DE102022129808A1 - Hot water station - Google Patents
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Abstract
Warmwasserstation (50, 51, 52) zur Bereitstellung von warmem Trinkwasser mit einem Wassereinlass (55), an den eine Warmwasserleitung anschließbar ist, einen Wasserauslass (57) zur Bereitstellung warmen Wassers, an den eine Rohrleitung oder eine Armatur anschließbar ist, und einem Wasserspeicher (60), der zwischen den Wassereinlass (55) und den Wasserauslass (57) gekoppelt ist und ausgebildet ist, Wasser zu speichern, wobei der Wasserspeicher (60) einen Wärmetauscher (64) umfasst mit einem Primärkreis (100), der ausgebildet ist, dass er vom Wasser durchströmt wird, und einem Sekundärkreis (200) mit Phasenwechselmaterial, das ausgebildet ist, thermische Energie als latente Wärme aus warmen Wasser im Primärkreis (100) zu speichern und thermische Energie, die als latente Wärme gespeichert worden ist, in kaltes Wasser im Primärkreis (100) abzugeben. Hot water station (50, 51, 52) for providing hot drinking water with a water inlet (55) to which a hot water pipe can be connected, a water outlet (57) for providing hot water to which a pipe or a fitting can be connected, and a water reservoir (60) which is coupled between the water inlet (55) and the water outlet (57) and is designed to store water, wherein the water reservoir (60) comprises a heat exchanger (64) with a primary circuit (100) which is designed to have water flowing through it, and a secondary circuit (200) with phase change material which is designed to store thermal energy as latent heat from hot water in the primary circuit (100) and to release thermal energy which has been stored as latent heat into cold water in the primary circuit (100).
Description
Die Erfindung betrifft eine Warmwasserstation zur Bereitstellung von warmem Trinkwasser.The invention relates to a hot water station for providing warm drinking water.
Eine Warmwasserstation wird in einer Warmwasseranlage zur Bereitstellung und Verteilung von Warmwasser eingesetzt. Eine typische Warmwasseranlage umfasst einen Trinkwassererwärmer mit einem Warmwasserspeicher für das erwärmte Wasser und eine oder mehrere Entnahmestationen, zu denen Warmwasser vom Trinkwassererwärmer durch ein Leitungssystem fließt. Die Warmwasserstation wird typischerweise als Warmwasserübergabepunkt zwischen Leitungen vom Trinkwassererwärmer und Leitungen zu den Entnahmestationen für das Trinkwasser eingesetzt.A hot water station is used in a hot water system to provide and distribute hot water. A typical hot water system includes a drinking water heater with a hot water tank for the heated water and one or more extraction stations to which hot water flows from the drinking water heater through a pipe system. The hot water station is typically used as a hot water transfer point between pipes from the drinking water heater and pipes to the extraction stations for the drinking water.
Lange Leitungswege führen dazu, dass die Bereitstellung von Warmwasser aus dem Trinkwassererwärmer an den Entnahmestationen mit merklichem Zeitaufwand einher gehen kann. Wenn längere Zeit kein Wasser entnommen wird, steht das Wasser im Leitungssystem und kühlt ab. Dieses kalte Wasser muss erst abfließen, bis wieder Warmwasser an den Entnahmestationen bereitsteht. Über einen längeren Zeitraum im Leitungssystem stehendes Wasser kann zu einem Hygieneproblem führen, wenn sich Wasserbakterien, beispielsweise Legionellen, verstärkt vermehren.Long pipe runs mean that the provision of hot water from the drinking water heater to the extraction stations can take a significant amount of time. If no water is drawn off for a long time, the water stagnates in the pipe system and cools down. This cold water must first drain away before hot water is available again at the extraction stations. Water standing in the pipe system for a long period of time can lead to a hygiene problem if water bacteria, such as legionella, multiply rapidly.
In konventionellen Leitungssystemen mit langen Leitungswegen ist aus Komfortgründen und Hygienegründen eine Zirkulationsleitung vorgesehen, die bewirkt, dass Warmwasser im Leitungssystem zirkuliert und dadurch stets an oder nah an den Entnahmestationen vorbeifließt, sodass Warmwasser an den Entnahmestationen sofort oder nach kurzer Zeit bereitsteht. Bei ausreichend hoher Temperatur des zirkulierenden Warmwassers werden Wasserbakterien abgetötet, sodass die hygienischen Probleme reduziert werden. Allerdings ist für die Zirkulation eine Pumpe erforderlich, die ebenso Energie verbraucht wie das Erwärmen des zirkulierenden Warmwassers. Die Erwärmung des stets zirkulierenden Trinkwassers auf ungefähr 60 Grad Celsius bei möglicherweise nur geringer Zapfzeit, während der Wasser entnommen wird, ist aufwändig und geht mit thermischen Verlusten und elektrischem Aufwand einher. Energiesparender ist eine zirkulationsfreie Warmwasseranlage, die ohne Zirkulationsleitung auskommt. Aus hygienischen Gründen sollte dann das Volumen in den Leitungswegen zwischen dem Trinkwassererwärmer und den Entnahmestellen gering sein, damit wenig Wasser in den Leitungen steht. Maximalwerte für das Volumen in den Leitungswegen können gesetzlich oder bautechnisch vorgeschrieben sein. Wenn das Volumen in den Leitungen zwischen dem Trinkwassererwärmer und zumindest einer der Entnahmestellen größer als 3 Liter ist, sind eine Zirkulationsleitung oder Temperaturhaltebänder gemäß den gesetzlichen Vorgaben in Deutschland aus hygienischen Gründen zwingend vorgeschrieben.In conventional pipe systems with long pipe runs, a circulation pipe is provided for reasons of comfort and hygiene. This ensures that hot water circulates in the pipe system and thus always flows past or close to the extraction points, so that hot water is available at the extraction points immediately or after a short time. If the circulating hot water is at a sufficiently high temperature, water bacteria are killed, so that hygiene problems are reduced. However, a pump is required for the circulation, which consumes just as much energy as heating the circulating hot water. Heating the constantly circulating drinking water to around 60 degrees Celsius with possibly only a short tapping time during which water is drawn is complex and involves thermal losses and electrical expenditure. A circulation-free hot water system that does not require a circulation pipe is more energy-efficient. For hygiene reasons, the volume in the pipe runs between the drinking water heater and the extraction points should then be small, so that there is little water in the pipes. Maximum values for the volume in the pipes can be prescribed by law or by construction engineering. If the volume in the pipes between the drinking water heater and at least one of the extraction points is greater than 3 liters, a circulation pipe or temperature-maintaining bands are mandatory for hygienic reasons in accordance with the legal requirements in Germany.
Zusätzlich bietet eine zirkulationsleitungsfreie Warmwasseranlage weniger Komfort. Wenn das Wasser in den Leitungswegen bereits erkaltet ist, muss es bei Entnahme zuerst an der Entnahmestation abfließen, bevor dann nach einiger Zeit an der Entnahmestation warmes Wasser aus dem Trinkwassererwärmer bereitsteht.In addition, a hot water system without circulation pipes offers less comfort. If the water in the pipes has already cooled down, it must first flow away at the extraction station before warm water from the drinking water heater is available at the extraction station after some time.
Es stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, die mehr Komfort bei der Warmwasserentnahme bietet.The task is to provide a device that offers more convenience when drawing hot water.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Warmwasserstation mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The problem is solved by a hot water station having the features of claim 1.
Die Warmwasserstation zur Bereitstellung von warmem Trinkwasser ist vorgesehen mit einem Wassereinlass, an den eine Warmwasserleitung anschließbar ist, einen Wasserauslass zur Bereitstellung warmen Wassers, an den eine Rohrleitung oder eine Armatur anschließbar ist, und einem Wasserspeicher, der zwischen den Wassereinlass und den Wasserauslass gekoppelt ist und ausgebildet ist, Wasser zu speichern. Der Wasserspeicher umfasst einen Wärmetauscher mit einem Primärkreis, der ausgebildet ist, dass das Wasser durch ihn strömt, und einem Sekundärkreis mit Phasenwechselmaterial, das ausgebildet ist, thermische Energie als latente Wärme aus dem Wasser im Primärkreis zu speichern und thermische Energie, die als latente Wärme gespeichert worden ist, in das Wasser im Primärkreis abzugeben.The hot water station for providing hot drinking water is provided with a water inlet to which a hot water pipe can be connected, a water outlet for providing hot water to which a pipe or a fitting can be connected, and a water storage tank which is coupled between the water inlet and the water outlet and is designed to store water. The water storage tank comprises a heat exchanger with a primary circuit which is designed for the water to flow through it, and a secondary circuit with phase change material which is designed to store thermal energy as latent heat from the water in the primary circuit and to release thermal energy which has been stored as latent heat into the water in the primary circuit.
Warmwasser ist erwärmtes Trink-, oder Brauchwasser im Temperaturbereich von üblicherweise 30 °C bis 60 °C, insbesondere 45 °C bis 60 °C. Das erwärmte Wasser wird im Folgenden auch als warmes Wasser bezeichnet. Das abgekühlte vormals warme Wasser in der Warmwasseranlage wird auch als kaltes Wasser bezeichnet. Es ist kann bis auf die Umgebungstemperatur abgekühlt sein. Thermische Energie warmen Wassers, das eine höhere Temperatur als die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials hat, wird als latente Energie im Phasenwechselmaterial gespeichert. Die gespeicherte latente Wärme wird an kaltes Wasser, das eine geringere Temperatur als die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials hat, abgegeben und erwärmt es.Hot water is heated drinking water or domestic water in the temperature range of usually 30 °C to 60 °C, in particular 45 °C to 60 °C. The heated water is also referred to below as warm water. The cooled, previously warm water in the hot water system is also referred to as cold water. It can be cooled down to the ambient temperature. Thermal energy of warm water that has a higher temperature than the melting temperature of the phase change material is stored as latent energy in the phase change material. The stored latent heat is transferred to cold water that has a lower temperature than the melting temperature of the phase change material and heats it.
Die Warmwasserstation kann vorteilhafterweise in einer zirkulationsleitungsfreien Warmwasseranlage eingesetzt werden. Sie speichert dezentral Warmwasser und ist näher an den Entnahmestellen positioniert als ein Warmwasserspeicher des Trinkwassererwärmers, sodass die Zeit verringert wird, bis an den Entnahmestationen warmes Wasser bereitsteht. Nichtsdestotrotz ist auch der Einsatz in einer Warmwasseranlage mit Zirkulationsleitung möglich, denn auch in diesem Fall wird die Zeit verkürzt, bis an den Entnahmestationen warmes Wasser bereitsteht.The hot water station can be used advantageously in a hot water system without circulation pipes. It stores hot water decentrally and is positioned closer to the points of use than a hot water storage tank of the drinking water heater, so that the time until warm water is available at the extraction stations is reduced. Nevertheless, it can also be used in a hot water system with a circulation line, because in this case too the time until warm water is available at the extraction stations is reduced.
Die Warmwasserstation ist in einer Ausführung ein Warmwasser-Übergabepunkt und über zumindest eine Versorgungsleitung mit dem Trinkwassererwärmer verbunden, der die Warmwasserstation speist. Von der Warmwasserstation geht zumindest eine Verteilleitung zu den Entnahmestellen ab. An der Warmwasserstation sind der Wassereinlass und der Wasserauslass vorgesehen, um diese Leitungen anzuschließen. Obgleich am Wassereinlass eine Warmwasserleitung installierbar ist, kann durch die Leitung auch kaltes Wasser in den Wasserspeicher der Warmwasserstation strömen, das beispielsweise in der Leitung erkaltet ist. Auch wenn die Heizfunktion des Trinkwassererwärmers ausgefallen ist, würde nur kaltes Wasser bereitstehen. Durch den Wasserauslass wird Wasser bereitgestellt. Obgleich warmes Wasser bereitgestellt werden soll, gibt es auch Betriebszustände, in denen zunächst kaltes Wasser mit einer Temperatur geringer als eine gewünschte Abgabetemperatur abgegeben wird. Dies kann insbesondere beim Hochfahren der Warmwasserstation und nach langer Entnahmepause der Fall sein. Am Wasserauslass sind eine oder mehrere Verteilleitungen zur der oder den Entnahmestellen installiert. Auch die Installation einer Armatur, beispielsweise eines Wasserhahns, ist denkbar.In one embodiment, the hot water station is a hot water transfer point and is connected via at least one supply line to the drinking water heater that feeds the hot water station. At least one distribution line leads from the hot water station to the extraction points. The water inlet and the water outlet are provided on the hot water station to connect these lines. Although a hot water line can be installed at the water inlet, cold water that has cooled down in the line, for example, can also flow through the line into the water tank of the hot water station. Even if the heating function of the drinking water heater has failed, only cold water would be available. Water is provided through the water outlet. Although hot water is to be provided, there are also operating states in which cold water is initially delivered at a temperature lower than a desired delivery temperature. This can be the case in particular when starting up the hot water station and after a long pause in use. One or more distribution lines to the extraction point(s) are installed at the water outlet. The installation of a fitting, for example a water tap, is also conceivable.
Der Wasserspeicher der Warmwasserstation dient als dezentraler Puffer in der Warmwasseranlage, der Warmwasser näher an den Entnahmestationen bereitstellt. Vorteilhafterweise dient der Wasserspeicher zur Speicherung von Warmwasser. Nichtsdestotrotz gibt es Betriebszustände, in denen er kaltes Wasser enthält, dass im Speicher abgekühlt ist oder als kaltes Wasser durch den Wassereinlass eingeströmt ist. Der Wasserspeicher hat in einer Ausführung ein Fassungsvermögen von 10 Litern oder weniger, insbesondere ein Fassungsvermögen von 5 Litern oder weniger. Wasserspeicher kann durch ein Bypassventil überbrückt werden, wenn bereits ausreichend Warmwasser gespeichert worden ist. Allerdings bewirkt regelmäßiger Durchfluss von Warmwasser vorteilhafterweise auch das regelmäßige Aufladen des als thermischen Speicher wirkenden Phasenwechselmaterials.The water tank of the hot water station serves as a decentralized buffer in the hot water system, which provides hot water closer to the extraction stations. The water tank is advantageously used to store hot water. Nevertheless, there are operating states in which it contains cold water that has cooled down in the tank or has flowed in as cold water through the water inlet. In one design, the water tank has a capacity of 10 liters or less, in particular a capacity of 5 liters or less. The water tank can be bypassed by a bypass valve if sufficient hot water has already been stored. However, regular flow of hot water also advantageously causes the phase change material acting as a thermal storage to be regularly charged.
Der Wärmetauscher ermöglicht die Übertragung thermischer Energie zwischen den Stoffen im Primärkreis und im Sekundärkreis, ohne dass des zur stofflichen Durchmischung kommt. Die Komponente, die die Stoffe trennt, hat vorteilhafterweise eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine große Oberfläche. Das durch die Warmwasserstation fließende Wasser fließt durch den Primärkreislauf.The heat exchanger enables the transfer of thermal energy between the materials in the primary circuit and the secondary circuit without the materials mixing. The component that separates the materials advantageously has good thermal conductivity and a large surface area. The water flowing through the hot water station flows through the primary circuit.
Der Wärmetauscher umfasst ein Phasenwechselmaterial, kurz „PCM“ für die englischsprachige Bezeichnung „phase change material“. Der Sekundärkreis umfasst das Phasenwechselmaterial, welches einen Großteil der ihm zugeführten thermischen Energie vom Primärkreis in Form von latenter Wärme bei einem Phasenwechsel speichert. In einer Ausführung wird der Wärmetauscher mit einem Phasenwechsel von fest zu flüssig und umgekehrt betrieben. Da der Stoff im Sekundärkreislauf weder zu- noch abfließt, kann der Wärmetauscher auch als (Latenz-)Wärmespeicher bezeichnet werden.The heat exchanger contains a phase change material, abbreviated to “PCM”. The secondary circuit contains the phase change material, which stores a large part of the thermal energy supplied to it from the primary circuit in the form of latent heat during a phase change. In one version, the heat exchanger is operated with a phase change from solid to liquid and vice versa. Since the material neither flows in nor out of the secondary circuit, the heat exchanger can also be referred to as a (latency) heat storage device.
Durchfließendes und/oder gespeichertes Warmwasser mit einer höheren Temperatur als die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials bewirkt einen Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials, sodass das schmelzende Phasenwechselmaterial einen Teil der thermischen Energie des Warmwassers beim Phasenübergang speichert. Nichtsdestotrotz steht, insbesondere bei durchfließendem Warmwasser, Wasser mit für Warmwasser noch ausreichender Temperatur an der Entnahmestation bereit. Das Phasenwechselmaterial kann beispielsweise im festen Zustand wachsähnlich sein und sich durch Wärmezufuhr verflüssigen. Das Phasenwechselmaterial kann beispielsweise Salzhydrate, Salze oder organische Stoffe wie Paraffin und Fettsäuren umfassen. Wenn längere Zeit keine Wasserentnahme erfolgt ist, dient die im Phasenwechselmaterial gespeicherte Wärme dazu, das unter die Schmelztemperatur abkühlende Wasser beim Erstarren des Phasenwechselmaterials wieder zu erwärmen. Das Phasenwechselmaterial verfestigt sich und gibt die dabei freiwerdende thermische Energie wieder an das gespeicherte Wasser ab.Hot water flowing through and/or stored at a higher temperature than the melting temperature of the phase change material causes a phase change of the phase change material, so that the melting phase change material stores some of the thermal energy of the hot water during the phase transition. Nevertheless, especially when hot water is flowing through, water with a temperature that is still sufficient for hot water is available at the extraction station. The phase change material can, for example, be wax-like in its solid state and liquefy when heat is applied. The phase change material can, for example, comprise salt hydrates, salts or organic substances such as paraffin and fatty acids. If no water has been drawn off for a long time, the heat stored in the phase change material is used to reheat the water that has cooled below the melting temperature when the phase change material solidifies. The phase change material solidifies and releases the thermal energy released in the process back into the stored water.
Vorteilhafterweise ist eine Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials oberhalb einer vorgegebenen minimalen Abgabetemperatur von abgegebenem warmen Wasser. Die minimale Abgabetemperatur beschreibt einen gewünschten Betriebsparameter. Die minimale Abgabetemperatur hängt von den Anforderungen an den Warmwassereinsatz im Haushalt ab und muss vom Benutzer nicht unbedingt als heiß empfunden werden, sondern kann auch eher lauwarm wahrgenommen werden. Eine beispielhafte minimale Abgabetemperatur beträgt ungefähr 40 Grad Celsius. Eine typischer vorgegebene Abgabetemperaturbereich, den abgegebenes Warmwasser haben soll, liegt zwischen 40 und 60 Grad Celsius, insbesondere zwischen 45 und 60 Grad Celsius, was eine ausreichende Temperatur für den Einsatz von Warmwasser im Haushalt ist. In diesem Temperaturbereich liegt vorteilhafterweise auch das in den Wassereinlass strömende Warmwasser. Die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials liegt vorteilhafterweise zwischen 40 und 50 Grad Celsius, insbesondere zwischen 42 und 48 Grad Celsius, sodass einströmendes Warmwasser das Phasenwechselmaterial zum Schmelzen bringt. Gleiches gilt auch für Wasser, das in der Warmwasserstation erhitzt wird. Der Phasenübergang beim Erstarren erfolgt im Bereich des gewünschten Abgabetemperaturbereichs, insbesondere oberhalb der minimalen Abgabetemperatur, sodass abkühlendes Wasser im Primärkreis oder einströmendes Kaltwasser ein Erstarren des Phasenwechselmaterials und Entladen des Sekundärkreises bewirkt, was das Abkühlen hemmt beziehungsweise das Kaltwasser erwärmt.Advantageously, the melting temperature of the phase change material is above a predetermined minimum delivery temperature of delivered warm water. The minimum delivery temperature describes a desired operating parameter. The minimum delivery temperature depends on the requirements for the use of hot water in the home and does not necessarily have to be perceived as hot by the user, but can also be perceived as lukewarm. An example minimum delivery temperature is approximately 40 degrees Celsius. A typical predetermined delivery temperature range that delivered warm water should have is between 40 and 60 degrees Celsius, in particular between 45 and 60 degrees Celsius, which is a sufficient temperature for the use of hot water in the home. The water flowing into the water inlet is also advantageously in this temperature range. Hot water. The melting temperature of the phase change material is advantageously between 40 and 50 degrees Celsius, in particular between 42 and 48 degrees Celsius, so that incoming hot water causes the phase change material to melt. The same applies to water that is heated in the hot water station. The phase transition during solidification takes place in the area of the desired discharge temperature range, in particular above the minimum discharge temperature, so that cooling water in the primary circuit or incoming cold water causes the phase change material to solidify and the secondary circuit to discharge, which inhibits cooling or heats the cold water.
In einer Ausführung ist die Warmwasserstation ausgebildet, das gespeicherte Wasser elektrisch zu erwärmen. Das durch die Warmwasserstation erwärmte Warmwasser kann denselben Temperaturbereich haben wie das vom Warmwasserspeicher bereitgestellte Warmwasser; es kann jedoch vorgesehen sein, dass die Warmwasserstation das Wasser aber auf eine höhere Temperatur, beispielsweise 60 Grad Celsius erhitzt.In one embodiment, the hot water station is designed to heat the stored water electrically. The hot water heated by the hot water station can have the same temperature range as the hot water provided by the hot water tank; however, it can be provided that the hot water station heats the water to a higher temperature, for example 60 degrees Celsius.
Elektrische Erwärmung kann die Bereitstellung von Warmwasser unterstützen, indem das gespeicherte Wasser nach Abkühlung unter eine vorgegebene Schwelle, beispielsweise die minimale Abgabetemperatur, wieder erwärmt wird, um dem Abkühlen entgegenzuwirken, sodass stets warmes Wasser im Wasserspeicher für die Entnahme bereitsteht. Dies kann mehrfach wiederholt werden. Die dafür erforderliche Energie ist wesentlich geringer, als wenn kein Phasenwechselmaterial vorgesehen wäre. Das Erwärmen zu vorgegebener Zeit, beispielsweise morgens, sorgt dafür, dass Warmwasser bereitsteht, wenn typischerweise Bedarf ist. Die oben beschriebene Wechselwirkung von warmen Wasser und Phasenwechselmaterial tritt auch auf, wenn das Wasser in Wasserspeicher elektrisch erwärmt wird. Auch die auf diese Weise dem Wasser zugeführte thermische Energie wird im Wärmetauscher gespeichert.Electrical heating can support the provision of hot water by reheating the stored water after it has cooled below a predetermined threshold, for example the minimum discharge temperature, to counteract the cooling so that warm water is always available in the water tank for use. This can be repeated several times. The energy required for this is much lower than if no phase change material were provided. Heating at a predetermined time, for example in the morning, ensures that hot water is available when it is typically needed. The interaction of warm water and phase change material described above also occurs when the water in water tanks is heated electrically. The thermal energy added to the water in this way is also stored in the heat exchanger.
Eine Ausführung einer elektrischen Heizvorrichtung zum Erwärmen ist ausgebildet, gespeichertes Wasser, das im Wasserspeicher abgekühlt ist oder als kaltes Wasser in den Wasserspeicher geströmt ist, zu erwärmen. Das einströmende kalte Wasser kann in den Leitung abgekühlt sein oder aus einem defekten Trinkwassererwärmer stammen. Das gespeicherte Wasser wird vorteilhafterweise auf mindestens 55 Grad Celsius, insbesondere mindestens 60 Grad Celsius elektrisch erwärmt, sodass es als Warmwasser bereitsteht und/oder gespeichert wird.One embodiment of an electric heating device for heating is designed to heat stored water that has cooled in the water tank or has flowed into the water tank as cold water. The incoming cold water can have cooled in the pipe or come from a defective drinking water heater. The stored water is advantageously heated electrically to at least 55 degrees Celsius, in particular at least 60 degrees Celsius, so that it is available as hot water and/or is stored.
In einer Ausführung umfasst der Wasserspeicher eine Wärmedämmung, die ein Abkühlen des gespeicherten warmen Wassers verlangsamt. Eine Wärmedämmung wird auch als Wärmeisolierung bezeichnet. Diese Wärmedämmung kann so ausgestaltet sein, dass das warme Wasser für mindestens 24 Stunden ausreichend warm bleibt, das heißt es ist wärmer als eine vorgegebene minimale Abgabetemperatur. Insbesondere im Zusammenwirken mit einer vorherigen elektrischen Erwärmung bleibt das Warmwasser so lange warm genug für die Abgabe. Die Wärmedämmung kann außenseitig des Wasserspeichers angeordnet sein und isolierendes Material umfassen.In one embodiment, the water tank includes thermal insulation that slows down the cooling of the stored warm water. Thermal insulation is also referred to as heat insulation. This thermal insulation can be designed so that the warm water stays warm enough for at least 24 hours, i.e. it is warmer than a predetermined minimum delivery temperature. In particular, in conjunction with previous electrical heating, the hot water stays warm enough for delivery. The thermal insulation can be arranged on the outside of the water tank and comprise insulating material.
In einer Ausführung des Wärmetauschers sind mehrere Primärkreise vorgesehen, die thermisch mit dem Sekundärkreis gekoppelt sind. So können ein erster und ein zweiter Primärkreis vorgesehen sein, die voneinander getrennt sind, sodass kein Wasseraustausch zwischen den beiden Primärkreisen erfolgt. Jeder Primärkreis kann thermische Energie auf den Sekundärkreis übertragen, sodass das Phasenwechselmaterial schmilzt, und thermische Energie aus dem Sekundärkreis kann beim Erstarren auf die Primärkreise übertragen werden. Der Sekundärkreis ist ausgebildet, thermische Energie als latente Wärme aus warmen Wasser im ersten und/oder zweiten Primärkreis zu speichern und thermische Energie, die als latente Wärme gespeichert worden ist, an kaltes Wasser im ersten und/oder zweiten Primärkreis abzugeben. Dieses Konzept ist nicht auf zwei Primärkreise beschränkt, sondern es können mehr als zwei Primärkreise vorgesehen sein, die thermisch mit demselben Sekundärkreis gekoppelt sind.In one embodiment of the heat exchanger, a plurality of primary circuits are provided which are thermally coupled to the secondary circuit. For example, a first and a second primary circuit can be provided which are separated from one another so that no water exchange takes place between the two primary circuits. Each primary circuit can transfer thermal energy to the secondary circuit so that the phase change material melts, and thermal energy from the secondary circuit can be transferred to the primary circuits when it solidifies. The secondary circuit is designed to store thermal energy as latent heat from warm water in the first and/or second primary circuit and to release thermal energy which has been stored as latent heat to cold water in the first and/or second primary circuit. This concept is not limited to two primary circuits, but more than two primary circuits can be provided which are thermally coupled to the same secondary circuit.
Die Ausführung der Warmwasserstation mit zwei Primärkreisen im Wärmetauscher bündelt die Funktionalität zweier Warmwasserstationen, da sie Trinkwasser für zwei Warmwasserzweige bereitstellt, beispielsweise für Bad und Küche einer Wohnung. So kann beispielsweise ein langer Duschvorgang mit Warmwasserentnahme in einem Warmwasserzweig die Speicherung von thermischer Energie im Wärmetauscher bewirken, die dann für die Wasserentnahme in der Küche im anderen Warmwasserzweig abgegeben wird. Diese Ausführung bietet eine zusätzliche Effizienzsteigerung, denn durch Warmwasserentnahme aus einem der Primärkreise wird das als Speicher wirkende Phasenwechselmaterial thermisch aufgeladen, und dieser aufgeladen Energiespeicher steht auch dem anderen Primärkreis zur Verfügung.The design of the hot water station with two primary circuits in the heat exchanger combines the functionality of two hot water stations, as it provides drinking water for two hot water branches, for example for the bathroom and kitchen of an apartment. For example, a long shower with hot water drawn from one hot water branch can cause thermal energy to be stored in the heat exchanger, which is then released for water drawn from the other hot water branch in the kitchen. This design offers an additional increase in efficiency, because when hot water is drawn from one of the primary circuits, the phase change material acting as a storage device is thermally charged, and this charged energy storage device is also available to the other primary circuit.
In einer Ausführung ist der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Alternativ kann er Rippenrohre oder einen Aluminiumkörper, insbesondere mit großer Oberfläche aufweisen. Damit ergeben sich viele Freiheitsgrade für die Gestaltung des Wärmetauschers. Alternativ können in einer Ausführung für den Sekundärkreis eine oder mehrere, insbesondere zwei hohlzylindrische Kammern mit Phasenwechselmaterial vorgesehen sein und für den Primärkreis eine oder mehrere, insbesondere zwei hohlzylindrische Wasserkammern. Die Kammern für Primärkreis und Sekundärkreis sind abwechselnd angeordnet, sodass die hohlzylindrischen Kammern in einander verschachtelt angeordnet sind.In one version, the heat exchanger is designed as a plate heat exchanger. Alternatively, it can have finned tubes or an aluminum body, especially with a large surface area. This results in many degrees of freedom for the Design of the heat exchanger. Alternatively, in one embodiment, one or more, in particular two, hollow cylindrical chambers with phase change material can be provided for the secondary circuit and one or more, in particular two, hollow cylindrical water chambers for the primary circuit. The chambers for the primary circuit and secondary circuit are arranged alternately so that the hollow cylindrical chambers are nested within one another.
In der Warmwasserstation kann ein Druckregler vorgesehen sein, um den Druck des einströmenden Wassers am Wassereinlass zu reduzieren, falls dieses mit großem Druck bereitgestellt wird. Großer Druck kann in der Warmwasseranlage eingesetzt werden, um weite Leitungswege mit geringem Querschnitt ohne Zirkulationsleitung zu überbrücken. Der Betriebsdruck eines Ausführungsbeispiels einer Warmwasserstation ist dauerhaft im Bereich von 6 bar, wobei Druckstöße bis 10 bar möglich sind.A pressure regulator can be provided in the hot water station to reduce the pressure of the incoming water at the water inlet if it is provided at high pressure. High pressure can be used in the hot water system to bridge long pipe runs with a small cross-section without a circulation pipe. The operating pressure of an embodiment of a hot water station is permanently in the range of 6 bar, with pressure surges of up to 10 bar being possible.
In einer Ausführung ist der Wasserspeicher als kleiner Wasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von 2 Litern oder weniger, insbesondere mit einem Fassungsvermögen von 1 Liter oder weniger und insbesondere mit einem Fassungsvermögen von 0,5 Litern oder weniger ausgebildet. Mit solch einem Wasserspeicher wird die Warmwasserstation nicht als Übergabepunkt eingesetzt, sondern als Kleinst-Speicherstation zur Bereitstellung von Warmwasser in unmittelbarer Nähe der Entnahmestation. Die Kleinst-Speicherstation ist eine kompakte, kleine Warmwasserstation, die beispielsweise als Untertisch-Warmwasserstation zur Montage unter einem Waschbecken ausgebildet ist. Je weniger Wasser gespeichert wird, desto kompakter ist sie. In einer Warmwasseranlage erhöht die optionale Kleinst-Speicherstation den Komfort in Bezug auf die Warmwasserbereitstellungszeit, die sich noch einmal um einige Sekunden reduziert.In one embodiment, the water tank is designed as a small water tank with a capacity of 2 liters or less, in particular with a capacity of 1 liter or less and in particular with a capacity of 0.5 liters or less. With such a water tank, the hot water station is not used as a transfer point, but as a micro storage station for providing hot water in the immediate vicinity of the extraction station. The micro storage station is a compact, small hot water station that is designed, for example, as an under-sink hot water station for installation under a washbasin. The less water that is stored, the more compact it is. In a hot water system, the optional micro storage station increases convenience in terms of the hot water preparation time, which is reduced by a further few seconds.
Die Kleinst-Speicherstation umfasst vorteilhafterweise eine Wärmedämmung, um ein Auskühlen des Wassers zu verlangsamen. Vorteilhafterweise ist auch in der Kleinst-Speicherstation eine Heizvorrichtung vorgesehen.The small storage station advantageously includes thermal insulation to slow down the cooling of the water. A heating device is also advantageously provided in the small storage station.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Warmwasseranlage, -
2 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Warmwasserstation, -
3 schematisch einen Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers, -
4 schematisch einen Ausschnitt aus einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers, -
5 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Warmwasseranlage, -
6 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Warmwasserstation, -
7 schematisch einen Ausschnitt aus noch einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers, -
8 schematisch einen Ausschnitt aus noch einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschers, -
9 eine dreidimensionale Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Warmwasserstation, -
10 eine dreidimensionale Darstellung eines Sockelbereichs der Warmwasserstation, -
11 eine schematische Darstellung eines Kopfbereichs der Warmwasserstation, -
12 eine dreidimensionale Darstellung des Kopfbereichs der Warmwasserstation, und -
13 eine Schnittdarstellung der Warmwasserstation.
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1 schematically an embodiment of a hot water system, -
2 schematically an embodiment of a hot water station, -
3 schematically a section of an embodiment of a heat exchanger, -
4 schematically a section of another embodiment of a heat exchanger, -
5 schematically another embodiment of a hot water system, -
6 schematically another embodiment of a hot water station, -
7 schematically a section of yet another embodiment of a heat exchanger, -
8th schematically a section of yet another embodiment of a heat exchanger, -
9 a three-dimensional representation of another embodiment of a hot water station, -
10 a three-dimensional representation of a base area of the hot water station, -
11 a schematic representation of a head area of the hot water station, -
12 a three-dimensional representation of the head area of the hot water station, and -
13 a cross-sectional view of the hot water station.
In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally equivalent components are provided with the same reference symbols.
Zwischen dem Trinkwassererwärmer 1 und den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 ist ein zirkulationsleitungsfreies Leitungssystem 9 vorgesehen, das ausgebildet ist, dass Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher 3 des Trinkwassererwärmers 1 zu den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 fließt. An den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 kann das Warmwasser entnommen werden und aus der Warmwasseranlage abfließen. Entnahmestation 71, 72, 73, 74 können beispielsweise als Dusche oder Wasserhahn ausgebildet sein. Zwei der Entnahmestation 71, 72 und 73, 74 sind mit jeweils einer der Warmwasserstationen 51, 52 gekoppelt, sodass das Wasser vom Trinkwassererwärmer 1 zu den Entnahmestationen 71, 72 und 73, 74 durch die erste beziehungsweise die zweite Warmwasserstation 51, 52 fließt.Between the drinking water heater 1 and the
Die Warmwasserstationen 51, 52 sind Warmwasser-Übergabepunkte und jeweils über Versorgungsleitungen 11 mit dem Trinkwassererwärmer 1 gekoppelt. Von den Warmwasserstationen 51, 52 gehen Verteilleitungen 13 zu den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 ab. Es können mehrere Anschlüsse an den Warmwasserstationen 51, 52 für Verteilleitungen 13 zu Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 vorgesehen sein. Mehrere Entnahmestationen sind vorteilhafterweise, wie in
Die Warmwasseranlage mit zwei Warmwasserstationen 51, 52 kann beispielsweise für zwei kleine Wohnungen vorgesehen sein, in denen jeweils eine Warmwasserstation 51, 52 angeordnet ist. Für eine Zwei-Personen-Wohnung ist eine Warmwasserstation für die Entnahmestellen in Küche und Bad ausreichend. Alternativ kann die Warmwasseranlage für eine größere Wohnung für drei bis vier Personen vorgesehen sein. Jeweils eine Warmwasserstation 51, 52 ist dann für Bad und Küche und deren Entnahmestellen vorgesehen.The hot water system with two
Bei einer Warmwasseranlage für mehrere Wohneinheiten, beispielsweise in einem Mehrparteien-Wohnhaus oder einer Apartmentanlage sind mehr als zwei Warmwasserstationen 51, 52 vorgesehen, wobei erstrebenswert ist, dass die Warmwasseranlage eine zirkulationsleitungsfreie Kleinanlage ist. Dies kann auch in einer Mehrparteien-Wohnanlage, die lange Leitungswege aufweist, mit hohem Wasserdruck und geringem Rohrquerschnitt erzielt werden.In a hot water system for several residential units, for example in a multi-unit residential building or an apartment complex, more than two
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Warmwasserzweige 10, 20 vorgesehen, bei denen das Wasser durch eine Versorgungsleitung 11 und eine oder mehrere Verteilleitungen 13 auf eine oder mehrere Entnahmestationen 71, 72 beziehungsweise 73, 74 geführt wird. Bei jedem Warmwasserzweig 10, 20 strömt das Wasser durch eine der Warmwasserstationen 51, 52. Einerseits wird Warmwasser aus dem Trinkwassererwärmer 1 zu einer ersten und zweiten Entnahmestation 71, 72 im ersten Warmwasserzweig 10 geleitet, und andererseits wird Warmwasser aus dem Trinkwassererwärmer 1 zu einer dritten und vierten Entnahmestation 73, 74 im zweiten Warmwasserzweig 20 geleitet. Die Warmwasserzweige 10, 20 sind getrennt, sodass kein Wasseraustausch stattfindet. Sie haben getrennte Versorgungsleitungen 11 und getrennte Verteilleitungen 13. In jedem der Warmwasserzweige 10, 20 ist das Leitungsvolumen in den Rohrleitungen des Leitungswegs kleiner oder gleich dem vorgegebenen Maximalleitungsvolumen von 3 Litern. Kaltwasser wird separat über Rohrleitungen 19 für Kaltwasser und getrennt von der Warmwasseranlage zu den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 geführt.In this embodiment, two
Warmes Trinkwasser aus dem Trinkwassererwärmer 1, das bei der Entnahme in die Versorgungsleitungen 11 und Verteilleitungen 13 nachfließt, aber nicht mehr entnommen wird, kühlt ab. Bei der nächsten Entnahme muss dieses erkaltete Wasser erst abfließen, bis wieder warmes Wasser vom Trinkwassererwärmer 1 an den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 bereitsteht. Die Warmwasserstationen 51, 52 verkürzen die Zeit, bis warmes Wasser an den Entnahmestationen bereitsteht, indem sie Warmwasser speichern und vorteilhafterweise auch kaltes Wasser erwärmen können.Warm drinking water from the drinking water heater 1, which flows into the
Die Warmwasserstation 51 hat einen Wassereinlass 55, der mit der Versorgungsleitung 11 verbunden ist, und einen Wasserauslass 57, der mit der Verteilleitung 13 verbunden ist, sodass der Warmwasserzweig 10 durch die Warmwasserstation 51 verläuft. Die Pfeile veranschaulichen zufließendes Wasser 111 und abfließendes Wasser 131.The
In diesem Ausführungsbeispiel ist einlassseitig ein optionaler Druckregler 31 vorgesehen, um den Druck des einströmenden Wassers am Wassereinlass 55 zu reduzieren, falls Wasser mit hohem Druck bereitgestellt wird. Hoher Druck kann in der Warmwasseranlage eingesetzt werden, um weite Leitungswege mit geringem Querschnitt ohne Zirkulationsleitung zu überbrücken. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Druckregler, falls erforderlich, dem Wassereinlass 31 vorangeschaltet sein.In this embodiment, an
Die Warmwasserstation 51 umfasst einen Wasserspeicher 60, der ausgebildet ist, Wasser zu speichern. Zur Abgrenzung von dem großen Warmwasserspeicher 3 des Trinkwassererwärmers 1 kann dieser Wasserspeicher 60 anschaulich auch als Klein-Warmwasserspeicher bezeichnet werden. Das Speichervolumen des Wasserspeichers 60 ist geringer als das des Warmwasserspeichers 3 im Trinkwassererwärmer 1. Ein typischer Wert sind 5 Liter. Das Speichervolumen des Wasserspeichers 60 zählt bei der Warmwasseranlage nicht zum Leitungsvolumen, das geringer als das Maximalvolumen sein soll. Allerdings muss das Gesamtvolumen aller Speicher für Wasser im System gleich oder geringer sein als ein maximales Speichervolumen, nämlich 400 Liter, damit die Warmwasseranlage eine Kleinanlage gemäß der deutschen Trinkwasserverordnung ist.The
Der Wasserspeicher 60 weist eine Wärmedämmung 62 auf, die das Auskühlen von gespeichertem warmen Wasser stark verlangsamt. Solch eine Wärmedämmung 62 ist außenseitig des Wasserspeichers 60 angeordnet. Sie kann isolierendes, wärmespeicherndes Material umfassen.The
Der Wasserspeichers 60 ist ausgebildet, das Wasser elektrisch zu erhitzen. Wenn kaltes Wasser im Wasserspeicher 60 ist, sei es als kaltes Wasser aus der Leitung oder weil es abgekühlt ist, kann es elektrisch erwärmt werden. Dadurch steht warmes Wasser im Wasserspeicher 60 bereit, auch wenn längere Zeit keine Entnahme erfolgt ist. So ist in einem Ausführungsbeispiel das Aufheizen auf 60 Grad Celsius nach längerer Stillstandzeit vorgesehen. Das Aufheizen kann beispielsweise erfolgen, sobald die Temperatur des gespeicherten Wassers unter eine vorgegebene Schwelle, z. B. eine vorgegebene minimale Abgabetemperatur, abgesunken ist, bis die Temperatur im Wasserspeicher 60 über eine weitere vorgegebene Schwelle gestiegen ist. Dieser Vorgang kann bei erneutem Absinken der Wassertemperatur wiederholt werden. Für das Aufheizen ist ein Heizelement 66 als Heizvorrichtung vorgesehen, das eine beispielhafte Leistungsaufnahme von 100 Watt haben kann. Dieser Wert ist wesentlich geringer als die Leistungsaufnahme eines Durchlauferhitzers zur Wassererwärmung in einer Station.The
Der Wasserspeicher 60 umfasst einen Wärmetauscher 64 mit einem Primärkreislauf für das Trinkwasser und einen Sekundärkreislauf mit Phasenwechselmaterial, kurz PCM. Beispielhafte Ausführungsbeispiele des Wärmetauschers 60 sind ein Plattenwärmetauscher, ein Wärmetauscher mit Rippenrohren oder mit Aluminiumkörpern mit großer Oberfläche. Das Phasenwechselmaterial speichert einen Großteil der ihm zugeführten thermischen Energie vom Primärkreis in Form von latenter Wärme, die beim Phasenwechsel von fest zu flüssig aufgenommen wird. Latente Wärme wird auch als Umwandlungsenthalpie bezeichnet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel Sublimations- und Schmelzenthalpie relevant sind. Der Phasenwechsel kann bei einer Schmelztemperatur von ungefähr 45 Grad Celsius erfolgen. Das Phasenwechselmaterial kann beispielsweise Salzhydrate, Salze oder organische Stoffe wie Paraffin und Fettsäuren umfassen. Der Phasenwechsel erfolgt knapp unterhalb oder im Bereich des gewünschten Abgabetemperaturbereichs für das abgegebene Warmwasser. Durchfließendes und/oder von der Warmwasserstation elektrisch aufgeheiztes Warmwasser bewirkt einen Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials und speichert einen Teil der thermischen Energie des warmen Wassers. Nichtsdestotrotz wird auch bei Entnahme von Warmwasser, dessen thermische Energie teilweise für den Phasenwechsel genutzt worden ist, ausreichend warmes Wasser an den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 bereitgestellt. Wenn längere Zeit keine Entnahme erfolgt ist, dient die im Phasenwechselmaterial gespeicherte thermische Energie dazu, das Erkalten des gespeicherten Wassers zu verhindern oder zu verlangsamen. Das Phasenwechselmaterial verfestigt sich bei kaltem oder abkühlendem Wasser im Primärkreis und die dabei freiwerdende thermische Energie wird an das gespeicherte oder durchfließende Wasser abgegeben und erwärmt es.The
Beispielsweise kann ungefähr 50 Grad Celsius warmes Wasser aus der Versorgungsleitung 11 den Phasenübergang des sich in diesem Temperaturbereich verflüssigenden Phasenwechselmaterials bewirken. Nichtsdestotrotz kann an den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 trotz Phasenwechsel noch ungefähr 40 Grad Celsius warmes Wasser entnommen werden.For example, water at a temperature of approximately 50 degrees Celsius from the
Die Kombination aus Wärmetauscher 64 mit Phasenwechselmaterial, Heizvorrichtung 66 und Wärmedämmung 62 reduziert den Energiebedarf, um in der Nähe der Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 warmes Wasser bereitzustellen, erheblich. Im Vergleich mit einem Durchlauferhitzer in einer Station reduziert sich der Energiebedarf für die Warmwasserstation 51 auf ungefähr ein Siebtel. Die Wärmedämmung 62 kann die Wassertemperatur mindestens 24 Stunden halten, sodass das Warmwasser ohne erneutes Erwärmen entnommen werden kann. Durch die Warmwasserstation 50 kann bereits nach 8 bis 15 Sekunden Warmwasser an den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 bereitgestellt werden. Zudem ermöglicht der geringere Druckverlust eines als Plattenwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauschers 64 eine Schüttleistung von 15 Liter/min.The combination of
Die Warmwasserstation 51 mit Wasserspeicher 60 hat beispielhafte Abmessungen von 540 × 300 × 82 mm. Das Gewicht beträgt ungefähr 9 kg. Es sind ½'' IG-Anschlüsse vorgesehen. Für die bauseitige Montage des Übergabepunktes ist eine interne Verrohrung aus Edelstahl mit einem ¼'' IG-Anschluss vorgesehen. Die Verrohrung ist in einem Ausführungsbeispiel als Roh- oder Fertigset lieferbar. Alternativ kann sie bei Auslieferung bereits an der Warmwasserstation 51 montiert sein.The
Die Warmwasserstation 51 verkürzt die Zeit bis zur Bereitstellung warmen Wassers an den Entnahmestationen signifikant. Noch kürzere Zeiten bis zur Bereitstellung sind durch das Vorsehen von optionalen Kleinst-Speicherstationen 80 an den Entnahmestationen 71, 72, 73 74 möglich.The
Die Kleinst-Speicherstation 80 ist ähnlich der in Zusammenhang mit
Die Kleinst-Speicherstation 80 umfasst die Wärmedämmung, um ein Auskühlen des Wassers zu verlangsamen. Vorteilhafterweise ist auch in der Kleinst-Speicherstation 80 eine Heizvorrichtung, beispielsweise mit einem Heizelement, und ein Wärmetauscher mit Phasenwechselmaterial vorgesehen, dessen Wirkungsweise oben beschrieben worden ist. Die elektrische Leistungsaufnahme der Kleinst-Speicherstation 80 liegt im Bereich von 50 Watt.The
Auch das Speichervolumen der Kleinst-Speicherstation 80 zählt nicht zum Leitungsvolumen, das geringer als das Maximalvolumen von 3 Litern sein muss, damit die Warmwasseranlage eine Kleinanlage ist. Da die Speicherkapazitäten von den Speichern für Wasser in den Warmwasserstationen 51, 52 und den Kleinst-Speicherstationen nicht Teil der Leitungsvolumen sind, wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel das maximale Leitungsvolumen nicht überschritten. Allerdings zählt das Speichervolumen der Kleinst-Speicherstationen 80 zum Gesamtvolumen aller Speicher im System, das geringer sein muss als ein maximales Speichervolumen von 400 Litern, um eine Kleinanlage zu sein.The storage volume of the
Der hocheffiziente serielle Wasserspeicher 60 in den Warmwasserstationen 51, 52, insbesondere in Kombination mit den optionalen Kleinst-Speicherstationen 80, ermöglicht eine wesentlich kürzere Zeit bis zur Bereitstellung des Warmwassers an den Entnahmestationen 71, 72, 73, 74 als bei einer konventionellen Warmwasseranlage.The highly efficient serial
Die Warmwasserstationen 51, 52 mit Wasserspeicher 60 und die Kleinst-Speicherstationen 80 haben einen sehr geringen elektrischen Energieverbrauch, insbesondere im Vergleich zu einer Station mit Durchlauferhitzer. Die Leistungsaufnahme der optionalen Kleinst-Speicherstationen 80 und den Warmwasserstationen 51, 52 mit Wasserspeicher 60 kann im Vergleich zur Leistungsaufnahme von Stationen mit Durchlauferhitzer fast vernachlässigt werden. Dieser Vorteil kommt bei großen Systemen mit vielen Warmwasserstationen 51, 52 und damit auch vielen Wohneinheiten besonders zum Tragen. Durch den geringen Energieverbrauch mit einer beispielhaften Leistungsaufnahmen von 50 bis 100 Watt ergibt sich eine deutlich kleinere Gesamt-Netzanschlussleistung im Vergleich zu einem konventionellen System oder einem System mit Durchlauferhitzern in den Stationen. Bei mehreren Warmwasserstationen 51, 52 ist eine Gleichzeitigkeitsverriegelung, um die Anzahl der gleichzeitig betriebenen Warmwasserstationen 51, 52 zu begrenzen, nicht mehr erforderlich. Für die Stromversorgung können kleinere Leitungsquerschnitte verwendet werden. Zusätzliche Trafostationen sind nicht erforderlich. Dieser insgesamt geringere Aufwand für die Stromversorgung führt dann auch zu einem geringeren Planungsaufwand für das System und insbesondere die elektrische Versorgung.The
Die Gestaltung des Wärmetauschers 64 ist nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Gute Wärmeübertragung, eine große Oberfläche, an der die Übertragung thermischer Energie erfolgt, aber auch Gewicht, angesichts einer bevorzugten Wandmontage, sind Punkte, die bei der Gestaltung eine Rolle spielen. So umfasst ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers 64 Aluminiumkörper mit großer Oberfläche.The design of the
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Warmwasserzweige 10, 20 vorgesehen, durch die einerseits Warmwasser aus dem Trinkwassererwärmer 1 zu einer ersten und zweiten Entnahmestation 71, 72 im ersten Warmwasserzweig 10 geleitet wird und andererseits Warmwasser aus dem Trinkwassererwärmer 1 zu einer dritten und vierten Entnahmestation 73, 74 im zweiten Wasserzweig 20 geleitet wird. Obgleich die Warmwasserzweige 10, 20 getrennt sind, sodass kein Wasseraustausch erfolgt, verlaufen beide durch dieselbe Warmwasserstation 50. Sie haben getrennte Versorgungsleitungen 11 und getrennte Verteilleitungen 13. Die Warmwasserzweige 10, 20 sind mit durchgeschleifter Installation und Kleinst-Speicherstationen 80 wie im vorherigen Ausführungsbeispiel aufgebaut.In this embodiment, two
In jedem der Warmwasserzweige 10, 20 ist das Leitungsvolumen in den Rohrleitungen des Leitungswegs kleiner oder gleich dem vorgegebenen Maximalleitungsvolumen von 3 Litern.In each of the
Die beiden Warmwasserzweige 10, 20 verlaufen durch zwei Primärkreise 100, 102 des Wärmetauschers 64 in der Warmwasserstation 50.The two
Die Warmwasserstation 50 umfasst wie im vorherigen Ausführungsbeispiel einen Wasserspeicher 60, eine Wärmedämmung 62, einen Wärmetauscher 64 und ein Heizelement 66 als Heizvorrichtung. Da die Warmwasserstation 50 für zwei Warmwasserzweige 10, 20 vorgesehen ist, weist sie Wassereinlässe 55 für die Versorgungsleitungen 11 und Wasserauslässe 57 als Anschlüsse für deren Verteilleitungen 13 doppelt auf. Bei mehr als zwei Primärkreisen wären auch Armaturen für Einlass und Auslass entsprechend mehrfach vorgesehen, können aber in gleicher Art ausgebildet sein. Auch die Gehäusemaße sind größer als beim vorherigen Ausführungsbeispiel, da die Warmwasserstation 50 mehr Wasser speichert, um zwei Warmwasserzweige 10, 20 zu versorgen. Einlassseitig sind optionale Druckregler 31 vorgesehen.As in the previous embodiment, the
Am ersten und zweiten Wassereinlass 55 sind die Versorgungsleitungen 11 angeschlossen, und am ersten und zweiten Wasserauslass 57 sind die Verteilungsleitung 13 angeschlossen. Zufließendes und abfließendes Wasser 111, 131 des ersten Warmwasserzweigs 10 strömt durch den ersten Wassereinlass 55 beziehungsweise -auslass 57 und zufließendes und abfließendes Wasser 112, 132 des zweiten Warmwasserzweigs 20 strömt durch den zweiten Wassereinlass 55 beziehungsweise -auslass 57. Es kommt zu keiner Durchmischung des Trinkwassers zwischen den Warmwasserzweigen 10, 20. Auch in der Warmwasserstation 50 erfolgt keine Durchmischung. Die Warmwasserzweige 10, 20 haben neben getrennten Verteilleitungen 13 auch getrennte Versorgungsleitungen 11, die zwischen dem Trinkwassererwärmer 1 und der Warmwasserstation 50 verlaufen.The
Der Sekundärkreis des Wärmetauschers 64 umfasst Phasenwechselmaterial und interagiert mit beiden Primärkreisen, sodass eine thermische Kopplung durch den Sekundärkreis erfolgt, denn es kann Wärme aus jedem der Primärkreise im Sekundärkreis gespeichert und aus den Sekundärkreis in jeden der Primärkreise abgegeben werden. Dadurch kann das Phasenwechselmaterial durch einen der Primärkreise aufgeladen werden und dann die gespeicherte thermische Energie an den anderen Primärkreis abgegeben werden.The secondary circuit of the
Beispielsweise kann ein Duschvorgang, bei dem typischerweise viel Warmwasser über einen längeren Zeitraum im ersten Warmwasserzweig 10 entnommen wird, im ersten Primärkreis 100 die Speicherung von thermischer Energie im Sekundärkreis 200 bewirken. Diese Energie kann dann für die Wasserentnahme in der Küche im zweiten Warmwasserzweig 20 über den zweiten Primärkreis 102 abgegeben werden, aber auch beispielsweise für Händewaschen im Bad, das im ersten Warmwasserzweig 10 vorgesehen ist.For example, a shower, in which a lot of hot water is typically drawn off over a longer period of time in the first
Die anderen Merkmale der Warmwasserstation und ihr Einsatz, nämlich die Wärmedämmung und das Erhitzen des gespeicherten Wassers, die zuvor in Zusammenhang mit den
Das in Zusammenhang mit den
Im Inneren eines säulenförmigen Hauptmoduls 98 ist ein Wärmetauscher mit Phasenwechselmaterial vorgesehen. Dies wird zur Erwärmung von abgekühltem Wasser in Kammern des Hauptmoduls 98 verwendet. In einem in Längsrichtung neben dem Hauptmoduls 98 angeordneten Schutzrohr 99 verlaufen die Elektrik und Kabel, die elektrische Komponenten an beiden Stirnseiten verbinden.A heat exchanger with phase change material is provided inside a column-shaped
Die Warmwasserstation 50 hat eine Länge von mehr als einem Meter, typischerweise eine Länge im Bereich von 1,5 Metern.The
Die Warmwasserstation 50 hat einen ersten Stirnbereich, der auch als Sockelbereich 81 bezeichnet werden kann, und einen zweiten, gegenüberliegenden Stirnbereich, der auch als Kopfbereich 82 bezeichnet werden kann. Im Sockelbereich 81 erfolgt Wassereintritt des Wassers vom Trinkwassererwärmer 1 und Wasseraustritt zu den Entnahmestationen 70, 71, 72, 73, 74. Im Kopfbereich 82 sind Anschlüsse für die Versorgung elektrischer Komponenten, Kommunikation und Steuerung vorgesehen. Eine Heizvorrichtung ist ebenfalls im Kopfbereich 82 vorgesehen. Sie kann beispielsweise als 50W-Heizung mit einem Heizstab ausgebildet sein. Die Heizvorrichtung wird bei geringer Zapfung und ungenügender Nachladung des Phasenwechselmaterials eingesetzt. Sensorleitungen verlaufen im Schutzrohr 99 zu Volumenstrommessern im Sockelbereich 81, die den Wasserdurchfluss erfassen.The
Trotz der Bezeichnungen Kopf- und Sockelbereich 82, 81 ist die Orientierung der montierten Warmwasserstation 50 nicht auf die in
Im Zentrum der inneren Kammer 201 mit Phasenwechselmaterial 250 ist ein elektrischer Heizstab, der in einem Ausführunsgbeispiel ca. 200 mm lang ist und im Kopfbereich 82 oder benachbart zum Kopfbereich 82 positioniert ist.In the center of the
Das ausgekühlte Wasser aus der Rohrleitung fließt zunächst durch die innere Wasserkammer 151 und dann durch die äußere Wasserkammer 152. Während das Wasser die Wasserkammern 151, 152 durchströmt, nimmt es die im Phasenwechselmaterial 250 gespeicherte Wärme auf, sodass es bei Austritt aus der Warmwasserstation 50 eine Temperatur von ca. 45 Grad Celsius hat. Nachdem die ausgekühlte Wassermenge das Gerät passiert hat und durch das Phasenwechselmaterial 250 erwärmt wurde, welches dabei erstarrt ist, fließt warmes Wasser mit einer Temperatur von ca. 53 Grad Celsius aus dem Warmwasserspeicher 3 nach und lädt das Phasenwechselmaterial 250 wieder auf, indem es einen Phasenwechsel bewirkt. Wird über längere Zeit kein Warmwasser entnommen, kann das Phasenwechselmaterial 250 mit geringem Energieaufwand auf Temperatur gehalten werden, sodass es nicht erstarrt.The cooled water from the pipe first flows through the
Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features specified above and in the claims as well as those shown in the figures can be advantageously implemented both individually and in various combinations. The invention is not limited to the described embodiments, but can be modified in many ways within the scope of expert knowledge.
BezugszeichenReference symbols
- 11
- TrinkwassererwärmerDrinking water heater
- 33
- WarmwasserspeicherHot water tank
- 99
- LeitungssystemPipeline system
- 1111
- Versorgungsleitungsupply line
- 10, 2010, 20
- WarmwasserzweigHot water branch
- 1313
- VerteilleitungDistribution line
- 1919
- KaltwasserleitungCold water pipe
- 2121
- HausanschlussHouse connection
- 3131
- DruckreglerPressure regulator
- 50, 51, 5250, 51, 52
- WarmwasserstationHot water station
- 5555
- WassereinlassWater inlet
- 5757
- WasserauslassWater outlet
- 6060
- Wasserspeicherwater-tank
- 6262
- WärmedämmungThermal insulation
- 6464
- WärmetauscherHeat exchanger
- 6666
- HeizelementHeating element
- 70, 71, 72, 73, 7470, 71, 72, 73, 74
- EntnahmestationRemoval station
- 8080
- Kleinst-SpeicherstationMicro storage station
- 8181
- SockelbereichBase area
- 8282
- KopfbereichHead area
- 8484
- UmströmkammerCirculation chamber
- 8585
- EinfüllöffnungFilling opening
- 8686
- Spaltgap
- 9292
- RippenrohrFinned tube
- 9494
- Ripperib
- 9696
- BefestigungsbereichMounting area
- 9797
- LochHole
- 9898
- HauptmodulMain module
- 9999
- SchutzrohrProtective tube
- 100, 102100, 102
- PrimärkreisPrimary circuit
- 111, 112111, 112
- zufließendes Wasserincoming water
- 131, 132131, 132
- abfließendes Wasserdraining water
- 151, 152151, 152
- WasserkammerWater chamber
- 200200
- SekundärkreisSecondary circuit
- 201,202201,202
- Kammerchamber
- 250250
- PhasenwechselmaterialPhase change material
- 260260
- Strukturstructure
- 270270
- Vakuum-KammerVacuum chamber
Claims (15)
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Also Published As
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