DE19511270A1 - Warmwasserbereiter mit einem Warmwasserspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserbereiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Warmwasserbereiter mit einem extern beheizten Schichten- beziehungsweise Ladespeicher weisen meist brennwertnutzende Wärmeerzeuger auf. Dabei wird die Umwälzpumpe meist mit kon­ stanter Drehzahl betrieben und der Sekundärwärmetauscher im Ge­ genstrom durchströmt.

Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß sich die Aufnahmefä­ higkeit des Warmwasserspeichers bei Annäherung der Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher an den oberen Schaltpunkt, bei dessen Erreichung der Wärmeerzeuger stillgesetzt wird, ver­ mindert. Dabei vermindert sich auch der Wirkungsgrad des Was­ serbereiters. Außerdem kann es bei zu niedrigen Temperaturen im Primärzweig des Sekundärwärmetauschers zu einer Unterschreitung der Mindesttemperatur im Kopfbereich des Warmwasserspeichers führen. Somit wird die Temperaturschichtung im Speicher ge­ stört. Folge ist, daß mehrere Umwälzungen des Warmwasserspei­ cherinhaltes über den Sekundärwärmetauscher notwendig werden mit der Folge eines hohen Bedarfs an Zusatzenergie, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers sinkt.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ei­ nen Warmwasserbereiter der eingangs erwähnten Art vorzuschla­ gen, der sich mit hohem Wirkungsgrad betreiben läßt und während nur einer Umwälzung aufgeladen wird.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Warmwasserbereiter der ein­ gangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 erreicht.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen bewirken, daß das Wasser aus dem kältesten Bereich des Warmwasserspeichers abgezogen und dem Se­ kundärwärmetauscher beziehungsweise dessen Sekundärzweig zuge­ führt wird. Durch den Betrieb des Sekundärwärmetauschers im Ge­ genstrom wird ein entsprechend hohes Temperaturgefälle über den Primärzweig des Sekundärwärmetauschers erreicht. Dadurch ergibt sich auch eine entsprechend niedrige Eintrittstemperatur des Wassers in einen Primärwärmetauscher und somit ein hoher Wir­ kungsgrad des Warmwasserbereiters. Dazu trägt auch die in ihrer Drehzahl steuerbare Umwälzpumpe und der in seiner Leistung steuerbare Brenner bei. So kann die Drehzahl der Umwälzpumpe und die Leistung des Brenners in Abhängigkeit von der Tempera­ tur im Warmwasserspeicher und der vorgesehenen Soll-Temperatur des Warmwassers sowie der Ist-Temperatur des Heizwassers auf der Primärseite des Sekundärwärmetauschers so gesteuert werden, daß das aus dem Sekundärzweig des Sekundärwärmetauschers ab­ strömende Wasser eine Temperatur aufweist, die der Soll-Tempe­ ratur des Warmwassers entspricht oder geringfügig, zum Beispiel 1 bis 2 K, höher als diese ist.

Auf diese Weise ergibt sich auch eine entsprechend hohe Tempe­ raturdifferenz über dem Primärzweig des Sekundärwärmetauschers und damit auch über dem Wärmeerzeuger, der üblicherweise durch einen von einem Brenner beaufschlagten Primärwärmetauscher ge­ bildet ist, und es bleibt die notwendige Temperaturschichtung im Ladespeicher erhalten, so daß nur eine einzige Umwälzung des Speicherinhaltes notwendig ist.

Aufgrund des Abzugs des Wassers aus dem Warmwasserspeicher in dessen untersten und daher kältesten Bereich ergibt sich eine ausgeprägte Schichtung der Temperatur im Warmwasserspeicher, wobei sich warmes Wasser oben und kaltes Wasser unten im Spei­ cher befindet.

Weiter ergibt sich durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch eine Verminderung des Bedarfs an Hilfsenergie, da die Umwälz­ pumpe bei niedriger mittlerer Temperatur mit einer entsprechend niedriger Drehzahl betrieben wird.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil ei­ nes einfachen Aufbaus, wobei durch die Erfassung der Temperatur des dem Sekundärzweig des Sekundärwärmetauschers zuströmenden und des von diesem abströmenden Wassers die Umwälzpumpe sehr einfach gesteuert werden kann, wobei die Drehzahl der Umwälz­ pumpe und die Leistung des Brenners so gesteuert wird, daß die Temperatur des vom Sekundärzweig des Sekundärwärmetauschers ab­ strömenden Wassers zumindest der Soll-Temperatur des Warmwas­ sers entspricht.

Durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 ergibt sich der Vor­ teil eines sehr hohen Wirkungsgrades, insbesondere während der Aufheizphase. Dies ist durch das relativ hohe Temperaturgefälle zwischen dem in den Primärwärmetauscher einströmende und das aus diesem abströmende Wasser bedingt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen Warmwasserbereiter zeigt.

Der erfindungsgemäße Warmwasserbereiter weist einen von einem Brenner 1 beaufschlagten Primärwärmetauscher 2 auf, wobei der Brenner 1 über ein Gasventil 3, welches einstufig, mehrstufig oder stufenlos über die Steuereinrichtung 24 gesteuert ist.

Der Primärwärmetauscher 2 ist abströmseitig mit einem Umschalt­ ventil 4 verbunden, das von der Steuereinrichtung 24 angesteu­ ert wird, wobei an dem Ventil 4 eine zu einem Sekundärwärmetau­ scher 5 beziehungsweise dessen Primärzweig 6 führende Leitung 7 und eine zu einer Heizungsanlage 8 führende Vorlaufleitung 9 angeschlossen sind. In der von der Heizungsanlage 8 zum Primär­ wärmetauscher 2 führenden Rücklaufleitung 10 ist eine Heizungs­ umwälzpumpe 11 angeordnet. Weiter ist eine die Vorlauf- mit der Rücklaufleitung 9, 10 verbindende Bypassleitung 12 vorgesehen, in der ein Bypassventil 13 angeordnet ist.

Der Primärzweig 6 des Sekundärwärmetauschers 5 ist über eine Leitung 14 mit der Rücklaufleitung 10 verbunden, wobei die Lei­ tung 14 zwischen der Heizungsanlage 8 und der Heizungsumwälz­ pumpe 11 in die Rücklaufleitung 10 einmündet und zwischen dem Primärwärmetauscher 2 und dem Warmwasser-Sekundärwärmetauscher 5 ein Heizwasser-Temperaturfühler 25 angeordnet ist, der mit der Steuereinheit 24 verbunden ist.

Der Sekundärzweig 15 des Sekundärwärmetauschers 5 ist über eine in den obersten Bereich eines Warmwasserschichtenspeichers 16 mündende Leitung 17, an der ein Temperaturfühler 18 angeordnet ist, und eine vom untersten Bereich des Warmwasserspeichers 16 wegführende Leitung 19 mit dem Warmwasserspeicher 16 verbunden, der mit einer Schicht aus wärmedämmendem Material 26 beschich­ tet ist.

In der Leitung 19 ist eine Umwälzpumpe 20 angeordnet, die in ihrer Drehzahl regelbar und mit der Steuereinheit 24 verbunden ist.

Der Warmwasserspeicher 16 ist weiter mit einem bis in den un­ tersten Bereich des Warmwasserspeichers 16 reichenden Kaltwas­ seranschluß 21 und einer vom obersten Bereich des Warmwasser­ speichers 16 wegführenden Zapfleitung 22 versehen.

Im Warmwasserspeicher 16 sind zwei Temperatursensoren 23 in un­ terschiedlichen Höhen angeordnet, die ebenso wie die Tempera­ tursensoren 18 und 25 und ein Soll-Wert-Geber 27 zur Einstel­ lung der Soll-Temperatur des Warmwassers mit einer Drehzahl- und Leistungssteuereinrichtung 24 verbunden ist, die ausgangs­ seitig an die Umwälzpumpe 20 und an das Gasventil 3 angeschlos­ sen ist.

Die Umwälzpumpe 20 ist in ihrer Drehzahl und der Brenner 1 ist in seiner Leistung steuerbar, wobei die Steuerung in der Weise erfolgt, daß die vom Temperatursensor 18 erfaßte Temperatur des den Sekundärzweig 15 des Sekundärwärmetauschers 5 verlassenden Wassers zumindest der eingestellten Soll-Temperatur des Warm­ wassers entspricht oder geringfügig höher ist. Die Freigabe der Umwälzpumpe 20 ist abhängig von einer vorgegebenen Mindesttem­ peratur des Temperatursensors 25.

Durch den Abzug des Wassers aus dem untersten und damit kälte­ sten Teil des Warmwasserspeichers 16 und dem Zustrom des er­ wärmten Warmwassers im obersten Bereich des Warmwasserspeichers 16 ergibt sich eine ausgeprägte Schichtung der Temperatur im Warmwasserspeicher 16.

Zu Beginn der Aufheizung des Warmwasserspeichers 16 wird die Umwälzpumpe 20 mit einer niedrigen Drehzahl von zum Beispiel 750 min^-1 betrieben und der zum Beispiel mehrstufige oder stu­ fenlose Brenner 1 mit Teilleistung von zum Beispiel 50% be­ trieben, wobei der Sekundärwärmetauscher 5 im Gegenstrom be­ trieben wird, wodurch sich ein entsprechend großes Temperatur­ gefälle über den Sekundärwärmetauscher 5 ergibt. Dies führt auch zu einer entsprechend großen Temperaturdifferenz zwischen dem in den Primärwärmetauscher 2 einlaufenden und aus diesem abströmenden Wasser und somit einen hohen Wirkungsgrad des Warmwasserbereiters. Mit wachsender Temperaturangleichung er­ folgt eine stufenlose oder stufige Erhöhung der Pumpendrehzahl auf zum Beispiel 1200 beziehungsweise 1850 min^-1 und der Brennerleistung bei stetiger Leistungsanpassung auf zum Bei­ spiel 70% und später auf 100% und bei mehrstufigem Brenner auf zum Beispiel 100%. Die Freigabe der Umwälzpumpe 20 erfolgt dann, wenn der Temperatursensor 25 eine entsprechende Mindest­ temperatur erfaßt hat.

Claims (5)

1. Warmwasserbereiter mit einem Warmwasserspei­ cher, der mit einem in dessen Bodenbereich reichenden Kaltwasseranschluß und einer Zapfleitung versehen ist und der über einen Sekundärwärmetauscher, der primärseitig von einem als Wärmeerzeuger dienenden Brenner be­ aufschlagt ist, aufheizbar ist, wobei der Se­ kundärzweig des Sekundärwärmetauschers über Leitungen, in denen eine Umwälzpumpe angeord­ net ist, mit dem Warmwasserspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Sekundärzweig (15) des im Gegenstrom betrie­ benen Sekundärwärmetauschers (5) verbundene Leitung (19) vom Bodenbereich des Warmwasser­ speichers (16) wegführt und eine zweite vom Sekundärzweig (15) des Sekundärwärmetauschers (5) wegführende Leitung (17) in den obersten Bereich des Warmwasserspeichers (16) mündet, wobei die Umwälzpumpe (20) in ihrer Drehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur des Was­ sers im Warmwasserspeicher (16) und einer vorgegebenen Soll-Temperatur des Warmwassers über eine Steuereinrichtung (24) steuerbar ist.

2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) mit mindestens einem im Warmwasserspei­ cher (16) angeordneten Temperatursensor (23) und einem in der in den obersten Bereich des Warmwasserspeichers (16) mündenden Leitung (17) angeordneten Temperatursensor (18) und einem Temperatursensor (25), der im Primär­ kreis des Sekundärwärmetauschers (5) zwischen dem Primärwärmetauscher (2) und dem Einlaß des Sekundärwärmetauschers (5) angeordnet ist, sowie einem Soll-Wert-Geber eingangssei­ tig verbunden ist und ausgangsseitig die Um­ wälzpumpe (20) und die Leistung des mehrstu­ fig oder stufenlos regelbaren Brenners (1) steuert.

3. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ richtung (24) mit wachsender Temperatur­ angleichung die Drehzahl der Umwälzpumpe (20) und die Leistung des Brenners (1) erhöht.

4. Warmwasserbereiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) zu Beginn der Aufheizung die Umwälzpumpe (20) mit niedriger Drehzahl von zum Beispiel 750 min^-1 und den Brenner (1) mit nur 50% seiner Leistung ansteuert und mit wachsender Angleichung der Temperaturen des in den Pri­ märwärmetauscher (2) einlaufenden und des aus diesem abströmenden Wassers auf 1200 min^-1 beziehungsweise 1850 min^-1 und die Leistung des Brenners (1) auf ca. 70% beziehungsweise 100% erhöht, wobei am Beginn der Aufheizung die Temperaturdifferenz über den Primärwärme­ tauscher (2) ca. 30 bis 40 K und gegen Ende des Aufheizvorganges ca. 10 K beträgt.

5. Warmwasserbereiter mit einem Warmwasserspei­ cher, der mit einem in dessen Bodenbereich reichenden Kaltwasseranschluß und einer Zapfleitung versehen ist und der über einen Sekundärwärmetauscher von einem Wärmeerzeuger aufheizbar ist, wobei der Sekundärwärmetau­ scher über Leitungen, in denen eine Umwälz­ pumpe angeordnet ist, mit dem Warmwasserspei­ cher verbunden ist und von denen eine Leitung vom Bodenbereich des Warmwasserspeichers weg­ führt und eine zweite vom Wärmetauscher weg­ führende Leitung in den obersten Bereich des Warmwasserspeichers mündet und die Steuerein­ richtung mit mindestens einem im Warmwasser­ speicher angeordneten Temperatursensor und einem in der in den obersten Bereich des Warmwasserspeichers mündenden Leitung ange­ ordneten Temperatursensor verbunden ist und die Umwälzpumpe steuert, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sekundärwärmetauscher (5) pri­ märseitig von einem von einem Brenner (1) be­ heizten Primärwärmetauscher (2) beschickt wird und der Sekundärwärmetauscher (5) im Ge­ genstrom betrieben wird, wobei die Umwälz­ pumpe (20) in ihrer Drehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur des Wassers im Warmwasser­ speicher (16) und einer vorgegebenen Soll- Temperatur des Warmwassers über eine Steuer­ einrichtung (24) regelbar ist, die mit wach­ sender Temperaturangleichung an den einge­ stellten Soll-Wert die Drehzahl der Umwälz­ pumpe (20) erhöht, und daß die Steuereinrich­ tung (24) mit einem Temperatursensor (25), der im Primärkreis des Sekundärwärmetauschers (5) zwischen dem Primärwärmetauscher (2) und dem Einlaß des Sekundärwärmetauschers (5) an­ geordnet ist, sowie einem Soll-Wertgeber (27) eingangsseitig verbunden ist, ausgangsseitig das Gasventil (3) des Brenners (1) steuert.