DE102022113675A1

DE102022113675A1 - Vorrichtung zur Erwärmung von Frischwasser sowie zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102022113675A1
Application number: DE102022113675.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Blanke; Markus Hagenkamp; Bernd Döring
Original assignee: Fh Aachen Univ Of Applied Sciences Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Fh Aachen University Of Applied Sciences Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Fh Aachen Univ Of Applied Sciences Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Fh Aachen University Of Applied Sciences Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung von Frischwasser (2), umfassend einen Frischwasserzugang (3), einen Frischwasserabgang (4), einen Heizwasserzugang (5), einen Heizwasserabgang (6), einen Wärmetauscher (7) und eine Temperiereinheit (8), wobei der Wärmetauscher (7) in Strömungsrichtung des Frischwassers (2) stromaufwärts der Temperiereinheit (8) angeordnet ist, sodass mittels des Wärmetauschers (7) auf ein Vortemperaturniveau erwärmtes Frischwasser (2) der Temperiereinheit (8) zuleitbar ist, wobei die Temperiereinheit (8) eine Vielzahl von thermoelektrischen Elementen (13) umfasst, die jeweils eine Kaltseite (17) und eine Warmseite (18) aufweisen, wobei die Kaltseiten (17) thermisch mit dem Heizwasser (12) verbunden sind, sodass thermische Energie von dem Heizwasser (12) an die jeweilige Kaltseite (17) übertragbar ist, wobei die Warmseiten (18) thermisch mit dem Frischwasser (2) verbunden sind, sodass thermische Energie von den Warmseiten (18) auf das Frischwasser (2) übertragbar ist, wobei die thermoelektrischen Elemente (13) in Strömungsrichtungen sowohl des Frischwassers (2) als auch des Heizwassers (12) betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers in Reihe verschaltet sind.Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zur Erwärmung von Frischwasser.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Frischwasser gemäß Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zur Erwärmung von Frischwasser gemäß Anspruch 6. Schließlich betrifft die vorliegende Anmeldung eine Wärmezentrale für ein Gebäude gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Stand der Technik
Es ist bekannt, die Wärmezentrale eines Gebäudes mit einem Wärmeerzeuger auszustatten, der besonders gut dazu geeignet ist, geringe Vorlauftemperaturen für Heizwasser bereitzustellen. Dies betrifft insbesondere Wärmepumpen, die zum Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung zumindest auf dem deutschen Markt stark auf dem Vormarsch sind. Wärmepumpen arbeiten umso effizienter, desto geringer die Temperaturdifferenz zwischen einem Wärmeträger, der zur Übernahme von thermischer Energie herangezogen wird, und dem zur Verwendung vorgesehenen Heizwasser ist. Sofern das zu beheizende Gebäude beispielsweise über eine Fußbodenheizung oder eine Wandheizung verfügt, sind Vorlauftemperaturen im Bereich von ca. 35 °C ausreichend, um einen Wärmebedarf des Gebäudes zu decken. Unterstellt, dass das jeweilige Wärmeträgermedium, dessen thermische Energie mittels des Wärmeerzeugers übernommen werden soll, beispielsweise 10 °C beträgt, beträgt die genannte Temperaturdifferenz für dieses Beispiel 25 °C. Wärmepumpen arbeiten in solchen Konstellationen besonders effizient. Allerdings wird die Wärmezentrale neben der Erwärmung von Heizwasser für den Betrieb einer Heizungsanlage ferner für die Erwärmung von Frischwasser herangezogen, das an Zapfstellen in dem jeweiligen Gebäude gezapft wird. Für dieses Frischwasser ist typischerweise eine Erwärmung auf bis zu ca. 45 °C bis 50 °C gewünscht. Sofern ein Wasserspeicher zur Anwendung kommt, ist ferner eine Erwärmung des Frischwassers auf mindestens 60 °C erforderlich, um einen effektiven Schutz gegen Legionellen bereitzustellen.
Es hat sich als besonders ineffizient herausgestellt, den jeweiligen Wärmeerzeuger, insbesondere eine jeweilige Wärmepumpe, als alleinigen Erzeuger thermischer Energie zur Temperierung des Frischwassers heranzuziehen, da in der Auslegung des Wärmeerzeugers die Erwärmung des Frischwassers maßgebend wird. Dies hat zur Folge, dass der jeweilige Wärmeerzeuger für seine hauptsächliche Aufgabe, nämlich die Erwärmung des Heizwassers für das jeweilige Heizungssystem, überdimensioniert ist und entsprechend unverhältnismäßig hohe Investitionskosten verursacht. Daher hat es sich als Alternative etabliert, den eigentlichen Wärmeerzeuger für die Temperierung des Heizwassers zu bemessen und eine jeweilige Differenz, die zur Erwärmung des Frischwassers benötigt wird, mittels eines separaten Systems bereitzustellen. Insbesondere ist es bekannt, zur Erwärmung des Frischwassers einen zweiten Wärmeerzeuger nachzuschalten, der das Temperaturniveau, das mittels des ersten Wärmeerzeugers bereitgestellt wird, auf das gewünschte Temperaturniveau für das Frischwasser anhebt. Hierzu können insbesondere elektrische Heizaggregate verwendet werden, die nach dem Prinzip einer Widerstandsheizung („Heizstab“) das in einem Wasserspeicher befindliche Frischwasser auf das gewünschte Temperaturniveau erwärmen. Hierfür wird zusätzliche elektrische Energie benötigt, die die Energiebilanz der gesamten Wärmezentrale, die mithin beide Wärmeerzeuger umfasst, negativ beeinflusst.
Aufgabe
Der vorliegenden Anmeldung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, die Bereitstellung von erwärmtem Frischwasser energieeffizienter zu bewerkstelligen.
Lösung
Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
Die Vorrichtung umfasst einen Frischwasserzugang und einen Frischwasserabgang, sodass der Vorrichtung (untemperiertes) Frischwasser zugeleitet und nach der Erwärmung des Frischwassers (erwärmtes) Frischwasser von der Vorrichtung weggeführt werden kann.
Ferner umfasst die Vorrichtung einen Heizwasserzugang sowie einen Heizwasserabgang. Der Heizwasserzugang dient dazu, der Vorrichtung nach Art eines Vorlaufs Heizwasser zuzuführen, das zuvor mittels eines Wärmeerzeugers erwärmt wurde. Letzterer kann insbesondere von einer Wärmepumpe gebildet sein. Der Heizwasserabgang dient dazu, das Heizwasser nach Art eines Rücklaufs von der Vorrichtung abzuleiten, sodass es insbesondere zu dem jeweiligen Wärmeerzeuger rezirkuliert werden kann.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Wärmetauscher, der zur Erwärmung des Frischwassers eingerichtet ist. Insbesondere kann der Wärmetauscher dazu eingesetzt werden, thermische Energie von dem Heizwasser auf das Frischwasser zu übertragen, sodass das Frischwasser erwärmt wird. Zur Zuleitung des Heizwassers zu dem Wärmetauscher sowie zur Ableitung des Heizwassers von dem Wärmetauscher weg wirkt der Wärmetauscher mittelbar oder unmittelbar mit dem Heizwasserzugang und dem Heizwasserabgang zusammen. Ferner ist dem Wärmetauscher der Frischwasserzugang zugeordnet, sodass der Wärmetauscher zumindest mittelbar an eine Frischwasserleitung angeschlossen werden kann. Auf diese Weise kann dem Wärmetauscher (untemperiertes) Frischwasser zugeleitet werden, das beispielsweise eine Temperatur von 10 °C aufweist. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, mittels des Heizwassers bereitgestellte thermische Energie auf das Frischwasser zu übertragen, sodass zumindest eine Erwärmung des Frischwassers auf ein Vortemperaturniveau erfolgt. Dieses kann beispielsweise bei 30 °C liegen.
Ferner umfasst die Vorrichtung eine Temperiereinheit, die bezogen auf das Frischwasser stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Frischwasser zuerst dem Wärmetauscher und erst anschließend der Temperiereinheit zuleitbar. Mit anderen Worten wird im Betrieb der Vorrichtung das Frischwasser zunächst mittels des Wärmetauschers auf ein Vortemperaturniveau erwärmt und erst anschließend an die Temperiereinheit weitergeleitet, mittels der das Frischwasser weiter erwärmt wird, sodass es ein Endtemperaturniveau erreicht. Der Frischwasserabgang ist entsprechend in Strömungsrichtung des Frischwassers betrachtet stromabwärts der Temperiereinheit angeordnet. Er ist dazu eingerichtet, an eine weitergehende Frischwasserleitung eines jeweiligen Gebäudes angeschlossen zu werden, sodass Frischwasser, dass die Vorrichtung verlässt, insbesondere in Richtung mindestens einer Zapfstelle weitergeführt werden kann. Da der Frischwasserabgang stromabwärts der Temperiereinheit angeordnet ist, kann das Frischwasser vor seiner Ableitung aus der Vorrichtung mittels der Temperiereinheit erwärmt werden.
Der Heizwasserzugang ist mittelbar oder unmittelbar auch der Temperiereinheit zugeordnet. Auf diese Weise ist es mittels des Heizwasserzugangs möglich, der Temperiereinheit Heizwasser zuzuleiten, das mittels eines Wärmeerzeugers temperiert ist. Ebenso ist der Heizwasserabgang mittelbar oder unmittelbar der Temperiereinheit zugeordnet, wobei der Heizwasserabgang in Strömungsrichtung des Heizwassers betrachtet stromabwärts der Temperiereinheit angeordnet ist. Insbesondere kann sowohl der Heizwasserzugang als auch der Heizwasserabgang an ein entsprechendes Leitungssystem angeschlossen sein, das mittelbar oder unmittelbar mit dem Wärmeerzeuger strömungstechnisch verbunden ist.
Die Temperiereinheit umfasst eine Vielzahl von thermoelektrischen Elementen, die jeweils eine Kaltseite und eine Warmseite aufweisen. Die thermoelektrischen Elemente sind dadurch gekennzeichnet, dass sie bei Anlegen einer elektrischen Spannung jeweils an ihren Kaltseiten thermische Energie aufnehmen und an ihren Warmseiten thermische Energie abgeben. Dieser Funktionsweise liegt der sogenannte „Peltier-Effekt“ zugrunde, weshalb die thermoelektrischen Elemente auch als „Peltier-Elemente“ bezeichnet werden können.
Die Kaltseiten der thermoelektrischen Elemente sind jeweils thermisch mit dem Heizwasser verbunden, sodass thermische Energie von dem Heizwasser, das der Temperiereinheit zugeleitet wird, an die jeweilige Kaltseite übertragbar ist. Mit anderen Worten bildet das Heizwasser bestimmungsgemäß eine Wärmequelle für die thermoelektrischen Elemente, wobei infolge des Betriebs der thermoelektrischen Elemente von dem Heizwasser thermische Energie aufgenommen und das Heizwasser hierdurch abgekühlt wird. Die Warmseiten der thermoelektrischen Elemente sind thermisch mit dem Frischwasser verbunden, sodass thermische Energie von den Warmseiten auf das Frischwasser übertragbar ist. Das Frischwasser bildet entsprechend eine Wärmesenke, an der im Zuge des Betriebs der thermoelektrischen Elemente thermische Energie aufgenommen und abgeführt wird. Diese Energie führt bestimmungsgemäß dazu, dass das Frischwasser erwärmt und hierdurch dessen Temperaturniveau auf beispielsweise 45 °C angehoben wird.
Von Bedeutung ist weiterhin, dass die thermoelektrischen Elemente in den Strömungsrichtungen sowohl des Frischwassers als auch des Heizwassers betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers in Reihe verschaltet sind. Dies erfolgt derart, dass zwischen Temperaturniveaus der Kaltseiten und der Warmseiten bei jedem der thermoelektrischen Elemente eine möglichst geringe Differenz vorliegt. Mithin wird beispielsweise ein erstes thermoelektrisches Element derart positioniert, dass dessen Kaltseite in Strömungsrichtung des Heizwassers betrachtet zuerst umströmt wird. Das Temperaturniveau des Heizwassers ist entsprechend an der Kaltseite dieses ersten thermoelektrischen Elements auf dem maximalen Niveau, das das Heizwasser infolge der Erwärmung mittels des jeweiligen externen Wärmeerzeuger hat. Die Warmseite desselben thermoelektrischen Elements ist in Strömungsrichtung des Frischwassers betrachtet derart positioniert, dass sie als letztes vor dem Austritt des Frischwassers aus der Vorrichtung von dem Frischwasser umströmt wird. An dieser Stelle ist die Temperatur des Frischwassers durch die übrigen thermoelektrischen Elemente bereits fast vollständig auf das gewünschte Endtemperaturniveau angehoben, sodass ein verbleibender Beitrag von thermischer Energie, der von dem thermoelektrischen Element geleistet wird, die Temperatur des Frischwassers schließlich auf das Endtemperaturniveau anhebt. Die thermoelektrischen Elemente sind im Weiteren so verschaltet, dass das thermoelektrische Element, das als letztes in Strömungsrichtung des Heizwassers mit Letzterem in Kontakt tritt und dem mithin das geringste Temperaturniveau des Heizwassers zur Verfügung steht, bevor das Heizwasser zu dem Wärmeerzeuger rezirkuliert wird, derart in Strömungsrichtung des Frischwassers positioniert ist, dass das Frischwasser die Warmseite dieses thermoelektrischen Elements nach seinem Eintritt in die Temperiereinheit zuerst umströmt, das heißt vor den Warmseiten aller übrigen thermoelektrischen Elemente. Diese gegenläufige reihenweise Verschaltung der thermoelektrischen Elemente hat zur Folge, dass die Temperaturdifferenzen, die jeweils zwischen den Kaltseiten und den Warmseiten der einzelnen thermoelektrischen Elemente vorliegen, so gering wie möglich sind. Dies ist im Hinblick auf die Effizienz der thermoelektrischen Elemente optimal, sodass die Anhebung der Temperatur des Frischwassers mittels der Temperiereinheit unter dem Einsatz möglichst geringer Mengen elektrischer Energie erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat viele Vorteile. Insbesondere ermöglicht sie die Anhebung der Temperatur des Frischwassers auf ein jeweils gewünschtes Niveau, beispielsweise 50 °C, mittels eines im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringeren Einsatzes von elektrischer Energie. Dies liegt darin begründet, dass die Erwärmung des Frischwassers mittels der beschriebenen Temperiereinheit besonders effizient erfolgen kann. Diese ist dazu geeignet, thermische Energie aus dem Heizwasser zu entnehmen, vergleichbar zu dem Prinzip einer Wärmepumpe thermisch aufzuwerten und hierdurch das Frischwasser zu erwärmen. Der eigentliche (externe) Wärmeerzeuger der jeweiligen Wärmezentrale muss entsprechend nicht dafür ausgelegt werden, das Frischwasser auf die jeweils gewünschte Temperatur anzuheben. Stattdessen ist es ausreichend, dass der Wärmeerzeuger ein Temperaturniveau bereitstellt, das für das jeweilige Heizungssystem, beispielsweise eine Fußbodenheizung oder eine Wandheizung, geeignet ist. Die Verschaltung der thermoelektrischen Elemente nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers hat im Ergebnis die besonders hohe Energieeffizienz der Temperiereinheit zur Folge, wobei sich in Versuchen gezeigt hat, dass ein Verbrauch elektrischer Energie gegenüber einer im Stand der Technik bekannten Widerstandsheizung, die einem Wärmeerzeuger zur Erwärmung von Frischwasser nachgeschaltet werden kann, deutlich reduziert werden kann. Die Vorschaltung des Wärmetauschers vor der Temperiereinheit trägt indes dazu bei, dass sich die Temperatur des Frischwassers eingangs der Temperiereinheit - und somit vor dessen Erwärmung mittels der thermoelektrischen Elemente - bereits auf einem möglichst hohen Vortemperaturniveau befindet, sodass die Temperaturdifferenzen zwischen den Warmseiten und den Kaltseiten der thermoelektrischen Elemente möglichst gering sind. Wie vorstehend dargelegt, ist dies für die Effizienz der thermoelektrischen Elemente und mithin die Effizienz der Vorrichtung insgesamt maßgeblich.
Wie nachstehend gesondert ausgeführt ist, ist es betreffend den Wärmeerzeuger besonders vorteilhaft, wenn dieser von einer Wärmepumpe gebildet ist. Eine Wärmepumpe ist dazu eingerichtet, Energie im weitesten Sinne aus der Umwelt zu entnehmen und diese unter dem Einsatz elektrischer Energie aufzuwerten und für die Erwärmung von Wasser zu verwenden. Da Heizwasser, dass mittels des Wärmeerzeugers erwärmt wurde, mittels der Temperiereinheit zur Erwärmung des Frischwassers herangezogen wird, nutzt letztlich auch die Temperiereinheit indirekt die Energie, die mittels des von der Wärmepumpe gebildeten Wärmeerzeugers aus der Umwelt entnommen wurde. Hierdurch arbeitet die Vorrichtung betreffend einen Primärenergiebedarf im Vergleich zum Stand der Technik besonders günstig.
In einer ersten vorteilhaften Variante der Vorrichtung sind der Wärmetauscher und die Temperiereinheit betreffend die Führung des Heizwassers in Reihe geschaltet. In dieser Variante ist der Heizwasserzugang dem Wärmetauscher zugeordnet, sodass dem Wärmetauscher nach Art eines Vorlaufs von einem jeweiligen Wärmeerzeuger temperiertes Heizwasser zugeleitet wird. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers wird das (infolge des Übertrags thermischer Energie auf das Frischwasser abgekühlte) Heizwasser der Temperiereinheit zugeleitet, bevor es mittels des Heizwasserabgangs zu dem Wärmeerzeuger rezirkuliert wird. Diese Ausgestaltung kann im Hinblick auf einen von einer Wärmepumpe gebildeten Wärmeerzeuger vorteilhaft sein, um zwischen den Temperaturniveaus des Heizwassers vor Eintritt in die Vorrichtung und nach Austritt aus der Vorrichtung eine möglichst große Temperaturdifferenz zu erhalten. Dies kann für die Effizienz des Betriebs des Wärmeerzeugers vorteilhaft sein.
In einer alternativen zweiten vorteilhaften Variante der Vorrichtung sind der Wärmetauscher und die Temperiereinheit betreffend das Heizwasser parallel zueinander geschaltet, sodass das der Vorrichtung nach Art eines Vorlaufs zugeleitetes Heizwasser gleichermaßen dem Wärmetauscher und der Temperiereinheit zur Verfügung gestellt wird. Dies kann konstruktiv beispielsweise mittels eines T-Stücks erfolgen. Stromabwärts des Wärmetauschers bzw. der Temperiereinheit wird das Heizwasser schließlich nach Art eines Rücklaufs zu dem Wärmeerzeuger rezirkuliert. Hierbei ist der Heizwasserabgang der Vorrichtung gleichermaßen dem Wärmetauscher und der Temperiereinheit zugeordnet. Die beschriebene Ausgestaltung der Parallelschaltung von Wärmetauscher und Temperiereinheit hat den Vorteil, dass das Temperaturniveau, auf dem sich das der Temperiereinheit zugeleitete Heizwasser befindet, möglichst hoch ist, sodass eine entsprechend gute energetische Verwertung für die Erwärmung des Frischwassers mittels der thermoelektrischen Elemente erfolgen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Wärmetauscher von einem Plattenwärmetauscher gebildet. Diese hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um die unmittelbare Übertragung von thermischer Energie des Heizwassers auf das Frischwasser zu bewirken.
Weiterhin ist eine solche Vorrichtung besonders vorteilhaft, bei der die Temperiereinheit mindestens 20 thermoelektrische Elemente, vorzugsweise mindestens 40 thermoelektrischen Elemente, weiter vorzugsweise mindestens 60 thermoelektrischen Elemente, aufweist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Temperiereinheit insgesamt eine ausreichende Anhebung des Temperaturniveaus des Frischwassers erwirken kann.
Die zugrunde liegende Aufgabe wird verfahrenstechnisch mittels eines Verfahrens zu Temperierung von Frischwasser mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass untemperiertes Frischwasser über einen Frischwasserzugang einem Wärmetauscher zugeleitet wird. Demselben Wärmetauscher wird ferner mittels eines Heizwasserzugangs mittelbar oder unmittelbar temperiertes Heizwasser zugeleitet. Das Frischwasser kann beispielsweise eine Temperatur von 10 °C aufweisen, während das Heizwasser beispielsweise eine Temperatur von 35 °C aufweist. Infolge des Austauschs thermischer Energie zwischen dem Frischwasser und dem Heizwasser, der mittels des Wärmetauschers betrieben wird, wird das Frischwasser auf ein Vortemperaturniveau erwärmt. Prinzipbedingt wird hierbei das Heizwasser abgekühlt. Das auf dem Vortemperaturniveau befindliche Frischwasser wird sodann einer Temperiereinheit zugeleitet, der ebenfalls mittelbar oder unmittelbar mittels des Heizwasserzugangs temperiertes Heizwasser zugeleitet wird. Die Temperiereinheit umfasst eine Vielzahl thermoelektrischer Elemente, die jeweils eine mit dem Heizwasser mittelbar oder unmittelbar zusammenwirkende Kaltseite sowie eine mit dem Frischwasser mittelbar oder unmittelbar zusammenwirkende Warmseite umfassen. Die thermoelektrischen Elemente werden mit elektrischer Spannung beaufschlagt, wodurch gemäß dem Peltier-Effekt an ihren Kaltseiten jeweils thermische Energie aufgenommen und an den Warmseiten thermische Energie abgegeben wird. Hierbei dient den thermoelektrischen Elementen das Heizwasser an den Kaltseiten als Wärmequelle, während das Frischwasser an den Warmseiten eine Wärmesenke bildet. Hierdurch wird das Frischwasser mittels der Temperiereinheit von dem Vortemperaturniveau auf ein Endtemperaturniveau erwärmt. Dieses kann beispielsweise 60 °C betragen.
Die thermoelektrischen Elemente sind in Strömungsrichtung sowohl des Frischwassers als auch des Heizwassers betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers in Reihe verschaltet. Hierdurch wird erreicht, dass zwischen Temperaturniveaus der Kaltseiten und der Warmseiten für jedes der thermoelektrischen Elemente betrachtet eine möglichst geringe Differenz vorliegt. Dieses Prinzip ist vorstehend bereits erläutert. Es hat zur Folge, dass die thermoelektrischen Elemente besonders energieeffizient eingesetzt werden können, sodass das Verfahren insgesamt besonders energieeffizient betrieben werden kann. Schließlich wird das auf seinem Endtemperaturniveau befindliche Frischwasser mittels eines Frischwasserabgangs einer Frischwasserleitung zugeleitet. Mittels letzterer kann das Frischwasser in einem jeweiligen Gebäude zu entsprechenden Zapfstellen und dergleichen verteilt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders einfach durchführbar. Die sich hierdurch ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits dargelegt. Insbesondere kann die Erwärmung des Frischwassers unabhängig von dem Betriebspunkt eines jeweiligen Wärmeerzeugers erfolgen, der entsprechend lediglich für die notwendige Vorlauftemperatur eines jeweiligen Heizungssystems ausgelegt werden muss. Gleichzeitig erfolgt die Temperierung des Frischwassers auf besonders energieeffiziente Weise, was durch den Einsatz der Temperiereinheit mit der Vielzahl der thermoelektrischen Elemente in Zusammenwirkung mit dem Heizwasser gelingt, das den thermoelektrischen Elementen als Wärmequelle dient.
Entsprechend ist das Verfahren dann besonders von Vorteil, wenn das Heizwasser, das dem Wärmetauscher und der Temperiereinheit zugeleitet wird, mittels eines Wärmeerzeugers erwärmt wird. Vorteilhafterweise ist dieser Wärmeerzeuger von einer Wärmepumpe und/oder einer Solarthermieanlage gebildet. Dies ist aus den vorstehend bereits dargelegten Gründen aus energetischer Sicht besonders vorteilhaft.
Gemäß vorstehender Beschreibung kann das Verfahren in einer ersten Variante besonders von Vorteil sein, bei der der Wärmetauscher und Temperiereinheit betreffend die Führung des Heizwassers in Reihe miteinander verschaltet sind. Hierbei wird das Heizwasser mittels des Heizwasserzugangs zunächst dem Wärmetauscher und ausgehend von dem Wärmetauscher der Temperiereinheit zugeleitet. Ausgehend von der Temperiereinheit wird das Heizwasser mittels des Heizwasserabgangs von der Vorrichtung weggeführt. Die sich hierdurch ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits dargelegt.
Alternativ kann das Verfahren auch derart ausgebildet sein, dass der Wärmetauscher und die Temperiereinheit parallel zueinander geschaltet sind, sodass das Heizwasser ausgehend von dem Wärmeerzeuger betrachtet jeweils direkt sowohl dem Wärmetauscher als auch der Temperiereinheit zugeleitet wird. Bei dieser Ausführung gelangt das Heizwasser mit zumindest im Wesentlichen derselben Temperatur zu dem Wärmetauscher und der Temperiereinheit, während bei der vorstehend erstgenannten Variante die Temperatur des Heizwassers beim Eintritt in den Wärmetauscher größer ist als beim Eintritt in die Temperiereinheit. Die Differenz entspricht zumindest im Wesentlichen dem Verlust von thermischer Energie, die infolge des Übergangs an das Frischwasser entstanden ist, der mittels des Wärmetauschers betrieben wird.
Weiterhin ist das Verfahren dann besonders von Vorteil, wenn das Heizwasser nach dem Durchströmen des Wärmetauschers bzw. nach der Zusammenwirkung mit der Temperiereinheit mittelbar oder unmittelbar zu einem Wärmeerzeuger geleitet wird. Hierbei kann es sich insbesondere um denselben Wärmeerzeuger handeln, von dem das Heizwasser ursprünglich stammt. Insbesondere kann das Heizwasser, das der Vorrichtung zugeleitet wird, aus einem Pufferspeicher entnommen werden, wobei das von der Vorrichtung abgeleitete Heizwasser zu dem Pufferspeicher rezirkuliert wird. Der Pufferspeicher kann insbesondere nach Art eines Schichtenspeichers das in ihm vorgehaltene Heizwasser in Abhängigkeit von dessen Temperatur schichten, wobei das Heizwasser, das der Vorrichtung zugeleitet wird, bevorzugt an einem oberen Ende des Pufferspeichers entnommen und das Heizwasser, das zu dem Pufferspeicher rezirkuliert wird, an einem unteren Ende des Pufferspeichers selbigem zugeleitet wird.
Das Verfahren ist im Weiteren dann besonders vorteilhaft, wenn das Frischwasser mittels des Wärmetauschers auf ein Vortemperaturniveau von mindestens 20 °C, vorzugsweise mindestens 30 °C, angehoben wird. Weiterhin ist es besonders von Vorteil, wenn das Endtemperaturniveau des Frischwassers zwischen 32 °C und 70 °C, vorzugsweise zwischen 35 °C und 50 °C, beträgt.
Die zugrunde liegende Aufgabe wird schließlich mittels eines Gebäudes mit einer Wärmezentrale mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus dem zugehörigen Unteranspruch.
Die Wärmezentrale des Gebäudes umfasst mindestens einen Wärmeerzeuger zur Erzeugung thermischer Energie zur Temperierung von Heizwasser. Der Wärmeerzeuger kann insbesondere von einer Wärmepumpe gebildet sein. Ferner umfasst die Wärmezentrale einen Pufferspeicher zur Speicherung von temperiertem Heizwasser. Erfindungsgemäß umfasst das Gebäude mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung, wobei ein Heizwasserzugang der Vorrichtung sowie ein Heizwasserabgang der Vorrichtung jeweils strömungstechnisch mit dem Pufferspeicher verbunden sind, sodass mittels des Wärmeerzeugers temperiertes Heizwasser ausgehend von dem Pufferspeicher dem Heizwasserzugang zuleitbar und abgekühltes Heizwasser ausgehend von der Vorrichtung mittels des Heizwasserabgangs dem Pufferspeicher zuleitbar ist.
Das erfindungsgemäße Gebäude kann besonders einfach mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung errichtet werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Gebäude besonders einfach mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben werden. Die sich hierdurch ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits dargelegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gebäudes ist der Wärmeerzeuger von einer Wärmepumpe gebildet. Diese ist besonders gut dazu geeignet, das Heizwasser in energieeffizienter Weise auf ein Temperaturniveau anzuheben, das insbesondere zum Betrieb einer Fußbodenheizung oder einer Wandheizung geeignet ist. Hierbei ist es besonders von Vorteil, dass von der Umwelt bereitgestellte Energie genutzt wird, wodurch sowohl der Wärmeerzeuger als solcher als auch die Vorrichtung besonders effizient betrieben werden können. Insbesondere der Betrieb der Vorrichtung profitiert von der energetischen Bilanz des Wärmeerzeugers, da das mittels des Wärmeerzeugers erwärmte Heizwasser direkt mittels des Wärmetauschers und indirekt mittels der Temperiereinheit für die Erwärmung des Frischwassers genutzt wird. Auf diese Weise kann gegenüber dem Stand der Technik der Bedarf an elektrischer Energie zur Erwärmung des Frischwassers auf das jeweils gewünschte Endtemperaturniveau deutlich reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gebäudes umfasst selbiges eine Mehrzahl von Vorrichtungen, die dezentral in dem Gebäue verteilt angeordnet sind, wobei den Vorrichtungen jeweils unterschiedliche Zapfstellen für erwärmtes Frischwasser zugeordnet sind. Insbesondere ist es denkbar, dass an einzelnen Verbrauchsstellen wie beispielsweise einer Küche oder einem Badezimmer jeweils eine Vorrichtung angeordnet ist, die dezentral für eine oder lediglich wenige Zapfstellen erwärmtes Frischwasser zur Verfügung stellt.
Grundsätzlich ist es besonders von Vorteil, wenn bezogen auf eine Leitungslänge einer Frischwasserleitung, die strömungstechnisch an ihrem einen Ende mit dem Frischwasserabgang der jeweiligen Vorrichtung und an ihrem anderen Ende mit einer jeweiligen Zapfstelle verbunden ist, in einem Abstand von der Zapfstelle von höchstens 10 m, vorzugsweise höchstens 7,5 m, weiter vorzugsweise höchstens 5 m, entfernt angeordnet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass auf die Erwärmung des Frischwassers auf ein besonders hohes Temperaturniveau von 60 °C oder mehr verzichtet werden kann, da die Leitungslängen derart gering sind, dass die Gefahr eines größeren Volumens von in der jeweiligen Frischwasserleitung stehenden Wassers vermieden ist. Infolge des Verzichts auf die Erwärmung des Frischwassers auf ein hohes Temperaturniveau ergibt sich umgekehrt ein geringerer Bedarf an thermischer Energie, die zur Erwärmung des Frischwassers eingesetzt werden muss. Entsprechend ist die Energiebilanz hinsichtlich der Bereitstellung von erwärmtem Frischwasser bei einem Gebäude, das in der beschriebenen Weise ausgebildet ist, weiter verbessert.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

1: Eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: Eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ein erstes Ausführungsbeispiel, das in 1 dargestellt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erwärmung von Frischwasser 2. Die Vorrichtung 1 wirkt in dem gezeigten Beispiel mit einer Wärmezentrale 14 eines nicht dargestellten Gebäudes zusammen, die einen Wärmeerzeuger 11, beispielsweise in Form einer Wärmepumpe, sowie einen Pufferspeicher 19 umfasst. Der Pufferspeicher 19 dient zur Vorhaltung von erwärmtem Heizwasser 12 zur weiteren Verwendung in dem jeweiligen Gebäude. Das Heizwasser 12 wird mittels einer Heizwasserleitung einem Heizwasserzugang 5 der Vorrichtung 1 zugeleitet. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 einen Frischwasserzugang 3, der mit einer Frischwasserleitung 9 verbunden ist, sodass der Vorrichtung 1 Frischwasser 2 zuleitbar ist. Das Heizwasser 12 ist mittels des Wärmeerzeugers 11 erwärmt, sodass es in dem gezeigten Beispiel eine Temperatur von 35 °C aufweist. Das Frischwasser 2 ist bei seinem Eintritt in die Vorrichtung 1 hingegen untemperiert und weist hier eine Temperatur von 10 °C auf.
Die Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, das Frischwasser 2 derart zu erwärmen, dass es bei seinem Austritt aus der Vorrichtung 1 hier eine Temperatur von 55 °C aufweisen soll. Zu diesem Zweck wird thermische Energie von dem Heizwasser 12 auf das Frischwasser 2 übertragen und zudem das Frischwasser 2 mittels des Einsatzes elektrischer Energie erwärmt.
Zunächst wird das Frischwasser 2 ausgehend von dem Frischwasserzugang 3 einem Wärmetauscher 7 zugeleitet, der hier von einem Plattenwärmetauscher gebildet ist. Demselben Wärmetauscher 7 wird ferner das Heizwasser 12 zugeleitet, sodass mittels des Wärmetauschers 7 eine Übertragung thermischer Energie von dem Heizwasser 12 auf das Frischwasser 2 betrieben werden kann. Hierdurch wird das Frischwasser 2 auf ein Vortemperaturniveau erwärmt. In dem gezeigten Beispiel beträgt das Vortemperaturniveau des Frischwassers 2 bei Verlassen des Wärmetauschers 7 ca. 30 °C. Entsprechend verbleibt eine Differenz zu dem gewünschten Endtemperaturniveau der genannten 55 °C.
Um dieses zu erreichen, wird das vortemperierte Frischwasser 2 nach seinem Austritt aus dem Wärmetauscher 7 einer Temperiereinheit 8 zugeleitet, die eine Vielzahl von thermoelektrischen Elementen 13 umfasst. In 1 sind exemplarisch lediglich zwei thermoelektrische Elemente 13 veranschaulicht, die Temperiereinheit 8 umfasst hier jedoch insgesamt 100 thermoelektrische Elemente 13. Die thermoelektrischen Elemente 13 sind dazu geeignet, bei Verbindung mit einer in 1 nicht dargestellten Spannungsquelle an einer jeweiligen Warmseite 18 thermische Energie abzugeben und an einer gegenüberliegenden Kaltseite 17 thermische Energie aufzunehmen. Um diesen auch als „Peltier-Effekt“ bezeichneten Effekt auszunutzen, wird das Frischwasser 2 derart entlang der thermoelektrischen Elemente 13 geführt, sodass es die Warmseiten 18 umströmt und hierbei die von den thermoelektrischen Elementen 13 abgegebene thermische Energie aufnimmt.
Der Temperiereinheit 8 wird ferner auch das Heizwasser 12 zugeleitet, das entlang der Kaltseiten 17 der thermoelektrischen Elemente 13 geführt wird und letzteren damit als Wärmequelle dient. Die Temperatur des Heizwassers 12 beträgt eingangs der Temperiereinheit 8 ebenfalls 35 °C, da der Wärmetauscher 7 und die Temperiereinheit 8 strömungstechnisch parallel zueinander geschaltet sind. Hierzu wird das Heizwasser 12 mittels eines T-Stücks 15 auf den Wärmetauscher 7 und die Temperiereinheit 8 aufgeteilt. Das T-Stück 15 ist unmittelbar stromabwärts des Heizwasserzugangs 5 angeordnet.
Wie sich besonders gut anhand von 1 ergibt, werden das Frischwasser 2 und das Heizwasser 12 der Temperiereinheit 8 jeweils von einander gegenüberliegenden Enden der Temperiereinheit 8 zugeleitet, wobei die thermoelektrischen Elemente 13 jeweils in den Strömungsrichtungen des Frischwassers 2 und des Heizwassers 12 betrachtet in Reihe geschaltet sind. Mit anderen Worten werden die thermoelektrischen Elemente 13 jeweils nacheinander einerseits von den Frischwasser 2 und andererseits von dem Heizwasser 12 umströmt. Dies erfolgt nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers, wobei - in Strömungsrichtung des Frischwassers 2 betrachtet - das Frischwasser 2 nacheinander von einem ersten thermoelektrischen Element 13 bis zu einem letzten thermoelektrischen Element 13 strömt und umgekehrt das Heizwasser 12 nacheinander von dem letzten thermoelektrischen Element 13 zu dem ersten thermoelektrischen Element 13 strömt. Diese Anordnung hat den Effekt, dass zwischen den Warmseiten 18 und den Kaltseiten 17 der thermoelektrischen Elemente 13 jeweils eine möglichst geringe Temperaturdifferenz vorliegt. Dies ist hinsichtlich der energetischen Effizienz der thermoelektrischen Elemente 13 besonders vorteilhaft. Die Ausnutzung des Heizwassers 12 als Wärmequelle für den Peltier-Effekt ist zudem energetisch besonders von Vorteil, um das Frischwasser 2, das an den thermoelektrischen Elementen 13 als Wärmesenke fungiert, auf das gewünschte Endtemperaturniveau zu erwärmen. Hierbei ist es energetisch im Übrigen besonders günstig, wenn die Temperierung des Heizwassers 12 unter Ausnutzung von Energie erfolgt, die aus der Umwelt entnommen werden kann. Dies gelingt insbesondere mit einem als Wärmepumpe ausgebildeten Wärmeerzeuger 11.
Die beiden Stränge des Heizwassers 12 von dem Wärmetauscher 7 einerseits und der Temperiereinheit 8 andererseits werden schließlich mittels eines zweiten T-Stücks 16 wieder vereint und einem Heizwasserabgang 6 der Vorrichtung 1 zugeleitet, von dem aus das Heizwasser 12 von der Vorrichtung 1 weggeführt wird. Insbesondere kann das Heizwasser 12 zu dem Pufferspeicher 19 rezirkuliert werden, der bevorzugt nach Art eines Schichtenspeichers ausgebildet ist. Das nunmehr auf seinem Endtemperaturniveau befindliche Frischwasser 2 wird mittels eines Frischwasserabgangs 4 an eine weitere Frischwasserleitung 10 übergeben, mittels der das Frischwasser 2 verteilt wird.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 1 dezidiert einer oder mehreren Zapfstellen in einem jeweiligen Gebäude zugeordnet, wobei eine Leitungslänge der Frischwasserleitung 10 von dem Frischwasserabgang 4 der Vorrichtung 1 hin zu einer jeweiligen Zapfstelle vorzugsweise maximal 10 m beträgt. Auf diese Weise ist das Risiko der Bildung von Legionellen minimiert, da ein gesamtes Volumen von erwärmtem Frischwasser, das über längere Zeit in der Frischwasserleitung 10 stehen kann, gering ist. Auf diese Weise kann vermieden werden, das Frischwasser 2 auf mindestens 60 °C erwärmen zu müssen, um der Vermehrung von Legionellen vorzubeugen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in 2 veranschaulicht. Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist hierbei grundsätzlich identisch zu der in 1 dargestellten Variante. Allerdings sind im Unterschied der Wärmetauscher 7 und die Temperiereinheit 8 betreffend die Führung des Heizwassers 12 nicht parallel, sondern in Reihe miteinander verschaltet, wobei das Heizwasser 12 zuerst dem Wärmetauscher 7 und anschließend der Temperiereinheit 8 zugeleitet wird. Dies hat den Effekt, dass das Heizwasser 12 bei seiner Zuleitung zu der Temperiereinheit 8 nicht wie bei der vorherigen Variante sein ursprüngliches Temperaturniveau von 35 °C aufweist, sondern aufgrund des bereits erfolgten Entzugs von thermischer Energie, der mittels des Wärmetauschers 7 betrieben wird, ein demgegenüber geringeres Temperaturniveau aufweist. Dies kann beispielsweise 30 °C betragen. Bei dieser Ausgestaltung steht mithin den thermoelektrischen Elementen 13 an deren Kaltseiten 17 ein geringeres Temperaturniveau des Heizwassers 12 zur Verfügung, wodurch ein größerer Einsatz elektrischer Energie zum Betrieb der thermoelektrischen Elemente 13 notwendig ist, um das Frischwasser 2 auf das gewünschte Endtemperaturniveau zu erwärmen. Dieser Nachteil kann jedoch dadurch überkompensiert werden, dass das Heizwasser 12 wegen der insgesamt größeren Entnahme thermischer Energie gegenüber der in 1 dargestellten Variante der Vorrichtung 1 stärker abgekühlt wird, sodass es sich bei seinem Austritt aus der Vorrichtung 1 insgesamt auf einem geringeren Temperaturniveau befindet als bei der in 1 dargestellten Vorrichtung 1. Dies kann im Hinblick auf die Effizienz des Wärmeerzeugers 11 vorteilhaft sein, sodass in der Gesamtbilanz trotz des höheren Einsatzes elektrischer Energie in der Temperiereinheit 8 zusammen mit dem Wärmeerzeuger 11 betrachtet insgesamt ein geringerer Energiebedarf besteht als bei einer parallelen Verschaltung des Wärmetauschers 7 und der Temperiereinheit 8 gemäß der ersten Variante der Vorrichtung 1.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Frischwasser
3: Frischwasserzugang
4: Frischwasserabgang
5: Heizwasserzugang
6: Heizwasserabgang
7: Wärmetauscher
8: Temperiereinheit
9: Frischwasserleitung
10: Frischwasserleitung
11: Wärmeerzeuger
12: Heizwasser
13: thermoelektrisches Element
14: Wärmezentrale
15: T-Stück
16: T-Stück
17: Kaltseite
18: Warmseite
19: Pufferspeicher

Claims

Vorrichtung (1) zur Erwärmung von Frischwasser (2), umfassend - einen Frischwasserzugang (3), - einen Frischwasserabgang (4), - einen Heizwasserzugang (5), - einen Heizwasserabgang (6), - einen Wärmetauscher (7) zur Erwärmung des Frischwassers (2) auf ein Vortemperaturniveau, - eine Temperiereinheit (8) zur Erwärmung des Frischwassers (2) auf ein Endtemperaturniveau, wobei der Frischwasserzugang (3) dem Wärmetauscher (7) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, an eine Frischwasserleitung (9) angeschlossen zu werden, sodass mittels des Frischwasserzugangs (3) dem Wärmetauscher (7) Frischwasser (2) zuleitbar ist, wobei der Wärmetauscher (7) in Strömungsrichtung des Frischwassers (2) stromaufwärts der Temperiereinheit (8) angeordnet ist, sodass mittels des Wärmetauschers (7) auf das Vortemperaturniveau erwärmtes Frischwasser (2) der Temperiereinheit (8) zuleitbar ist, wobei der Frischwasserabgang (4) in Strömungsrichtung des Frischwassers (2) stromabwärts der Temperiereinheit (8) angeordnet und dazu eingerichtet ist, an eine Frischwasserleitung (10) angeschlossen zu werden, sodass mittels der Temperiereinheit (8) auf das Endtemperaturniveau erwärmtes Frischwasser (2) der Frischwasserleitung (10) zuleitbar ist, wobei der Heizwasserzugang (5) mittelbar oder unmittelbar dem Wärmetauscher (7) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, strömungstechnisch mittelbar oder unmittelbar an einen Wärmeerzeuger (11) angeschlossen zu werden, sodass mittels des Heizwasserzugangs (5) dem Wärmetauscher (7) von dem Wärmeerzeuger (11) nach Art eines Vorlaufs temperiertes Heizwasser (12) zuleitbar ist, wobei der Heizwasserabgang (6), in Strömungsrichtung des Heizwassers (12) stromabwärts des Wärmetauschers (7) angeordnet und dazu eingerichtet ist, strömungstechnisch mittelbar oder unmittelbar an den Wärmeerzeuger (11) angeschlossen zu werden, sodass von dem Wärmetauscher (7) nach Art eines Rücklaufs weg geführtes Heizwasser (12) dem Wärmeerzeuger (11) zuleitbar ist, wobei der Heizwasserzugang (5) mittelbar oder unmittelbar der Temperiereinheit (8) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, strömungstechnisch mittelbar oder unmittelbar an einen Wärmeerzeuger (11) angeschlossen zu werden, sodass mittels des Heizwasserzugangs (5) der Temperiereinheit (8) von dem Wärmeerzeuger (11) nach Art eines Vorlaufs temperiertes Heizwasser (12) zuleitbar ist, wobei der Heizwasserabgang (6) in Strömungsrichtung des Heizwassers (12) stromabwärts der Temperiereinheit (8) angeordnet und dazu eingerichtet ist, strömungstechnisch mittelbar oder unmittelbar an den Wärmeerzeuger (11) angeschlossen zu werden, sodass von der Temperiereinheit (8) nach Art eines Rücklaufs weg geführtes Heizwasser (12) dem Wärmeerzeuger (11) zuleitbar ist, wobei die Temperiereinheit (8) eine Vielzahl von thermoelektrischen Elementen (13) umfasst, die jeweils eine Kaltseite (17) und eine Warmseite (18) aufweisen und dazu eingerichtet sind, bei Anlegen einer elektrischen Spannung gemäß dem Peltier-Effekt an der Kaltseite (17) thermische Energie aufzunehmen und an der Warmseite (18) thermische Energie abzugeben, wobei die Kaltseiten (17) der thermoelektrischen Elemente (13) thermisch mit dem Heizwasser (12) verbunden sind, sodass thermische Energie von dem Heizwasser (12) an die jeweilige Kaltseite (17) übertragbar ist, wobei die Warmseiten (18) der thermoelektrischen Elemente (13) thermisch mit dem Frischwasser (2) verbunden sind, sodass thermische Energie von den Warmseiten (18) auf das Frischwasser (2) übertragbar ist, wobei die thermoelektrischen Elemente (13) in Strömungsrichtungen sowohl des Frischwassers (2) als auch des Heizwassers (12) betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers in Reihe verschaltet sind, sodass zwischen Temperaturniveaus der Kaltseiten (17) und der Warmseiten (18) für jedes der thermoelektrischen Elemente (13) betrachtet eine möglichst geringe Differenz vorliegt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) und die Temperiereinheit (8) betreffend eine Führung des Heizwassers in Reihe geschaltet sind, wobei vorzugsweise der Vorrichtung (1) mittels des Heizwasserzugangs (5) nach Art eines Vorlaufs zugeführtes Heizwasser zuerst dem Wärmetauscher (7) und stromabwärts des Wärmetauschers (7) der Temperiereinheit (8) zuleitbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) und die Temperiereinheit (8) betreffend eine Führung des Heizwassers parallel zueinander geschaltet sind, sodass der Vorrichtung (1) mittels des Heizwasserzugangs (5) nach Art eines Vorlaufs zugeführtes Heizwasser in gleicher Weise sowohl dem Wärmetauscher (7) als auch der Temperiereinheit (8) zuleitbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) von einem Plattenwärmetauscher gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (8) mindestens 20 thermoelektrische Elemente (13), vorzugsweise mindestens 40 thermoelektrische Elemente (13), weiter vorzugsweise mindestens 60 thermoelektrische Elemente (13), aufweist.
Verfahren zur Erwärmung von Frischwasser (2) mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Frischwasser (2) wird mittels eines Frischwasserzugangs (3) einem Wärmetauscher (7) zugeleitet, wobei demselben Wärmetauscher (7) mittels eines Heizwasserzugangs (5) mittelbar oder unmittelbar temperiertes Heizwasser (12) zugeleitet wird; b) Das Frischwasser (2) wird infolge eines mittels des Wärmetauschers (7) betriebenen Austauschs thermischer Energie zwischen dem temperierten Heizwasser (12) und dem Frischwasser (2) auf ein Vortemperaturniveau erwärmt, wobei das Heizwasser (12) abgekühlt wird; c) Das auf dem Vortemperaturniveau befindliche Frischwasser (2) wird einer Temperiereinheit (8) zugeleitet, wobei derselben Temperiereinheit (8) mittels des Heizwasserzugangs (5) mittelbar oder unmittelbar temperiertes Heizwasser (12) zugeleitet wird; d) Eine Vielzahl thermoelektrischer Elemente (13) der Temperiereinheit (8), die jeweils eine mit dem Heizwasser (12) mittelbar oder unmittelbar zusammenwirkende Kaltseite (17) und eine mit dem Frischwasser (2) mittelbar oder unmittelbar zusammenwirkende Warmseite (18) umfassen, wird mit elektrischer Spannung beaufschlagt, sodass gemäß dem Peltier-Effekt an den Kaltseiten (17) jeweils thermische Energie von dem Heizwasser (12) aufgenommen und an den Warmseiten (18) jeweils thermische Energie an das Frischwasser (2) abgegeben wird, sodass das Frischwasser (2) mittels der Temperiereinheit (8) von dem Vortemperaturniveau auf ein Endtemperaturniveau erwärmt wird, wobei die thermoelektrischen Elemente (13) in Strömungsrichtungen sowohl des Frischwassers (2) als auch des Heizwassers (12) betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetauschers in Reihe verschaltet sind, sodass zwischen Temperaturniveaus der Kaltseiten (17) und der Warmseiten (18) für jedes der thermoelektrischen Elemente (13) betrachtet eine möglichst geringe Differenz vorliegt; e) Das auf seinem Endtemperaturniveau befindliche Frischwasser (2) wird mittels eines Frischwasserabgangs (4) einer Frischwasserleitung (10) zugeleitet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwasser (12) zunächst dem Wärmetauscher (7) und nach Art einer Reihenschaltung ausgehend von dem Wärmetauscher (7) der Temperiereinheit (8) zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwasser (12) nach Art einer Parallelschaltung gleichermaßen dem Wärmetauscher (7) und der Temperiereinheit (8) zugeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwasser (12), das dem Wärmetauscher (7) und der Temperiereinheit (8) zugeleitet wird, mittels eines Wärmeerzeugers (11), insbesondere einer Wärmepumpe, erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem Durchströmen des Wärmetauschers (7) bzw. nach der Zusammenwirkung mit der Temperiereinheit (8) abgekühlte Heizwasser (12) mittelbar oder unmittelbar zu einem Wärmeerzeuger (11) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vortemperaturniveau des Frischwassers (2) mindestens 20 °C, vorzugsweise mindestens 30 °C, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Endtemperaturniveau des Frischwassers (2) zwischen 32 °C und 70 °C, vorzugsweise zwischen 35 °C und 50 °C, beträgt.
Gebäude mit einer Wärmezentrale (14), die Wärmezentrale (14) umfassend - mindestens einen Wärmeerzeuger (11) zur Erzeugung von thermischer Energie zur Temperierung von Heizwasser (12), - einen Pufferspeicher (19) zur Speicherung von temperiertem Heizwasser (12), gekennzeichnet durch mindestens eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung von Frischwasser (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Heizwasserzugang (5) und ein Heizwasserabgang (6) der Vorrichtung (1) jeweils strömungstechnisch mit dem Pufferspeicher (19) verbunden sind, sodass mittels des Wärmeerzeugers (11) temperiertes Heizwasser (12) ausgehend von dem Pufferspeicher (19) dem Heizwasserzugang (5) nach Art eines Vorlaufs zuleitbar ist und infolge der Verwendung in der Vorrichtung (1) abgekühltes Heizwasser (12) mittels des Heizwasserabgangs (6) nach Art eines Rücklaufs dem Pufferspeicher (19) zuleitbar ist.
Gebäude nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (11) von einer Wärmepumpe gebildet ist.
Gebäude nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vorrichtungen (1), die dezentral in dem Gebäue verteilt angeordnet sind, wobei den Vorrichtungen (1) jeweils unterschiedliche Zapfstellen für erwärmtes Frischwasser zugeordnet sind.
Gebäude nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung (1), vorzugsweise sämtliche Vorrichtungen (1), bezogen auf eine Leitungslänge einer Frischwasserleitung (10), die strömungstechnisch an ihrem einen Ende mit einem Frischwasserabgang (4) der jeweiligen Vorrichtung (1) und an ihrem anderen Ende mit einer Zapfstelle verbunden ist, in einem Abstand von der Zapfstelle von höchstens 10 m, vorzugsweise höchstens 7,5 m, weiter vorzugsweise höchstens 5 m, entfernt angeordnet ist.