DE19530000C2 - Warmwasserbereitungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserbereitungsanlage mit einem elektrischen Durchlauferhitzer, bei dem eine Steuerelektronik die Heizleistung von in seiner Wasserdurchlaufstrecke (Heizblock) angeordneten Heizkörpern regelt, um das auslaufende Wasser auf eine einstellbare Solltemperatur zu bringen.

In der DE 38 05 441 C2 ist ein derartiger elektronisch gesteuerter Durchlauferhitzer beschrieben. Dieser Durchlauferhitzer ist zum Anschluß an das Kaltwassernetz vorgesehen.

In der DE 41 06 273 ist ebenfalls ein elektronisch gesteuerter Durchlauferhitzer gezeigt. Dieser soll mit vorerwärmtem Wasser, beispielsweise aus einem Solarkollektor oder einer Wärmepumpe, gespeist werden. Um dennoch eine ausreichende Kühlung der elektronischen Schaltelemente zu gewährleisten, liegen diese an einem Rohrstück, das an das Kaltwassernetz anschließbar ist. Der Anschluß für vorerwärmtes Wasser und der Anschluß für Kaltwasser sind über eine Mischeinrichtung zusammengeführt. Diese läßt sich so einstellen, daß im jeweiligen Betriebsfall gerade so viel Kaltwasser durch das Rohrstück fließt, daß die notwendige Kühlung der Schaltelemente erreicht wird. Eine Abhängigkeit der Einstellung der Mischeinrichtung mit der Solltemperatur und der Temperatur des vorerwärmten Wassers besteht nicht.

Es hat sich gezeigt, daß in Anlagen, in denen beispielsweise aus einem Solarkollektor oder einer Wärmepumpe vorerwärmtes Wasser zur Verfügung steht, die Temperatur des vorerwärmten Wassers größer sein kann als die vom Benutzer am Durchlauferhitzer eingestellte Solltemperatur. Der Benutzer erhält also beim Zapfen wärmeres Wasser als an sich gewünscht. Dies kann insbesondere beim Duschen unangenehm sein.

In der DE 93 04 262 U1 ist ein elektrischer Durchlauferhitzer beschrieben, dem von einem Sonnenkollektor erwärmtes Wasser zuführbar ist. Dem Durchlauferhitzer ist eine automatische Mischbatterie vorgeschaltet, die die Temperatur am Eingang des Durchlauferhitzers bestimmt. Wenn die Temperatur des vom Sonnenkollektor gelieferten heißen Wassers einen bestimmten Wert überschreitet, wird Kaltwasser zugemischt, so daß dem Durchlauferhitzer nur Wasser zugeführt wird, dessen Temperatur für ihn unschädlich ist. Der Durchlauferhitzer erhitzt das Wasser dann auf die gewünschte Auslauftemperatur. Die Temperatur, auf die die Mischbatterie eingestellt ist, ist nicht funktional mit der für die Zapfstellen gewünschten Temperatur gekoppelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Warmwasserbereitungsanlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die beim Anschluß an eine vorerwärmtes Wasser liefernde Leitung, selbst dann, wenn die Temperatur des vorerwärmten Wassers höher als die Solltemperatur ist, Wasser mit der Solltemperatur liefert.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Das zur Verfügung stehende vorerwärmte Wasser wird damit optimal ausgenutzt, was eine wirtschaftliche Betriebsweise darstellt, weil die elektrischen Heizkörper möglichst wenig eingeschaltet werden und das vorerwärmte Wasser aus einer wirtschaftlicheren Warmwasserbereitung, wie Solarkollektor oder Wärmepumpe, stammt.

Erst wenn die Temperatur des vorerwärmten Wassers höher als die vom Benutzer im Einzelfall am Durchlauferhitzer eingestellte Solltemperatur ist, wird dem vorerwärmten Wasser Kaltwasser beigemischt. Es wird nur so viel Kaltwasser beigemischt, daß die Solltemperatur gerade erreicht wird. In diesem Fall brauchen also die Heizkörper des Durchlauferhitzers nicht eingeschaltet werden.

Diese Steuerung ist wesentlich günstiger als eine Steuerung, bei der über einen Zentralthermostaten die Temperatur des dem Durchlauferhitzer zugeführten vorerwärmten Wassers begrenzt wird. Denn diese Begrenzung müßte auf eine Temperatur erfolgen, die der geringsten am Durchlauferhitzer einstellbaren Solltemperatur entspricht. Dies hätte zur Folge, daß der Durchlauferhitzer, weil selten die niedrigste einstellbare Solltemperatur gewünscht wird, praktisch immer eine Nacherwärmung des vorerwärmten Wassers durchführen müßte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Durchlauferhitzers als 1. Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Zustandsdiagramm des Durchlauferhitzers,

Fig. 3a bis 3d Betriebszustände des steuerbaren Dreiwege- Ventils des Durchlauferhitzers,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Warmwasserbereitungsanlage als 2. Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 eine Alternative zu Fig. 4.

Ein Durchlauferhitzer (1) weist nach Fig. 1 einen Zulaufanschluß (2) für Kaltwasser und einen Zulaufanschluß (3) für vorerwärmtes Wasser auf. Diese münden in ein Dreiwege-Ventil (4), das auch als Mischventil arbeitet. Das Dreiwege-Ventil (4) ist in den Durchlauferhitzer (1) integriert und mittels eines Motors (5) verstellbar.

Ausgangsseitig ist das Dreiwege-Ventil (4) über einen Durchflußmesser (6) an einen Heizblock (7) angeschlossen, der die Wasserdurchlaufstrecke bildet, in der nicht näher dargestellte elektrische Heizkörper angeordnet sind. Zwischen dem Heizblock (7) und dem Durchflußmesser (6) ist ein Temperaturfühler (8) angeordnet. Der Heizblock (7) ist an einen Auslauf (9) angeschlossen. In diesem ist ein weiterer Temperaturfühler (10) angeordnet. Der Temperaturfühler (8) erfaßt die Temperatur des in den Heizblock (7) einlaufenden Wassers. Der weitere Temperaturfühler (10) erfaßt die Auslauftemperatur des Wassers.

Eine mit einem programmierten Mikroprozessor arbeitende Steuerelektronik (11) erfaßt die vom Durchflußmesser (6) und von den Temperaturfühlern (8, 10) gemessenen Größen und steuert in der unten näher beschriebenen Weise die Heizleistung des Heizblocks (7) und über den Motor (5) die Stellung des Dreiwege-Ventils (4). An die Steuerelektronik (11) ist ein Sollwertgeber (12) angeschlossen, mit dem sich die gewünschte Auslauftemperatur des Wassers, beispielsweise zwischen 35°C und 60°C, einstellen läßt.

Das Dreiwege-Ventil (4) weist einen zylindrischen Innenraum (13) auf, in dem ein segmentförmiger Ventilkörper (14) mittels des Motors (5) um die Achse (15) schwenkbar ist (vgl. Fig. 3). In den Innenraum (13) münden am Umfang versetzt der Zulaufanschluß (2) für Kaltwasser und der Zulaufanschluß (3) für vorerwärmtes Wasser. Der zum Durchflußmesser (6) bzw. zum Heizblock (7) führende Ausgang des Innenraums (13) ist mit (16) bezeichnet.

Im Zustand (Z1) der Betriebsbereitschaft (vgl. Fig. 2 und Fig. 3a) ist der Zulaufanschluß (2) vom Ventilkörper (14) geschlossen. Der Zulaufanschluß (3) für vorerwärmtes Wasser ist voll geöffnet. Die Heizkörper sind abgeschaltet, d. h. P = 0.

Wird am Auslauf (9) Wasser gezapft und ist die Durchflußmenge (v) größer als ein unterer Grenzwert, erfaßt gleichzeitig der Temperaturfühler (8) die Temperatur des in den Heizblock (7) einlaufenden Wassers. Ist die Einlauftemperatur (T Einlauf) gleich oder kleiner als die am Sollwertgeber (12) eingestellte Solltemperatur (T Soll), was in Fig. 2 durch den Pfeil (a) angedeutet ist, dann ergibt sich der Betriebszustand (Z2) nach Fig. 2. Der Zulaufanschluß (2) bleibt geschlossen und der Zulaufanschluß (3) bleibt voll geöffnet (vgl. Fig. 3b). Die Steuerelektronik schaltet die Heizkörper ein (P < 0). Die Heizkörper führen eine Nacherwärmung des vorerwärmten Wassers durch, bis der weitere Temperaturfühler (10) erfaßt, daß die Temperatur am Auslauf (9) der eingestellten Solltemperatur gleich ist.

Im Betriebszustand (Z2) kann ein Unterfall bestehen, bei dem die Solltemperatur trotz voller Einschaltung der installierten Heizleistung nicht erreicht wird. In diesem Unterfall wird der Ventilkörper (14) von der Steuerelektronik (11) so verstellt, daß er den Zulauf des vorerwärmten Wassers drosselt (vgl. Fig. 3c), so daß bei reduzierter Durchflußmenge die Solltemperatur erreicht wird.

Wird am Auslauf (9) über das an ihn angeschlossene Zapfventil die Durchflußmenge (V) so verringert, daß sie einen vom Durchflußmesser (6) erfaßten Ausschaltgrenzwert unterschreitet, dann schaltet die Steuerelektronik (11) in den Zustand (Z1) zurück, was durch den Pfeil (b) in Fig. 2 angedeutet ist.

Ergibt sich ausgehend vom Zustand (Z1), daß die durchfließende Wassermenge größer als der Einschaltgrenzwert des Durchflußmessers (6) ist, jedoch die vom Temperaturfühler (8) erfaßte Einlauftemperatur (T Einlauf) größer als die eingestellte Solltemperatur (T Soll) ist, was Pfeil (c) in Fig. 2 zeigt, dann stellt sich der Zustand (Z3) ein. In diesem stellt die Steuerelektronik (11) über den Motor (5) den Ventilkörper (14) so, daß er auch den Zulaufanschluß (2) für Kaltwasser wenigstens teilweise freigibt (vgl. Fig. 3d). Es wird jetzt dem vorerwärmten Wasser Kaltwasser so zugemischt, daß die Solltemperatur erreicht wird, was der weitere Temperaturfühler (10) erfaßt. Die Heizkörper bleiben abgeschaltet (P = 0).

Sinkt die durchfließende Wasser (V) durch Verstellen des genannten Zapfventils unter den Ausschaltgrenzwert, dann wird wieder in den Zustand (Z1) zurückgeschaltet, was der Pfeil (d) in Fig. 2 darstellt.

Fig. 2 zeigt weiter, daß zwischen den Zuständen (Z2, Z3) ein Umschalten möglich ist. Wird im Falle des Zustands (Z2) die Einlauftemperatur (T Einlauf) größer als die Solltemperatur (T Soll), dann wird vom Zustand (Z2) auf den Zustand (Z3) umgeschaltet (vgl. Pfeil (e) in Fig. 2). Es werden also die Heizkörper abgeschaltet und dem vorerwärmten Wasser wird Kaltwasser beigemischt.

Im umgekehrten Fall, wenn ausgehend vom Zustand (Z3) die Einlauftemperatur (T Einlauf) kleiner oder gleich der Solltemperatur (T Soll) wird (vgl. Pfeil f), dann wird der Kaltwasserzulauf geschlossen und die zum Erreichen der Solltemperatur notwendige Heizleistung wird eingeschaltet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5 ist das Dreiwege-Ventil (4) mit dem Motor (5), dem Temperaturfühler (8) und einem Regler (17) als separate Baugruppe (18) außerhalb des Durchlauferhitzers (1) angeordnet. Der Zulaufanschluß (3) für vorerwärmtes Wasser ist mit einem an das Kaltwassernetz angeschlossenen Warmwasserspeicher (19) verbunden, in dem ein Wärmetauscher (20) angeordnet ist, der beispielsweise von einer Solaranlage oder einer Wärmepumpe gespeist wird.

Der Ausgang (16) des Dreiwege-Ventils (4) ist über eine Wasserleitung (21) an die Wasserdurchlaufstrecke (7) des Durchlauferhitzers (1) angeschlossen.

An den Regler (17) ist einerseits der die Isttemperatur des vorerwärmten Wassers erfassende Temperaturfühler (8) und andererseits über eine Leitung (22) der an der Steuerelektronik (11) des Durchlauferhitzers (1) eingestellte Solltemperaturwert gelegt.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die Baugruppe (18) in einem Gebäudekeller oder einem anderen zentralen Heizraum bei dem Warmwasserspeicher (19) angeordnet. Der Durchlauferhitzer (1) ist in einem anderen Raum angeordnet und an eine Warmwasser-Zapfleitung (23) angeschlossen. Mit D ist eine Geschoßdecke des Gebäudes angedeutet.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist die Baugruppe (18) nahe bei dem Durchlauferhitzer (1) angeordnet. Dies hat bei Mehrfamilienhäusern und Einfamilienhäusern mit mehreren Durchlauferhitzern den Vorteil - wie bei der Ausführung nach Fig. 1 -, daß alle Durchlauferhitzer mit im Warmwasserspeicher (19) zentral vorerwärmtem Wasser versorgt werden können und das vorerwärmte Wasser in der beschriebenen Weise genutzt wird. Die Durchlauferhitzer sind an eine ausgangsseitig mit dem Warmwasserspeicher (19) verbundene Leitung (24) anschließbar.

Die Funktionsweise der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 entspricht der anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Funktionsweise. Ist die Temperatur des vorerwärmten Wassers kleiner als die am jeweiligen Durchlauferhitzer (1) eingestellte Solltemperatur, dann heizt er das vorerwärmte Wasser entsprechend nach. Ist die Temperatur des vorerwärmten Wassers gleich dem am Durchlauferhitzer eingestellten Sollwert, dann bleibt der Durchlauferhitzer (1) auch im Zapfbetrieb abgeschaltet. Ist die Temperatur des vorerwärmten Wassers größer als die am Durchlauferhitzer (1) eingestellte Solltemperatur, dann wird das Dreiwege-Ventil (4) selbsttätig so eingestellt, daß dem vorerwärmten Wasser so viel Kaltwasser zugemischt wird, daß gerade die Solltemperatur erreicht wird. Der Durchlauferhitzer (1) bleibt ausgeschaltet.

Auch bei den Ausführungen nach den Fig. 4 und 5 weist der Durchlauferhitzer (1) einen Temperaturfühler auf, der die Einlauftemperatur der Wasserdurchlaufstrecke (7) erfaßt, damit die Steuerelektronik (11) verhindern kann, daß seine Heizkörper einschalten, wenn die Zulauftemperatur gleich der eingestellten Solltemperatur ist.

Claims (11)

1. Warmwasserbereitungsanlage mit einem elektrischen Durchlauferhitzer, bei dem eine Steuerelektronik die Heizleistung von in seiner Wasserdurchlaufstrecke (Heizblock) angeordneten Heizkörpern regelt, um das auslaufende Wasser auf eine einstellbare Solltemperatur zubringen, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Steuerelektronik (11) steuerbares Dreiwege-Ventil (4) vorgesehen ist, das eingangsseitig einerseits an einen Zulauf (3) für vorerwärmtes Wasser und andererseits an einen Zulauf (2) für Kaltwasser, und ausgangsseitig (16) an die Wasserdurchlaufstrecke (7) angeschlossen ist, daß ein Temperaturfühler (8) vorgesehen ist, der die Temperatur des in die Wasserdurchlaufstrecke (7) einlaufenden Wassers erfaßt, daß dann, wenn die Einlauftemperatur größer als die eingestellte Solltemperatur ist, das Dreiwege-Ventil (4) so gestellt wird, daß zum Erreichen der Solltemperatur dem vorerwärmten Wasser Kaltwasser beigemischt wird, und daß dann, wenn die Einlauftemperatur gleich oder kleiner als die eingestellte Solltemperatur ist, das Dreiwege-Ventil (4) so gestellt wird, daß der Wasserdurchlaufstrecke (7) nur das vorerwärmte Wasser zuläuft und vom Durchlauferhitzer (1) nötigenfalls auf Solltemperatur erwärmt wird.

2. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Ventil (4) in den Durchlauferhitzer (1) integriert ist und von dessen Steuerelektronik (11) steuerbar ist.

3. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Ventil (4) mittels eines Motors (5) von der Steuerelektronik (11) stellbar ist.

4. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (8, 10), der Durchflußmesser (6), der Heizblock (7) sowie der Motor (5) für das Dreiwege- Ventil (4) mit einem Mikrocontroller verbunden sind, und daß auf dem Mikrocontroller ein Programm implementiert ist, das abhängig von den Fühlerwerten (8, 10, 6) den Heizblock (7) und das Dreiwege-Ventil (4) über den Motor (5) ansteuert.

5. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Ventil (4) in einer vom Durchlauferhitzer (1) getrennten Baugruppe (18) angeordnet ist.

6. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe (18) bei einem das vorerwärmte Wasser liefernden Wasserspeicher (19) angeordnet ist.

7. Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe (18) bei dem Durchlauferhitzer (1) angeordnet ist.

8. Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe (18) den Temperaturfühler (8), einen Motor (5) zum Antrieb des Dreiwege-Ventils (4) und einen Regler (17) enthält, an den der Temperaturfühler (8) und eine Leitung (22) gelegt sind, welche das Temperatur- Sollwertsignal des Durchlauferhitzers(1) liefert.

9. Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Ventil (4) einen steuerbaren Ventilkörper (14) aufweist, mit dem der Zulauf (2) für Kaltwasser schließbar und ganz oder teilweise öffenbar ist.

10. Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ventilkörper (14) der Zulauf (3) für vorerwärmtes Wasser drosselbar ist.

11. Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (3) für vorerwärmtes Wasser des Dreiwege- Ventils (4) an einem Warmwasserspeicher (19) liegt.