DE102016102718A1

DE102016102718A1 - Trinkwassererwärmungssystem

Info

Publication number: DE102016102718A1
Application number: DE102016102718.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Telian; Lutz Birnick
Original assignee: YADOS GmbH; Hoval AG
Current assignee: YADOS GmbH; Hoval AG
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: DE102016102718B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trinkwassererwärmungssystem (1), das einen Heizfluidkreislauf (2), einen Trinkwasserkreislauf (3), eine Fördereinrichtung (4) für den Heizfluidkreislauf (2) und eine Regelungseinheit (5) aufweist, wobei der Heizfluidkreislauf (2) mit dem Trinkwasserkreislauf (3) über ein Wärmeübertragungssystem (6) gekoppelt ist und wobei eine Speichervorrichtung (7) in dem Heizfluidkreislauf (2) angeordnet ist. Das Wärmeübertragungssystem (6) umfasst eine erste Wärmeübertragungseinheit (8) zur Vorwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes (3) und eine zweite Wärmeübertragungseinheit (9) zur Erwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes (3) auf eine vorbestimmte Temperatur, wobei heißes Heizfluid über eine Nachwärmer-Zuführleitung (11) der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) zuführbar ist, und wobei die Regelungseinheit (5) einen ersten Regelungskreis (14) mit einem ersten Ventilelement (16) zur Zuführung von Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) in die erste Wärmeübertragungseinheit (8) und/oder in die wenigstens eine Speichervorrichtung (7) steuernd und/oder regelnd ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Trinkwassererwärmungssystem, das einen Heizfluidkreislauf für ein als Wärmeträger dienendes Heizfluid, einen Trinkwasserkreislauf für zu erwärmendes Trinkwasser, wenigstens eine Fördereinrichtung für den Heizfluidkreislauf und wenigstens eine Regelungseinheit aufweist, wobei der Heizfluidkreislauf mit dem Trinkwasserkreislauf über ein Wärmeübertragungssystem gekoppelt ist und wobei wenigstens eine Speichervorrichtung in dem Heizfluidkreislauf für das Heizfluid, welches das Wärmeübertragungssystem durchströmt, angeordnet ist.
Ein Trinkwassererwärmungssystem der Eingangs bezeichneten Art ist zum Beispiel aus der DE 196 19 566 C1 bekannt. Bei diesem bekannten System ist die Speichervorrichtung ein Pufferspeicher, der warmes oder heißes Heizfluid bereitstellt.
Neben diesem vorstehend angeführten Stand der Technik sind zur Erwärmung von Trinkwasser, insbesondere mittels Fernwärme, die verschiedensten Systeme bekannt, wie zum Beispiel Speicherwassererwärmer, Speicher-Lade-Systeme und Durchflusssysteme.
Beispielsweise besteht ein bekannter Speicherwassererwärmer aus einem Speicher, in dem ein Wärmeübertrager, der mit aus einem Fernwärmenetz stammendem Heizfluid, d.h. Heizwasser, gespeist wird, angeordnet ist. Dem Speicher wird kaltes Trinkwasser zugeführt, das als Warmwasser vom Speicher den Verbrauchern zugeführt wird und – soweit es von diesen nicht genutzt wird – in einem Sekundärkreislauf wieder dem Speicher zufließt. Nachteilig ist, dass das Aufheizen des Speicherinhaltes längere Zeit erfordert, in der kein Warmwasser zur Verfügung gestellt werden kann.
Ferner umfasst ein bekanntes Speicher-Lade-System einen Speicher und externe Wärmetauscher, die sowohl die Fernwärme als auch die Abwärme aus dem Rücklauf der Heizungsanlage zur Warmwasserbereitung nutzen können, wodurch eine niedrige Rücklauftemperatur bis unter 20°C erreicht wird. Von Nachteil ist, dass der Warmwasserbedarf vorwiegend aus dem Speicher abgedeckt wird, dessen Größe sich folglich nach dem größten Warmwasserverbrauch richten muss. Der große Speicher erfordert viel Platz, entsprechend hohe Investitionskosten und unterliegt thermischen Verlusten.
Darüber hinaus ist bei einem bekannten Durchflusssystem, zum Beispiel in der Rohrleitung zwischen dem Warmwasserspeicher und der Trinkwasserzufuhr, ein Überströmventil angeordnet, das sich bei definiertem Druckabfall infolge erhöhten Warmwasserverbrauchs öffnet, wodurch das kalte Trinkwasser in den Behälter eindringen und aufgrund seiner größeren Dichte das Warmwasser zum Verbraucher drängen kann. Bei diesem System kann der Speicher erheblich kleiner gehalten werden, weil er nur für die Spitzenbedarfsdeckung ausgelegt ist. Der Großteil der erforderlichen Warmwassermenge wird nicht aus dem Speicher, sondern unmittelbar aus dem Durchfluss der Wärmetauscher zur Verfügung gestellt. Damit das Warmwasser dabei die gewünschte Temperatur behält, sind aber größere Wärmetauscher als beim Speicher-Lade-System erforderlich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Anteil der Warmwasserbereitung an der gesamten Heizleistung wesentlich höher ist als der Anteil der Fernwärme.
Die vorstehend aufgeführten herkömmlichen Systeme der Trinkwassererwärmung weisen bei hohem Zirkulationsvolumenstrom und geringer Warmwasserentnahme hohe Rücklauftemperaturen auf, die bei Fernwärmeversorgung oder bei Einsatz von Brennwerttechnologien zu energetischen Nachteilen führen und den Anlagenwirkungsgrad vermindern. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass im Sinne der Erfindung als Zirkulationsbetrieb eine Betriebsart verstanden wird, bei der kein Trinkwasser entnommen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die ein System zur kontinuierlichen Erwärmung von Trinkwasser bereitstellt, welches mit einer kleinen Speichervorrichtung und geringem Platzbedarf auskommt und über dies hinaus Lastspitzen ausgleichen kann.
Bei einem Trinkwassererwärmungssystem der Eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Wärmeübertragungssystem eine erste Wärmeübertragungseinheit zur Vorwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes und eine zweite Wärmeübertragungseinheit zur Erwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes auf eine vorbestimmte Temperatur aufweist, wobei heißes Heizfluid über eine Nachwärmer-Zuführleitung der zweiten Wärmeübertragungseinheit zuführbar ist, und wobei die wenigstens eine Regelungseinheit wenigstens einen ersten Regelungskreis mit einem ersten Ventilelement zur Zuführung von Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit in die erste Wärmeübertragungseinheit und/oder in die wenigstens eine Speichervorrichtung steuernd und/oder regelnd ausgebildet ist. Im Sinne der Erfindung ist unter den Begriffen „Steuern“ und „Regeln“ zu verstehen, dass beim Steuern mit Hilfe einer Stellgröße eine Anlage beeinflusst wird, ohne dass dabei die Steuergröße auf die Stellgröße zurückwirkt. Hingegen ist das Regeln im Sinne der Erfindung ein Vorgang, bei dem der IST-Wert einer Größe gemessen und durch Nachstellen dem SOLL-Wert angeglichen wird. Ferner ist im Sinne der Erfindung unter dem Begriff Heizfluid ein flüssiges Heizmedium als Wärmeträger zu verstehen, welches beispielsweise Wasser oder ein Thermo-Öl sein kann. Die erste und/oder zweite Wärmeübertragungseinheit umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung darüber hinaus wenigstens einen Wärmeübertrager. Schließlich kann die wenigstens eine Regelungseinheit aus einem oder mehreren Regelungsmodulen bestehen, die verschiedene Abschnitte des erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystems regeln und/oder steuern.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Erfindung wird ein Trinkwassererwärmungssystem zur Verfügung gestellt, das sich durch einen funktionsgerechten und kostengünstigen Aufbau auszeichnet. Gemäß der Erfindung wird eine niedrige Rücklauftemperatur des Heizfluids erreicht, was für eine effiziente Nah- und Fernwärmeversorgung sowie für die CO₂-Einsparung und Ausnutzung des Brennwerteffektes bei Heizkesseln und Abgaswärmeübertragungseinheiten Voraussetzung ist. In dem erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystem wird eine hygienische Trinkwassererwärmung auf wenigstens 60°C sichergestellt und dabei das Heizfluid bestmöglich ausgekühlt. Der Effekt der Rücklauftemperaturabkühlung ist umso höher, je geringer die Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitungsverluste und je konstanter die Zapfmenge des Trinkwarmwassers sind. Durch die Erfindung werden bei dem Trinkwassererwärmungssystem niedrige Rücklauftemperaturen im Heizfluid bei der Ladung durch das zweistufige Wärmetauschersystem mit erstem und zweitem Wärmetauscher realisiert. Das Heizfluid weist niedrige Rücklauftemperaturen im Zirkulationsbetrieb der Rücklaufauskühlung auf. Das erfindungsgemäße Trinkwassererwärmungssystem ist ideal geeignet für den Anschluss an ein Fernwärmenetz, an ein Brennwertgerät oder an eine solarthermische Anlage, wobei der Betrieb des Trinkwassererwärmungssystems nach der deutschen Trinkwasserverordnung, den DVGW-Richtlinien und/oder anderen Spezifikationen (z.B. EU-Richtlinien), die nationalen oder regionalen Besonderheiten angepasst sein können, erfolgt. Die hochwertige Regelungseinheit garantiert dabei einen optimalen Betrieb des Trinkwassererwärmungssystems und regelt und/oder steuert den ersten Regelungskreis mit dem ersten Ventilelement derart, dass die erste Wärmeübertragungseinheit den Rücklauf des Heizfluids von der zweiten Wärmeübertragungseinheit abkühlt. Der erste Regelungskreis umfasst folglich die Regelung und/oder Steuerung des ersten Ventilelements, wodurch die Rücklaufabkühlung des Heizfluids in der ersten Wärmeübertragungseinheit bestimmt wird.
Es sei angemerkt, dass sich bei der vorliegenden Erfindung die Bezeichnung „heißes“ Heizfluid auf ein Heizfluid mit einer Temperatur von wenigstens 65°C, vorzugsweise 70°C, bezieht, welches der zweiten Wärmeübertragungseinheit zur Erwärmung des Trinkwassers auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 60°C zugeführt wird. Das von der zweiten Wärmeübertragungseinheit abgeführte Heizfluid hat üblicherweise im Zirkulationsbetrieb, bei dem kein Trinkwasser entnommen wird, eine Temperatur von ca. 55°C oder sogar 57°C, so dass auch von im Vergleich zu dem zugeführten, „heißen“ Heizfluid das abgeführte Heizfluid als „warm“ im Sinne der Erfindung bezeichnet wird. Das „warme“ Heizfluid, welches der ersten Wärmeübertragungseinheit zugeführt wird, um zirkulierendes Trinkwasser oder gezapftes Trinkwasser zu erwärmen, ist nach dem Durchströmen der ersten Wärmeübertragungseinheit üblicherweise stark abgekühlt (zum Beispiel auf 20°C), so dass es als „kaltes“ Heizfluid bezeichnet wird. Das heiße Heizfluid besitzt demnach eine höhere Temperatur als das warme Heizfluid, wohingegen das warme Heizfluid wiederum eine höhere Temperatur als das kalte Heizfluid aufweist.
In Ausgestaltung des Trinkwassererwärmungssystems gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Regelungseinheit einen zweiten Regelungskreis mit einem zweiten Ventilelement steuert und/oder regelt, wobei das zweite Ventilelement das Verhältnis von heißem Heizfluid aus einer an der wenigstens einen Speichervorrichtung angeschlossenen Vorlaufleitung und Heizfluid aus einer Beimischleitung, welche sowohl mit der wenigstens einen Speichervorrichtung als auch ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit verbunden ist, bestimmend ausgebildet ist und mittels der wenigstens einen Regelungseinheit steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist. Der zweite Regelungskreis umfasst neben dem zweiten Ventilelement eine als Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung sowie die zweite Wärmeübertragungseinheit und steuert oder regelt den Zufluss von Heizfluid durch die Vorlaufleitung und die Beimischleitung zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit.
Konstruktiv besonders einfach und günstig ist es bei dem erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystem, wenn das zweite Ventilelement die Vorlaufleitung, die eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit verbundene Nachwärmer-Zuführleitung und die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit und/oder aus der wenigstens einen Speichervorrichtung führende Beimischleitung miteinander verbindet. Das zweite Ventilelement kann beispielsweise ein Dreiwegeventil sein. Über das Dreiwegeventil, welches insbesondere als Mischventil bzw. Volumenstromregler mit Motorstellventil ausgebildet sein kann, wird das in der zweiten Wärmeübertragungseinheit abgekühlte Heizfluid dem heißen, von der wenigstens einen Speichervorrichtung zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit strömenden Heizfluid beigemischt, um den Wärmeübergang in der zweiten Wärmeübertragungseinheit zwischen dem Heizfluid und dem Trinkwasser zu optimieren.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystems ist vorgesehen, dass das zweite Ventilelement die Vorlaufleitung mit der eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung verbindet, wobei die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit und/oder aus der wenigstens einen Speichervorrichtung führende Beimischleitung in die Nachwärmer-Zuführleitung mündet. Beispielsweise kann das zweite Ventilelement ein Stellventil sein. Auf diese Weise kann ein Teil des zuvor heißen Heizfluids, welches durch die zweite Wärmeübertragungseinheit geströmt ist, wieder der zweiten Wärmeübertragungseinheit zugeführt werden, wobei zur Beimischung das Verhältnis von warmem und heißem Heizfluid über die Menge des zugeführten heißen Heizfluids erfolgt. Alternativ kann auch Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (zum Beispiel Heizfluid aus einer Schichtung, die von der Schichtung verschieden ist, aus der die Vorlaufleitung das Heizfluid aus der Speichervorrichtung bezieht) durch die Beimischleitung in die Nachwärmer-Zuführleitung geführt werden, dort mit dem Heizfluid der Vorlaufleitung vermischt werden und schließlich der zweiten Wärmeübertragungseinheit zugeführt werden.
Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung vor, dass die Nachwärmer-Zuführleitung mit der wenigstens einen Speichervorrichtung über die Vorlaufleitung und über die Beimischleitung, die mit einer an der wenigstens einen Speichervorrichtung angeschlossenen Heizfluidleitung verbunden ist, verbunden ist und Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung der zweiten Wärmeübertragungseinheit zuführt. Die zur Nacherwärmung des Trinkwassers bestimmte, zweite Wärmeübertragungseinheit wird also nicht von einem Trinkwasser-Erwärmer, Brennwertgerät oder Fernwärmenetz mit heißem Heizfluid sondern mit heißem Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung versorgt, was eine Speichervorrichtung mit entsprechender Beladung über eine Wärmequelle voraussetzt.
Zur Nutzung der in dem heißen Heizfluid vorhandenen Wärmeenergie ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der erste Regelungskreis eine Vorwärmer-Zuführleitung, welche von der zweiten Wärmeübertragungseinheit stammendes Heizfluid zu der ersten Wärmeübertragungseinheit leitet, und die Heizfluidleitung, die warmes Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit in die wenigstens eine Speichervorrichtung zurückführt und/oder die Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung in die Vorwärmer-Zuführleitung führt, umfasst, wobei das erste Ventilelement die Zufuhr von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit und/oder aus der wenigstens einen Speichervorrichtung in die Vorwärmer-Zuführleitung und die Zufuhr von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit in die Heizfluidleitung steuernd und/oder regelnd ausgebildet ist. Über das erste Ventilelement kann folglich unter anderem gesteuert werden, ob das von der zweiten Wärmeübertragungseinheit kommende, warme Heizfluid in die wenigstens eine Speichervorrichtung geführt wird oder ob die Wärmeenergie des warmen Heizfluids in der als Vorwärmer dienenden ersten Wärmeübertragungseinheit zur Vorwärmung des Trinkwassers ausgenutzt werden soll. Es besteht bei dieser Ausgestaltung auch die Möglichkeit, dass Heizfluid aus der Speichervorrichtung in die Vorwärmer-Zuführleitung geführt und dem dort geförderten Heizfluid beigemischt wird.
In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass eine Heizfluid-Rückführleitung vorgesehen ist, über die kaltes Heizfluid aus der ersten Wärmeübertragungseinheit der wenigstens einen Speichervorrichtung zuführbar ist. Eine separate Leitungsverbindung zur Rückführung des kalten oder ausgekühlten Heizfluids hat sich als vorteilhaft erwiesen, da dadurch der wenigstens einen Speichervorrichtung das warme und kalte Heizfluid in unterschiedlichen Schichtungen zugeführt werden kann, wobei auch die Option besteht, dass das kalte Heizfluid nicht gespeichert sondern direkt aus dem Trinkwassererwärmungssystem abgeführt wird.
Dementsprechend ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die wenigstens eine Speichervorrichtung nach Art eines Schichtenspeichers ausgebildet ist und heißes Heizfluid, vorzugsweise aus Fernwärme, über einen oberen Zuführanschluss in eine obere Schichtung und kaltes Heizfluid aus der Heizfluid-Rückführleitung über einen Eingangsanschluss in eine bodennahe Schichtung der wenigstens einen Speichervorrichtung zuführbar ist, wobei die Heizfluidleitung an einem Anschluss einer mittleren Schichtung der wenigstens einen Speichervorrichtung derart angeschlossen ist, dass der wenigstens einen Speichervorrichtung warmes Heizfluid vom zweiten Regelungskreis zuführbar ist oder dass Heizfluid von der wenigstens einen Speichervorrichtung abführbar und dem ersten und/oder zweiten Regelungskreis zuführbar ist, wobei die Vorlaufleitung an einem Anschluss der oberen Schichtung der wenigstens einer Speichervorrichtung derart angeschlossen ist, dass heißes Heizfluid von der wenigstens einen Speichervorrichtung abführbar ist und dem zweiten Regelkreis zuführbar ist.
Zur kontinuierlichen und effizienten Erwärmung von kaltem Trinkwasser mit einer Temperatur von unter 20°C, insbesondere von 10°C, ist eine zweistufige Erwärmung des Trinkwassers auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 60°C besonders geeignet. Aus diesem Grund sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass der Trinkwasserkreislauf eine Trinkwasser der ersten Wärmeübertragungseinheit zuführende Trinkwasserzuleitung und eine von der ersten Wärmeübertragungseinheit zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit führende Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung aufweist. Selbstverständlich ist es alternativ auch denkbar, dass wenigstens eine Zwischen-Erwärmung mittels einer Zwischen-Wärmeübertragungseinheit mit wenigstens einem Wärmeübertrager vorgesehen sein kann, bei welcher das Trinkwasser zwischen der ersten und zweiten Wärmeübertragungseinheit zwischenerwärmt wird. Somit würde es sich bei einer Zwischen-Erwärmung nicht mehr um eine zweistufige sondern um eine mehr als zwei Stufen umfassende (mehrstufige) Erwärmung des Trinkwassers handeln.
Schließlich sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass der Trinkwasserkreislauf einen Zirkulationskreislauf mit wenigstens einer Fördereinrichtung aufweist und der Zirkulationskreislauf derart ausgebildet ist, dass er in einer ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit verbundenen Trinkwarmwasserleitung befindliches Trinkwasser aus dem Bereich vor einer Zapfstelle abführt und durch eine Zirkulationsleitung in die zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit führende Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung fördert. Die Zirkulationsleitung dient dem Zweck, das sich in der Hausanlage abgekühlte Trinkwasser zu erwärmen, bevor es aus einer Zapf- oder Verbraucherstelle strömt, denn der Verbraucher wünscht dort warmes und nicht abgekühltes Trinkwasser.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der zwei beispielhafte bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Trinkwassererwärmungssystems gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Trinkwassererwärmungssystems gemäß der Erfindung und
3 eine alternative Ausgestaltung einer Speichervorrichtung des in den 1 und 2 gezeigten Trinkwassererwärmungssystems.
Ein Trinkwassererwärmungssystem 1 gemäß der Erfindung ist in den 1 und 2 gezeigt, wobei die Figuren unterschiedliche Ausführungsformen darstellen, die sich jedoch nur marginal voneinander unterscheiden. Aus diesem Grund gilt die nachfolgende Beschreibung ausnahmslos für beide Ausführungsformen, auch um Wiederholungen zu vermeiden. Jedoch wird ausdrücklich auf Elemente oder Bauteile hingewiesen, durch die sich beide Ausführungsformen unterscheiden.
Das Trinkwassererwärmungssystem 1 stellt ein System zur Bereitstellung von erwärmtem Trinkwasser für eine Mehrzahl von Wirtschaftseinheiten, Haushalten oder dergleichen dar und umfasst einen Heizfluidkreislauf 2 für ein als Wärmeträger dienendes flüssiges Heizfluid, wie zum Beispiel Wasser oder Thermo-Öl, und einen Trinkwasserkreislauf 3 für zu erwärmendes Trinkwasser mit einem Zirkulationsbetrieb. Das Trinkwassererwärmungssystem 1 umfasst ferner eine nach Art einer Umwälzpumpe ausgeführte Fördereinrichtung 4 für den Heizfluidkreislauf 2, eine Regelungseinheit 5, die in den Ausführungsbeispielen ein DCC-Regler ist, und ein den Heizfluidkreislauf 2 mit dem Trinkwasserkreislauf 3 koppelndes Wärmeübertragungssystem 6, wobei eine Speichervorrichtung 7 in dem Heizfluidkreislauf 2 für das Heizfluid, welches das gesamte oder nur einen Teil des Wärmeübertragungssystems 6 durchströmt, angeordnet ist.
Das Wärmeübertragungssystem 6 für beide Ausführungsformen der 1 und 2 ist zweistufig aufgebaut und weist eine erste Wärmeübertragungseinheit 8 zur Vorwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes 3 und eine zweite Wärmeübertragungseinheit 9 zur Erwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes 3 auf eine vorbestimmte Temperatur auf. Selbstverständlich ist es in Abwandlung des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels denkbar, dass zwischen der ersten und zweiten Wärmeübertragungseinheit 8, 9 eine Zwischen-Wärmeübertragungseinheit angeordnet werden kann, so dass die Erwärmung mehr als zweistufig erfolgt. Es sei angemerkt, dass in den 1 und 2 die Wärmeübertragungseinheiten 8, 9 jeweils nur einen Wärmeübertrager umfassen. Es ist selbstverständlich denkbar, dass die Wärmeübertragungseinheiten 8, 9 mehr als nur einen Wärmeübertrager umfassen können. Das Wärmeübertragungssystem 6 dient der Erwärmung von kaltem Trinkwasser, wobei mit dem erfindungsgemäßen System niedrige Rücklauftemperaturen des Heizfluids erzielt werden. Während das Heizfluid beim Durchlaufen des Wärmeübertragungssystems 6 abgekühlt wird, wird die dadurch freigewordene Wärmeenergie genutzt, um das Trinkwasser zu Erwärmen, wobei das Trinkwasser üblicherweise auf eine Temperatur von ca. 60°C erwärmt wird, bei welcher kein Legionellenwachstum stattfindet. Die Regelungseinheit 5 regelt und/oder steuert dabei einen ersten Regelungskreis 14, der ein erstes Ventilelement 16 zur Zuführung von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 in die erste Wärmeübertragungseinheit 8 und/oder in die Speichervorrichtung 7 aufweist. Zusätzlich regelt und/oder steuert die Regelungseinheit 5 einen zweiten Regelungskreis 15, der ein zweites Ventilelement 17 aufweist, welches das Verhältnis von heißem Heizfluid aus einer zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 führenden Vorlaufleitung 10 und warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 und/oder aus einer Schichtung der Speichervorrichtung 7, welche von der Schichtung der Vorlaufleitung 10 verschieden ist, bestimmt.
Bei dem erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystem 1 ist heißes Heizfluid, welches eine Temperatur von über 70°C aufweisen kann, der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zuführbar, wobei das heiße Heizfluid aus der Speichervorrichtung 7 über die Vorlaufleitung 10 und eine mit der Vorlaufleitung 10 verbundene Nachwärmer-Zuführleitung 11 zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 gelangt. Folglich ist die Nachwärmer-Zuführleitung 11 über die Vorlaufleitung 10 mit der Speichervorrichtung 7 verbunden, wodurch heißes Heizfluid aus der Speichervorrichtung 7 der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zuführbar ist.
Zur Regulierung der Temperatur des heißen Heizfluids, welches der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zugeführt wird, ist eine Beimischleitung 12 vorgesehen, die warmes Heizfluid, welches aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 stammt und diesen bereits durchströmt hat oder welches aus der Speichervorrichtung 7 über eine Heizfluidleitung 20 in die Beimischleitung 12 gelangt, fördert. Es ist also möglich, die Temperatur des zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 strömenden Heizfluids durch Beimischung zu regulieren, wobei dem heißen Heizfluid in der Vorlaufleitung 10 über die Beimischleitung 12 entweder Heizfluid, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 bereits durchströmt hat und abgekühlt ist, oder Heizfluid, welches über die Heizfluidleitung 20 aus der Speichervorrichtung 7 stammt, beigemischt wird. Es ist ersichtlich, dass eine Beimischung von Heizfluid über die Heizfluidleitung 20 davon abhängt, welche Temperatur das Heizfluid in der Speichervorrichtung 7 in der Schichtung aufweist, aus welcher die Heizfluidleitung 20 das Heizfluid bezieht. Durch die Beimischung von warmem Heizfluid zu dem heißen Heizfluid kann die Temperatur des der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zugeführten Heizfluids reguliert werden, so dass der Wärmeübergang in der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zwischen dem Heizfluid und dem Trinkwasser das Trinkwasser auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 60°C erwärmt.
Beide in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich durch die Ausgestaltung des zweiten Regelungskreises 15 und der Beimischung von Heizfluid in die Nachwärmer-Zuführleitung 11.
In 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist das zweite Ventilelement 17 ein Dreiwegeventil. Das zweite Ventilelement 17 verbindet die Vorlaufleitung 10 mit der eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung 11 und der Beimischleitung 12, welche entweder warmes Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 oder Heizfluid aus der Speichervorrichtung 7 über die Heizfluidleitung 20 führt. Mit Hilfe des Dreiwegeventils als zweites Ventilelement 17 ist es folglich möglich, ein Verhältnis von heißem Heizfluid aus der Vorlaufleitung 10 zu warmem Heizfluid, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 bereits durchströmt hat und an einer Wärmeübertragung beteiligt war oder welches aus einer anderen Schichtung der Speichervorrichtung 7 stammt, aus der Beimischleitung 12 einzustellen. Alternativ könnte auch nur heißes Heizfluid aus der Vorlaufleitung 10 der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zugeführt und eine Beimischung unterbunden werden. Als noch weitere Alternative ist es durch das als Dreiwegeventil ausgebildete zweite Ventilelement möglich, dass zumindest zeitweise der Nachwärmer-Zuführleitung 11 mit Hilfe der Fördereinrichtung 4 kein heißes Heizfluid über die Vorlaufleitung 10 sondern nur Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 und/oder über die Heizfluidleitung 20 aus der Speichervorrichtung 7 zugeführt wird. Es versteht sich von selbst, dass das zweite Ventilelement 17 nicht nur das Verhältnis von heißem Heizfluid aus der Vorlaufleitung 10 zu warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 und/oder aus der Heizfluidleitung 20 bestimmt, sondern auch den Volumenstrom des zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 geförderten Heizfluids.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform mündet bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 die Beimischleitung 12 nicht in dem zweiten Ventilelement 17 sondern in die Nachwärmer-Zuführleitung 11. Das zweite Ventilelement 17 ist stromauf dieser Mündungsstelle angeordnet und verbindet nach wie vor die Vorlaufleitung 10 mit der Nachwärmer-Zuführleitung 11, reguliert hierbei aber nur den Volumenstrom des heißen Heizfluids aus der Speichervorrichtung 7. Dabei handelt es sich bei dem zweiten Ventilelement 17 um ein Stellventil mit Motor, um den Zufluss von heißem Heizfluid zu regulieren oder zu unterbinden. Je nach Stellung des ersten Ventilelements 16, welches den Zufluss von durch die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 geströmtem Heizfluid zu der Heizfluidleitung 20 reguliert, spritzt das zweite Ventilelement 17 heißes Heizfluid in die Nachwärmer-Zuführleitung 11, weshalb bei der in 2 gezeigten Ausführungsform auch von einer Einspritzschaltung gesprochen werden kann, welche die Mischung des Heizfluids zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 reguliert.
Der vorstehend angesprochene Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen ist allein in der Ausgestaltung des zweiten Regelungskreises 15 zu sehen. Daher bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auch wieder auf beide Ausführungsformen, die in den 1 und 2 gezeigt sind. Von der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 geht eine Ausgangsleitung 18 zu dem ersten Ventilelement 16 des ersten Regelungskreises 14 ab. Der erste Regelungskreis 14 umfasst eine Vorwärmer-Zuführleitung 19, die zu der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 führt, und die Heizfluidleitung 20, die zu der Speichervorrichtung 7 führt und von der die Beimischleitung 12 abzweigt. Dabei gehen die Vorwärmer-Zuführleitung 19 und die Heizfluidleitung 20 von dem ersten Ventilelement 16 aus ab, wohingegen die Ausgangsleitung 18 in dem ersten Ventilelement 16 mündet. Folglich kann durch das erste Ventilelement 16 primär der Zufluss von warmem Heizfluid von dem zweiten Wärmetauscher 9 und/oder von der Speichervorrichtung 7 (über die Heizfluidleitung 20) zu dem ersten Regelungskreis 14 reguliert oder unterbunden werden. Sobald das erste Ventilelement 16 einen Zufluss von warmem Heizfluid von der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 gestattet, reguliert es des weiteren, ob das warme Heizfluid der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 zur Vorwärmung von Trinkwasser oder der Speichervorrichtung 7 zugeführt wird. Selbstverständlich kann das erste Ventilelement 16, welches in den beiden dargestellten Ausführungsformen der 1 und 2 als Dreiwegeventil ausgebildet ist, auch das zugeführte, warme Heizfluid anteilsmäßig auf die zu der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 führende Vorwärmer-Zuführleitung 19 und die zu der Speichervorrichtung 7 führende Heizfluidleitung 20 aufteilen und damit beide Leitungen 19 und 20 versorgen. Mit anderen Worten umfasst der erste Regelungskreis 14 die Vorwärmer-Zuführleitung 19, die warmes Heizfluid von der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zu der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 leitet, und die erste Heizfluidleitung 20, die warmes Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 in die Heizfluidleitung 20 fördert, von wo aus das Heizfluid in die Speichervorrichtung 7 und/oder in die Beimischleitung 12 gelangen kann, wobei das erste Ventilelement 16 die Zufuhr von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 in die Vorwärmer-Zuführleitung 19 und in die Heizfluidleitung 20 bestimmt. Sobald ein Anteil an warmem Heizfluid durch die erste Wärmeübertragungseinheit 8 strömt, wird das Heizfluid weiter ausgekühlt und wärmt dabei gezapftes Trinkwasser vor. Das abgekühlte und kalte Heizfluid, welches die erste Wärmeübertragungseinheit 8 durchströmt hat und diese verlässt, wird über eine Heizfluid-Rückführleitung 21 in die Speichervorrichtung 7 auf Höhe einer bodennahen Schichtung geführt.
Die heizseitig im Heizkreislauf 2 angeordnete Speichervorrichtung 7 ist nach Art eines Pufferspeichers ausgebildet und ist in den beiden dargestellten Ausführungsbeispielen als Schichtenspeicher oder als geschichteter Speicher aufgebaut, so dass Differenzen zwischen der erzeugten und der verbrauchten Wärmeleistung ausgeglichen werden können. Die Wärmeerzeugung, mit welcher das heiße Heizfluid der Speichervorrichtung 7 zugeführt wird, kann in beliebiger Form mittels Solarheizungen, Erdwärme, Blockheizkraftwerken, Festbrennstoffkesseln, Brennwertgeräten, Heizwertgeräten, Fernwärme und dergleichen erfolgen. Mit Hilfe der als Pufferspeicher ausgebildeten Speichervorrichtung 7 können die Systemkomponenten zur Wärmeerzeugung weitgehend unabhängig vom Verbrauch betrieben werden, wodurch sich für viele Wärmeerzeuger ein besseres Betriebsverhalten und ein besserer Wirkungsgrad ergibt. Zur Schichtung weist die Speichervorrichtung 7 einen oberen Zuführanschluss 22, über den heißes Heizfluid, welches beispielsweise aus Fernwärme erzeugt wird, einer oberen Schichtung der Speichervorrichtung 7 und damit dem Heizfluidkreislauf 2 von außen zugeführt wird. Das in der oberen Schichtung der Speichervorrichtung 7 angeordnete heiße Heizfluid gelangt über einen Anschluss 23 in die Vorlaufleitung 10 des Heizfluidkreislaufs 2. Das warme Heizfluid, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 durchströmt hat, kann über das erste Ventilelement 16 und die Heizfluidleitung 20 durch einen weiteren Anschluss 24 in eine mittlere Schichtung der Speichervorrichtung 7 zurückgeführt werden, wohingegen das kalte Heizfluid, welches die erste Wärmeübertragungseinheit 8 durchströmt hat, über die Heizfluid-Rückführleitung 21 und einen Eingangsanschluss 25 in eine bodennahe Schichtung der Speichervorrichtung 7 zuführbar ist. Der mittleren und bodennahen Schichtung kann warmes und kaltes Heizfluid der Speichervorrichtung 7 zu- und/oder abgeführt werden, wozu die Speichervorrichtung 7 einen Anschluss 26 in Höhe der mittleren Schichtung und einen bodennahen Anschluss 27 aufweist. Wie anhand der Pfeile an der Heizfluidleitung 20 ersichtlich ist und wie es vorstehend schon beschrieben wurde, kann nicht nur Heizfluid von der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zurück in die Speichervorrichtung 7 gefördert werden, sondern es kann auch Heizfluid aus der Schichtung des Anschlusses 24 über die Heizfluidleitung 20 in die Beimischleitung 12, um dem Heizfluid in der Vorlaufleitung 10 beigemischt zu werden, oder in die zu der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 führenden Vorwärmer-Zuführleitung 19 gefördert werden.
Auf der Seite des Trinkwasserkreislaufs 3 ist eine Trinkwasserzuleitung 28 vorgesehen, die kaltes Trinkwasser, beispielsweise mit einer Temperatur von ca. 10°C, der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 zuführt. In der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 wird dann das kalte Trinkwasser mit Hilfe der Wärmeenergie des warmen Heizfluids vorgewärmt. Das vorgewärmte und warme Trinkwasser wird dann über eine Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung 29 von der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 geleitet, wo es dann mit Hilfe der Wärmeenergie des heißen Heizwassers auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 60°C erwärmt wird. Nachdem das Trinkwasser der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 zur Nacherwärmung durchströmt und die gewünschte Temperatur erreicht hat, gelangt es von der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 in eine Trinkwarmwasserleitung 30, die das heiße Trinkwasser zu einem oder zu mehreren Verbrauchern leitet. Ein Verbraucher ist in den beiden in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen als Zapfstelle 31 dargestellt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen der 1 und 2 weist der Trinkwasserkreislauf 3 einen Zirkulationskreislauf 32 auf, dessen Sinn und Zweck es ist, das nach einer gewissen Standzeit abgekühlte Trinkwasser in der Trinkwarmwasserleitung 30 nicht aus der Zapfstelle 31 strömen zu lassen, denn es wird warmes oder heißes Wasser erwartet. Vielmehr wird das abgekühlte Trinkwasser vor der Zapfstelle 31 mittels einer weiteren Fördereinrichtung 33 nach Art einer Umwälzpumpe über eine Abführleitung 70 abgeführt. Die Fördereinrichtung 33 ist in einer Zirkulationsleitung 34 angeordnet, in die auch das abgekühlte und abgeführte Trinkwasser der Abführleitung 70 gefördert wird. Das vor der Zapfstelle 31 abgeführte und abgekühlte Trinkwasser gelangt dann über die Zirkulationsleitung 34 in die Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung 29, so dass das abgekühlte und abgeführte Trinkwasser dem im ersten Wärmetauscher 8 vorgewärmten Trinkwasser beigemischt wird, bevor das gemischte Trinkwasser zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 gelangt, in welcher das Trinkwasser dann auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird.
Nachstehend wird nun eine Funktionsbeschreibung des Trinkwassererwärmungssystems 1 gegeben.
Bei geladener Speichervorrichtung 7 strömt kaltes Trinkwasser mit einer Temperatur von beispielsweise 10°C über die Trinkwasserzuleitung 28 in den Trinkwasserkreislauf 3 ein, wenn an der Zapfstelle 31 warmes oder heißes Trinkwasser gezapft wird, wodurch ein Zapfbetrieb des Trinkwassererwärmungssystem 1 gekennzeichnet ist.
Der Zapfbetrieb wird mit einer Rücklaufauskühlung betrieben. Dies bedeutet, dass das kalte Trinkwasser aus der Trinkwasserzuleitung 28 zunächst einen Volumenstromsensor oder Wasserströmungssensor 35 und danach die erste Wärmeübertragungseinheit 8 zur Vorwärmung des kalten Trinkwassers durchströmt. Aus diesem Grund wird die erste Wärmeübertragungseinheit 8 auch oftmals als Vorwärmer bezeichnet. Das vorgewärmte Trinkwasser wird mit der Trinkwarmwasserzirkulation, d.h. mit dem abgekühlten Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung 34, in der Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung 29 zusammengeführt und durchströmt die zweite Wärmeübertragungseinheit 9, die auch als Nachwärmer bezeichnet wird. Am Austritt des Nachwärmers, d.h. der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9, erfasst ein Temperaturfühler 36 die Ist-Temperatur. Die Soll-Temperatur des Trinkwassers, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 verlässt und die gewünschte Temperatur von ca. 60°C aufweisen soll, wird mit Hilfe des zweiten Ventilelements 17 und der Fördereinrichtung 4 für das Heizfluid in der Nachwärmer-Zuführleitung 11 geregelt. Das zweite Ventilelement 17 kann gemäß der ersten Ausführungsform nach 1 als Dreiwegeventil für eine Beimischregelung oder gemäß der zweiten Ausführungsform nach 2 als Durchgangsventil für eine Einspritzregelung ausgeführt sein. Diese Art der Regelung, d.h. Beimischregelung oder Einspritzregelung, gilt für den zweiten Regelungskreis 15. Im Zapfbetrieb wird der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 über die Beimischleitung 12 warmes Heizfluid teilweise vom Austritt der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 und teilweise aus der Speichervorrichtung 7 zugeführt. Im Auslegungsfall ist das Ventilelement 16 zur Heizfluidleitung 20 geschlossen und die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 wird komplett mit Heizfluid aus der Speichervorrichtung 7 gespeist. Dadurch erfolgt eine Regeneration der Speichervorrichtung mit kaltem Heizfluid für warmes Heizfluid. Für den ersten Regelungskreis 14 wird die Heizfluidrücklauftemperatur am Austritt der ersten Wärmeübertragungseinheit 8, also dem Vorwärmer, geregelt. Der dafür vorgesehene Temperaturfühler 37 erfasst die Ist-Temperatur des Heizfluidrücklaufs bzw. des aus der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 austretenden und ausgekühlten Heizfluids. Das erste Ventilelement 16, welches in beiden in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ein Dreiwegeverteilventil ist, regelt die Soll-Temperatur des aus der ersten Wärmeübertragungseinheit 8 austretenden und ausgekühlten Heizfluids, wobei die Soll-Temperatur beispielsweise zwischen 15 und 30°C für den Heizfluidrücklauf betragen kann. Je höher die Soll-Temperatur des Heizfluidrücklaufs ist, desto größer ist der Volumenstromanteil des Heizfluidrücklaufs in den unteren Eingangsanschluss 25 der Speichervorrichtung 7. Im Auslegungsfall fließt der gesamte Heizfluidvolumenstrom durch die erste Wärmeübertragungseinheit 8.
Neben dem vorstehend beschriebenen Zapfbetrieb kann das Trinkwassererwärmungssystem 1 in einem Zirkulationsbetrieb mit einer Rücklaufauskühlung betrieben werden. Wenn keine Zapfung an der Zapfstelle 31 erfolgt, d.h. wenn kein heißes Trinkwasser der Trinkwarmwasserleitung 30 entnommen wird, ist der Volumenstrom des kalten Trinkwassers in der Trinkwasserleitung 28 gleich 0,0m³/h und ein Teil des Heizfluids strömt durch die erste Wärmeübertragungseinheit 8. Dabei erfolgt noch eine kurzzeitige Auskühlung des Heizfluids. Dieser Betrieb ist nur ein Übergangszustand zu dem eigentlichen Zirkulationsbetrieb (ohne Rücklaufauskühlung), bei dem die Restwärme des Heizfluids ausgenutzt wird.
Beim reinen Zirkulationsbetrieb durchströmt das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung 34 die zweite Wärmeübertragungseinheit 9 mit einem Trinkwarmwasserzirkulationsvolumenstrom. Am Austritt der zweiten und als Nachwärmer bezeichneten Wärmeübertragungseinheit 9 erfasst der Temperaturfühler 36 die Ist-Temperatur des Trinkwarmwassers. Die Soll-Temperatur des Trinkwarmwassers, die beispielsweise 60°C betragen soll, wird mit dem zweiten Ventilelement 17 und der Fördereinrichtung 4 für das Heizfluid in der Nachwärmer-Zuführleitung 11 für den Heizfluidvorlauf geregelt. Der gesamte Heizfluidvolumenstrom fließt nach der zweiten Wärmeübertragungseinheit 9 in die Heizfluidleitung 20 und damit in die mittlere Schichtung der Speichervorrichtung 7. Zu diesem Zweck sperrt das erste Ventilelement 16 den Durchfluss des Heizfluids in die Vorwärmer-Zuführleitung 19 und gestattet lediglich den Durchlass zu der Heizfluidleitung 20.
Schließlich ist für das Trinkwassererwärmungssystem 1 gemäß der Erfindung ein Ladebetrieb der Speichervorrichtung 7 vorgesehen, die als ein Heizfluid-Pufferspeicher angesehen werden kann. Die Ladung der Speichervorrichtung 7 beginnt, wenn die Ist-Temperatur an einem Temperaturfühler 38, der in der oberen Schichtung innerhalb der Speichervorrichtung 7 angeordnet ist, sinkt und die Soll-Temperatur, die beispielsweise eine Temperatur zwischen 60°C und 80°C sein kann, unterschreitet. Eine Umwälzpumpe in einem in den Figuren nicht dargestellten Ladekreislauf, der sich an dem Heizfluidkreislauf 2 anschließt, fördert zurücklaufendes Heizfluid über den Anschluss 26 und/oder den Anschluss 27 zum Wärmeerzeuger, wo es auf die Soll-Temperatur erwärmt wird, die für den Heizfluidvorlauf eine Temperatur zwischen 67°C und 95°C sein kann. Der Wärmeerzeuger kann, wie vorstehend bereits angeführt, in beliebiger Form ausgebildet sein und heißes Heizfluid mit Hilfe von Solarheizungen, Erdwärme, Blockheizkraftwerken, Festbrennstoffkesseln, Brennwertgeräten, Heizwertgeräten, Fernwärme und dergleichen erzeugen. Das heiße Heizfluid wird dann der Speichervorrichtung 7 über den oberen Zuführanschluss 22 zugeführt. Durch die Ladung der als Heizfluid-Pufferspeicher ausgebildeten Speichervorrichtung 7 steigt die Ist-Temperatur an einem Temperaturfühler 39, der im Bereich der mittleren Schichtung innerhalb der Speichervorrichtung 7 angeordnet ist. Wird die Soll-Temperatur, die eine Temperatur zwischen 65°C und 93°C sein kann, an diesem Temperaturfühler 39 in der Speichervorrichtung 7 erreicht, wird die Ladung der Speichervorrichtung 7 bzw. des Heizfluid-Pufferspeichers beendet.
Es versteht sich, dass das Trinkwassererwärmungssystem 1 weitere Temperaturfühler an markanten Positionen im System aufweisen kann, um eine noch feiner abgestimmte Prozessführung zu erzielen. Die Temperaturfühler 36, 37, 38, 39, das erste Ventilelement 16, das zweite Ventilelement 17, der Wasserströmungssensor 35 und ein Sicherheitstemperaturregler 40, der in der Trinkwarmwasserleitung 30 angeordnet ist und den Durchfluss zum Verbraucher unterbricht, wenn eine vorher eingestellte, höchstens zulässige Temperatur erreicht wird, sind mit der Regelungseinheit 5, die ein DCC-Regler (Direct Digital Control) sein kann, verbunden, wie anhand der gestrichelten Linien in den 1 und 2 gezeigt ist.
Eine niedrige Rücklauftemperatur des Heizfluids ist Voraussetzung für eine effiziente Nah- und Fernwärmeversorgung sowie für die CO₂-Einsparung und Ausnutzung des Brennwerteffektes bei Heizkesseln. In dem erfindungsgemäßen System 1 wird eine Trinkwassererwärmung auf beispielsweise konstant 60°C sichergestellt und dabei das Heizfluid bestmöglich ausgekühlt. Der Effekt der Rücklauftemperaturabkühlung ist umso höher, je geringer die Trinkwarmwasser-Zirkulationsleitungsverluste und je konstanter die Zapfmenge des Trinkwarmwassers sind. Die Vorteile des Trinkwassererwärmungssystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sind:

– niedrige Rücklauftemperaturen im Heizfluid bei Ladung durch zwei- oder mehrstufige Wärmeübertragerschaltung,
– niedrige Rücklauftemperaturen im Heizfluid im Zirkulationsbetrieb Rücklaufauskühlung,
– ideal für den Anschluss an Fernwärmenetze, Brennwertgeräte oder solarthermische Anlagen,
– permanente Erwärmung der Zirkulation,
– Herstellung und Betrieb nach Trinkwasserverordnung und DVGW-Richtlinien sowie anderen nationalen Spezifikationen,
– hochwertige Regelung garantiert optimalen Betrieb.

Die 3 bezieht sich auf eine alternative Ausgestaltung der Speichervorrichtung 7 für das Heizfluid. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der 1 und 2 wird abgekühltes Heizfluid nun nicht mehr von der ersten Wärmeübertragungseinheit 8, dem Vorwärmer, zurück in die Speichervorrichtung 7 geführt, sondern das abgekühlte Heizfluid wird aus dem Trinkwassererwärmungssystem 1 und insbesondere aus dem Heizfluidkreislauf 2 abgeführt. Eine Rückführung von Heizfluid ist somit nur noch über den Anschluss 24 über die Heizfluidleitung 20 möglich, wobei auch Heizfluid aus dieser dann bodennahen Schichtung der Speichervorrichtung 7 zur Beimischleitung 12 gefördert werden kann, wie es vorstehend für die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 beschrieben wurde.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise müssen das erste und zweite Ventilelement 16 bzw. 17 nicht als Dreiwegeventil oder Stellventil ausgebildet sein. Denkbar sind vielmehr auch andere Ventilarten für die beiden Ventilelemente 16 und 17. Auch ist es ersichtlich, dass die wenigstens eine Regelungseinheit 5 aus mehreren Regelungsmodulen bestehen kann. Schließlich ist in den 1 und 2 für das Wärmeübertragungssystem gezeigt, dass die Wärmeübertragung nach dem Gegenstromprinzip erfolgt. Der Fachmann wird erkennen, dass auch andere Prinzipien, wie zum Beispiel das Gleichstromprinzip, anstelle des Gegenstromprinzips zum Einsatz kommen können. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19619566 C1 [0002]

Claims

Trinkwassererwärmungssystem (1), das einen Heizfluidkreislauf (2) für ein als Wärmeträger dienendes Heizfluid, einen Trinkwasserkreislauf (3) für zu erwärmendes Trinkwasser, wenigstens eine Fördereinrichtung (4) für den Heizfluidkreislauf (2) und wenigstens eine Regelungseinheit (5) aufweist, wobei der Heizfluidkreislauf (2) mit dem Trinkwasserkreislauf (3) über ein Wärmeübertragungssystem (6) gekoppelt ist und wobei wenigstens eine Speichervorrichtung (7) in dem Heizfluidkreislauf (2) für das Heizfluid, welches das Wärmeübertragungssystem (6) durchströmt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungssystem (6) eine erste Wärmeübertragungseinheit (8) zur Vorwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes (3) und eine zweite Wärmeübertragungseinheit (9) zur Erwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes (3) auf eine vorbestimmte Temperatur aufweist, wobei heißes Heizfluid über eine Nachwärmer-Zuführleitung (11) der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) zuführbar ist, und wobei die wenigstens eine Regelungseinheit (5) wenigstens einen ersten Regelungskreis (14) mit einem ersten Ventilelement (16) zur Zuführung von Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) in die erste Wärmeübertragungseinheit (8) und/oder in die wenigstens eine Speichervorrichtung (7) steuernd und/oder regelnd ausgebildet ist.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Regelungseinheit (5) einen zweiten Regelungskreis (15) mit einem zweiten Ventilelement (17) steuert und/oder regelt, wobei das zweite Ventilelement (17) das Verhältnis von heißem Heizfluid aus einer an der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) angeschlossenen Vorlaufleitung (10) und Heizfluid aus einer Beimischleitung (12), welche sowohl mit der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) als auch ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbunden ist, bestimmend ausgebildet und mittels der wenigstens einen Regelungseinheit (5) steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventilelement (17) die Vorlaufleitung (10), die eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbundene Nachwärmer-Zuführleitung (11) und die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) und/oder aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) führende Beimischleitung (12) miteinander verbindet.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventilelement (17) die Vorlaufleitung (10) mit der eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung (11) verbindet, wobei die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) und/oder aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) führende Beimischleitung (12) in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mit der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) über die Vorlaufleitung (10) und über die Beimischleitung (12), die mit einer an der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) angeschlossenen Heizfluidleitung (20) verbunden ist, verbunden ist und Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) zuführt.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelungskreis (14) eine Vorwärmer-Zuführleitung (19), welche von der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) stammendes Heizfluid zu der ersten Wärmeübertragungseinheit (8) leitet, und die Heizfluidleitung (20), die warmes Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) in die wenigstens eine Speichervorrichtung (7) zurückführt und/oder die Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) in die Vorwärmer-Zuführleitung (19) führt, umfasst, wobei das erste Ventilelement (16) die Zufuhr von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) und/oder aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) in die Vorwärmer-Zuführleitung (19) und die Zufuhr von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) in die Heizfluidleitung (20) steuernd und/oder regelnd ausgebildet ist.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizfluid-Rückführleitung (21) vorgesehen ist, über die kaltes Heizfluid aus der ersten Wärmeübertragungseinheit (8) der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) zuführbar ist.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Speichervorrichtung (7) nach Art eines Schichtenspeichers ausgebildet ist und heißes Heizfluid, vorzugsweise aus Fernwärme, über wenigstens einen oberen Zuführanschluss (22) in eine obere Schichtung und kaltes Heizfluid aus der Heizfluid-Rückführleitung (21) über einen Eingangsanschluss (25) in eine bodennahe Schichtung der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) zuführbar ist, wobei die Heizfluidleitung (20) an einem Anschluss (24) einer mittleren Schichtung der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) derart angeschlossen ist, dass der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) warmes Heizfluid vom zweiten Regelungskreis (15) zuführbar ist oder dass warmes Heizfluid von der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) abführbar und dem ersten (14) und/oder zweiten Regelungskreis (15) zuführbar ist, wobei die Vorlaufleitung (10) über einen Anschluss (23) in einer oberen Schichtung der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) derart angeschlossen ist, dass heißes Heizfluid von der wenigstens einen Speichervorrichtung abführbar und dem zweiten Regelungskreis (15) zuführbar ist.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trinkwasserkreislauf (3) eine Trinkwasser der ersten Wärmeübertragungseinheit (8) zuführende Trinkwasserzuleitung (28) und eine von der ersten Wärmeübertragungseinheit (8) zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) führende Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung (29) aufweist.
Trinkwassererwärmungssystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trinkwasserkreislauf (3) einen Zirkulationskreislauf (32) mit wenigstens einer Fördereinrichtung (33) aufweist und der Zirkulationskreislauf (32) derart ausgebildet ist, dass er in einer ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbundenen Trinkwarmwasserleitung (30) befindliches Trinkwasser aus dem Bereich vor einer Zapfstelle (31) abführt und durch eine Zirkulationsleitung (34) in die zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) führende Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung (29) fördert.