auf die Änderung der Volumenströme und deren Temperaturen, in der Vorwärmer und Nachwärmer jeweils durchströmt werden. Dabei wird der Vorwärmer zumindest als gemischter Volumenstrom zum abgekühlten Volumenstrom, welcher durch den Nachwärmer zum Vorwärmer geleitet wird, zusätzlich mit heißem Primärmedium der jeweiligen Wärmequelle oder von einem Primärmedienpeicher unmittelbar versorgt. Durch die veränderbare primärseitige Durchströmung des Vorwärmers wird erreicht, dass beim umfangreichen Zapfen der Vorwärmer das sekundärseitig in den Vorwärmer einströmende Sekundärmedium, wie beispielweise das Trinkkaltwasser, soweit aufheizt, dass die Temperaturdifferenz zur zu erreichenden Sekundärmedienzirkulation- bzw. Trinkwarmwasserzirkulationstemperatur nur noch gering ist.
Als Wärmequelle kommen beispielsweise als nicht abschließende Nennung Fernwärmenetze, Nahwärmenetze, auch dezentrale Heizungsanlagen sowie Fernwärmenetze oder Nahwärmenetze mit Systemtrennung sowie Wärmequellenanordnungen mit Pufferspeicher für das Primärmedium in Betracht.
Die primärseitige Durchströmungsänderung des Vorwärmers wird anhand von Messungen der Temperatur bzw. von Volumenströmen an den kritischen Stellen des Nachwärmers sowie des Vorwärmers überwacht und eingestellt bzw. geregelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl bei der zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung im Durchflussprinzip als auch im Speicherladeprinzip einsetzbar, wenngleich die Lastspitzen durch den Trinkwarmwasserspeicher abgedeckt werden sollten. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass auch ein Speicher vollständig entleert wird oder der Trinkwarmwasserspeicher während des Zapfens wieder geladen werden soll.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entsprechend, wird der primäre Vorlaufvolumenstrom der Wärmequelle in einem Mischpunkt mit dem primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers gemischt. Der primärseitige Vorlauf des Vorwärmers wird dann mit dem Volumenstrom des gemischten Primärmediums gespeist. Durch die Variation des Mischungsverhältnisses kann die Temperatur beim Eintritt des Primärmediums in den Nachwärmer so eingestellt werden, dass eine entsprechend des Bedarfes sekundärseitige Erwärmung des Vorwärmers auf beispielsweise 50 bis 55 Grad Celsius erfolgt. Damit wird die Temperatur erreicht, welche beispielsweise das Trinkwarmwasser im Rücklauf der Zirkulation am sekundärseitigen Rücklauf des Nachwärmers etwa besitzt. Die mit der zusätzlichen Versorgung des Nachwärmers mit Primärmedium höherer Temperatur werden eine größere Übertragungsleistung und somit beispielsweise höhere Zapfmengen erreicht. Die Einstellung des Mischungsverhältnisses erfolgt in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturen, beispielsweise am sekundärseitigen Vorlauf des Nachwärmers bzw. am sekundärseitigen Vorlauf des Vorwärmers.
Vorteilhaft erfolgt eine zeitweilige Rezirkulation des primären Rücklaufvolumenstroms des primärseitigen Rücklaufs des Vorwärmers auf den Mischpunkt oder in die Verbindungsleitung, wobei eine Beimischung auf den Mischpunkt oder in die Verbindungsleitung erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass der durch die Leistungssteigerung erwärmte, noch Restwärme enthaltende primäre Rücklaufvolumenstrom weiter bzw. erneut dem Leistungssteigerungsprozess zugeführt werden kann und nur bedarfsweise eine Beimischung mit dem primären Vorlaufvolumenstrom auf die für eine zuverlässige Leistungssteigerung erforderliche Temperatur erfolgt. Damit erfolgt ein die Ressourcen schonender Betrieb. Die jeweils zur Verfügung stehende Wärmequelle wird effizient, so wie es das Verfahren der Leistungssteigerung zulässt, genutzt.
Einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend wird das Mischungsverhältnis zumindest anhand der Messungen von Temperaturmessfühlern am primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers und/oder am Mischpunkt und/oder am sekundärseitigen Vorlauf des Nachwärmers und/oder am sekundärseitigen Rücklauf des Nachwärmers und/oder am sekundärseitigen Vorlauf des Vorwärmers und/oder am Sekundärmedieneintritt des Vorwärmers und/oder eines Volumenstrommessers am Sekundärmedieneintritt des Vorwärmers direkt und/oder mittels einer Regelung und/oder Steuerung eingestellt. So lässt sich einerseits am primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers nur das für das grundsätzliche Erreichen der erforderlichen Temperatur sekundärseitig erforderliche Volumen und dessen Temperatur einstellen, wobei hier die Messung der Temperatur des gemischten Volumenstroms vor dem bzw. am primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers ebenfalls in die Regelung und Steuerung eingehen sollte. Anderseits werden bei Erreichen der geforderten Temperatur an den Messpunkten sekundärseitig des Vorwärmers die Volumenströme primärseitig angepasst und entsprechend des Bedarfes auch wieder reduziert bzw. in den Normalbetrieb zurückversetzt. Durch die Temperatursteuerung der jeweiligen Volumenströme sekundärseits wie primärseits kann der Betrieb der Leistungssteigerung auf das erforderliche Maß beschränkt werden. Somit können Energie eingespart und mögliche aus dem Lastbetrieb resultierende Abweichungen von der Solltemperatur reduziert werden. Die Erfindungsaufgabe wird weiterhin durch die Bereitstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Leistungssteigerung von als seriell angeordnete Vorwärmer und Nachwärmer ausgebildeten Wärmeübertragern, wie in den Ansprüchen 1 bis 3 ausgeführt, gelöst. Die Lösung der Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 4 bereitgestellt. Entsprechend ist der das Primärmedium führende primäre Vorlaufvolumenstrom der Wärmequelle neben dem primärseitigen Vorlauf des Nachwärmers zusätzlich über eine in einem Verteilpunkt abzweigende Verbindungsleitung auch an den primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers angeschlossen. Entsprechend verzweigt sich der primäre Vorlaufvolumenstrom. Die Verbindungsleitung vom primären Vorlaufvolumenstrom der Wärmequelle zum primärseitigen Vorlaufanschluss des Vorwärmers bildet somit auch eine Art Bypass, der die Umgehung des Nachwärmers vollständig oder durch einen Teilstrom des Primärmedienvorlaufs ermöglicht. Durch Ansteuerung entsprechend angeordneter Stellventile beziehungsweise einer in der Verbindungsleitung angeordneten Pumpe kann bestimmt werden, welcher Teil des Primärmediums über welche Zeitdauer zum primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers und welcher Teil weiterhin zum primärseitigen Vorlauf des Nachwärmers geführt wird. Entsprechend kann eine Leistungssteigerung am Vorwärmer durch eine entsprechende Ansteuerung der Stellventile beziehungsweise der Pumpe realisiert werden. Die Installation ist mit geringem Aufwand, kostengünstig und zuverlässig realisierbar.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist in der zum primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers führenden Verbindungsleitung ein regelbares Stellventil oder eine Pumpe angeordnet. Das regelbare Stellventil ermöglicht Zwischenpositionen zwischen der vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Ventilstellung. Im Normalbetrieb ist das Stellventil vollständig geschlossen, so dass das Primärmedium zunächst vollständig über den Nachwärmer strömt. Bei Öffnung des Stellventils kann ein Teilstrom des Primärmediums des primären Vorlaufvolumenstroms direkt zum primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers geführt werden. Analog kann durch eine in der Verbindungsleitung angeordnete bevorzugt geregelte Pumpe die Versorgung des Vorwärmers mit dem Primärmedienvorlauf realisiert werden.
Mit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem zum primärseitigen Vorlauf des Nachwärmers führenden primären Vorlaufvolumenstrom zumindest ein weiteres Stellventil vor oder nach dem Verteilpunkt installiert. Hierdurch kann durch Variation des Durchlassquerschnittes beider Stellventile eine beliebige Menge des gesamten Primärmediums im primären Vorlaufvolumenstrom am Nachwärmer vorbei direkt zum Vorwärmer geführt werden. Somit bieten die Anordnung auf der Primärseite von Vorwärmer und Nachwärmer weitreichende Variationsmöglichkeiten, um in Abhängigkeit von primärseitig und sekundärseitig variierenden Betriebsbedingungen die Temperaturerhöhung als Leistungssteigerung auf der Sekundärseite des Vorwärmers zu gewährleisten. Eine Ausführung sieht vor, dass anstelle der Stellventile in der Verbindungsleitung und im primären Vorlaufvolumenstrom am Verteilpunkt oder am Mischpunkt auch ein Dreiwegeventil, insbesondere ein Dreiwegeventil zur Strömungsführung, installiert ist. Damit lassen sich die jeweilig erforderlichen Volumenströme für die Leistungssteigerung bedarfsgerecht abbilden. Eine damit gegebenenfalls verbundene proportionale Teilung der Volumenströme ist aufgrund der zeitlichen Beschränkung und einer gegebenenfalls geringen Häufigkeit der Leistungsteigerung hinnehmbar. Bei entsprechender Stellung dieser Dreiwegeventile erfolgt während der Hauptfunktion, nämlich die zweistufige Erwärmung eines Sekundärmediums wie beispielsweise Trinkwarmwasser, keine Einschränkung.
Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Verbindung zwischen dem primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers und dem primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers ein Mischpunkt vorhanden, wobei die Verbindungsleitung an den Mischpunkt geführt ist. Entsprechend ist durch die Stellung der Stellventile eine Mischung von primärseitigem Vorlauf und primärseitigem Rücklauf des Nachwärmers zur Speisung des primärseitigen Vorlaufs des Vorwärmers realisierbar. Somit kann die Eintrittstemperatur am primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers entsprechend den Erfordernissen zum Erreichen der erforderlichen Temperatur bzw. der Leistungsteigerung sekundärseitig im Vorwärmer variiert werden, da sich dadurch die erforderliche Menge an heißem Primärmedium beimischen lässt.
Vorteilhaft ist am primären Rücklaufvolumenstrom des primärseitigen Rücklaufes des Vorwärmers ein Verteilpunkt vorhanden, von welchem eine Verbindungleitung zu einem Dreiwegeventil in der Verbindungsleitung zwischen dem primären Vorlaufstrom und dem Mischpunkt stromauf vor dem primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers oder direkt zum Mischpunkt stromauf vor dem primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers oder direkt zum primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers geführt ist. Damit wird ein effizienter Betrieb ermöglicht, da auch in diesem Fall der durch die Leistungsteigerung erwärmte primäre Rücklaufvolumenstrom weiter bzw. erneut dem Leistungsteigerungsprozess zugeführt werden kann und nur bedarfsweise eine Beimischung mit dem primären Vorlaufvolumenstrom auf die für eine zuverlässige Leistungsteigerung erforderliche Temperatur erfolgt. Es ist damit ein die Ressourcen schonender Betrieb möglich, da die jeweils zur Verfügung stehende Wärmequelle effizient genutzt wird, so wie es das Verfahren der Leistungsteigerung zulässt.
Einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend ist im primären Vorlaufvolumenstrom vor dem primärseitigen Vorlauf des Nachwärmers ein Primärmischpunkt vorhanden, wobei vom primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers eine Verbindung zu diesem Primärmischpunkt vorhanden ist. Diese Verbindung lässt sich individuell von der Verbindung zwischen dem primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers und dem primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers oder gegebenenfalls auch vom Mischpunkt in der Verbindung zwischen dem primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers und dem primärseitigen Vorlaufs des Vorwärmers aus ausführen. Der Primärmischpunkt lässt sich als bzw. mittels einer Strahlpumpe ausführen. Damit lässt sich erreichen, dass sowohl die Temperaturerhöhung zur Leistungssteigerung sekundärseitig im Vorwärmer als auch die Sekundärmedienzirkulation bzw. die Trinkwarmwasserzirkulation zeitgleich erfolgt und beide Funktionen mit der erforderlichen Temperatur und Leistung betrieben werden. Der Primärmischpunkt lässt sich jedoch auch als bzw. mittels eines Dreiwegeventils oder durch ein oder zwei entsprechend angeordnete Stellventile im primären Vorlaufvolumenstrom und in der Verbindung vom primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers zu diesem Mischpunkt ausführen, wenn in der Verbindung vom primärseitigen Rücklauf des Nachwärmers zu diesem Mischpunkt eine regelbare Pumpe angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass der Nachwärmer seine Hauptfunktion erfüllt, während zeitgleich die Sekundärmedientemperaturerhöhung im Vorwärmer erfolgt. Die Saugpumpe, das Dreiwegeventil bzw. das eine oder die zwei Stellventile in Verbindung mit einer Pumpe ermöglichen die bedarfsgerechte Durchströmung ausreichend heißen Primärmediums zum sowie durch den Nachwärmer zur Aufrechterhaltung der Sekundärmedienzirkulation bzw. die Trinkwarmwasserzirkulation auch während der Sekundärmedientemperaturerhöhung im Vorwärmer.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind die Stellventile und/oder die Pumpen mit einer Steuereinheit und/oder einer Regeleinheit verbunden. Damit kann der Wechsel zwischen dem Normalbetrieb zur Aufheizung des Sekundärmediums und dem leistungsgesteigerten Betrieb bedarfsgerecht gesteuert werden. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Stellventile sowie der entsprechenden Ansteuerung der Pumpen erfolgt die Umschaltung vom Normalbetrieb auf den leistungsgesteigerten Betrieb und zurück.
Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entsprechend sind am primärseitigen Vorlauf des Vorwärmers und/oder am Mischpunkt und/oder am sekundärseitigen Vorlauf des Nachwärmers und/oder am sekundärseitigen Rücklauf des Nachwärmers und/oder am sekundärseitigen Vorlauf des Vorwärmers und/oder am Sekundärmedieneintritt des Vorwärmers ein Temperaturmessfühler angeordnet. Zudem ist am Sekundärmedieneintritt des Vorwärmers ein Volumenstrommessers vorhanden. Die Messwerte der Temperaturmessfühler sowie des Volumenstrommessers werden an die Regelungseinheit und/oder an die Steuereinheit übertragen. Auch eine direkte Verbindung mit den Stellventilen bzw. der Pumpe lässt sich vorsehen. Die Erfassung der Temperaturen ermöglicht es, die gemessene Temperatur mit der vorgegebenen Temperatur zum Abfangen der Leistungsspitzen zu vergleichen und bei Übereinstimmung wieder auf den Normalbetrieb zurückzuschalten. Damit wird das Erreichen einer stabilen Temperatur im Sekundärmedium und dessen Zirkulation wie beispielsweise dem vorgewärmten Trinkwarmwasser sowie dem erwärmten Trinkwarmwasser in der Zirkulation sichergestellt. Durch die Anordnung unterschiedlicher Temperaturmessfühler und in Kombination mit dem Volumenstrommesser verbessert sich das Ansprechverhalten der Regelung und Steuerung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen offenbart.
Es zeigen:
1 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung mit primärseitiger Speisung des Vorwärmers aus dem primären Vorlaufvolumenstrom,
2 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung mit primärseitiger Speisung des Vorwärmers aus dem primären Vorlaufvolumenstrom,
3 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung mit primärseitiger Speisung des Vorwärmers aus dem primären Vorlaufvolumenstrom und mit primärseitiger Anordnung einer Strahlpumpe in dem primären Vorlaufvolumenstrom,
4 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung mit primärseitiger Speisung des Vorwärmers aus dem primären Vorlaufvolumenstrom und mit primärseitiger Anordnung eines Dreiwegeventils an einem Mischpunkt im primären Vorlaufvolumenstrom,
5 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung mit primärseitiger Anordnung eines Dreiwegeventils an einem Mischpunkt im primären Vorlaufvolumenstrom und mit Rezirkulation des primären Rücklaufvolumenstroms,
6 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung einer dreistufigen Anordnung von Wärmeübertragern mit zusätzlicher primärseitiger Speisung der Vorwärmer und
7 eine Anordnung zur Leistungssteigerung einer zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung mit primärseitiger Speisung des Vorwärmers aus dem primären Vorlaufvolumenstrom und mit Rezirkulation des primären Rücklaufvolumenstroms.
Die Beschreibung der Figuren bezieht sich auf eine zweistufige Trinkwassererwärmung, wobei das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung auch für andere Sekundärmedien und deren Erwärmungsvorgänge eingesetzt werden kann.
Die Trinkwarmwasserbereitung erfolgt in einem Vorwärmer 6 und einem Nachwärmer 7. Das zu erwärmende Sekundärmedium Trinkkaltwasser durchströmt zunächst über den Trinkkaltwassereintritt 14 bzw. den Sekundärmedieneintritt 14 durch den Vorwärmer 6 und über den sekundärseitigen Vorlauf 13 des Vorwärmers 6 zum sekundärseitigen Rücklauf 4 des Nachwärmers 7, an welchem auch der Trinkwarmwasserzirkulationsrücklauf 15 oder der Sekundärmedienzirkulationsrücklauf 15 angeschlossen ist. Nach dem das Sekundärmedium, im Konkreten Trinkkaltwasser, über den sekundärseitigen Rücklauf 4 des Nachwärmers 7 den Nachwärmer 7 durchströmt hat, verlässt es den Nachwärmer 7 über den sekundärseitigen Vorlauf 3 in die Trinkwarmwasserzirkulation 20 bzw. Sekundärmedienzirkulation 20. Die Trinkwarmwasserzirkulation 20 ist am sekundärseitigen Vorlauf 3 und der Trinkwarmwasserzirkulationsrücklauf 15 ist am sekundärseitigen Rücklauf 4 des Nachwärmers 7 angeschlossen. In dem Trinkwarmwasserzirkulationsrücklauf 15 oder der Sekundärmedienzirkulationsrücklauf 15 ist vor dem sekundärseitigen Rücklauf 4 des Nachwärmers 7 ein Mischpunkt 23 zur Einspeisung des sekundärseitigen Vorlaufes 13 des Vorwärmers 6 vorhanden. Wenngleich eine Trinkwarmwasserbereitung im Durchflussprinzip dargestellt wird, ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass zudem sekundär auch ein Speicherladesystem angeordnet ist, da auch in einem solchen Fall eine zweistufige Wassererwärmung zum Einsatz kommen kann, welche den gleichen Kriterien unterliegt.
Das mit dem primären Vorlaufvolumenstrom 1 zuströmende Primärmedium durchströmt zunächst den Nachwärmer 7, um das Trinkkaltwasser auf die Zirkulationstemperatur von beispielsweise 60 Grad Celsius aufzuheizen und nachfolgend den Vorwärmer 6, um das beim Zapfen nachströmende Trinkkaltwasser vorzuwärmen. Dafür durchströmt das Primärmedium als primärer Vorlaufvolumenstrom 1 über den primärseitigen Vorlauf 8 und den primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 den Nachwärmer 7 und nachfolgend über den primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6 den Vorwärmer 6 und verlässt danach über den primärseitigen Rücklauf 11 des Vorwärmers 6 als primären Rücklaufvolumenstrom 2 den Vorwärmer 6. Über den primären Rücklaufvolumenstrom 2 wird anschließend das Primärmedium zur Wärmequelle oder zu einem Primärmedienpeicher zurückgeführt. Damit erfolgt die Trinkwarmwasserbereitung im Gegenstromprinzip. Die Erfindung ist neben der hier beschriebenen zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung auch auf die Trinkwarmwasserbereitung mit weiteren Wärmeübertragerstufen anwendbar. Ebenso ist das hier beschriebene Verfahren und die Anordnung an Wärmeübertragerkonfigurationen anwendbar, welche als in einem Stück hergestellten oder konfektionierten, beispielsweise einen U- oder Z-Wärmeübertrager abbilden und ebenfalls für eine zweistufige oder mehrstufige Trinkwarmwasserbereitung eingesetzt werden können.
Die Temperatur des Trinkkaltwassers ist durchschnittlich 10 Grad Celsius. In dem hier beschrieben Normalbetrieb werden beim Zapfen im Vorwärmer 6 sekundärseitig Temperaturen von etwa 10–45 Grad Celsius erreicht. Ist die Menge des einströmenden Trinkkaltwasser sehr hoch, muss der Nachwärmer 7 die Erwärmung des Trinkwarmwassers um die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorgewärmten Trinkkaltwassers und der Temperatur der Trinkwarmwasserzirkulation 20 von derzeit geforderten 60 Grad Celsius übernehmen. Dies kann in Spitzenlastzeiten zu Einbrüchen der geforderten Temperatur der Trinkwarmwasserzirkulation 20 bzw. der Sekundärmedienzirkulation 20 führen, wenn der Vorwärmer 6 das Trinkkaltwasser nur unzureichend vorwärmt und der Nachwärmer 7 die Temperaturdifferenz nicht oder nur mit Übersteuern bzw. Überregeln des primärseitigen Vorlaufes 8 versucht auszugleichen. Ist der Vorwärmer 6 nicht in der Lage das Trinkkaltwasser vorzuwärmen, kommt bereits vom Nachwärmer kaum noch ausreichend heißes Primärmedium. Das bedeutet, dass der Nachwärmer 7 möglicherweise bereits an eine physische Lastgrenze gekommen ist oder aber dass der Nachwärmer 7 im primärseitigen Vorlauf 8 bewusst oder unbewusst in der Leistung begrenzt ist. Dies kann auch eine Durchflussbegrenzung bezüglich des Primärmediums sein.
Das DVGW Arbeitsblatt W551 sieht vor, dass eine Erhitzung des zu erwärmenden Trinkwassers auf 60°Grad Celsius erfolgen muss. Diese Temperaturen können im Vorwärmer 6 im Normalbetrieb nicht erreicht werden. Die Erfindung stellt ein Verfahren und entsprechende Anordnung zur Leistungssteigerung bereit, die die zeitweilige Erhitzung des Trinkwassers im Vorwärmer 6 auf beispielsweise 50 bis 55 Grad Celsius ermöglicht, wobei die vom Nachwärmer 7 zu überwindende Temperaturdifferenz bei der Erwärmung des Trinkwarmwasser erheblich verringert wird, so dass die Nacherwärmung mit den jeweiligen Auslegungen sowie Durchströmungen der Nachwärmer 7 sichergestellt werden kann.
Sekundärseits wird in bekannter Weise das im Nachwärmer 7 auf 60 Grad Celsius nacherhitzte Sekundärmedium, beispielsweise das Trinkwarmwasser durch die Trinkwarmwasserzirkulation 20 mittels der Zirkulationspumpe 25 gepumpt und erreicht somit die jeweiligen Verbraucherstellen.
Die Trinkwarmwasserzirkulation 20 bzw. die Sekundärmedienzirkulation 20 kann während der aktivierten Leistungssteigerung zugeschalten sein. Sie unterstützt die Nacherwärmung im Nachwärmer 7, da der Trinkwarmwasserzirkulationsrücklauf 15 mit dem vorgewärmten Trinkkaltwasser gemischt wird und im Nachwärmer 7 auf die Zirkulationstemperatur nacherwärmt wird. Der Trinkwarmwasserzirkulationsrücklauf 15 bzw. der Sekundärmedienzirkulationrücklauf 15 unterstützt damit die Nacherwärmung und reduziert den Energiebedarf für die Leistungssteigerung im Vorwärmer 6.
Die 1 zeigt eine Anordnung zur Leistungssteigerung mit geregelter zusätzlich direkter primärseitiger Speisung des Vorwärmers 6 aus dem primären Vorlaufvolumenstrom 1 zur sekundärseitigen Temperaturerhöhung. Dazu ist in dem primären Vorlaufvolumenstrom 1 in einem Verteilpunkt 22 eine Verbindungsleitung 12 angeschlossen, die mit dem primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6 verbunden ist. In der Verbindungsleitung 12 ist ein Stellventil 21 vorgesehen, das für eine Temperaturerhöhung zur Leistungssteigerung angesteuert geöffnet wird. Somit wird der Vorwärmer 6 zumindest teilweise mit dem Primärmedium des primären Vorlaufvolumenstrom 1 der Wärmequelle gespeist. Ein zweites Stellventil 17 ist in dem primären Vorlaufvolumenstrom 1 zwischen Verteilpunkt 22 und Vorlaufanschluss 9 des Nachwärmers 7 angeordnet. Mit der Schließung bzw. der Reduzierung der Durchströmung dieses Stellventils 17 während der Leistungssteigerung ein entsprechender Volumenanteil des primären Vorlaufvolumenstroms 1 über die Verbindungsleitung 12 zum Vorwärmer 6 geführt. Durch Zwischenstellungen des Durchlasses der Stellventile 17, 21 kann am Mischpunkt 23 eine Mischtemperatur aus der Vorlauftemperatur des primären Vorlaufvolumenstroms 1 und der Temperatur des primärseitigen Rücklaufs 9 des Nachwärmers 7 eingestellt werden. Mit dieser Mischtemperatur wird der Vorwärmer 6 über dessen primärseitigen Vorlauf 10 versorgt. Zur Temperaturerfassung und -regelung kann in diesem Bereich ein Temperatursensor (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Entsprechend lassen sich die Stellventile 17, 21 zur Temperaturregelung am primärseitigen Vorlauf 10 ansteuern. Indem die beiden Stellventile 17, 21 nach dem Verteilpunkt angeordnet sind, besitzen je nach den besonderen Umständen gegebenenfalls beide die Funktion der Notstellfunktion zum Schutz vor einem ungeregelten bzw. unregelbaren Betrieb, wodurch diese Anordnung mit zwei Ventilen zwar feiner abzustimmen ist, jedoch die besonderen Stellventile besitzt.
Durch eine Erhöhung der Eintrittstemperatur am primärseitigen Vorlauf 10 kann im Vorwärmer 6 sekundärseitig im Trinkkaltwasser eine Temperaturerhöhung zur Leistungssteigerung erreicht werden. Durch entsprechend positionierte Temperatursensoren (nicht dargestellt) kann das Erreichen der Temperaturerhöhung zur Leistungssteigerung ermittelt und über eine Steuerung die Zurückschaltung auf den Normalbetrieb vorgenommen werden. Ebenso lassen sich über die Steuerung die Temperaturen am Mischpunkt 23 einstellen, um die sekundärseitige Temperaturerhöhung im eingeströmten Trinkkaltwasser zur Leistungssteigerung schnell zu erreichen, aber auch um zu hohe Temperaturen zu vermeiden.
Die 2 zeigt eine aus 1 bekannte Anordnung zur sekundärseitigen Temperaturerhöhung im eingeströmten Sekundärmedium Trinkkaltwasser zur Leistungssteigerung mit primärseitiger Speisung des Vorwärmers 6 aus dem primären Vorlaufvolumenstrom 1. Im Unterschied zu 1 ist hierbei das Stellventil 17 vor dem Mischpunkt 17 angeordnet. Somit benötigt zunächst nur dieses Stellventil 17 die Funktion der Notstellfunktion zum Schutz vor einem ungeregelten bzw. unregelbaren Betrieb. Das nachfolgende Stellventil 21 benötigt diese Funktion nicht. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass jeweils der Anteil an Primärmedium des primären Vorlaufvolumenstroms 1 durch Einstellung des Stellventils 21 durch die Verbindungsleitung 12 zum Mischpunkt 23 geleitetet wird und anhand der Messungen der Temperatursensoren entsprechend zum Erreichen der sekundärseitigen Temperaturerhöhung des eingeströmten Trinkkaltwassers zur Leistungssteigerung beigemischt wird.
Die Temperatursensoren sind einerseits am Mischpunkt 23 oder am primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6, da diese Messstellen vorzugsweise räumlich nah beieinander liegen. Anderseits sind die Temperatursensoren auch am sekundärseitigen Vorlauf 13 sowie am Trinkkaltwassereintritt 14 als Sekundärmedieneintritt 14 des Vorwärmers 6 sowie am sekundärseitigen Vorlauf 3 des und/oder am sekundärseitigen Rücklauf 4 des Nachwärmers 7 angeordnet. Die jeweiligen Messungen erlauben die Detektion eines Leistungseinbruchs in der Trinkwarmwasserzirkulation 20 bzw. der Sekundärmedienzirkulation 20, nämlich am sekundärseitigen Vorlauf 3 des Nachwärmers 7, da an diesem die Solltemperatur nicht mehr erreicht wird. Aufgrund dieser Messung werden zudem die Messwerte der tatsächlichen Temperatur des einströmenden Trinkkaltwasser und der Temperatur des den Vorwärmer 6 verlassenden vorgewärmten Trinkkaltwasser und der jeweiligen Temperatur des Primärmediums die erforderliche Temperatur im Vorwärmer 6 zur Leistungssteigerung erfasst, um die optimale bedarfsorientierte Leistungssteigerung zu erreichen, indem das einströmende Trinkkaltwasser im Vorwärmer 6 stärker als im Normalbetrieb vorgewärmt wird. In einer vereinfachten Ausführung erfolgt die Temperaturmessung mittels der Temperaturmessfühler am Trinkkaltwassereintritt 14 als Sekundärmedieneintritt 14, am sekundärseitigen Vorlauf 13 des Vorwärmers 6 sowie am Mischpunkt 23 und zur Kontrolle am sekundärseitigen Vorlauf 3 des Nachwärmers 7, da insbesondere die drei ersten Messungen die Regelung bzw. Einstellung so für die bedarfsgerechte Leistungssteigerung erlauben, dass es zu einer verstärkten damit erhöhten aber ausreichenden Vorwärmung des einströmenden Trinkkaltwassers im Vorwärmer 6 kommt. Es kann davon ausgegangen werden, dass bei Erreichen der Temperatur des Trinkwarmwasserzirkulationsrücklaufes 15 bzw. des Sekundärmedienzirkulationsrücklaufes 15 am sekundärseitigen Vorlauf 13 des Vorwärmer 6 die Nacherwärmung im Nachwärmer ohne Leistungseinbruch erfolgen kann, da diese dem Zirkulationsbetrieb entspricht. Zudem gibt optional ein Volumenstrommesser Auskunft über die tatsächliche Menge des nachströmenden Trinkkaltwassers beim Zapfen. Über den Vergleich der gemessenen Temperaturen mit der zu erreichenden Temperatur der Trinkwarmwasserzirkulation 20 bzw. des Trinkwarmwasserzirkulationsrücklaufes 15 sowie mit der zu erreichenden Vorwärmtemperatur am sekundärseitigen Vorlauf 13 des Vorwärmers 6 werden die Stellventile 17, 21 bzw. sofern vorhanden die Pumpe 5 eingestellt bzw. geregelt. Dies erfolgt bevorzugt über die Regelung der Gesamtanordnung der Trinkwassererwärmung.
Die 4 zeigt eine Anordnung zur sekundärseitigen Temperaturerhöhung im eingeströmten Sekundärmedium Trinkkaltwasser im Vorwärmer 6 zur Leistungssteigerung mit primärseitiger Anordnung einer Strahlpumpe 16 in dem primären Vorlaufvolumenstrom 1.
Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist ergänzend zur Ausführung nach 2 im primären Vorlaufvolumenstrom 1 vor dem primärseitigen Vorlauf 8 des Nachwärmers 7 ein Primärmischpunkt 16 vorhanden. An dem Primärmischpunkt 16 ist eine Verbindung 19 vom primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 zu diesem Primärmischpunkt 16 vorhanden. Diese Verbindung 19 ist vom Mischpunkt 23, welcher in der Verbindung zwischen dem primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 und dem primärseitigen Vorlaufs 10 des Vorwärmers 6 vorhanden ist, ausgeführt. Der Primärmischpunkt 16 ist hierbei als Dreiwegeventil 16 ausgeführt und ermöglicht mit der Pumpe 26 zwischen dem als Dreiwegeventil ausgeführten Primärmischpunkt 16 und dem primärseitigen Vorlauf 8 des Nachwärmers 7 einen energieeffizienten Betrieb des Nachwärmers 7. Zugleich erlaubt diese Ausführung, dass zeitgleich die Leistungssteigerung abläuft, da einerseits der Nachwärmer 7 unabhängig vom Vorwärmer 6 die erforderliche Zirkulationstemperatur für die Trinkwarmwasserzirkulation 20 bereitstellt und andererseits der Vorwärmer 6 unabhängig vom Nachwärmer 7 die erforderlichen Volumenströme des Primärmediums erhält, um die sekundärseitige Temperaturerhöhung im eingeströmten Sekundärmedium Trinkkaltwasser zur Leistungssteigerung durchzuführen. Dies ist mit geringen Nachregelungen auch möglich, wenn das Dreiwegeventil 16 zur Nachregelung den Weg zum primärseitigen Vorlauf 8 des Nachwärmers 7 öffnet und damit vom primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 kühleres Primärmedium an den Mischpunkt 23 gelangt.
Weiterhin ist, wie im Ausführungsbeispiel gemäß 5 als Erweiterung des Ausführungsbeispiels der 4 dargestellt, am primären Rücklaufvolumenstrom 2 des primärseitigen Rücklaufes 11 des Vorwärmers 6 ein Verteilpunkt 27 vorhanden. Von diesem Verteilpunkt 27 ist eine Verbindungleitung 28 zu einem Dreiwegeventil 26 in der Verbindungsleitung 12 vorhanden. Das Stellventil 21 ist in diesem Fall nicht vorhanden. In der Verbindungsleitung 12 ist nach dem Dreiwegeventil 31 in Richtung Mischpunkt 23 bzw. in Richtung des primärseitigen Vorlaufs 10 des Vorwärmers 6 vor dem Mischpunkt 23 eine Pumpe 5 vorhanden. Das Dreiwegeventil 26 lässt sich jedoch auch mittels zweier Stellventile abbilden.
Ebenso ist dies gemäß des Ausführungsbeispiels nach 3 möglich. Als Abwandlung der 2 bzw. der 4 ist der Primärmischpunkt 16 hierbei als eine Strahlpumpe 16 ausgeführt. Dabei ist der Treibmedienanschluss der Strahlpumpe mit dem primären Vorlaufvolumenstrom 1 verbunden. Der Sauganschluss ist über die Verbindung 19 an den primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 angeschlossen und der Austritt der Strahlpumpe führt zum primärseitigen Vorlauf 8 des Nachwärmers 7. Anders als in 4 ist die Verbindung 19 nicht an den Mischpunkt 23 geführt sondern an die Verbindung zwischen dem primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 und dem primärseitigen Vorlaufs 10 des Vorwärmers 6. Die zu 4 beschriebenen Vorteile lassen sich auch mit dieser Ausführung umsetzen.
Ein nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel ist es, wenn das Stellventil 21 durch eine Pumpe ersetzt ist und den geregelten Volumenstrom zum Vorwärmer 6 erlaubt. Damit ist es möglich, mit geringem konstruktiven Aufwand den Volumenstrom zu den Wärmeübertragern so zu beeinflussen, dass bevorzugt der Vorwärmer 6 zur Leistungssteigerung mit Primärmedium versorgt wird. Beim Einsatz dieser Pumpe sind, insbesondere bei Druckunterschieden zwischen dem primären Vorlaufvolumenstrom 1 und dem primären Rücklaufvolumenstrom 2, Vorkehrungen zu treffen oder geeignete Pumpen zu verwenden, die eine Strömung durch die Pumpe im ausgeschalteten Zustand zuverlässig unterbinden.
Das Stellventil 17 ist ebenfalls nach dem Verteilpunkt 22 anordbar (nicht dargestellt). Ebenso ist es vorgesehen, dass die Stellventile 17 vor und nach dem Verteilpunkt angeordnet sind. Hierbei ist bevorzugt nur das Stellventil 17 vor dem Verteilpunkt 17 ein Stellventil 17 mit Notstellfunktion.
Das Primärmedium verlässt jeweils als primärer Rücklaufvolumenstrom 2 den Vorwärmer 6. Bei der sekundärseitigen Temperaturerhöhung im eingeströmten Sekundärmedium Trinkkaltwasser zur Leistungssteigerung kann es zu einem erhöhten Temperaturniveau im primären Rücklaufvolumenstrom 2 kommen, wenn die weitere Auskühlung des Primärmediums im Vorwärmer 6 während dieser Zeit nicht im für den Normalbetrieb gewohnten Maße erfolgt.
Wie oben beschrieben, ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass, wie in 6 dargestellt, neben der zweistufigen Trinkwarmwasserbereitung auch eine darüber hinaus mehrstufige Anordnung möglich ist. So erweitert sich die Anordnung beispielsweise nach 1, indem an den Vorwärmer 6 ein weiterer nachgelagerter Vorwärmer 6 angeschlossen ist, wie seinerseits der Nachwärmer 7 dem Vorwärmer 6 vorgeschalten ist, so dass dessen primärseitiger Rücklauf 11 zum dem nachgelagerten Vorwärmer 6 an den primärseitigen Vorlauf 10 des nachgelagerten Vorwärmer 6 geschalten ist. In diesem Fall verlässt das Primärmedium als primärer Rücklaufvolumenstrom 2 den nachgelagerten Vorwärmer 6.
Eine an 1 angelehnte Ausführungsform sieht gemäß 7 vor, das am primären Rücklaufvolumenstrom 2 des primärseitigen Rücklaufes 11 des Vorwärmers 6 ein Verteilpunkt 27 vorhanden ist. Von diesem Verteilpunkt 27 ist eine Verbindungleitung 28 zu einem Dreiwegeventil 26 in der Verbindungsleitung 12 vorhanden. In der Verbindungsleitung 12 ist nach dem Dreiwegeventil 31 in Richtung Mischpunkt 23 bzw. in Richtung des primärseitigen Vorlaufs 10 des Vorwärmers 6 vor dem Mischpunkt 23 eine Pumpe 5 vorhanden.
Nicht dargestellt, jedoch als Schaltungsvariante vorgesehen, ist es, dass die Verbindungleitung 28 direkt an den Mischpunkt 23 oder nach dem Mischpunkt 23 an den primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6 geführt ist. Hierbei sind je nach Anforderung und konkreter Schaltungsanordnung ebenfalls Ventilanordnungen bzw. eine geeignet Pumpe 5 Verbindungleitung 28, am Mischpunkt 23 bzw. stromauf vor dem primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6 zur Einstellung des konkreten Volumenstroms vorgesehen.
Sofern die Verbindungleitung 28 an den primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6 geführt ist, sind unterschiedliche Ausführungen der Schaltung bzw. des jeweiligen Wärmeübertrager vorgesehen. Vereinfacht sind die an den primärseitigen Vorlauf 10 des Vorwärmers 6 geführten Verbindungen der Verbindungsleitung 12, der Verbindungsleitung 28 bzw. die Verbindung vom primärseitigen Rücklauf 9 des Nachwärmers 7 über die zum Vorwärmer 7 externe Verrohrung zusammengeführt. Vorgesehen ist es jedoch auch, dass ein Wärmübertrage mit mehreren Anschlüssen zum Einsatz kommt und damit die jeweiligen Verbindungsanschlüsse separat an den Wärmeübertrager geführt sind. Neben den hier beschriebenen Verbindungen sind diese Ausführungen der Anschlussmöglichkeiten ebenfalls für die jeweils anderen Anschlüsse mit den jeweiligen Verbindungen der jeweiligen Wärmeübertrager anwendbar, sofern dies zweckdienlich und konstruktiv sinnvoll ist.
Zweckmäßig erfolgt die Einstellung der Stellventile 17, 21 sowie des Dreiwegeventils 26 über eine Regelung bzw. Steuerung. Damit ist eine schnelle und genaue Einstellung der Stellventile 17, 21 sowie des Dreiwegeventils 26 für eine bedarfsgerechte Leistungssteigerung möglich. Dafür werden die Temperaturmessdaten der Temperaturmessfühler, welche bevorzugt am sekundärseitigen Vorlauf (3) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Rücklauf (4) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Vorlauf (13) des Vorwärmers (6) und/oder am Sekundärmedieneintritt (14) des Vorwärmers (6) angeordnet sind, erfasst, um das Nichterreichen der Solltemperatur zu erkennen sowie eine zu erwartende übermäßige Kühlung des Trinkwassers als Sekundärmedium in der Trinkwarmwasserzirkulation 20 durch einen verstärkten Bedarf und Verbrauch schnell entgegenzuwirken. Dafür lässt sich zusätzlich auch ein Volumenstrommesser am Trinkkaltwassereintritt 14 als Sekundärmedieneintritt (14) anordnen.
Eine sehr vereinfachte Ausführung ist es, dass die Temperaturmessfühler, die zumindest am sekundärseitigen Vorlauf (3) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Rücklauf (4) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Vorlauf (13) des Vorwärmers (6) und/oder am Sekundärmedieneintritt (14) des Vorwärmers (6) angeordnet sind, mit den Stellventilen 17, 21 sowie mit dem Dreiwegeventils 26, beispielsweise thermostatisch verbunden sind. Kommt es zu einer Unterschreitung einer Solltemperatur erfolgt die Nachregelung, bis die gewünschte Solltemperatur wieder erreicht ist.
Bezugszeichenliste

1: primärer Vorlaufvolumenstrom
2: primärer Rücklaufvolumenstrom
3: sekundärseitiger Vorlauf des Nachwärmers
4: sekundärseitiger Rücklauf des Nachwärmers
5: Pumpe
6: Vorwärmer
7: Nachwärmer
8: primärseitiger Vorlauf des Nachwärmers,
9: primärseitiger Rücklauf des Nachwärmers,
10: primärseitiger Vorlauf des Vorwärmers
11: primärseitiger Rücklauf des Vorwärmers
12: primärseitiger Bypass, Verbindungsleitung
13: sekundärseitiger Vorlauf des Vorwärmers
14: Sekundärmedieneintritt, Trinkkaltwassereintritt
15: Trinkwarmwasserzirkulationsrücklauf, Sekundärmedienzirkulationsrücklauf
16: Primärmischpunkt, Dreiwegeventil, Strahlpumpe
17: Stellventil
18: Pumpe
19: Verbindung
20: Trinkwarmwasserzirkulation, Sekundärmedienzirkulation
21: Stellventil
22: Verteilpunkt
23: Mischpunkt
24: Mischpunkt
25: Zirkulationspumpe
26: Dreiwegeventil
27: Verteilpunkt
28: Verbindungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2187135 A2 [0004]

Claims

Verfahren zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen bei einer Sekundärmedienerwärmung mittels Wärmeübertragern, wobei die Wärmeübertrager als seriell angeordnete Vorwärmer (6) und Nachwärmer (7) ausgebildet sind, wobei ein Primärmedium als primärer Vorlaufvolumenstrom (1) von einer Wärmequelle primärseitig den Nachwärmer (7) und nachfolgend den Vorwärmer (6) durchströmt und als primären Rücklaufvolumenstrom (2) über den primärseitigen Rücklauf (11) den Vorwärmer (6) verlässt und wobei Sekundärmedium sekundärseitig durch den Vorwärmer (6) und anschließend und gemeinsam mit einer Sekundärmedienzirkulation (20) durch den Nachwärmer (7) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Vorlaufvolumenstrom (1) der Wärmequelle zusätzlich auf den primärseitigenen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) geführt wird, wobei eine Änderung der primärseitigen Durchströmung des Vorwärmers (6) und/oder des Nachwärmers (7) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Vorlaufvolumenstrom (1) der Wärmequelle in einem Mischpunkt (24) mit dem Volumenstrom des primärseitigen Rücklaufes (9) des Nachwärmers (7) gemischt und der primärseitige Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) mit dem gemischten Volumenstrom gespeist wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitweilige Rezirkulation des primären Rücklaufvolumenstroms (2) des primärseitigen Rücklaufs (11) des Vorwärmers (6) auf den Mischpunkt (23) oder in die Verbindungsleitung (12) erfolgt, wobei eine Beimischung auf den Mischpunkt (23) oder in die Verbindungsleitung (12) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis zumindest anhand der Messungen von Temperaturmessfühlern am primärseitigen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) und/oder am Mischpunkt (24) und/oder am sekundärseitigen Vorlauf (3) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Rücklauf (4) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Vorlauf (13) des Vorwärmers (6) und/oder am Sekundärmedieneintritt (14) des Vorwärmers (6) und/oder anhand eines Volumenstrommessers am Sekundärmedieneintritt (14) des Vorwärmers (6) direkt und/oder mittels einer Regelung und/oder Steuerung eingestellt wird.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Leistungssteigerung zum Ausgleich von Bedarfsspitzen bei einer Sekundärmedienerwärmung mittels Wärmeübertragern, wobei die Wärmeübertrager zumindest als seriell angeordnete Vorwärmer (6) und Nachwärmer (7) ausgebildet sind, wobei ein Primärmedium als primärer Vorlaufvolumenstrom (1) einer Wärmequelle primärseitig den Nachwärmer (7) und nachfolgend den Vorwärmer (6) durchströmt und als primären Rücklaufvolumenstrom (2) über den primärseitigen Rücklauf (11) den Vorwärmer (6) verlässt und wobei Sekundärmedium sekundärseitig durch den Vorwärmer (6) und anschließend und gemeinsam mit einer Sekundärmedienzirkulation (20) durch den Nachwärmer (7) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Vorlaufvolumenstrom (1) durch eine an einem Verteilpunkt (22) abzweigende Verbindungsleitung (12) zusätzlich an den primärseitigen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) angeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (12) ein regelbares Stellventil (21) oder eine regelbare Pumpe (5) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem primären Vorlaufvolumenstrom (1) vor und/oder nach dem Verteilpunkt (22) ein regelbares Stellventil (17) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen dem primärseitigen Rücklauf (9) des Nachwärmers (7) und dem primärseitigen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) ein Mischpunkt (23) vorhanden ist, wobei die Verbindungsleitung (12) an den Mischpunkt (23) geführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am primären Rücklaufvolumenstrom (2) des primärseitigen Rücklaufes (11) des Vorwärmers (6) ein Verteilpunkt (27) vorhanden ist, wobei von dem Verteilpunkt (27) eine Verbindungleitung (28) zu einem Dreiwegeventil (26) in der Verbindungsleitung (12) oder zum Mischpunkt (23) oder zum primärseitigen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) geführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im primären Vorlaufvolumenstrom (1) vor dem primärseitigen Vorlauf (8) des Nachwärmers (7) ein Primärmischpunkt (16) vorhanden ist, wobei vom primärseitigen Rücklauf (9) des Nachwärmers (7) eine Verbindung (19) zu diesem Primärmischpunkt (16) vorhanden ist und wobei der Primärmischpunkt (16) bevorzugt mittels einer Strahlpumpe oder mittels eines Dreiwegeventils oder mittels zweier Stellventile ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellventile (17, 21) und die Pumpen (5, 18) mit einer Regelung verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am primärseitigen Vorlauf (10) des Vorwärmers (6) und/oder am Mischpunkt (23) und/oder am sekundärseitigen Vorlauf (3) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Rücklauf (4) des Nachwärmers (7) und/oder am sekundärseitigen Vorlauf (13) des Vorwärmers (6) und/oder am Sekundärmedieneintritt (14) des Vorwärmers (6) ein Temperaturmessfühler und/oder dass am Sekundärmedieneintritt (14) des Vorwärmers (6) ein Volumenstrommesser vorhanden ist, wobei die Temperaturmessfühler und der Volumenstrommesser mit einer Regelung, einer Steuerung und/oder mit einem der Stellventile (17, 21) und/oder Pumpen (5, 18) verbunden sind.