DE19858469A1 - Wärmespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher mit einem Wärmetauscher und einen damit über eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung verbundenen Heizkreislauf, einer Kaltwasserleitung und einer Warmwasserleitung, und ein im Heizkreislauf angeordnetes, durch einen Regler gesteuertes Ventil, wobei der Regler mit einem Temperatursensor verbundenen ist.

Bei Warmwasserspeichern oder Boilern wird das darin befindliche Wasser durch einen im Inneren des Warmwasserspeichers angeordneten Wärmetauscher aufgewärmt und auf einer gewünschten Temperatur gehalten. Der Wärmetauscher wird durch einen externen Heizkreislauf, z. B. durch Fernwärme gespeist und gibt die Wärme an die umgebende Flüssigkeit ab. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur wird üblicherweise ein im Rücklauf des Heizkreislaufs befindliches Temperaturbegrenzungsventil automatisch geschlossen, so daß die Strömung im Heizkreislauf unterbunden wird. Nachteilig an Temperaturbegrenzungsventilen ist, daß immer eine gewisse Leckmenge durch das Ventil strömen muß, so daß die Temperatur überhaupt registriert werden kann und somit die Funktion des Temperaturbegrenzungsventils gewährleistet ist. Insbesondere, wenn kein oder nur sehr wenig Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher entnommen wird, repräsentiert diese notwendige Leckströmung einen Energieverlust. Zudem entstehen in herkömmlichen Temperaturbegrenzungsventilen bei Überschreitung eines gewissen Differenzdruckes im Regelventil sehr störende Strömungsgeräusche. Aus diesem Grund werden die Temperaturbegrenzungsventile bei relativ niedrigen Drücken betrieben.

Bei der Konstruktion gemäß der JP 092 80655 A ist der Speicher durch eine Trennwand mit einem Ventil in einen oberen und unteren Teil geteilt. Über eine Regeleinrichtung, welche mit einem außen am Wärmespeicher angebrachten Temperatursensor verbunden ist, wird bei Übersteigen einer gewissen Temperatur im unteren Teil des Speichers das Ventil geöffnet und bei Unterschreiten der Temperatur geschlossen.

Eine Heizungs- oder Warmwasseranlage mit energiesparender Regelung ist beispielsweise aus der DE 32 48 334 A1 bekannt, bei welcher über einen im Rücklauf eingesetzten Temperatursensor die Schließ- bzw. Öffnungsmöglichkeit und bzw. oder die Zirkulationspumpe in Abhängigkeit der Temperatur gesteuert wird.

Bekannte Konstruktionen von Warmwasserspeichern verfügen über kontinuierliche Regelungen mittels thermostatgesteuerten Ventilen. Konstruktionen zur Reduktion der störenden Ventilgeräusche sind nicht bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Warmwasserspeichers mit verbesserter Energiebilanz und mit reduzierter Geräuschentwicklung. Die Nachteile bekannter Warmwasserspeicher sollen vermieden bzw. reduziert werden.

Gelöst wird die erfindungsgemaße Aufgabe dadurch, daß der Temperatursensor im Warmwasserspeicher angeordnet ist, und das Ventil bei Überschreiten der Temperatur des Temperatursensors über eine Solltemperatur T_soll durch den Regler vollständig verschließbar und bei Unterschreiten der Temperatur des Temperatursensors unter eine Temperatur T_soll-ΔT wieder öffenbar ist, wobei die Temperaturdifferenz ΔT < 0°C beträgt. Durch die gezielte Messung der Temperatur im Warmwasserspeicher zusammen mit der Verwendung eines Ventils, welches im wesentlichen nur zwei Zustände einnehmen kann, nämlich offen oder zu, sowie der Einbeziehung einer Schalthysterese durch die positive Temperaturdifferenz ΔT werden die erfindungsgemäßen Aufgaben gelöst. Dadurch entfällt die bei Temperaturbegrenzungsventilen notwendige Leckströmung, wodurch Energie eingespart werden kann. Dazu trägt auch die Reduktion der Schaltzyklen durch die Schalthysterese bei, da dadurch die Zuleitungen seltener erwärmt werden und somit Energie eingespart werden kann. Die störenden Geräusche herkömmlicher Temperaturbegrenzungsventile bei Überschreitung eines gewissen maximal zulässigen Differenzdrucks entfallen ebenso. Andererseits sind solche Ventile auch fähig einem höheren Differenzdruck standzuhalten. Dabei wird vorzugsweise eine elektrische oder elektronische Regelung sowie ein elektrisch gesteuertes Ventil verwendet.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist das Ventil durch einen elektrischen Stellmotor steuerbar. Dies stellt eine günstige und sehr wirkungsvolle Realisierung dar. Darüber hinaus ist bei derartigen Ventilen ein sehr hoher maximaler Differenzdruck zulässig, was die Versorgung im Fernwärmenetz erleichtert, da mit höheren Drücken gearbeitet werden kann und dadurch die Verluste geringer gehalten werden können.

Wenn die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Solltemperatur T_soll des Warmwasserspeichers und jener Temperatur, bei der das elektrische Ventil wieder geöffnet werden soll, zwischen 3°C und 7°C, vorzugsweise 5°C beträgt, wird erreicht, daß der Warmwasserspeicher nicht schon bei geringem Abfall der Solltemperatur T_soll wieder aufgeheizt wird. Daraus resultiert eine günstiger Energiebilanz des Gesamtsystems, da insbesondere die Verluste in den Zuleitungen des Heizkreislaufes reduziert werden.

Vorteilhafterweise ist im Warmwasserspeicher eine elektrische Heizung angeordnet. Durch diese Maßnahme kann eine Beheizung des Wassers auch ohne Abhängigkeit vom externen Heizkreislauf, z. B. von der Fernwärme erfolgen. Dies stellt insbesondere für die warme Jahreszeit, wo eine Beheizung der Haushalte nicht erforderlich ist, eine interessante Alternative zur Beheizung über die Fernwärme dar, da diese ausschließlich zur Beheizung des Wassers nicht wirtschaftlich wäre.

Um die Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher auch im Falle der elektrischen Beheizung regeln zu können, ist die elektrische Heizung mit einem im Warmwasserspeicher angeordneten Temperatursensor verbunden.

Wenn zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen geregelten Ventil in der Rücklaufleitung des Heizkreislaufs ein an sich bekanntes Temperaturbegrenzungsventil angeordnet ist, kann die Rücklauftemperatur begrenzt und die Aufheizzeit verlängert werden. Eine Begrenzung der Rücklauftemperatur kann in manchen Fällen notwendig sein.

Wenn der Wärmetauscher als Glattrohrwärmetauscher ausgebildet ist, kann der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung des Wärmetauschers bezogen auf die Flächeneinheit verbessert werden.

Die Merkmale der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung, welche das Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers zeigt, näher erläutert.

Der beispielhaft dargestellte Warmwasserspeicher 1 dient zur Versorgung von Einzelhaushalten und weist ein Fassungsvermögen von beispielsweise 120 bis 150 l auf. Im gezeigten Beispiel wird der Warmwasserspeicher 1 durch Fernwärme beheizt. Bei der Fernwärmeversorgung wird die beispielsweise aus einem Dampfkraftprozeß herrührende Restwärme zur Versorgung von Verbrauchern mit Wärme über ein Fernwärmenetz verwendet. Bei der Fernwärmeversorgung wird ein beheiztes Fluid über eine Vorlaufleitung 10 dem Warmwasserspeicher 1 zugeführt und über einen Rücklaufleitung 11 wieder abgeführt. Im Warmwasserspeicher 1 erfolgt die Beheizung über einen Wärmetauscher 2, der mit der Vorlaufleitung 10 und der Rücklaufleitung 11 verbunden ist. Der Wärmetauscher 2 ist bei bekannten Warmwasserspeichern 1 meist als Rippenvorwärmetauscher ausgeführt. Ein höherer Wirkungsgrad läßt sich durch Verwendung eines Glattrohrwärmetauschers als Wärmetauscher 2 erzielen. Üblicherweise ist in der Rücklaufleitung 11 ein Temperaturbegrenzungsventil 3 angeordnet, das bei einer bestimmten Temperatur automatisch, bis auf eine verbleibende Leckströmung, schließt. Über eine Kaltwasserleitung 13 wird der Warmwasserspeicher 1 mit Kaltwasser versorgt. Üblicherweise sind in der Kaltwasserleitung 13 ein Rückflußverhinderer 6, ein Sicherheitsventil 5 und ein Entleerungsventil 7 angeordnet. Über eine Warmwasserleitung 12 wird bei Bedarf Warmwasser aus dem Warmwasserspeicher 1 entnommen. Zur Entlüftung des Wärmetauschers 2 kann ein Entlüfter 9 vorgesehen sein, der vorzugsweise an der obersten Stelle des Wärmetauschers 2 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist im Heizkreislauf ein Ventil 4 angeordnet, das mit einem Regler 16 verbunden ist. Der Regler 16, vorteilhafterweise ein elektrischer Regler, wiederum ist mit einem im Warmwasserspeicher 1 angeordneten Temperatursensor 14 verbunden, der vorzugsweise knapp unterhalb des oberen Endes des Wärmetauschers 2 angeordnet ist. Ab einer bestimmten Solltemperatur T_soll des Wassers im Warmwasserspeicher 1 regelt der Regler 16 das Ventil 4 vollständig ab. Das Ventil 4 ist vorzugsweise durch einen elektrischen Stellmotor steuerbar. Gegenüber der maximal zulässigen Druckdifferenz von 700 mbar bei üblichen Temperaturbegrenzungsventilen lassen solche Ventile 4 Druckdifferenzen im Bereich von beispielsweise 5 bar zu. Es können aber auch Magnetventile zum Einsatz kommen, wobei diese allerdings nicht so hohe Druckdifferenzen zulassen. Darüber hinaus ist bei Magnetventilen nachteilig, daß diese bei einem Energieausfall öffnen. Um die Regelung des Warmwasserspeichers 1 bewußt langsam zu gestalten, wird das Ventil 4 erst bei Unterschreiten der Solltemperatur T_soll um eine Temperaturdifferenz ΔT von ca. 3°C bis 7°C das Ventil wieder geöffnet. Durch diese bewußt groß gewählte Hysterese wird verhindert, daß auch bei geringem Temperaturabfall Wassers im Warmwasserspeichers sofort der Heizkreislauf wieder von dem z. B. vom Fernwärmeversorger herrührenden Medium durchströmt wird. Somit werden Verluste, insbesondere in den Zuleitungen des Heizkreislaufs geringer gehalten.

Gemäß einem weiteren Merkmal ist der Warmwasserspeicher 1 mit einer elektrischen Heizung 8 ausgestattet, welche anstelle der Fernwärme das Wasser erwärmen kann. Die elektrische Heizung 8 kann zum Beispiel im Sommer eingesetzt werden, wenn eine Versorgung der Einzelhaushalten mit Wärme nur für das Warmwasser für den Betreiber unwirtschaftlich wäre. In der kalten Jahreszeit hingegen, wenn die Verbraucher insbesondere zu Heizzwecken an das Fernwärmenetz angeschlossen werden, kann auch das Wasser mit der Fernwärme beheizt werden. Zur Regelung ist die elektrische Heizung 8 mit einem im Warmwasserspeicher 1 angeordneten Temperatursensor 15 verbunden.

Die beigefügte Abbildung zeigt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es kann das Temperaturbegrenzungsventil 3 auch vollständig entfallen. Weiters ist es prinzipiell gleichgültig, ob das erfindungsgemäße geregelte Ventil 4 in der Vorlaufleitung 10 oder in der Rücklaufleitung 11 des Kreislaufs zum Beheizen des Wärmetauschers 2 angeordnet ist.

Claims (7)

1. Warmwasserspeicher (1) mit einem Wärmetauscher (2) und einen damit über eine Vorlaufleitung (10) und eine Rücklaufleitung (11) verbundenen Heizkreislauf, einer Kaltwasserleitung (13) und einer Warmwasserleitung (12), und ein im Heizkreislauf angeordnetes, durch einen Regler (16) gesteuertes Ventil (4), wobei der Regler (16) mit einem Temperatursensor (14) verbundenen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (14) im Warmwasserspeicher (1) angeordnet ist und das Ventil (4) bei Überschreiten der Temperatur des Temperatursensors (14) über eine Solltemperatur T_soll durch den Regler (16) vollständig verschließbar und bei Unterschreiten der Temperatur des Temperatursensors (14) unter eine Temperatur T_soll-ΔT wieder öffenbar ist, wobei die Temperaturdifferenz ΔT < 0°C beträgt.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) durch einen elektrischen Stellmotor steuerbar ist.

3. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Solltemperatur T_soll des Warmwasserspeichers (1) und jener Temperatur, bei der das Ventil (4) wieder geöffnet werden soll, zwischen 3°C und 7°C, vorzugsweise 5°C beträgt.

4. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Warmwasserspeicher (1) eine elektrische Heizung (8) angeordnet ist.

5. Warmwasserspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung (8) mit einem im Warmwasserspeicher (1) angeordneten Temperatursensor (15) verbunden ist.

6. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (11) des Heizkreislaufs ein an sich bekanntes Temperaturbegrenzungsventil (3) angeordnet ist.

7. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) als Glattrohrwärmetauscher ausgebildet ist.