DE10251336A1

DE10251336A1 - Trinkwassererwärmer

Info

Publication number: DE10251336A1
Application number: DE10251336A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rohner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-19

Abstract

Es ist eine Anordnung zum Erwärmen von Trinkwasser vorgesehen, die aus einem Heißwasserspeicher 50 einen Wärmetauscher 10 über eine Pumpe 2 speist, welche durch einen Frequenzumrichter 20 in ihrem Förderverhalten geregelt wird, um auf der Brauchwasserseite des Wärmetauschers 10 Trinkwasser gleichbleibender, eingestellter Temperatur zu erhalten. DOLLAR A Neben der Brauchwassererwärmung kann der Frequenzumrichter auch die Aufgaben der Heizgruppenregelung und der Solaranlagenregelung erfüllen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erwärmung von Trinkwasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Eine solche Anordnung ist in der DE 40 35 115 C2 , in den Patentansprüchen unter 4.

Beschrieben und in den Zeichnungen in 2 dargestellt. Dort wird die Wärmeabgabeseite eines Wärmetauschers über eine, in ihrer Förderleistung regelbare Umwälzpumpe aus einem Heißwasserspeicher versorgt. Die Wärmeaufnahmeseite des Wärmetauschers steht im Zufluß in ständig offener Verbindung mit unter Druck stehendem Frischwasser, nach dem Entnahmestutzen wird mindestens eine Zapfstelle versorgt. Die regelbare Umwälzpumpe wird durch einen Temperaturfühler, der im Wärmetauscher in Durchströmrichtung betrachtet im letzten Drittel angebracht ist, und einen Steuerkreis, der auf den Strömungsmelder anspricht, ein und ausgeschaltet.

Mit dieser Anordnung kann nur eine bedingte Regelgenauigkeit und Regelgüte der Ausgangstemperatur des Trinkwassers erreicht werden.

Die Anbringung des Temperaturfühlers im letzten Drittel des Wärmetauschers ist in der Praxis schwierig zu verwirklichen.

Diese Position befindet sich außerdem innerhalb der Regelstrecke, und ist dadurch für eine Regelung mit Rückführung des Endwertes nicht geeignet. Die Anbringung in dieser Position dient letztendlich dazu, die anderen Nachteile des Systems zu dämpfen Der Regelkreis, angesprochen durch den Temperaturfühler, der Steuerkreis, angesprochen durch den Strömungswächter, beide verknüpft und Ober ein Ein und Ausschalten den Volumenstrom der Pumpe nur bedingt regelnd, führen zu Abweichungen in der Solltemperatur des Trinkwassers, welche im letzten Drittel des Wärmetauschers durch nachträgliche Vermischung verringert werden soll. Nach dieser Vermischung findet eine Kontrolle des Endwertes nicht mehr statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trinkwassererwärmer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er kostengünstiger gefertigt werden kann, daß er im Betrieb die Aufgabe der Brauchwassererwärmung besser und vielseitiger erfüllen kann, und daß Eigenergieverbrauch und Anfälligkeit verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Trinkwassererwärmer gelöst.

Die Vorteile bestehen darin, daß für die Regelung der Pumpe ein Frequenzumrichter mit integrierter Regelung verwendet wird, welcher den tatsächlichen Endwert der Regelung, die erreichte Brauchwassertemperatur auswertet Der dafür notwendige Temperaturfühler ist am Ende der Regelstrecke, am Warmwasserausgang des Tauschers, angebracht. Der Frequenzumrichter ist in der Lage Drehzahl und Drehmoment, angepaßt für die Anforderungen an Pumpenbetrieb, exakt einzustellen, die Pumpe exakt geführt durch notwendige Drehzahl, Drehmoment oder sogar Drehrichtungsänderungen abzubremsen und zu beschleunigen. Genauigkeit und Konstanz wird durch Nachführung der Motorparameter unterstütz, Dynamik, Drehmoment -und Überlastverhalten optimiert und Drehmomentausregelzeit verkürzt. Beim geführten Abbremsen der Pumpe, auch gegen die Trägheit des bewegten Wasserstromes, wird elektrisch Energie und im Zwischenkreis des Reglers gepuffert, was zu Einsparungen elektrischer Energie führt. Der vom Temperaturfühler ermittelte Endwert wird direkt im Regler des Frequenzumrichters ausgewertet, und im Millisekundenbereich wird die notwendige Stellgröße, die Versorgungsfrequenz der Pumpe, angepaßt. Die exakte Führung der Pumpe ermöglicht außerdem, aus dem Drehzahlverhalten über der Zeit in Verbindung mit den gemessenen Temperaturen, eine genaue Wärmemengendokumentation zu erstellen. Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters zur Regelung von Heizungspumpen in unterschiedlichen Funktionen wird es möglich die Pumpen im Dreiphasenbetrieb zu betreiben, auch wenn am Ort des Einsatzes nur einphasiger Wechselstrom zur. Vag steht. Dadurch kann der Kondensator zur Phasenverschiebung für die Pumpe entfallen, und die Pumpe mit höherem Wirkungsgrad und besserer Baugrößenausnutzung betreiben werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist nach Anspruch 2 ein zweiter Temperaturfühler in der Tauscherzuführung des Heißwasserspeicherkreises vorgesehen. Durch diese Anordnung kann im Voraus der Einfluß von Temperaturänderungen des zugeführten Heißwassers durch Einflußnahme auf die Regelkonstanten berücksichtigt werden.

Anspruch 3 beschreibt die Möglichkeit, die in Anspruch 1 zur Trinkwassererwärmung beschriebene Anordnung auch zur Regelung von einer oder mehreren Heizgruppen zu verwenden.

Anspruch 4 beschreibt die Möglichkeit, eine ähnliche Anordnung mit den genannten Vorteilen auch zur Regelung einer Solaranlage zu verwenden. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmer mit nur einem Temperaturfühler zur Temperaturregelung des Trinkwassers.
2 eine gleiche Darstellung wie 1 mit einem zusätzlichen Temperaturfühler zur Einstellung der Reglerparameter.
3 eine gleiche Darstellung wie 2 mit einer zusätzlichen Anordnung zur Heizgruppenregelung.
4 eine gleiche Darstellung wie 3 mit einer zusätzlichen Anordnung zur Regelung einer Solaranlage.
1 zeigt den Heißwasserspeicher 50 einer Heizanlage in senkrechter Bauform mit seinem Heißwasserentnahmeanschluß 1 und seinem Rücklaufanschluß 5. Der Heißwasseranschluß 1 ist über eine Pumpe 2 mit dem Speicherwassereinlaufstutzen 3 des Wärmetauschers 10 verbunden. Der Speicherwasseraustrittsstuzten 4 des Wärmetauschers 10 ist mit dem Speicherrücklaufstutzen 5 verbunden. Diese Komponenten bilden den Wärmeaufnahmekreis des Wärmetauschers 10.
Der Pfeil 30 stellt in der gedachten Verlängerung des Rohres das unter Druck stehende Trinkwasserversorgungssystem dar, welches mit dem Trinkwassereinlaufstutzen 11 des Wärmetauschers 10 verbunden ist. Der Trinkwasserauslaufstutzen 12 des Wärmetauschers 10 führt in der gedachten Verlängerung, durch den Pfeil 40 angedeutet, in die Heißwasserleitung eines Verbrauchssystems an das mindestens eine Zapfstelle angeschlossen ist. Diese Komponenten bilden den Wärmeabgabekreis des Wärmetauschers.
Am Trinkwasserlaufstutzen 12 ist der Temperaturfühler 13 angebracht, der die Temperatur des erwärmten Trinkwassers mißt, und an den Frequenzumrichter 20 mit integriertem Regler gibt. Im Wärmeabgabekreis des Wärmetauschers kann noch ein Strömungsschalter 14 angebracht sein, der den Bedarf von Warmwasser an den Frequenzumrichter 20 meldet, diese Aufgabe kann bei günstiger Anordnung auch vom Temperaturfühler 13 erfüllt werden. Am Frequenzumrichter 20 kann die gewünschte Warmwassertemperatur eingestellt werden.
Wird nach dem Pfeil 40 im Verbrauchssystem durch Öffnen einer Zapfstelle der Bedarf an Warmwasser angezeigt, so wird durch den Strömungsschalter 14 oder den Temperaturfühler 13 dieser Bedarf dem Frequenzumrichter 20 gemeldet, welcher umgehend die Pumpe 2 einschaltet. Aus dem Heißwasserspeicher 50 wird durch den Heißwasserentnahmeanschluß 1 heißes Wasser durch den Wärmetauscher 10 gefördert, welcher dadurch das kalte Trinkwasser aus dem Trinkwasserversorgungssystem erwärmt. Die erreichte Temperatur wird vom Temperaturfühler 13 ermittelt, und an den Frequenzumrichter 20 weitergegeben. Dieser vergleicht die erreichte Temperatur mit der eingestellten, und regelt durch Frequenzmodulation das Förderverhalten der Pumpe 2. Die gewünschte Temperatur wird erreicht und gehalten. Auf Änderungen reagiert der Frequenzumrichter umgehend mit erneutem Regeln der Pumpe 2.
2 zeigt die gleiche Anordnung wie 1 mit gleicher Funktion, außer daß ein weiterer Temperaturfühler 15 an der Heißwasserzuführung des Wärmetauschers 10 angebracht ist. Dieser Fühler kann Temperaturänderungen im Heißwasserzufluß des Wärmetauscher 10 frühzeitig erkennen und an den Frequenzumrichter 20 senden. Durch diese Maßnahme kann der Frequenzumrichter 20 frühzeitig auf Störgrößeneinfluß reagieren, und diese durch geändertes Regelverhahen berücksichtigen.
3 zeigt zusätzlich zu 1 und 2 eine Anordnung zu Regelung eines Heizkreises. Natürlich können auf gleiche Weise auch mehrere Heizkreise geregelt werden. Die Wärmeabgabeseite des Heißwasserspeicherkreises wird in diesem Fall von der Oberfläche des Heizsystems gestellt, Pfeil 36 deutet den Vorlauf Pfeil 37 den Rücklauf an. Der Temperaturfühler 33, der den Istwert ermittelt welcher vom Frequenzumrichter ausgewertet wird, kann hier ein Raumtemperaturfühler 33b der zu beheizenden Räume, oder ein Heizsystemvorlauffühler 33a sein. Zusätzlich zum Förderverhalten der Pumpe kann hier als Stellgröße noch die Mischereinstellung des Mischers 34 variiert werden. Diese Aufgabe kann ebenfalls vom Frequenzumrichter übernommen werden, oder verbleibt bei einer externen Regelung wie z.B. der eines Heizkessels. Aufgrund der hohen Regelgüte des Systems kann auf den Mischer 34 auch verzichtet werden. Der Frequenzumrichter 20 wertet die gemessene Temperatur aus, vergleicht mit den eingestellten Werten, und regelt entsprechend das Förderverhalten der Pumpe 35.
4 zeigt zusätzlich zu den Fig. 1, 2, und 3 eine Solaranlage, geregelt durch einen Frequenzumrichter. Ermittelt der Temperaturfühler 41 des Kollektorfeldes einen Temperaturwert, der im Vergleich zu einem Temperaturwert im Heißwasserspeicher, ermittelt durch einen Temperaturfühler 42 angebracht an einer definierten Position, ein Einspeisen der Solaranlage sinnvoll erscheinen läßt, ausgewählt, nach im Regler des Frequenzumrichters hinterlegten Kriterien, so werden die Pumpen, Pumpe 43 des Kollektorkreises und Pumpe 44 des Speicherladekreises angeschaltet und je nach hinterlegtem Bedarf in wem Förderverhalten geregelt. Zusätzlich kann das Förderverhalten der Pumpen noch durch einen Temperaturfühler 45 beeinflußt werden, der im Speicherladekreis nach dem Solarwärmetauscher 46 angebracht wird.

Claims

Anordnung zum Erwärmen von Brauchwasser in Trinkwasserqualität durch einen Wärmetauscher der mit einer Speisepumpe und einem Heizwasserspeicher einen primären Umwälzkreis für die Wärmezufuhr zum Tauscher bildet, und der sekundärseitig mit einem unter Druck stehenden Kaltwasseranschluß des Trinkwasserversorgungsystems verbunden ist, der das erwärmte Trinkwasser, bei, durch Öffnen einer Warmwasserzapfstelle angezeigtem Bedarf nach geregelter Erwärmung im Tauscher in das Hauswassernetz abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung, der den Wärmetauscher (10) speisenden Pumpe (2) durch einen Frequenzumrichter (20), der die Frequenz der Versorgungsspannung der Pumpe (2) verändert und damit über das Förderverhalten der Pumpe (2) auf Menge, Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung des wärmezuführenden Wassers im Heizwasserumwälzkreis in einer Weise einwirkt, die durch den im Frequenzumrichter (20) integrierten Rechner und Fühlerauswertung von einem Tempertaturfühler (13) am Trinkwasseraustritt (12) des Wärmetauschers zum Erreichen der eingestellten Trinkwassertemperatur ermittelt wird.
Anordnung wie in 1. beschreiben, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperaturfühler (15), in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher (10) angebracht, die Temperatur des wärmzuführenden Wassers mißt und an den im Frequenzumrichter (20) integrierten Regler weitergibt, damit dieser frühzeitig, durch Anpassen der Regelkonstanten, auf die Störgröße reagieren, und das Förderverhalten der Pumpe (2) sinnvoll beeinflußen kann.
Anordnung zur Regelung einer Heizgruppe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzumrichter (20) das Förderverhalten einer Heizgruppenvorlaufpumpe (35) regelt, daß der Frequenzumrichter (20) dazu die erreichte Temperatur im Heizgruppenvorlauf oder im zu beheizenden Raum auswertet und das aufgrund der exakten Regelung auf einen Mischer verrichtet werden kann.
Anordnung zu Regelung einer Solaranlage, dadurch gekennzeichnet daß die Regelung der Pumpen, Pumpe (43) des Kollektorkreise und Pumpe (44) des Speicherladekreises durch einen Frequenzumrichter (20) mit integrierter Regelung erfolgt, der die Temperaturen, ermittelt durch den Kollektorfühler (41) und den Speicherfühler(42) auswertet, und nach im Regler des Frequenzumrichters (20) hinterlegten Kriterien das Förderverhalten der Pumpen geeignet beeinflußt.