DE19702897C2 - Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme, wobei ein Brauchwasserwärmesystem nach dem Prinzip der Durchflußerwärmung mit Heizungswasser als Energie­ träger auf der Primärseite eines Wärmeübertragers durchgeführt wird.

Bekannt sind Systeme, welche ohne Hilfsenergie den Heißwasserstrom entweder mittels Temperaturregler, dessen Temperaturfühler die Brauchwassertemperatur auswertet oder mittels Regelventil, dessen Öffnungs­ grad durch den Brauchwasserstrom gesteuert wird, re­ geln. Der Nachteil dieser Systeme liegt darin be­ gründet, daß die Temperaturregelung nach der Brauch­ wassertemperatur eine Anfälligkeit für Schwingungen der Temperatur der Brauchwasservolumenströme, die deutlich kleiner als die Auslegungsvolumenströme sind, aufweist. Diese auftretende Instabilität dieser Systeme ohne Hilfsenergie stellt sich als besonders wesentlicher Nachteil dar. Es sind weiterhin Lösungen bekannt, die eine konstante Heizwassertemperatur zur Versorgung von Geräten mit Wärmeenergie bedingen. Nachteil ist bei diesen Systemen, daß bei gleitender Heizwasservorlauftemperatur ein zusätzlicher Umformer zum Konstanthalten der Heißwassertemperatur notwendig ist. Dieser erhöhte technische Aufwand stellt sich als wesentlicher Nachteil dar.

Bekannt sind weiterhin wartungsfreie Brauchwasserregelungen mit durchflußgesteuerten Temperaturreglern (AVTQ - Firmenschrift "DAS DANFOSS JOURNAL 1/1991, S. 14, 15) und die Versorgung mit erwärmtem Trinkwasser über Fernwärmestationen (SCHMIDT "Versorgung mit erwärmtem Trinkwasser" in IKZ-Haustechnik Heft 9, 1995, S. 56-61), wobei bei beiden beschriebenen technischen Lösungen eine Brauchwassererwärmung über Wärmetauscher bekannter Bauart durchgeführt wird. Nachteilig bei diesen technischen Lösungen ist ein hoher technischer Aufwand der jeweiligen Anlagengestaltung.

Ziel der Erfindung ist es, eine Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme und eine Anordnung zu schaffen, mit der eine annähernd konstante Brauch­ wasserwärme für den Verbraucher erzeugt wird und ein geringer technischer Aufwand in der Anordnung für die Temperaturvorregelung des Brauchwasserwärmesystems notwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperatur­ vorregelung für Brauchwasserwärmesysteme und eine Anordnung zu realisieren, wobei zur Erreichung einer annähernd konstanten Brauchwassertemperatur eine Re­ gelung des Heizwasservolumenstroms erzeugt wird und eine Anordnung zur Temperaturvorregelung für Brauch­ wasserwärmesysteme ausgeführt ist, wobei bei einem Energieaustausch der Volumenströme in einem Wärme­ tauscher unterschiedliche thermische Längen ausge­ führt sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärme­ systeme ohne Hilfsenergie durchgeführt wird, indem eine Temperatur vom Heizwasser in einer Leitung Wärmequellenvorlauf gemessen wird und ein Steuersignal in Abhängigkeit der Temperaturmessung auf ein Dreiwegeventil geleitet wird. In Abhängigkeit der Temperatur des Heizungswassers wird eine Teilung des Heizwasservolumenstroms des Heizungswassers in einem Wärmetauscher durchgeführt. Die Teilung des Heizwasservolumenstroms wird über das Dreiwegeventil hervorgerufen, welches durch ein Signal des Temperaturausdehnungsfühlers, welcher an der Leitung Wärmequellenvorlauf angeordnet ist, sich in seiner Ventilstellung verändert. Dabei ist das Dreiwegeventil so angeordnet, daß die Teilung des Heizwasservolumenstroms an dem Wärmetauscher am Vorlauf bzw. am Rücklauf ausgeführt wird.

Weiterhin wird ein weiteres Signal in Abhängigkeit vom Brauchwasserstrom am Anschluß Kaltwasserbrauch­ wasser durch einen bekannten Stellkopf erzeugt. Diese Signalgröße, welche in Abhängigkeit zur Durchfluß­ menge des Brauchwassers entsteht, wird über eine Dreiwegeventilstange auf ein Dreiwegeventil geleitet, welches am Anschluß Heizkörperrücklauf angeordnet ist. Die Temperaturvorregelung für Brauchwasserwär­ mesysteme beruht auf dem Prinzip, daß eine Verkürzung der thermischen Länge des Energieaustausches in einem Wärmetauscher in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur des Anschlusses Wärmequellenvorlauf durchgeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Regelung wird eine Verbesserung der Stabilität der Brauchwassertempe­ ratur gegenüber den bisher bekannten Regelungen der Brauchwassertemperatur mittels den die Brauchwasser­ temperatur auswertenden Reglern ohne Hilfsenergie erreicht. Zur Temperatureinstellung werden nicht mehr die sich rasch ändernden Brauchwassertemperaturen, sondern die sieh vergleichsmäßig langsam ändernden Heizwasservorlauftemperaturen genutzt, was den erfin­ dungsgemäßen Vorteil darstellt. Es entfallen weiter die einer Proportionalregelung systemimmanenten, von der Änderung des Brauchwasservolumenstroms abhängigen Regelabweichungen der Brauchwassertemperatur.

Die erfindungsgemäße Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme wird an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierfür sind zwei Figuren ausgeführt.

Fig. 1 Anordnung einer Temperaturvorregelung;

Fig. 2 Anordnung einer Temperaturvorregelung ausgangsseitig

Fig. 1 zeigt eine Temperaturvorregelung für Brauch­ wasserwärmesysteme ohne Hilfsenergien für den Regel­ vorgang. Dabei ist bei der erfindungsgemäßen Anord­ nung und Regelung ein Brauchwasserwärmesystem nach dem Prinzip der Durchflußerwärmung mit Heizungswasser als Energieträger auf der Primärseite 16 eines Wärme­ tauschers 1 ausgeführt. An einem Anschluß Kalt- Brauchwasser 6 liegt das Brauchwasser im kalten Zu­ stand an. Über einen Stellkopf 2 wird das Brauch­ wasser in den Wärmetauscher 1 geleitet. Am Sekundär­ ausgang des Wärmetauschers 1 ist am Anschluß Brauch­ wasser 9 die Zuführung in ein Warmwassernetz gegeben. Als Energieträger dient am Anschluß Wärmequellen­ vorlauf 11 Heizungswasser, welches von einer zentra­ len Wärmequelle zugeführt wird. Das Heizungswasser dient über ein T-Stück als Energieträger für die Primärseite 16 des Wärmetauschers 1 bzw. über den Anschluß Heizkörpervorlauf 10 zur Einspeisung in ein Heizkörpersystem. Vor der Aufteilung des Heizwasser­ volumenstroms in den Anschluß Heizkörpervorlauf 10 bzw. als Energieträger in der Primärseite 16 des Wär­ metauschers 1 ist ein Temperaturausdehnungsfühler 4 in Verbindung mit einem Dreiwegeventil 3 in der Lei­ tung Wärmequellenvorlauf 12 vorhanden. Das Dreiwege­ ventil 3 teilt den Heizwasservolumenstrom in zwei Leitungen auf, wobei Leitung 13 und Leitung 14 im Wärmetauscher 1 auf der Primärseite in Form eines Sammelpunktes 15, vorzugsweise in einer Mittel­ anzapfung, zusammengeführt werden. Am Ausgang der Primärseite 16 des Primärvolumenstroms ist ein Drei­ wegeventil 5 angeordnet, welches über eine Dreiwege­ ventilstange 18 signaltechnisch mit dem Stellkopf 2 verbunden ist. Das Dreiwegeventil 5 am Ausgang des Primärstroms des Wärmetauschers 1 hat die Aufgabe, den Ablauf des Heizungswassers zu der zentralen Wärmequelle am Anschluß Wärmequellenrücklauf 8 zu­ zuführen bzw. über den Anschluß Heizkörperrücklauf 7 das Heizungswasser aus dem Heizungssystem zu der Wärmequelle über den Anschluß Wärmequellenvorlauf 8 zu leiten. Wird jetzt von einem beliebigen Verbrau­ cher aus dem Brauchwasserwärmesystem eine Entnahme durchgeführt, ändert sich im Stellkopf 2, welcher nach dem Anschluß Kaltwasserbrauchwasser 6 vorhanden ist, ein beinhaltetes Membransystem dahingehend, daß ein definiertes Steuersignal über die Dreiwege­ ventilstange 18 auf das Dreiwegeventil 5 geleitet wird. Durch die Entnahme von Brauchwasser aus dem Brauchwasservolumenstrom muß das Brauchwasser über die Sekundärseite 19 des Wärmetauschers 1 erwärmt werden. Im Wärmetauscher 1 findet ein Energieaus­ tausch zwischen dem Heizungswasser im Primärkreislauf und dem Brauchwasser im Sekundärkreislauf statt. Durch die Signalwirkung des Stellkopfs 2 wird das Dreiwegeventil 5 so verstellt, daß ein Abfluß des Heizungswassers aus dem Primärvolumenstrom des Wärme­ übertragers 1 an die zentral gelegene Wärmequelle stattfindet. Aufgrund der Meßstelle mit dem Tempe­ raturausdehnungsfühler 4 an der Leitung Wärmequel­ lenvorlauf 12 wird über eine Signalverbindung mit dem Dreiwegeventil 3 ein Volumenstrom des Heizungswassers am primärseitigen Eingang des Wärmetauschers 1 ge­ regelt. Dabei wird das Dreiwegeventil 3 mittels des Ausdehnungssignals des Temperaturausdehnungsfühlers 4 von der Heizwassertemperatur in seiner Position ver­ ändert und teilt den zuströmenden Heißwasserstrom bei steigender Temperatur zwischen dem Eintrittsstutzen des Wärmeübertragers 1 und dem erfindungsgemäßen Sam­ melpunkt 15 auf. Der Abfluß des Heizwasserstroms durch den Wärmetauscher 1 wird mit dem Stellkopf 2, welcher in Abhängigkeit vom Brauchwasserstrom ein Signal über die Dreiwegeventilstange 18 an das Drei­ wegeventil 5 gibt, beeinflußt. Die Auslegung des Wärmetauschers 1 erfolgt so, daß für die niedrigste geplante Heißwassertemperatur, welche am Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 anliegt, die gesamte thermische Länge des Wärmeübertragers 1 auf der Primärseite 16 zur Erwärmung des Brauchwassers auf die Solltemperatur erforderlich ist. Aufgrund der sich mit steigender Heizwassertemperatur am Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 des Heizwasserstroms verkürzenden thermischen Länge des Wärmeübertragers resultieren auf der Sekundärseite annähernd konstante Brauchwassertemperaturen. Somit wird ein erfindungs­ wesentlicher Vorteil der Regelung und der Anordnung bewirkt, da die Heizwassertemperatur am Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 in Abhängigkeit von der Außentemperatur gleitend in gewissen Grenzen verän­ derbar ist, was aus energiepolitischer Hinsicht einen wesentlichen Vorteil darstellt, da auf Grundlage der Außentemperatur der Heizwasserstrom für ein Heizungssystem bereitgestellt werden kann und gleichzeitig zur Erwärmung von annähernd konstanten Brauchwassertemperaturen dient.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärme­ systeme und ihre Anordnung, wobei keine Hilfsenergie im Regelvorgang benutzt wird. Die Anordnung des Stellkopfs 2 über die Dreiwegeventilstange 18 auf ein Dreiwegeventil 5 ist wie bei Fig. 1 ausgeführt. Dabei wird - wie schon in Fig. 1 beschrieben - über den Stellkopf 2 ein Signal über die Dreiwegeven­ tilstange 18 auf das Dreiwegeventil 5 gegeben, womit eine primärseitige Teilung des Volumenstromes des Heizungswassers vor dem Anschluß Wärmequellenrücklauf 8 stattfindet. Aufgrund dieses Signals fließt ein Heizungswasservolumenstrom über die Primärseite 16 des Wärmetauschers 1. Nach dem Anschluß Wärme­ quellenvorlauf 11 von einer zentralen Wärmequelle ist wiederum ein T-Stück zur Aufteilung des Heizungs­ wasservolumenstroms gegeben. Das Heizungswasser an dem Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 fließt in das Heizungssystem über den Anschluß Heizkörpervorlauf 10 bzw. über die Leitung Wärmequellenvorlauf 12 in den Primärstrom des Wärmetauschers 1. Der Temperaturaus­ dehnungsfühler 4 ist vor dem T-Stück der Leitung Wärmequellenvorlauf 12. Mit dieser Anordnung des Temperaturausdehnungsfühlers 4 wird die Temperatur des Heizwassers gemessen. Der Temperaturausdehnungs­ fühler 4 ist dabei signaltechnisch mit dem Dreiwege­ ventil 3 verbunden. Somit sind durch schwankende Temperaturen des Heizungswassers in der Leitung Wärmequellenvorlauf 12 Stellsignaländerungen an dem Dreiwegeventil 3 gegeben. Das Dreiwegeventil 3 ist erfindungswesentlich an der Ausgangsseite des Wär­ metauschers des Primärvolumenstroms angeordnet. Dabei wird über einen Sammelpunkt 15 der Primärstrom vor­ teilhafterweise in eine Mittelanzapfung aufgeteilt.

Die Leitung 13 und die Leitung 14 sind aus dem Wärmetauscher 1 auf das Dreiwegeventil 3 ausgeführt. Das Dreiwegeventil 3 wird mittels dem Temperaturausdehnungsfühler 4 in Abhängigkeit der Heißwassertemperatur gesteuert, welche an dem Anschluß Wärmequellenvorlauf 11 anliegt. Je nach Temperatur des Heißwasserstroms teilt sich der Heiß­ wasserstrom bei steigender Temperatur am Sammelpunkt 15 zwischen einer Mittelanzapfung des Wärmetauschers 1 mit der angeschlossenen Leitung 14 und den Aus­ gangsstutzen des Wärmetauschers 1 und der ange­ schlossenen Leitung 13 auf. Die erfindungsgemäße Re­ gelung ist so ausgeführt, daß über die Verkürzung der thermischen Länge eine Abhängigkeit gegenüber der Vorlauftemperatur des Heizungswassers in der Leitung Wärmequellenvorlauf 12 entsteht. Durch die Entnahme von Brauchwasser von einem Verbraucher wird über den Stellkopf 2 eine Membranveränderung hervorgerufen, wodurch ein Stellsignal über eine Dreiwegeventil­ stange 18 auf das Dreiwegeventil 5 entsteht. Somit wird der primärseitige Strom im Wärmetauscher 1 auf Grundlage der Temperatur, welche über den Temperatur­ ausdehnungsfühler 4 gemessen wird, zum Strömen ge­ bracht, da das Dreiwegeventil 5 den Fluß des Primär­ stroms zu einer Wärmequelle über den Anschluß Wärme­ quellenrücklauf 8 freigibt.

Es findet ein Energieaustausch im Wärmetauscher 1 zwischen der Primärseite 16 und der Sekundärseite 17 statt. In Abhängigkeit der Temperatur des Heizwassers wird nun die thermische Länge auf der Primärseite 16 über den Verteilpunkt 15 verändert.

Claims (3)

1. Temperaturvorregelung für Brauchwasserwärmesysteme ohne Hilfsenergie und veränderlicher Heizwasservor­ lauftemperatur, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß eine Temperatur eines Heizwassers in einer Leitung Wärmequellenvorlauf (12) gemessen wird;
• b) daß ein Signal durch die Temperaturmessung auf ein Dreiwegeventil (3) als Steuersignal geleitet wird;
• c) daß ein Signal in Abhängigkeit vom Brauchwasser­ strom am Anschluß Kaltwasserbrauchwasser (6) erzeugt wird und
• d) daß ein Heizwasservolumenstrom in einem Wärme­ tauscher (1), in Abhängigkeit der Heizwasservorlauf­ temperatur geteilt oder zusammengeführt wird.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal durch die Temperaturmessung in der Leitung Wärmequellenvorlauf (12) an einem Dreiwege­ ventil (3) anliegt und dabei die Teilung des Heiz­ wasserzulaufs auf einen Wärmetauscher (1) durchge­ führt wird.

3. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal am Anschluß Kaltwasserbrauchwasser (6) an einem Dreiwegeventil (5) anliegt und somit ein Abfluß des Heizwasservolumenstroms des Wärmetauschers (1) gesteuert wird.