DE102016102718B4 - Trinkwassererwärmungssystem - Google Patents
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Abstract
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,
wobei wenigstens eine Speichervorrichtung (7) in dem Heizfluidkreislauf (2) für das Heizfluid, welches das Wärmeübertragungssystem (6) durchströmt, angeordnet ist,
wobei 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,
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,
wobei 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 ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbunden ist, bestimmend ausgebildet und mittels der wenigstens einen Regelungseinheit (5) steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist,
wobei das zweite Ventilelement (17) die Vorlaufleitung (10) mit einer eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung (11) verbindet, und
wobei die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) führende Beimischleitung (12) in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beimischleitung (12) mit der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) verbunden ist,
wobei die Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) führende Beimischleitung (12), die Heizfluid aus einer Schichtung bezieht, die von der Schichtung verschieden ist, aus der die Vorlaufleitung (10) das Heizfluid aus der Speichervorrichtung (7) bezieht, in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet.
wobei der Heizfluidkreislauf (2) mit dem Trinkwasserkreislauf (3) über ein Wärmeübertragungssystem (6) gekoppelt ist,
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wobei 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 ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbunden ist, bestimmend ausgebildet und mittels der wenigstens einen Regelungseinheit (5) steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist,
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wobei die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) führende Beimischleitung (12) in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet,
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die Beimischleitung (12) mit der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) verbunden ist,
wobei die Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) führende Beimischleitung (12), die Heizfluid aus einer Schichtung bezieht, die von der Schichtung verschieden ist, aus der die Vorlaufleitung (10) das Heizfluid aus der Speichervorrichtung (7) bezieht, in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet.
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, wobei 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, 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, wobei 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 ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit verbunden ist, bestimmend ausgebildet und mittels der wenigstens einen Regelungseinheit steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist, wobei das zweite Ventilelement die Vorlaufleitung mit der eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung verbindet, und wobei die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit führende Beimischleitung in die Nachwärmer-Zuführleitung mündet.
- Ein Trinkwassererwärmungssystem der eingangs bezeichneten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 056 537 A1 bekannt. Ferner ist ein Trinkwassererwärmungssystem zum Beispiel aus derDE 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 die Beimischleitung mit der wenigstens einen Speichervorrichtung verbunden ist, wobei die Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung führende Beimischleitung, die Heizfluid aus einer Schichtung bezieht, die von der Schichtung verschieden ist, aus der die Vorlaufleitung das Heizfluid aus der Speichervorrichtung bezieht, in die Nachwärmer-Zuführleitung mündet. 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.
- 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 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.
- Gemäß 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 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 den1 und2 gezeigten Trinkwassererwärmungssystems. - Ein Trinkwassererwärmungssystem
1 gemäß der Erfindung ist in den1 und2 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 Heizfluidkreislauf2 für ein als Wärmeträger dienendes flüssiges Heizfluid, wie zum Beispiel Wasser oder Thermo-Öl, und einen Trinkwasserkreislauf3 für zu erwärmendes Trinkwasser mit einem Zirkulationsbetrieb. Das Trinkwassererwärmungssystem1 umfasst ferner eine nach Art einer Umwälzpumpe ausgeführte Fördereinrichtung4 für den Heizfluidkreislauf2 , eine Regelungseinheit5 , die in den Ausführungsbeispielen ein DCC-Regler ist, und ein den Heizfluidkreislauf2 mit dem Trinkwasserkreislauf3 koppelndes Wärmeübertragungssystem6 , wobei eine Speichervorrichtung7 in dem Heizfluidkreislauf2 für das Heizfluid, welches das gesamte oder nur einen Teil des Wärmeübertragungssystems6 durchströmt, angeordnet ist. - Das Wärmeübertragungssystem
6 für beide Ausführungsformen der1 und2 ist zweistufig aufgebaut und weist eine erste Wärmeübertragungseinheit8 zur Vorwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes3 und eine zweite Wärmeübertragungseinheit9 zur Erwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes3 auf eine vorbestimmte Temperatur auf. Selbstverständlich ist es in Abwandlung des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels denkbar, dass zwischen der ersten und zweiten Wärmeübertragungseinheit8 ,9 eine Zwischen-Wärmeübertragungseinheit angeordnet werden kann, so dass die Erwärmung mehr als zweistufig erfolgt. Es sei angemerkt, dass in den1 und2 die Wärmeübertragungseinheiten8 ,9 jeweils nur einen Wärmeübertrager umfassen. Es ist selbstverständlich denkbar, dass die Wärmeübertragungseinheiten8 ,9 mehr als nur einen Wärmeübertrager umfassen können. Das Wärmeübertragungssystem6 dient der Erwärmung von kaltem Trinkwasser, wobei mit dem erfindungsgemäßen System niedrige Rücklauftemperaturen des Heizfluids erzielt werden. Während das Heizfluid beim Durchlaufen des Wärmeübertragungssystems6 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 Regelungseinheit5 regelt und/oder steuert dabei einen ersten Regelungskreis14 , der ein erstes Ventilelement16 zur Zuführung von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 in die erste Wärmeübertragungseinheit8 und/oder in die Speichervorrichtung7 aufweist. Zusätzlich regelt und/oder steuert die Regelungseinheit5 einen zweiten Regelungskreis15 , der ein zweites Ventilelement17 aufweist, welches das Verhältnis von heißem Heizfluid aus einer zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 führenden Vorlaufleitung10 und warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 und/oder aus einer Schichtung der Speichervorrichtung7 , welche von der Schichtung der Vorlaufleitung10 verschieden ist, bestimmt. - Bei dem erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystem
1 ist heißes Heizfluid, welches eine Temperatur von über 70°C aufweisen kann, der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zuführbar, wobei das heiße Heizfluid aus der Speichervorrichtung7 über die Vorlaufleitung10 und eine mit der Vorlaufleitung10 verbundene Nachwärmer-Zuführleitung11 zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 gelangt. Folglich ist die Nachwärmer-Zuführleitung11 über die Vorlaufleitung10 mit der Speichervorrichtung7 verbunden, wodurch heißes Heizfluid aus der Speichervorrichtung7 der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zuführbar ist. - Zur Regulierung der Temperatur des heißen Heizfluids, welches der zweiten Wärmeübertragungseinheit
9 zugeführt wird, ist eine Beimischleitung12 vorgesehen, die warmes Heizfluid, welches aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 stammt und diesen bereits durchströmt hat oder welches aus der Speichervorrichtung7 über eine Heizfluidleitung20 in die Beimischleitung12 gelangt, fördert. Es ist also möglich, die Temperatur des zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 strömenden Heizfluids durch Beimischung zu regulieren, wobei dem heißen Heizfluid in der Vorlaufleitung10 über die Beimischleitung12 entweder Heizfluid, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit9 bereits durchströmt hat und abgekühlt ist, oder Heizfluid, welches über die Heizfluidleitung20 aus der Speichervorrichtung7 stammt, beigemischt wird. Es ist ersichtlich, dass eine Beimischung von Heizfluid über die Heizfluidleitung20 davon abhängt, welche Temperatur das Heizfluid in der Speichervorrichtung7 in der Schichtung aufweist, aus welcher die Heizfluidleitung20 das Heizfluid bezieht. Durch die Beimischung von warmem Heizfluid zu dem heißen Heizfluid kann die Temperatur des der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zugeführten Heizfluids reguliert werden, so dass der Wärmeübergang in der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zwischen dem Heizfluid und dem Trinkwasser das Trinkwasser auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 60°C erwärmt. - Beide in den
1 und2 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich durch die Ausgestaltung des zweiten Regelungskreises15 und der Beimischung von Heizfluid in die Nachwärmer-Zuführleitung11 . - In
1 gemäß der ersten Ausführungsform ist das zweite Ventilelement17 ein Dreiwegeventil. Das zweite Ventilelement17 verbindet die Vorlaufleitung10 mit der eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung11 und der Beimischleitung12 , welche entweder warmes Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 oder Heizfluid aus der Speichervorrichtung7 über die Heizfluidleitung20 führt. Mit Hilfe des Dreiwegeventils als zweites Ventilelement17 ist es folglich möglich, ein Verhältnis von heißem Heizfluid aus der Vorlaufleitung10 zu warmem Heizfluid, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit9 bereits durchströmt hat und an einer Wärmeübertragung beteiligt war oder welches aus einer anderen Schichtung der Speichervorrichtung7 stammt, aus der Beimischleitung12 einzustellen. Alternativ könnte auch nur heißes Heizfluid aus der Vorlaufleitung10 der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zugeführt und eine Beimischung unterbunden werden. Als noch weitere Alternative ist es durch das als Dreiwegeventil ausgebildete zweite Ventilelement17 möglich, dass zumindest zeitweise der Nachwärmer-Zuführleitung11 mit Hilfe der Fördereinrichtung4 kein heißes Heizfluid über die Vorlaufleitung10 sondern nur Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 und/oder über die Heizfluidleitung20 aus der Speichervorrichtung7 zugeführt wird. Es versteht sich von selbst, dass das zweite Ventilelement17 nicht nur das Verhältnis von heißem Heizfluid aus der Vorlaufleitung10 zu warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 und/oder aus der Heizfluidleitung20 bestimmt, sondern auch den Volumenstrom des zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 geförderten Heizfluids. - Im Unterschied zur ersten Ausführungsform mündet bei der zweiten Ausführungsform gemäß
2 die Beimischleitung12 nicht in dem zweiten Ventilelement17 sondern in die Nachwärmer-Zuführleitung11 . Das zweite Ventilelement17 ist stromauf dieser Mündungsstelle angeordnet und verbindet nach wie vor die Vorlaufleitung10 mit der Nachwärmer-Zuführleitung11 , reguliert hierbei aber nur den Volumenstrom des heißen Heizfluids aus der Speichervorrichtung7 . Dabei handelt es sich bei dem zweiten Ventilelement17 um ein Stellventil mit Motor, um den Zufluss von heißem Heizfluid zu regulieren oder zu unterbinden. Je nach Stellung des ersten Ventilelements16 , welches den Zufluss von durch die zweite Wärmeübertragungseinheit9 geströmtem Heizfluid zu der Heizfluidleitung20 reguliert, spritzt das zweite Ventilelement17 heißes Heizfluid in die Nachwärmer-Zuführleitung11 , weshalb bei der in2 gezeigten Ausführungsform auch von einer Einspritzschaltung gesprochen werden kann, welche die Mischung des Heizfluids zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 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 den1 und2 gezeigt sind. Von der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 geht eine Ausgangsleitung18 zu dem ersten Ventilelement16 des ersten Regelungskreises14 ab. Der erste Regelungskreis14 umfasst eine Vorwärmer-Zuführleitung19 , die zu der ersten Wärmeübertragungseinheit8 führt, und die Heizfluidleitung20 , die zu der Speichervorrichtung7 führt und von der die Beimischleitung12 abzweigt. Dabei gehen die Vorwärmer-Zuführleitung19 und die Heizfluidleitung20 von dem ersten Ventilelement16 aus ab, wohingegen die Ausgangsleitung18 in dem ersten Ventilelement16 mündet. Folglich kann durch das erste Ventilelement16 primär der Zufluss von warmem Heizfluid von dem zweiten Wärmetauscher9 und/oder von der Speichervorrichtung7 (über die Heizfluidleitung20 ) zu dem ersten Regelungskreis14 reguliert oder unterbunden werden. Sobald das erste Ventilelement16 einen Zufluss von warmem Heizfluid von der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 gestattet, reguliert es des weiteren, ob das warme Heizfluid der ersten Wärmeübertragungseinheit8 zur Vorwärmung von Trinkwasser oder der Speichervorrichtung7 zugeführt wird. Selbstverständlich kann das erste Ventilelement16 , welches in den beiden dargestellten Ausführungsformen der1 und2 als Dreiwegeventil ausgebildet ist, auch das zugeführte, warme Heizfluid anteilsmäßig auf die zu der ersten Wärmeübertragungseinheit8 führende Vorwärmer-Zuführleitung19 und die zu der Speichervorrichtung7 führende Heizfluidleitung20 aufteilen und damit beide Leitungen19 und20 versorgen. Mit anderen Worten umfasst der erste Regelungskreis14 die Vorwärmer-Zuführleitung19 , die warmes Heizfluid von der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zu der ersten Wärmeübertragungseinheit8 leitet, und die erste Heizfluidleitung20 , die warmes Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 in die Heizfluidleitung20 fördert, von wo aus das Heizfluid in die Speichervorrichtung7 und/oder in die Beimischleitung12 gelangen kann, wobei das erste Ventilelement16 die Zufuhr von warmem Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 in die Vorwärmer-Zuführleitung19 und in die Heizfluidleitung20 bestimmt. Sobald ein Anteil an warmem Heizfluid durch die erste Wärmeübertragungseinheit8 strömt, wird das Heizfluid weiter ausgekühlt und wärmt dabei gezapftes Trinkwasser vor. Das abgekühlte und kalte Heizfluid, welches die erste Wärmeübertragungseinheit8 durchströmt hat und diese verlässt, wird über eine Heizfluid-Rückführleitung21 in die Speichervorrichtung7 auf Höhe einer bodennahen Schichtung geführt. - Die heizseitig im Heizkreislauf
2 angeordnete Speichervorrichtung7 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 Speichervorrichtung7 zugeführt wird, kann in beliebiger Form mittels Solarheizungen, Erdwärme, Blockheizkraftwerken, Festbrennstoffkesseln, Brennwertgeräten, Heizwertgeräten, Fernwärme und dergleichen erfolgen. Mit Hilfe der als Pufferspeicher ausgebildeten Speichervorrichtung7 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 Speichervorrichtung7 einen oberen Zuführanschluss22 , über den heißes Heizfluid, welches beispielsweise aus Fernwärme erzeugt wird, einer oberen Schichtung der Speichervorrichtung7 und damit dem Heizfluidkreislauf2 von außen zugeführt wird. Das in der oberen Schichtung der Speichervorrichtung7 angeordnete heiße Heizfluid gelangt über einen Anschluss23 in die Vorlaufleitung10 des Heizfluidkreislaufs2 . Das warme Heizfluid, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit9 durchströmt hat, kann über das erste Ventilelement16 und die Heizfluidleitung20 durch einen weiteren Anschluss24 in eine mittlere Schichtung der Speichervorrichtung7 zurückgeführt werden, wohingegen das kalte Heizfluid, welches die erste Wärmeübertragungseinheit8 durchströmt hat, über die Heizfluid-Rückführleitung21 und einen Eingangsanschluss25 in eine bodennahe Schichtung der Speichervorrichtung7 zuführbar ist. Der mittleren und bodennahen Schichtung kann warmes und kaltes Heizfluid der Speichervorrichtung7 zu- und/oder abgeführt werden, wozu die Speichervorrichtung7 einen Anschluss26 in Höhe der mittleren Schichtung und einen bodennahen Anschluss27 aufweist. Wie anhand der Pfeile an der Heizfluidleitung20 ersichtlich ist und wie es vorstehend schon beschrieben wurde, kann nicht nur Heizfluid von der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 zurück in die Speichervorrichtung7 gefördert werden, sondern es kann auch Heizfluid aus der Schichtung des Anschlusses24 über die Heizfluidleitung20 in die Beimischleitung12 , um dem Heizfluid in der Vorlaufleitung10 beigemischt zu werden, oder in die zu der ersten Wärmeübertragungseinheit8 führenden Vorwärmer-Zuführleitung19 gefördert werden. - Auf der Seite des Trinkwasserkreislaufs
3 ist eine Trinkwasserzuleitung28 vorgesehen, die kaltes Trinkwasser, beispielsweise mit einer Temperatur von ca. 10°C, der ersten Wärmeübertragungseinheit8 zuführt. In der ersten Wärmeübertragungseinheit8 wird dann das kalte Trinkwasser mit Hilfe der Wärmeenergie des warmen Heizfluids vorgewärmt. Das vorgewärmte und warme Trinkwasser wird dann über eine Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung29 von der ersten Wärmeübertragungseinheit8 zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 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 Wärmeübertragungseinheit9 zur Nacherwärmung durchströmt und die gewünschte Temperatur erreicht hat, gelangt es von der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 in eine Trinkwarmwasserleitung30 , die das heiße Trinkwasser zu einem oder zu mehreren Verbrauchern leitet. Ein Verbraucher ist in den beiden in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen als Zapfstelle31 dargestellt. - Bei beiden Ausführungsbeispielen der
1 und2 weist der Trinkwasserkreislauf3 einen Zirkulationskreislauf32 auf, dessen Sinn und Zweck es ist, das nach einer gewissen Standzeit abgekühlte Trinkwasser in der Trinkwarmwasserleitung30 nicht aus der Zapfstelle31 strömen zu lassen, denn es wird warmes oder heißes Wasser erwartet. Vielmehr wird das abgekühlte Trinkwasser vor der Zapfstelle31 mittels einer weiteren Fördereinrichtung33 nach Art einer Umwälzpumpe über eine Abführleitung70 abgeführt. Die Fördereinrichtung33 ist in einer Zirkulationsleitung34 angeordnet, in die auch das abgekühlte und abgeführte Trinkwasser der Abführleitung70 gefördert wird. Das vor der Zapfstelle31 abgeführte und abgekühlte Trinkwasser gelangt dann über die Zirkulationsleitung34 in die Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung29 , so dass das abgekühlte und abgeführte Trinkwasser dem im ersten Wärmetauscher8 vorgewärmten Trinkwasser beigemischt wird, bevor das gemischte Trinkwasser zu der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 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 Trinkwasserzuleitung28 in den Trinkwasserkreislauf3 ein, wenn an der Zapfstelle31 warmes oder heißes Trinkwasser gezapft wird, wodurch ein Zapfbetrieb des Trinkwassererwärmungssystem1 gekennzeichnet ist. - Der Zapfbetrieb wird mit einer Rücklaufauskühlung betrieben. Dies bedeutet, dass das kalte Trinkwasser aus der Trinkwasserzuleitung
28 zunächst einen Volumenstromsensor oder Wasserströmungssensor35 und danach die erste Wärmeübertragungseinheit8 zur Vorwärmung des kalten Trinkwassers durchströmt. Aus diesem Grund wird die erste Wärmeübertragungseinheit8 auch oftmals als Vorwärmer bezeichnet. Das vorgewärmte Trinkwasser wird mit der Trinkwarmwasserzirkulation, d.h. mit dem abgekühlten Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung34 , in der Trinkwasser-Nachwärmer-Zuführleitung29 zusammengeführt und durchströmt die zweite Wärmeübertragungseinheit9 , die auch als Nachwärmer bezeichnet wird. Am Austritt des Nachwärmers, d.h. der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 , erfasst ein Temperaturfühler36 die Ist-Temperatur. Die Soll-Temperatur des Trinkwassers, welches die zweite Wärmeübertragungseinheit9 verlässt und die gewünschte Temperatur von ca. 60°C aufweisen soll, wird mit Hilfe des zweiten Ventilelements17 und der Fördereinrichtung4 für das Heizfluid in der Nachwärmer-Zuführleitung11 geregelt. Das zweite Ventilelement17 kann gemäß der ersten Ausführungsform nach1 als Dreiwegeventil für eine Beimischregelung oder gemäß der zweiten Ausführungsform nach2 als Durchgangsventil für eine Einspritzregelung ausgeführt sein. Diese Art der Regelung, d.h. Beimischregelung oder Einspritzregelung, gilt für den zweiten Regelungskreis15 . Im Zapfbetrieb wird der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 über die Beimischleitung12 warmes Heizfluid teilweise vom Austritt der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 und teilweise aus der Speichervorrichtung7 zugeführt. Im Auslegungsfall ist das Ventilelement16 zur Heizfluidleitung20 geschlossen und die zweite Wärmeübertragungseinheit9 wird komplett mit Heizfluid aus der Speichervorrichtung7 gespeist. Dadurch erfolgt eine Regeneration der Speichervorrichtung mit kaltem Heizfluid für warmes Heizfluid. Für den ersten Regelungskreis14 wird die Heizfluidrücklauftemperatur am Austritt der ersten Wärmeübertragungseinheit8 , also dem Vorwärmer, geregelt. Der dafür vorgesehene Temperaturfühler37 erfasst die Ist-Temperatur des Heizfluidrücklaufs bzw. des aus der ersten Wärmeübertragungseinheit8 austretenden und ausgekühlten Heizfluids. Das erste Ventilelement16 , welches in beiden in den1 und2 dargestellten Ausführungsbeispielen ein Dreiwegeverteilventil ist, regelt die Soll-Temperatur des aus der ersten Wärmeübertragungseinheit8 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 Eingangsanschluss25 der Speichervorrichtung7 . Im Auslegungsfall fließt der gesamte Heizfluidvolumenstrom durch die erste Wärmeübertragungseinheit8 . - Neben dem vorstehend beschriebenen Zapfbetrieb kann das Trinkwassererwärmungssystem
1 in einem Zirkulationsbetrieb mit einer Rücklaufauskühlung betrieben werden. Wenn keine Zapfung an der Zapfstelle31 erfolgt, d.h. wenn kein heißes Trinkwasser der Trinkwarmwasserleitung30 entnommen wird, ist der Volumenstrom des kalten Trinkwassers in der Trinkwasserleitung28 gleich 0,0m3/h und ein Teil des Heizfluids strömt durch die erste Wärmeübertragungseinheit8 . 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 Wärmeübertragungseinheit9 mit einem Trinkwarmwasserzirkulationsvolumenstrom. Am Austritt der zweiten und als Nachwärmer bezeichneten Wärmeübertragungseinheit9 erfasst der Temperaturfühler36 die Ist-Temperatur des Trinkwarmwassers. Die Soll-Temperatur des Trinkwarmwassers, die beispielsweise 60°C betragen soll, wird mit dem zweiten Ventilelement17 und der Fördereinrichtung4 für das Heizfluid in der Nachwärmer-Zuführleitung11 für den Heizfluidvorlauf geregelt. Der gesamte Heizfluidvolumenstrom fließt nach der zweiten Wärmeübertragungseinheit9 in die Heizfluidleitung20 und damit in die mittlere Schichtung der Speichervorrichtung7 . Zu diesem Zweck sperrt das erste Ventilelement16 den Durchfluss des Heizfluids in die Vorwärmer-Zuführleitung19 und gestattet lediglich den Durchlass zu der Heizfluidleitung20 . - Schließlich ist für das Trinkwassererwärmungssystem
1 gemäß der Erfindung ein Ladebetrieb der Speichervorrichtung7 vorgesehen, die als ein Heizfluid-Pufferspeicher angesehen werden kann. Die Ladung der Speichervorrichtung7 beginnt, wenn die Ist-Temperatur an einem Temperaturfühler38 , der in der oberen Schichtung innerhalb der Speichervorrichtung7 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 Heizfluidkreislauf2 anschließt, fördert zurücklaufendes Heizfluid über den Anschluss26 und/oder den Anschluss27 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 Speichervorrichtung7 über den oberen Zuführanschluss22 zugeführt. Durch die Ladung der als Heizfluid-Pufferspeicher ausgebildeten Speichervorrichtung7 steigt die Ist-Temperatur an einem Temperaturfühler39 , der im Bereich der mittleren Schichtung innerhalb der Speichervorrichtung7 angeordnet ist. Wird die Soll-Temperatur, die eine Temperatur zwischen 65°C und 93°C sein kann, an diesem Temperaturfühler39 in der Speichervorrichtung7 erreicht, wird die Ladung der Speichervorrichtung7 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 Temperaturfühler36 ,37 ,38 ,39 , das erste Ventilelement16 , das zweite Ventilelement17 , der Wasserströmungssensor35 und ein Sicherheitstemperaturregler40 , der in der Trinkwarmwasserleitung30 angeordnet ist und den Durchfluss zum Verbraucher unterbricht, wenn eine vorher eingestellte, höchstens zulässige Temperatur erreicht wird, sind mit der Regelungseinheit5 , die ein DCC-Regler (Direct Digital Control) sein kann, verbunden, wie anhand der gestrichelten Linien in den1 und2 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 Trinkwassererwärmungssystems1 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 Speichervorrichtung7 für das Heizfluid. Im Unterschied zu den Ausführungsformen der1 und2 wird abgekühltes Heizfluid nun nicht mehr von der ersten Wärmeübertragungseinheit8 , dem Vorwärmer, zurück in die Speichervorrichtung7 geführt, sondern das abgekühlte Heizfluid wird aus dem Trinkwassererwärmungssystem1 und insbesondere aus dem Heizfluidkreislauf2 abgeführt. Eine Rückführung von Heizfluid ist somit nur noch über den Anschluss24 über die Heizfluidleitung20 möglich, wobei auch Heizfluid aus dieser dann bodennahen Schichtung der Speichervorrichtung7 zur Beimischleitung12 gefördert werden kann, wie es vorstehend für die Ausführungsbeispiele der1 und2 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 Ventilelemente16 und17 . Auch ist es ersichtlich, dass die wenigstens eine Regelungseinheit5 aus mehreren Regelungsmodulen bestehen kann. Schließlich ist in den1 und2 für das Wärmeübertragungssystem6 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.
Claims (7)
- 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, wobei wenigstens eine Speichervorrichtung (7) in dem Heizfluidkreislauf (2) für das Heizfluid, welches das Wärmeübertragungssystem (6) durchströmt, angeordnet ist, wobei 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, 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, wobei 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 ausgangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbunden ist, bestimmend ausgebildet und mittels der wenigstens einen Regelungseinheit (5) steuerbar und/oder regelbar ausgebildet ist, wobei das zweite Ventilelement (17) die Vorlaufleitung (10) mit einer eingangsseitig mit der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) verbundenen Nachwärmer-Zuführleitung (11) verbindet, und wobei die Heizfluid aus der zweiten Wärmeübertragungseinheit (9) führende Beimischleitung (12) in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Beimischleitung (12) mit der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) verbunden ist, wobei die Heizfluid aus der wenigstens einen Speichervorrichtung (7) führende Beimischleitung (12), die Heizfluid aus einer Schichtung bezieht, die von der Schichtung verschieden ist, aus der die Vorlaufleitung (10) das Heizfluid aus der Speichervorrichtung (7) bezieht, in die Nachwärmer-Zuführleitung (11) mündet.
- Trinkwassererwärmungssystem (1) nach
Anspruch 1 , 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 2 , 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 3 oder4 , 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 6 , 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.
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