DE19504730C1

DE19504730C1 - Warmwasserbereitungsanlage nach dem Durchflußprinzip mit Leistungsbegrenzung

Info

Publication number: DE19504730C1
Application number: DE19504730A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2015-02-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserbereitungsanlage nach dem Durchflußprinzip mit einer Leistungsbegrenzung. Derartige Anlagen bestehen aus einem oder mehreren Wärmetauschern, Speicher, Pumpen, Armaturen und einer Regeleinrichtung.

Es sind Speicherwassererwärmer und Warmwasserbereitungsanlagen nach dem Speicherladeprinzip oder nach dem Durchflußprinzip bekannt.

Ein Speicherwassererwärmer ist in der DE-PS 18 11 941 beschrie ben. Es handelt sich um eine Anlage zur Brauchwassererwärmung mit einem parallel zu einem Heizkreislauf angeordneten Wärme tauscher, der aus einem das zu erwärmende Brauchwasser aufneh menden Speicher und einem ihn umgebenden Behälter besteht, dem bei jeder Brauchwasserentnahme Heißwasser zugeleitet wird, um die Temperatur des Brauchwassers in einem bestimmten Bereich aufrechtzuerhalten.

Während der Brauchwasserentnahme wird der Heizkreislauf durch eine Absperrvorrichtung unterbrochen, um die gesamte Wärme für die Erwärmung des Brauchwassers zu nutzen. Über ein Dreiwege ventil wird entweder der Kreislauf vom Heizkessel über die Heizkörper oder der Kreislauf vom Heizkessel über den Wärme tauscher geöffnet. Um zu verhindern, daß sich das Brauchwasser auf über 70°C erwärmt und dann die in ihm gelösten minerali schen Stoffe ausscheidet, die sich als Kesselstein im Wärmetau scher absetzen, den Wärmeübergang verschlechtern und den Durch fluß behindern, wird eine Thermostatregelung unterhalb dieser Grenztemperatur vorgenommen. Die Anlage erfordert zahlreiche Sperr- und Regelglieder, die in Reihe zum Wärmetauscher ange ordnet sind. Zu ihnen gehören neben einer als Sperrglied ausgebildeten Pumpe zwei Gegenstromklappen, eine Brauchwasser vorrangautomatik mit einer Absperreinrichtung und einem Schal ter für die Pumpe sowie mehrere Thermostate. Die Häufigkeit, mit der die Steuerung bei jeder Brauchwasserentnahme schaltet, macht ihre ständige Wartung erforderlich. Schwerwiegender noch ist der Nachteil, daß mit dieser Anlage keine niedrigere Rück lauftemperatur als 40 bis 50°C zu erreichen ist, wodurch die Nutzung von Fernwärme mit dieser Anlage nicht möglich ist. Die Fernwärmeerzeuger sind daran interessiert, das von ihnen ge lieferte Fernwärmemedium mit möglichst niedriger Rücklauftem peratur zurückzuerhalten, unabhängig davon, mit welcher Tempe ratur dieses Medium zur Verfügung gestellt wurde.

Mit Anlagen nach dem Speicherladeprinzip, wie sie in den DE 25 08 135 A1, 26 05 994 A1 und 28 19 505 A1 sowie der DE 33 10 760 C2 beschrieben sind, können niedrige Rücklauftemperaturen bis un ter 20°C erreicht werden. Speicher und Wärmetauscher sind bei ihnen parallel angeordnet. Die DE 26 05 994 A1 weist eine den Sekundärkreislauf erweiternde sogenannte Zirkulationsleitung auf, die kurz vor dem Verbraucher vom Sekundärkreislauf ab zweigt und von den Verbrauchern nicht abgefordertes und des halb ausgekühltes Brauchwasser zur Erwärmung wieder in den Se kundärkreislauf einspeist. Durch sie wird gesichert, daß dem Verbraucher stets frisch erwärmtes und kein abgestandenes Was ser zur Verfügung steht. Bei Einsatz von zwei Wärmetauschern wird neben der Fernwärme auch der Rücklauf aus dem Heizsystem genutzt. Da der Leistungsanteil der Warmwasserbereitung gegen über der gesamten Heizleistung gering ist, fällt er bei der Rechnungslegung des Fernwärmeversorgungsunternehmens kaum ins Gewicht. Dieser Vorteil wird allerdings dadurch geschmälert, daß der Speicher sehr groß ist und viel Platz beansprucht, da der Warmwasserbedarf in den Spitzenzeiten bei relativ kleinen Wärmetauschern vorrangig aus dem Speicher abgedeckt wird. Ein weiterer Nachteil sind die zahlreichen über den ganzen Sekun därkreislauf verteilten Armaturen.

Bei dem Durchflußprinzip erfolgt eine kontinuierliche Versor gung der Verbraucher mit Warmwasser unmittelbar aus dem Durch fluß der Wärmetauscher, die wie beim Speicherladesystem im Primärkreislauf von Fernwärme und im Sekundärkreislauf von Brauchwasser durchströmt werden. Dafür sind große Wärmetauscher erforderlich. Um deren Größe in Grenzen zu halten, wurden für die Warmwasserversorgung in den Spitzenzeiten ergänzende Maß nahmen vorgesehen. Die DD 2 88 447 A5 beschreibt die Schaltungs anordnung für einen zusätzlichen Spitzendurchflußerwärmer, dem über ein differenzdruckgesteuertes Servostellglied Frisch wasser zugeführt wird, wenn infolge erhöhten Warmwasserver brauchs der Druck im Sekundärkreislauf absinkt. Die Steuerung ist sehr aufwendig und durch den sich bei Temperaturen über 70°C bildenden Kesselstein störanfällig. Das gilt besonders für die differenzdruckgesteuerten Stellglieder.

Diese Nachteile weisen auch Durchflußsysteme auf, die durch die DD-PS 2 04 987 und DE 38 14 052 A1 bekannt geworden sind. Die DD-PS 2 04 987 sieht für die Abdeckung des Spitzenbedarfes einen zusätzlichen Speicher vor, der in Zeiten geringen Ver brauchs mit Warmwasser gefüllt wird und dessen Inhalt in den Spitzenzeiten als Reserve zur Verfügung steht. Das erfolgt automatisch, in dem bei Druckabfall infolge erhöhten Verbrauchs ein zwischen Frischwasserzuführung und Speicher angeordnetes Überströmventil öffnet und Frischwasser in den Speicher ein dringen läßt, welches das Warmwasser in Richtung Verbraucher verdrängt. Dieses System wird daher auch Durchfluß-Spitzen speicher-Prinzip genannt. Es hat den gravierenden Nachteil, daß es die Vermehrung der Legionella pneumophilia begünstigt, wel che insbesondere bei älteren und kranken Menschen zur soge nannten Legionärskrankheit und zum schnellen Tod führen kann.

In den Legionellen- Beiträgen (Gustav Fischer Verlag, Stutt gart/New York 1987, Seite 67 bis 71) wurde nachgewiesen, daß Wassertemperaturen von 35 bis 40°C die Vermehrung der Legio nellen außerordentlich begünstigen.

Nach der DD-PS 2 04 987 wird Frischwasser mit dem Warmwasser rücklauf und mit ausgekühltem Wasser aus dem Speicher, das über eine Drossel zufließt, vermischt. Dabei ist eine Mischtempera tur von 35 bis 40°C nicht ausgeschlossen. Dieses Mischwasser kann über ein Überströmventil unmittelbar in den Speicher ge langen, wenn in diesem infolge Warmwasserverbrauch der Druck abgesunken ist. Infolge der Schichtenbildung im Speicher ist keine Vermischung mit Warmwasser höherer Temperatur zu erwar ten. Für die Legionellen besteht somit keine Gefahr, bei höhe ren Temperaturen abgetötet zu werden, viel eher werden sie bei erhöhtem Warmwasserverbrauch durch den Eintritt von Frisch wasser zum Verbraucher verdrängt.

Diesen schwerwiegenden Nachteil haben auch einige der vorher erwähnten Warmwasserbereitungsanlagen die vor Bekanntwerden der Legionellenbeiträge konzipiert worden sind, wie die Ein richtung zur Brauchwassererwärmung nach DE-PS 18 11 941, bei der das Warmwasser im Speicher auf den gefährlichen Temperatur bereich abkühlen kann, die Warmwasserbereitungsanlage nach DE 26 05 994 A1, bei der sich im Speicher Warmwasserschichten auch mit Temperaturen von 35 bis 40°C herausbilden können, die ohne eine spätere Erhitzung und der damit verbundenen Abtötung der Legionellen zum Verbraucher gelangen können, und die Warm wasser-Umwälzvorrichtung nach der DE 28 19 505 A1.

Die DE 43 11 020 A1 sieht an der Warmwasserauslaufseite des Speichers einen Thermostaten vor, der bei Unterschreiten einer Wassermindesttemperatur eine Erhöhung der Fördermenge durch den Wärmetauscher vorsieht. Damit könnte der Legionellengefahr begegnet werden. Das gilt auch für die Warmwasserbereitung nach dem DE 89 14 016 U1, bei dem ein parallel zu einem Spei cher angeordneter Wärmetauscher den Zirkulationsstrom geregelt auf 54° erwärmt. Die Spitzenzapfmenge wird aus dem Brauchwas serdurchfluß durch den Wärmetauscher und aus dem Speicher ge deckt. Wird beim Entladen des Speichers eine Solltemperatur unterschritten, so löst ein Thermostat das Aufladen des Spei chers mit Warmwasser aus dem Wärmetauscher aus. Ist die Soll temperatur wieder erreicht, wird auf Zirkulationsstrom umge schaltet.

Ein Nachteil, den alle bekannten Warmwasserbereitungsanlagen mit Speicher aufweisen, unabhängig davon, ob sie nach dem Speicherladeprinzip oder nach dem Durchflußprinzip Warmwasser bereiten, besteht darin, daß sie für das Auffüllen des Spei chers mit Warmwasser bei jeder teilweisen oder völligen Ent leerung elektrische Energie benötigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Warmwasserberei tungsanlage nach dem Durchflußprinzip zu schaffen, die

- aus wenigen Teilen besteht,
- Bestandteile, die der Wartung bedürfen, an einem zugäng lichen Ort konzentriert,
- unempfindlich gegen Kesselstein ist und dessen Bildung im Sekundärkreislauf erschwert,
- die Verbraucher energiesparend zu jeder Zeit ausreichend mit Warmwasser gewünschter Temperatur versorgt und
- die Vermehrung von Legionellen in dem zum Verbraucher gelangenden Brauchwasser verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Leitungssystem eines Warmwasserbereiters nach dem Durchfluß prinzip eine zusätzliche Leitung parallel zu der von dem oder den Wärmetauschern zu den Verbrauchern führenden Leitung in stalliert wird, in der eine durch Thermostate am Speicher ge steuerte Ladepumpe mit Rückschlagarmatur und in Reihe zu ihr und den Verbrauchern näher eine durch Thermostat gesteuerte Ab sperrarmatur angeordnet ist, zwischen denen die Warmwasserzu- und -abführleitung des Speichers in die installierte Leitung mündet, und daß die Trinkwasserzuführungsleitung im Bereich des Abzweiges zum Speicher verengt wird.

An dem Speicher ist oben und unten je ein Thermostat angeordnet. Ein dritter Thermostat ist nahe des Warmwasseraustritts aus den Wärmetau schern angeordnet.

In einer Zirkulationsleitung, die kurz vor den Verbrauchern von der Warmwasserzuführungsleitung abzweigt, ist vor dem Wär metauscher, der mit Fernwärme gespeist wird, eine Zirkulations pumpe angeordnet, die das nicht verbrauchte Wasser der erneu ten Erwärmung zuführt.

Der nahe des Warmwasseraustritts aus den Wärmetauschern ange ordnete Thermostat öffnet bei einer Temperatur unter Sollwert die Absperrarmatur, wodurch die Warmwasserzufuhr aus dem Spei cher erfolgt. Dabei verdrängt das in den Speicher eindringende Frischwasser das Warmwasser zu den Verbrauchern. Mit dem ent sprechend dimensionierten Speicherinhalt wird der Spitzenbedarf an Warmwasser abgedeckt. Sobald das Frischwasser den oberen Thermostat am Speicher erreicht, schaltet dieser die Ladepumpe ein. Ist der Warmwassersollwert bei dem Thermostat am Wärme tauscherausgang erreicht, so wird die Absperrarmatur ge schlossen. Das aus den Wärmetauschern mit 55°C austretende Wasser fließt nicht nur zu den Verbrauchern, sondern auch zum Speicher, aus dem es das kalte Wasser verdrängt bis es den unteren Thermostaten erreicht, der dann die Ladepumpe aus schaltet.

Durch die Ladepumpe fließt nun noch weiter eine wenn auch weit geringere Menge Warmwasser in den Speicher. Dafür sorgt die Injektorwirkung, die durch die Verengung der Frischwasserlei tung im Bereich des Abzweiges zum Speicher entsteht. Durch die Verengung erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich bei einem gleichzeitigen Druckabfall, der bei jeder Zapfung eine geringe Menge Wasser aus dem Speicher in die Frischwasserleitung abfließen läßt, die mit dem Frischwasser den Wärmetauschern zuströmt. So entsteht ein diskontinuierli cher Kreislauf vom Speicher über die Wärmetauscher und die stillstehende Ladepumpe zum Speicher, der das warme Wasser im Speicher ständig erneuert und verhindert, daß der Speicher nur teilweise mit Warmwasser gefüllt ist. Seine Energie bezieht dieser Kreislauf aus der Strömungsenergie des Frischwassers, was weder für den Verbraucher noch für andere von Nachteil ist.

Das Warmwasser im Speicher wird durch diesen Kreislauf auch dann erneuert, wenn kein Spitzenverbrauch die Ladepumpe in Betrieb setzt. So bleibt der Speicher stets mit warmem frischem Wasser gefüllt, ohne daß dafür zusätzlich elektrische Energie in Anspruch genommen wird. Außerdem wird durch die Injektor wirkung die Laufzeit der Ladepumpe verringert und damit ihre Nutzungsdauer erhöht und, was noch wichtiger ist, die Legio nellengefahr ist beseitigt, weil das Wasser in der gesamten Anlage, einschließlich des Speichers, ständig über die Wärme tauscher zirkuliert und in ihnen soweit erhitzt wird, daß die Legionellen abgetötet werden.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer sehr einfachen, aus wenigen Teilen bestehenden Schaltung. Die Ladepumpe mit Rückschlagarmatur und die Absperrarmatur sind an einer leicht zugängigen Stelle konzentriert. Der Leistungsanteil der Warm wasserbereitungsanlage kann durch die Vorgabe des Fernwärme lieferers begrenzt werden, nach der die Wärmeübertragerstrecke ausgelegt wird. Die Kesselsteinbildung ist im Sekundärkreislauf durch eine maximale Temperatur von 55°C gemindert und die An fälligkeit der Anlage durch den Verzicht auf Differenzdruck stellglieder vermindert worden. Die effektive Durchflußerwärmung wird maximal genutzt, ohne Leistungseinbrüche im Fernwärmenetz zu verursachen. Die Verrechnungsleistung am Fernwärmeeintritt kann für den Verbraucher optimiert werden. Dem Verbraucher steht stets ausreichend frisches Warmwasser in der gewünschten Tem peratur zur Verfügung, das energiesparend bereitet wurde.

Die Legionellengefahr ist beseitigt worden.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert:

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Warmwasserbereitungsanlage mit dem hervorgehobenen Trinkwasserdurchfluß durch die Wärmetauscher zu den Verbrauchern.

In Fig. 2 ist die Speicherentleerung bei Spitzenbedarf her vorgehoben.

Fig. 3 macht die Speicheraufladung deutlich und

Fig. 4 den Zirkulationskreislauf.

Fig. 5 zeigt vergrößert die Verengung in der Trinkwasserlei tung im Bereich des Abzweigs zum Speicher, welche die Injektorwirkung verursacht.

Der Wärmetauscher 1 wird durch Heizwasserrücklauf mit Wärme versorgt, der Wärmetauscher 2 durch den Fernwärmevorlauf. Beide sind in Reihe angeordnet und parallel zum Speicher 3. Sie wer den im Gegenstrom von Trinkwasser durchflossen, das, wenn keine Zapfstelle 10 geöffnet ist, durch die Zirkulationspumpe 4 zu den Wärmetauschern zurückgefördert wird. An der Zapfstelle 10 steht stets frisches Warmwasser zur Verfügung.

Erreicht der Verbrauch von Warmwasser Spitzenwerte, die durch die Wärmetauscher 1 und 2 nicht mehr mit der gewünschten Tem peratur abgedeckt werden können, so öffnet der Thermostat 5 die Absperrarmatur 6, wodurch die Speicherentleerung in Gang gesetzt wird. Erreicht das kalte Wasser den Thermostat 7, schaltet dieser die Ladepumpe 8 ein, die Warmwasser aus den Wärmetauschern fördert. Nun schließt der Thermostat 5 die Ab sperrarmatur 6. Das Trinkwasser fließt wieder durch die Wär metauscher 1 und 2 zur Zapfstelle 10 und ein Teil wird durch die Ladepumpe 8 in den Speicher 3 gefördert. Dort verdrängt es das kalte Wasser bis es den Thermostat 9 erreicht und dieser die Ladepumpe 8 ausschaltet. Nun strömt nur noch wenig Warmwasser durch die Ladepumpe 8 in den Speicher 3, wenn eine Zapfstelle geöffnet wird, weil dann Wasser aus dem Speicher 3 in die Trinkwasserleitung infolge der Injektorwirkung abfließt, die durch eine Verengung der Trinkwasserleitung im Bereich des Abzweiges zu Speicher 3 verursacht wurde, zum Beispiel durch den Einbau eines Rohres mit geringerem Querschnitt oder einer Düse. Das in den Speicher 3 fließende Warmwasser sorgt dafür, daß der Speicher 3 stets voll mit frischem Warmwasser gefüllt ist und daß sich in ihm keine Legionellen vermehren können, auch wenn die Ladepumpe längere Zeit wegen ausbleibender Spitzenbelastung ausgeschaltet bleibt.

Bezugszeichenliste

1 Wärmetauscher
2 Wärmetauscher
3 Speicher
4 Zirkulationspumpe
5 Thermostat
6 Absperrarmatur
7 Thermostat
8 Ladepumpe mit Rückschlagarmatur
9 Thermostat
10 Verbraucher, Zapfstelle
HR Heizungsrücklauf
FWV Fernwärmevorlauf
FWR Fernwärmerücklauf
WW Warmwasser
KW Kaltwasser

Claims

1. Warmwasserbereitungsanlage nach dem Durchflußprinzip mit Leistungsbegrenzung, die aus einem oder mehreren Wärmetau schern, dazu parallel geschalteten Speichern, aus Pumpen, Armaturen und einer Regeleinrichtung besteht, dadurch ge kennzeichnet, daß in dem Leitungssystem der Warmwasserberei tungsanlage eine zusätzliche Leitung parallel zu der von dem oder den Wärmetauschern (1) und (2) zu den Verbrau chern (10) führenden Leitung installiert ist, in der eine durch die Thermostate (7) und (9) am Speicher (3) gesteu erte Ladepumpe mit Rückschlagarmatur (8) und in Reihe zu ihr und näher zu den Verbrauchern (10) eine durch den Ther mostaten (5) gesteuerte Absperrarmatur (6) angeordnet ist, zwischen denen die Warmwasserzu- und -abführleitung des Speichers (3) angeschlossen ist, und daß die Kaltwasser leitung im Bereich des Abzweiges zum Speicher (3) verengt ist.

2. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ladepumpe mit Rückschlagarmatur (8) durch einen oben am Speicher (3) angeordneten Thermostaten (7) an- und durch einen unten am Speicher (3) angeordneten Thermostaten (9) ausgeschaltet wird.

3. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Absperrarmatur (6) durch einen in der Nähe des Warmwasseraustritts aus den Wärmetauschern (1) und (2) angeordneten Thermostaten (5) geöffnet und geschlossen wird.