DE19818630A1 - Zur Dekontamination aufheizbares Warmwassersystem sowie Verfahren zum Aufheizen und Abkühlen des Warmwassersystems - Google Patents
Zur Dekontamination aufheizbares Warmwassersystem sowie Verfahren zum Aufheizen und Abkühlen des WarmwassersystemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein zur Dekontamination o. dgl. aufheizbares Warmwasser
system mit einer Einspeisestation zum Einspeisen von Wasser in das Warmwasser
system, einer Zapfstelle zum Zapfen von Wasser aus dem Warmwassersystem,
einer Heizeinrichtung zum Aufheizen von Wasser in dem Warmwassersystem und
einem Wasserleitungsnetz, das die Wassereinspeisestation mit der Zapfstelle
verbindet und als Zirkulationsleitung ausgeführt ist, die durch die Heizeinrichtung
führt und einen die Heizeinrichtung einschließenden ersten Zirkulationskreis bildet.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum vorübergehenden Aufheizen
eines Warmwassersystems insbesondere zum Zwecke der Dekontamination oder
Desinfektion des Warmwassersystems, bei dem Wasser in dem Warmwasser
system zunächst aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt wird.
Die Erfindung zielt insbesondere auf solche Warmwassersysteme, die zur Abtötung
von Legionellen aufgeheizt werden sollen. Legionellen sind Bakterien, welche sich
in geringen Konzentrationen im Süßwasser befinden und in dieser Konzentration
von geringer Bedeutung sind. In Warmwassersystemen, z. B. großen Duschsyste
men in Hotels, Badeanstalten, Sporteinrichtungen etc., vermehren sich die Legio
nellen bei einer Wassertemperatur von 30-40°C jedoch sehr rasch. Wenn sich die
Legionellen in Aerosolen befinden, die beispielsweise beim Duschen entstehen und
eingeatmet werden, können sie bei Menschen eine schwere Lungenentzündung
hervorrufen, welche schlimmstenfalls tödlich verlaufen kann.
Um Legionellen zu beseitigen, fordern die Gesundheitsämter für Schwimmbäder,
Turnhallen, Sportanlagen, Hotels etc., daß die Wassertemperatur täglich über
mehrere Stunden hinweg auf über 70°C gebracht werden muß. Um Verbrühungen
an den Zapfstellen, z. B. Duschköpfen, zu vermeiden, muß das Wasser anschlie
ßend von der Desinfektionstemperatur von ca. 70°C auf eine Gebrauchswasser
temperatur von ca. 40-45°C gebracht werden. Derzeit üblich ist eine Warm
wasserbereitung über Speichersysteme, wobei die Beseitigung der Legionellen über
kostenaufwendige Verfahren gemäß DVGW Arbeitsblatt W551 und W552 gesche
hen soll.
Beispiele bekannter Systeme zur Dekontamination von mit Legionellen infizierten
Warmwassersystemen sind das System "AQUA", das System "Thermodestor" der
Firma CTC sowie das System "Comet".
Bei dem System "AQUA" vollzieht sich eine thermische Desinfektion der Leitung
einschließlich Duschköpfe durch Spülung. Damit der Desinfektionsprozeß nur
außerhalb der Öffnungszeiten ausgelöst werden kann, wird die Freigabe über eine
programmierte Zeituhr erteilt. Vor den Duschräumen werden dann Warnblinkleuch
ten eingeschaltet, anschließend öffnet sich ein Magnetventil in einer Bypassleitung
des Zentralthermostaten, wodurch der Wasserstrom von 70°C aus dem Speicher
direkt in das zu desinfizierende Leitungsnetz fließen kann. In der gleichen Zeit
schließt ein weiteres Magnetventil in der Kaltwasserleitung, damit kein weiteres
kaltes Trinkwasser einströmen kann. Ferner werden weitere Magnetventile der zu
desinfizierenden Duschen geöffnet. Die thermische Desinfektion dauert ca. 8 min.
Nach der thermischen Desinfektion schließt das Magnetventil der Bypassleitung.
Das Magnetventil in der Kaltwasserleitung wird wieder geöffnet. Um Verbrühungen
zu vermeiden, wird die Anlage mit vorgemischtem Wasser erneut gespült. Das
Ende der Spülzeit wird über einen Temperaturfühler gemeldet, sobald eine unbe
denkliche Temperatur von z. B. 45°C erreicht ist. Bei Freigabe der Duschen erlischt
das Blinklicht. Die gesamte Zeit der thermischen Desinfektion dauert ca. 15 min.
Die vorbeschriebene Dekontamination muß mindestens zweimal wöchentlich durch
geführt werden.
Der Nachteil der Dekontamination bei dem System "AQUA" liegt nicht nur in der
Verschwendung von Trinkwasser und Energie, sondern auch darin, daß die Abküh
lung des 70°C warmen Wassers auf etwa 45°C mittels kalten Trinkwassers den
Erfolg der thermischen Desinfektion erheblich einschränkt, da mit dem kalten
Trinkwasser wiederum Erreger ins Leitungsnetz gebracht werden und sich an
Leitungen, Armaturen etc. festsetzen und beim Normalbetrieb, also bei etwa 45°C,
vermehren können.
Bei dem System Thermodestor" der Fa. CTC speichert - wie bei allen anderen
Systemen auch - ein Warmwasserspeicher das Warmwasser bei einer Temperatur
von 70°C und kühlt es dann mit einem Wärmetauscher auf ca. 45°C ab. Falls eine
Dekontamination durch eine thermische Desinfektion des Leitungsnetzes einschließ
lich der Duschschläuche und -köpfe notwendig ist, wird das warme Wasser beim
anschließenden Abkühlen aus dem System abgelassen.
Bei dem System "Comet" wird ebenfalls eine thermische Desinfektion des Lei
tungssystems durchgeführt. Das warme Wasser von 70°C wird nach der thermi
schen Desinfektion, also der Dekontamination, einfach mittels eines Ablaß-Magnet
ventils abgelassen. Außerdem wird das 70°C warme Wasser aus dem Speicher
nach der Dekontamination wie bei dem System "AQUA" mit kaltem Trinkwasser
gemischt, wodurch es zu einer Reinfektion des gesamten Leitungsnetzes kommen
kann.
Um der bei den drei beschriebenen Systemen auftretenden Energievergeudung beim
Abkühlen der Warmwassersysteme zu begegnen, wird in der DE-PS 37 10 927
vorgeschlagen, den gesamten zum Duschen verwendeten Duschwasserstrom auf
mindestens 60°C zu erhitzen und anschließend in zwei Teilströme aufzuteilen, von
denen ein erster Teilstrom direkt der Dusche zugeführt wird, während der zweite
Teilstrom zunächst über einen Wärmetauscher Wärme an eine Frischwasserzufuhr
zu einem Hauptwasserkreislauf eines Schwimmbades abgibt. Dabei wird der zweite
Teilstrom auf 30°C abgekühlt und anschließend ebenfalls der Dusche zugeführt,
wo er mit dem ersten Teilstrom zur Einstellung einer gewünschten Duschtempera
tur gemischt werden kann. Die für das Desinfizieren des Duschwassers aufgewand
te überschüssige Wärmeenergie wird also verwendet, um das Schwimmbadwasser
zu erwärmen. Ein Nachteil dieses Systems ist es, daß der zweite Teilstrom des
Duschwassers zwischen dem Wärmetauscher und dem Duschkopf ständig eine
Temperatur von ca. 30°C besitzt, so daß dieser Teil der Duschwasserleitung
niemals desinfiziert wird. Es herrschen dort vielmehr ständig ideale Bedingungen für
die Vermehrung von Legionellen. Hinzu kommt, daß die für das Desinfizieren des
Duschwassers aufgewandte überschüssige Wärmeenergie nur dann an das
Schwimmbadwasser abgegeben werden kann, wenn dieses tatsächlich erwärmt
werden muß. Dies ist nur dann der Fall, wenn die Wärmeverluste in dem
Schwimmbad entsprechend hoch sind.
Gemäß der DE-OS 40 07 439 wird Wasser in einem Warmwasserbereitungsbehäl
ter über einen darin befindlichen Wärmetauscher auf die zum thermischen Des
infizieren erforderliche Temperatur erhitzt. Der Wärmetauscher steht dabei in
Verbindung mit dem Wasserkreislauf eines Heizkessels sowie dem Heizungskreis
lauf einer Warmwasserheizung. Zum Abkühlen des Wassers in dem Warmwasser
bereitungsbehälter nach dem thermischen Desinfizieren wird die überschüssige
Energie über den Wärmetauscher aus dem Warmwasserbereitungsbehälter ausge
tragen und über den Heizungskreislauf der Warmwasserheizung abgeführt. Dies ist
jedoch nur möglich, wenn der Heizungskreislauf belastet ist, d. h. wenn Wärme zur
Raumheizung benötigt wird. Wird beispielsweise im Sommer keine Wärme für die
Raumheizung benötigt, kann die Wärme nicht abgeführt werden. Außerdem ist bei
dem in der DE-OS 40 07 439 offenbarten System eine Desinfektion des Rohrlei
tungsnetzes nur möglich, indem das Wasser aus diesem Rohrleitungsnetz abgelas
sen wird.
In der DE-OS 40 10 882 ist ein ähnliches System offenbart wie in der DE-OS 40 07 439
, mit dem Unterschied, daß nicht nur das Wasser im Warmwasser
bereitungsbehälter thermisch desinfiziert wird, sondern das gesamte zirkulierende
Brauchwasser. In der DE-OS '882 wird beschrieben, daß die zum thermischen
Desinfizieren in das Brauchwasser eingebrachte überschüssige Wärme über Wär
metauscher einem Heizkreis zugeführt und somit zur Raumheizung verwendet wird,
sofern zu diesem Zeitpunkt des Desinfektionsendes in dem Heizkreis eine Wärme
anforderung vorliegt. Da eine solche Wärmeanforderung im Sommer regelmäßig
nicht gegeben ist, ist auch das in der DE-OS 40 10 882 für den Sommerbetrieb
nicht geeignet.
Keines der beschriebenen Systeme macht es möglich, das Wasser in einem Rohrlei
tungssystem nach dessen Dekontamination von 70°C auf 40° C herunterzukühlen,
ohne die aufgewandte Wärme direkt in die Umgebung abzugeben oder einen
fremden Verbraucher in Anspruch zu nehmen. Außerdem ist bei praktisch allen
beschriebenen Systemen nicht gewährleistet, daß das gesamte Rohrleitungssystem
dekontaminiert bleibt und beim Abkühlen oder durch Frischwasserzufuhr nicht
wieder erneut infiziert wird.
Ziel der Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile des Standes der
Technik so weit wie möglich zu vermeiden.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Warmwassersystem der eingangs
genannten Art erreicht, welches einen Wärmespeicher umfaßt, aus dem Wärme an
das Wasser zwischen der Einspeisestation und der Zapfstelle abgegeben werden
kann, sowie Wärmeübertragungsmittel zwischen der Zirkulationsleitung und dem
Wärmespeicher, um in der Zirkulationsleitung fließendem Wasser Wärme zu entzie
hen und dem Speicher wieder zuzuführen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, ein in sich geschlossenes System zu schaf
fen, bei dem keine Wärme an die Umgebung oder an einen anderen Verbraucher
abgeführt zu werden braucht. Dieses Ziel wird durch den Einsatz eines Wärmespei
chers erreicht, der über Wärmeübertragungsmittel mit der Zirkulationsleitung
gekoppelt ist. Das erfindungsgemäße Warmwassersystem weist darüber hinaus
den Vorteil auf, daß das warme Wasser über eine Zirkulationsleitung bis dicht an
die Zapfstelle herangeführt wird und daß die gesamte Zirkulationsleitung bei der
Dekontamination von entsprechend heißem Wasser durchströmt und auf diese
Weise vollständig desinfiziert wird. Da außerdem das in der Zirkulationsleitung
strömende Wasser zunächst dekontaminiert und anschließend abgekühlt wird, ohne
dabei durch kaltes Frischwasser ersetzt oder mit diesem gemischt zu werden, kann
es auch nicht zu einer Reinfektion des Warmwassersystems kommen. Falls aus
dem Warmwassersystem warm es Wasser gezapft wird und entsprechend neues
Frischwasser zugeführt werden muß, kann dieses Frischwasser gleich beim Eintritt
in die Zirkulationsleitung auf die zur Desinfektion erforderliche Temperatur von
70°C gebracht werden, so daß auch auf diese Weise keine Legionellenkeime in das
Warmwassersystem eingetragen werden können. Außerdem ermöglicht das Warm
wassersystem eine vollautomatische Desinfektion, für die kein Personal benötigt
wird.
Die Wärmeübertragungsmittel umfassen vorzugsweise eine Wärmepumpe, um dem
in der Zirkulationsleitung strömenden Wasser Wärme auf einem bestimmten Tem
peraturniveau zu entziehen und an den Wärmespeicher auf einem höheren Tempe
raturniveau abzugeben. Die Wärmepumpe ermöglicht eine Wärmetransformation
auf ein höheres Temperaturniveau, die dazu führt, daß die dem Wasser beim
Abkühlen entzogene Wärme später zum Heizen desselben Wassers beispielsweise
auf eine Temperatur oberhalb der zur Legionellen-Dekontamination erforderlichen
Desinfektionstemperatur von 70°C wiederzugeführt werden kann. Bevorzugt wird
ein Warmwassersystem, welches eine Bypassleitung umfaßt, um Wasser an der
Heizeinrichtung vorbei durch die Zirkulationsleitung zu leiten, so daß sich ein
zweiter Zirkulationskreis ergibt, der die Heizeinrichtung nicht umfaßt, und bei dem
die Wärmepumpe so angeordnet ist, daß sie in dem zweiten Zirkulationskreis
fließendem Wasser auf einem bestimmten Temperaturniveau entziehen und an den
Wärmespeicher auf einem höheren Temperaturniveau wieder abgeben kann. Der
Wärmespeicher ist dabei vorzugsweise so angeordnet, daß er die in ihm gespei
cherte Wärme an Wasser in dem nicht zum zweiten Zirkulationskreis gehörenden
Teil des ersten Zirkulationskreises abgeben kann. Bei einem solchen Warmwasser
system zirkuliert das Wasser beim Abkühlen in dem zweiten Zirkulationskreis.
Dabei wird ihm mit Hilfe der Wärmepumpe Wärme entzogen, die gleichzeitig dem
Wärmespeicher zugeführt wird. Zum Heizen des Wassers zirkuliert es in dem ersten
Zirkulationskreis und kann dabei die in dem Wärmespeicher auf einem höheren
Temperaturniveau gespeicherte Wärme aufnehmen. Damit ist eine besonders
einfache und elegante Rückgewinnung der zur Dekontamination verwendeten
Wärme möglich, die darüber hinaus gegenüber herkömmlichen Systemen im
wesentlichen nur eine zusätzliche Wärmepumpe erfordert. Viele bereits installierte
Warmwassersysteme können daher leicht zu dem erfindungsgemäßen Warm
wassersystem umgebaut werden.
Der Wärmespeicher des Warmwassersystems ist vorzugsweise ein Heiz- oder
Brauchwasserspeicher und die Heizeinrichtung vorzugsweise ein Durchlauferhitzer.
Der Durchlauferhitzer ist dabei vorzugsweise in dem Heiz- oder Brauchwasser
speicher angeordnet. Diese Integration von Speicher und Heizeinrichtungen ist
kostengünstig und wirkungsvoll. Der Durchlauferhitzer kann jedoch auch außerhalb
des Heiz- oder Brauchwasserspeichers angeordnet sein.
Das Warmwassersystem ist außerdem vorzugsweise zusätzlich mit einem Vor
wärmkreis zum Vorwärmen zuzuführenden Frischwassers ausgestattet, welcher mit
dem ersten Zirkulationskreis wärmetechnisch gekoppelt ist. Der Vorteil einer
solchen Anordnung kommt dann zum Tragen, wenn aus dem Warmwassersystem
warmes Wasser gezapft wird, so daß dem Warmwassersystem über die Einspeise
station kühles Frischwasser zugeführt werden muß. Dieses Frischwasser wird in
der Heizeinrichtung vorzugsweise zunächst auf die Desinfektionstemperatur erhitzt
und anschließend wieder abgekühlt. Dieses Abkühlen geschieht auf besonders
elegante und energierückgewinnende Weise, indem die überschüssige Wärme über
einen Wärmetauscher an den Vorwärmkreis zum Vorwärmen des Frischwassers
abgegeben wird. Das Frischwasser tritt dann leicht vorgewärmt in die Heiz
einrichtung ein, so daß es zum Aufheizen auf die Desinfektionstemperatur weniger
Wärmeenergie benötigt.
Die Einspeisestation für zuzuführendes Frischwasser befindet sich vorzugsweise in
Strömungsrichtung des Wassers unmittelbar vor der Heizeinrichtung in dem ersten
Zirkulationskreis. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, zuzuführendes
Frischwasser gleich beim Eintreten in den ersten Zirkulationskreis auf die Des
infektionstemperatur zu erwärmen, so daß dieses Frischwasser die Zirkulations
kreise des Warmwassersystems nicht infizieren kann. In dem Warmwassersystem
zirkuliert vielmehr nur desinfiziertes Wasser, so daß eine Infektion des Warm
wassersystems mit Legionellen äußerst unwahrscheinlich ist.
Das der Erfindung zugrunde liegende Ziel wird darüber hinaus durch ein Verfahren
der eingangs genannten Art erreicht, bei dem das Wasser in dem Warmwasser
system zunächst aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt wird, indem dem
Wasser beim Abkühlen überschüssige Wärme entzogen und zur späteren Abgabe
an das Wasser in dem Warmwassersystem gespeichert wird. Mit Hilfe eines
solchen Verfahrens kann ein größerer Energieverlust infolge der Dekontamination
eines Warmwassersystems zu jeder Zeit vermieden werden, und nicht nur dann,
wenn anderswo ein Wärmebedarf besteht.
Bei dem Verfahren wird die Wärme dem Wasser beim Abkühlen vorzugsweise auf
einem bestimmten Temperaturniveau entzogen, anschließend auf ein höheres
Temperaturniveau transformiert und schließlich an einen Wärmespeicher
abgegeben. Dieses höhere Temperaturniveau kann so gewählt werden, daß die
Temperatur über der Desinfektionstemperatur für die Legionellen-Dekontamination,
also über 70°C liegt, so daß sie selbst an solches Wasser abgegeben werden kann,
das auf die Desinfektionstemperatur erhitzt werden soll. Dies ist vorzugsweise
sämtliches zuzuführendes Frischwasser.
Bei einem solchen Verfahren, bei dem Wasser in einem Wasserleitungsnetz eines
vom Wassersystem mit einem Heiz- oder Brauchwasserspeicher zum Zwecke der
Desinfektion auf eine Desinfektionstemperatur aufgeheizt und anschließend auf
eine niedrigere Gebrauchswassertemperatur abgekühlt wird, wird die dem Wasser
beim Abkühlen entzogene Wärme vorzugsweise mittels einer Wärmepumpe dem
Heiz- oder Brauchwasserspeicher wieder zugeführt. Dazu wird das Wasser beim
Aufheizen vorzugsweise durch den Heiz- oder Brauchwasserspeicher hindurch- und
beim Abkühlen an dem Heiz- oder Brauchwasserspeicher vorbeigeleitet.
Außerdem wird frisch zuzuführendes Wasser vorzugsweise zunächst auf die
Desinfektionstemperatur erhitzt und anschließend auf eine gewünschte Temperatur
abgekühlt, bevor es zu einer Zapfstelle des Warmwassersystems geleitet wird.
Damit wird sichergestellt, daß sämtliches Wasser in dem Warmwasserleitungsnetz
desinfiziert ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausfüh
rungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Warmwassersystems;
Fig. 2 Blockschaltbild des Warmwassersystems aus Fig. 1 beim Ab
zapfen warmen Wassers;
Fig. 3 Blockschaltbild des Warmwassersystems aus Fig. 1 beim thermi
schen Desinfizieren; und
Fig. 4 Blockschaltbild des Warmwassersystems aus Figur beim Ab
kühlen nach dem Desinfizieren.
Das in Fig. 1 abgebildete Warmwassersystem besteht aus einer Einspeisestation
einer Zapfstelle 2 und einem Heizwasserspeicher 3, in den ein Durchlauferhitzer 4
für Brauchwarmwasser integriert ist. Der Durchlauferhitzer 4 sowie die Einspeise
station 1 und die Warmwasserabgabestation 2 sind über ein Wasserleitungsnetz 5
miteinander verbunden. Das Wasserleitungsnetz 5 ist über ein Mischventil 6 in
zwei Zirkulationskreise 7 und 8 aufgeteilt. Ein gemeinsamer Teil der beiden Zirkula
tionskreise 7 und 8 führt an der Zapfstelle 2 vorbei. Die beiden Zirkulationskreise
7 und 8 unterscheiden sich dadurch, daß der erste Zirkulationskreis 7 durch den
Durchlauferhitzer 4 führt, während der zweite Zirkulationskreis 8 mittels einer
Bypassleitung 9 an dem Durchlauferhitzer 4 vorbeigeführt ist.
Anstelle des im Ausführungsbeispiel dargestellten Heizwasserspeichers 3 kann
auch ein Brauchwasserspeicher vorgesehen sein. In diesem Falle würde der erste
Zirkulationskreis 7 nicht durch den Durchlauferhitzer 4 führen, sondern durch den
Brauchwasserspeicher, während der Durchlauferhitzer 4 mit dem Heizungsvorlauf
HV sowie dem Heizungsrücklauf HR verbunden wäre. Im abgebildeten Fall stellt der
Durchlauferhitzer 4 einen Wärmetauscher dar, mit dessen Hilfe dem im Heizwasser
speicher 3 gespeicherten Heizwasser Wärme entzogen und dem im ersten Zirkula
tionskreis 7 strömenden Wasser zugeführt werden kann. Falls anstelle eines
Heizwasserspeichers ein Brauchwasserspeicher verwendet wird, der an den ersten
Zirkulationskreis 7 angeschlossen ist, wird durch den als Wärmetauscher dienenden
Durchlauferhitzer Heizwasser geleitet und auf diese Weise das Brauchwasser in
dem Brauchwasserspeicher erwärmt. Über den Zirkulationskreis 7 wird dann das
Brauchwasser in dem Brauchwasserspeicher umgewälzt.
Zu dem Warmwassersystem gehört außerdem eine Wärmepumpe 10, die aus
einem Verdampfer 11, einer Pumpe 12, einem Kondensator 13 und einem Drossel
ventil 14 besteht. Der Verdampfer 11 ist im zweiten Zirkulationskreis 8 angeord
net, um in diesem zirkulierendem Wasser Wärme zu entziehen. Der Kondensator 13
gibt die dem Wasser entzogene Wärme auf einem Temperaturniveau von minde
stens 70°C an das Wasser in dem Heizwasserspeicher 3 ab. Wird anstelle des
Heizwasserspeichers 3 ein Brauchwasserspeicher verwendet, gibt der Kondensator
13 seine Wärme an das Brauchwarmwasser in dem Brauchwasserspeicher direkt
ab.
Die Einspeisestation 1 ist mit einem Vorwärmkreis 15 ausgestattet, um einzuspei
sendes Frischwasser vorzuwärmen. Teile des Vorwärmkreises 15 sind ein Sperr
ventil 16, ein Wärmetauscher 17 und ein Dreiwegeventil 18. Das Sperrventil 16
befindet sich in einer Zuleitung, die vor dem Durchlauferhitzer 4 in dem ersten
Zirkulationskreis 7 mündet. Vor dem Sperrventil 16 geht eine Rohrleitung 19 ab,
die zum Wärmetauscher 17 führt. Eine von diesem zurückführende Rückleitung 20
mündet hinter dem Absperrventil 16. Das Dreiwegeventil 18 ist in die Rückleitung
20 eingebaut und verbindet diese über eine zweite Bypassleitung 21 mit der Hinlei
tung 19. Mittels des Dreiwegeventils 18 und der zweiten Bypassleitung 21 kann der
Wärmetauscher 17 ganz oder teilweise überbrückt werden. Der Wärmetauscher 17
koppelt den Vorwärmkreis 15 an den ersten Zirkulationskreis 7. Dazu befindet sich
die warme Seite des Wärmetauschers 17 in Strömungsrichtung hinter dem Durch
lauferhitzer 4. Die Temperatur des in dem des Wärmetauscher 17 von 70°C auf
ca. 40°C abgekühlten Wassers wird von einem Sensor 22 erfaßt, der mit dem
Dreiwegeventil 18 verbunden ist.
Ein weiterer Temperatursensor 23 erfaßt die Temperatur des Wassers in der
gemeinsamen Leitung des ersten und zweiten Zirkulationskreises 7 und 8, die zur
Zapfstelle 2 führt. Dieser Sensor 23 ist mit dem ersten Dreiwegeventil 6 verbun
den. In die von der Zapfstelle 2 wegführende gemeinsame Wasserleitung des
ersten und zweiten Zirkulationskreises 7 und 8 ist eine Zirkulationspumpe 24
eingebaut. Mehrere Rückschlagklappen 25 sorgen dafür, daß das Wasser jeweils
nur in einer Richtung durch die Leitungen des Rohrleitungsnetzes 5 strömen kann.
An der Zapfstelle 2, die beispielsweise einen Duschkopf umfaßt, kann dem Warm
wassersystem warmes Wasser entnommen werden. Falls dies der Fall ist (siehe
Fig. 2), wird dem Warmwassersystem über die Einspeisestation 1 Frischwasser
zugeführt, welches im Wärmetauscher 17 vorerwärmt wird und mittels des als
Heizeinrichtung dienenden Durchlauferhitzers 4 dann weiter auf ca. 70°C erwärmt
wird. Der Heizwasserspeicher 3 ist mit ca. 70°C warmem Heizwasser gefüllt und
an einen Heizungsvorlauf HV sowie einen Heizungsrücklauf HR angeschlossen.
Der Durchlauferhitzer 4 ist so in dem Heizwasserspeicher 3 angebracht, daß er dem
gespeicherten Heizwasser Wärme entzieht und durch ihn durchströmendes Brauch
wasser auf ca. 70°C erwärmt. Damit ist das Brauchwasser in der Regel wärmer als
gewünscht. Daher wird das Wasser, nachdem es den Durchlauferhitzer verlassen
hat, mittels des Wärmetauschers 17 auf die gewünschte Temperatur von beispiels
weise 40°C bis 45°C abgekühlt. Die dabei abgeführte Wärme wird dem zuzufüh
renden Frischwasser in dem Vorwärmkreis 15 zugeführt. Dieses ist somit bereits
vorgewärmt, wenn es in den Durchlauferhitzer 4 eintritt, so daß entsprechend
weniger Energie benötigt wird, um das frisch zugeführte Wasser auf die gewünsch
te Temperatur von 70°C aufzuheizen. Durch diese Art des Heizens des frisch
zugeführten Wassers wird erreicht, daß sämtliches frisch zugeführte Wasser
zumindest einmal auf 70°C erhitzt wird, so daß etwa vorhandene Legionellen in
diesem Wasser abgetötet werden.
Am Ausgang der warmen Seite des Wärmetauschers 17 in dem ersten Zirkulations
kreis 7 soll das Wasser eine Temperatur zwischen 40°C und 45°C haben. Um dies
zu erreichen, wird die Wassertemperatur von dem Sensor 22 gemessen und der
gemessene Temperaturwert von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung in ein
Steuersignal für das Dreiwegeventil 18 umgesetzt. Durch die vorgegebene Tempe
ratur von etwa 40-45°C für das zu zapfende Wasser ist die Einstellung des
Dreiwegeventils vorgegeben. Erhöht sich beispielsweise die Temperatur am Sensor
22, so wird das Dreiwegeventil 18 so geschaltet, daß beispielsweise 10°C kaltes
Trinkwasser zum Wärmetauscher 17 gelangt und dort für eine Abkühlung des
Wassers im ersten Zirkulationskreis 7 sorgt, bis dort wieder beispielsweise die
Temperatur von 45°C erreicht ist.
Mit Hilfe des Dreiwegeventils 18 in dem Vorwärmkreis 15 ist eine mehrfache
Zirkulation von Trinkwasser in dem Vorwärmkreis 15 einstellbar.
Bisher wurde die Arbeitsweise des Warmwassersystems beschrieben, die sich
ergibt, wenn dem Warmwassersystem warm es Wasser an der Zapfstelle 2 bei
spielsweise zum Duschen entnommen wird, welches durch kaltes Frischwasser
ersetzt wird. Dieser Zustand beim Zapfen von warmem Wasser ist in Fig. 2
abgebildet.
Noch einmal zusammengefaßt, erfährt das Wasser im Warmwassersystem beim
Zapfen die folgende Behandlung: Ca. 10°C kaltes Frischwasser wird im Vorwärm
kreis 15 auf eine Temperatur von ca. 20-30°C vorgewärmt und dann dem ersten
Zirkulationskreis 7 des Wasserleitungsnetzes 5 unmittelbar vor dem Durchlauf
erhitzer 4 zugeführt. In dem Durchlauferhitzer 4 wird das vorgewärmte Frisch
wasser dann auf ca. 70°C aufgeheizt und durchläuft anschließend den Wärmetau
scher 17, in welchem es auf etwa 45°C abgekühlt wird. Dabei wird gleichzeitig
neues Frischwasser vorgewärmt. Das im Wärmetauscher 17 abgekühlte Wasser
wird zur Zapfstelle 2 geführt und kann dort dem Warmwassersystem entnommen
werden. Dort kann auch durch Zumischen von kaltem Wasser beispielsweise eine
zum Duschen geeignete Wassertemperatur eingestellt werden. Die Menge des
zugeführten Frischwassers wird durch die an der Zapfstelle 2 abgegebene Wasser
menge bestimmt.
Ein anderes Bild ergibt sich, wenn das Warmwassersystem zur thermischen Des
infektion aufgeheizt wird. Dies ist in Fig. 3 abgebildet. Bei der thermischen Des
infektion wird kein Warmwasser gezapft. Entsprechend muß auch kein Frisch
wasser zugeführt werden. Vielmehr wird das gesamte Wasser im Wasserleitungs
netz 5 durch mehrfaches Umwälzen auf etwa 70°C erhöht. Dabei wirken der
Sensor 23 und das Dreiwegeventil 6 zusammen. Sinkt beispielsweise die am
Sensor 23 gemessene Wassertemperatur unter 70°C, so bewirkt eine nicht darge
stellte Steuervorrichtung eine Verstellung des Dreiwegeventils 6 dahingehend, daß
der Anteil des Wassers, der durch den Durchlauferhitzer 4 durchläuft, erhöht wird,
bis die Temperatur am Sensor 23 wieder bei 70°C liegt. Mit Hilfe des Dreiwege
ventils 6 wird somit gesteuert, welcher Wasseranteil im ersten Zirkulationskreis 7
um läuft und dort von dem Durchlauferhitzer 4 erwärmt wird, und welcher Anteil
des Wassers am Durchlauferhitzer 4 vorbei im zweiten Zirkulationskreis 8 zirkuliert.
Während der in Fig. 3 abgebildeten Aufheizphase teilt das Dreiwegeventil 6 den
Wasserstrom so auf, daß etwa 2/3 des Wassers in den ersten Zirkulationskreis 7
gelangt und den Durchlauferhitzer 4 durchströmt, während etwa 1/3 des Wassers
in den zweiten Zirkulationskreis 8 gelangt. Das Dreiwegeventil 6 ist also so einge
stellt, daß während der Dekontamination beide Zirkulationskreise 7 und 8 des
Wasserleitungsnetzes 5 von schließlich 70°C warmem Wasser durchströmt wer
den. Bei dieser Temperatur werden die im Warmwasserkreis befindlichen Legionel
len abgetötet. Nach einer etwa 10- bis 15-minütigen thermischen Desinfektion muß
das Wasser im Wasserleitungsnetz 5 wieder auf eine Temperatur von 45°C abge
kühlt werden.
Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Zum Abkühlen wird das Dreiwegeventil 6 so eingestellt,
daß sämtliches Wasser im zweiten Zirkulationskreis 8 - und damit am Durchlauf
erhitzer 4 vorbei - zirkuliert. Dabei wird dem zirkulierenden Wasser mittels des
Verdampfers 11 der Wärmepumpe 10 Wärme entzogen. Diese geht auf das in der
Wärmepumpe 10 zirkulierende Kältemittel über. Dieses verdampft dadurch. Das
gasförmige Kältemittel wird mittels der Pumpe 12 komprimiert und gibt die im
Verdampfer aufgenommene Wärmeenergie im Kondensator auf einem Temperatur
niveau von mehr als 70°C an das Wasser in dem Heizwasserspeicher 3 wieder ab.
Dabei kondensiert das Kältemittel. Es fließt über die Drossel 14 zurück in den
Verdampfer 11, um dort auf einem niedrigeren Temperaturniveau Wärme aus dem
im zweiten Zirkulationskreis zirkulierenden Wasser aufzunehmen und erneut zu
verdampfen. Im Verdampfer 11 herrscht ein niedrigerer Druck als im Kon
densator 13. Dies wird durch die Pumpe 12 und das Drosselventil 14 der Wärme
pumpe 10 bewirkt. Die von dem Kondensator 13 an das Wasser in dem Heiz
wasserspeicher 3 wieder abgegebene Wärme wird dort gespeichert und steht für
das spätere Aufheizen von dem Warmwassersystem zugeführten Frischwasser
oder für eine erneute thermische Dekontamination zur Verfügung. Das Abkühlen
oder Abheizen ist beendet, wenn das im zweiten Zirkulationskreis 8 zirkulierende
Wasser eine Temperatur von etwa 40°C erreicht hat. Während des Abkühlens wird
dem Warmwassersystem weder Frischwasser zugeführt noch Warmwasser abge
zapft.
Da die in der Abheizphase dem Warmwassersystem entnommene Wärmeenergie
vollständig im Heizwasserspeicher 3 gespeichert wird und dort im Falle einer
nachfolgenden Zuführung von kühlem Frischwasser wieder zur Aufheizung
desselben zur Verfügung steht, geht keine Wärme verloren, und zwar auch dann
nicht, wenn sie nicht außerhalb des Warmwassersystems anderweitig verwendet
werden kann. Außerdem werden bei der thermischen Dekontamination sämtliche
Rohrleitungen des Wasserleitungsnetzes 5 einschließlich des Heizwasserspeichers
3 desinfiziert. Darüber hinaus wird das sämtliche zuzuführende Frischwasser
zunächst auf über 70°C erwärmt und damit desinfiziert, so daß in dem geschlosse
nen Warmwassersystem ausschließlich desinfiziertes Wasser zirkuliert. Schließlich
kann das Warmwassersystem vollständig automatisch betrieben werden, so daß
selbst für die Desinfektion kein Personal benötigt wird.
Insgesamt ergibt sich ein geschlossenes System, bei dem die für die Dekontamina
tion benötigte Wärme zum Aufheizen des Wassers im Warmwasserkreis auf 70°C
beim anschließenden Abkühlen auf die Benutzungswassertemperatur (45°C)
mittels einer Wärmepumpe dem Speicher wieder zugeführt wird, von dem aus die
Wärme für das Aufheizen des Wassers im Wasserleitungsnetz auf 70°C entnom
men wurde.
Claims (14)
1. Zur Dekontamination oder dergleichen aufheizbares Warmwassersystem mit
- - einer Einspeisestation (1) zum Einspeisen von Wasser in das Warmwasser system,
- - einer Zapfstelle (2) zum Zapfen von Wasser aus dem Warmwassersystem,
- - einer Heizeinrichtung (4) zum Aufheizen von Wasser in dem Warmwasser system und
- - einem Wasserleitungsnetz (5), das die Einspeisestation (1) mit der Zapfstelle
(2) verbindet und als Zirkulationsleitung ausgeführt ist, die durch die Heiz
einrichtung (4) führt und einen die Heizeinrichtung (4) einschließenden
ersten Zirkulationskreis (7) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwassersystem - - einen Wärmespeicher (3) umfaßt, aus dem Wärme an das Wasser zwischen der Einspeisestation (1) und der Zapfstelle (2) abgegeben werden kann sowie
- - Wärmeübertragungsmittel (10) zwischen der Zirkulationsleitung und dem Wärmespeicher (3), um in der Zirkulationsleitung fließendem Wasser Wärme zu entziehen und dem Speicher zuzuführen
2. Warmwassersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wärmeübertragungsmittel eine Wärmepumpe (10) umfassen, um dem in der
Zirkulationsleitung strömenden Wasser Wärme auf einem bestimmten
Temperaturniveau zu entziehen und an den Wärmespeicher (3) auf einem
höheren Temperaturniveau abzugeben.
3. Warmwassersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Warmwassersystem eine Bypassleitung (9) umfaßt, um Wasser an der Heizeinrichtung (4) vorbei durch die Zirkulationsleitung zu leiten, so daß sich ein zweiter Zirkulationskreis (8) ergibt, der die Heizeinrichtung (4) nicht umfaßt, und
- - daß die Wärmepumpe (10) so angeordnet ist, daß sie in dem zweiten Zirkulationskreis (8) fließendem Wasser Wärme auf einem bestimmten Temperaturniveau entziehen und an den Wärmespeicher (3) auf einem höheren Temperaturniveau abgeben kann.
4. Warmwassersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wärmespeicher (3) so angeordnet ist, daß er die in ihm gespeicherte Wärme
an Wasser in dem nicht zum zweiten Zirkulationskreis (8) gehörenden Teil
des ersten Zirkulationskreises (7) abgeben kann.
5. Warmwassersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher ein Heiz- oder Brauchwasserspei
cher (3) ist.
6. Warmwassersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein Durchlauferhitzer (4) ist.
7. Warmwassersystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchlauferhitzer (4) in dem Heiz- oder Brauchwasserspeicher (3) an
geordnet ist.
8. Warmwassersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen Vorwärmkreis (15) zum Vorwarmen zuzufüh
renden Frischwassers umfaßt, der mit dem ersten Zirkulationskreis wärmetechnisch
gekoppelt ist.
9. Warmwassersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Einspeisestation (1) in Strömungsrichtung des
Wassers unmittelbar vor der Heizeinrichtung (4) in dem ersten Zirkulations
kreis (7) befindet.
10. Verfahren zum vorübergehenden Aufheizen eines Warmwassersystems
insbesondere zum Zwecke der Dekontamination oder Desinfektion des
Warmwassersystems, bei dem Wasser in dem Warmwassersystem zu
nächst aufgeheizt und anschließend wieder abgekühlt wird, indem dem
Wasser beim Abkühlen überschüssige Wärme entzogen und zur späteren
Abgabe an das Wasser in dem Warmwassersystem gespeichert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme dem
Wasser beim Abkühlen auf einem bestimmten Temperaturniveau entzogen,
auf ein höheres Temperaturniveau transformiert und an einen Wärmespei
cher abgegeben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem Wasser in einem Wasser
leitungsnetz (5) eines Warmwassersystems mit einem Heiz- oder Brauch
wasserspeicher (3) zum Zwecke der Desinfektion auf eine Desinfektion
stemperatur aufgeheizt und anschließend auf eine niedrigere Gebrauchs
wassertemperatur abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem
Wasser beim Abkühlen entzogene Wärme mittels einer Wärmepumpe (10)
dem Heiz- oder Brauchwasserspeicher (3) zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser
beim Aufheizen durch den Heiz- oder Brauchwasserspeicher (3) hindurch
und beim Abkühlen an dem Heiz- oder Brauchwasserspeicher (3) vorbei
geleitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß frisch
zuzuführendes Wasser zunächst auf die Desinfektionstemperatur erhitzt und
anschließend auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt wird, bevor es zu
einer Zapfstelle (2) des Warmwassersystems geleitet wird.
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1998
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