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Die Erfindung betrifft Trinkwassererwärmungssysteme für Klein- und Großanlagen mit zentralem Trinkwassererwärmer und mehreren Nutzern in denen zur Einhaltung der, aus hygienischen Gründen erforderlichen Mindesttrinkwassertemperatur und zur Temperaturpräsens am Zapfhahn Zirkulationsleitungen mit Zirkulationspumpe erforderlich sind. Dazu gehören Anlagen mit Nutzer wie Hotelzimmern, Wohnungen, Krankenhauszimmer usw. Diese Rohrsysteme werden üblicherweise mit separaten Zirkulationsleitungen und einer zentralen Zirkulationspumpe ausgerüstet.
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In zentralen Trinkwassererwärmungssystemen erfolgt die Verteilung von Warmwasser in Gebäuden nach dem Prinzip der unteren oder oberen Verteilung. Warmwasserverteilsysteme werden mit elektrischer Rohrbegleitheizung oder mit einem Zirkulationsleitungssystem ausgerüstet das parallel zu den Warmwasserleitungen geführt wird. Seit 1983 ist ein System bekannt, bei dem die Zirkulationsleitung, in Form einer Rohr in Rohr-Zirkulation, innerhalb der Warmwasserleitung geführt wird
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Einheitlich für alle bekannten Trinkwassererwärmungssysteme mit Zirkulationssystem wird die zur Erreichung der erforderlichen Betriebstemperatur benötigte Zirkulationswassermenge durch eine Zirkulationspumpe zurück zum Trinkwassererwärmer gefördert. Um bei Warmwasserzapfungen Strömungen gegen die Laufrichtung der Pumpe zu vermeiden werden Rückschlagklappen vorgesehen. Das Rohrnetz der bekannten Trinkwassererwärmungssysteme in größeren Gebäuden besteht aus einer Vielzahl von Rohrleitungen mit abgestuften Rohrquerschnitten die zur Vermeidung unzulässiger Druckschwankungen genau auf den Bedarf abgestimmt werden müssen und nur in einer Strömungsrichtung beaufschlagt werden. Die aus hygienischen und wirtschaftlichen Gründen erforderliche Optimierung der Rohrquerschnitte führt zu großen Rohrquerschnitten am Anfang des Rohrnetzes und zu kleinen Rohrquerschnitten am Ende des Rohrnetzes.
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Die aus hygienischen- und Komfortgründen erforderliche Temperaturpräsens an jeder Stelle im Trinkwassererwärmungssystem wird durch den Einbau von Trinkwasserzirkulationsleitungen parallel zu den Warmwasserverteilleitungen und einer zentralen Zirkulationspumpe erreicht. Die Auslegung des Zirkulationssystems erfolgt in Deutschland nach dem Deutschen Verein für Gas und Wasser-Arbeitsblatt W 553 so, dass für mindestens 16 Stunden am Tag eine Temperatur von 55°C in der Warmwasserleitung im Prinzip nicht unterschritten wird.
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Das für Trinkwassererwärmungssysteme aus hygienischen und Komfort-Gründen zusätzlich zum Verteilsystem notwendige Zirkulationssystem hat aber außer den Kosten der Herstellung den Nachteil erheblicher Zirkulations-Wärmeverluste wie bei der klassischen Zirkulation von mehr als 50% des gesamten Warmwasserwärmebedarfs, oder verteuert das Warmwasserrohrsystem wie bei der Rohr in Rohr-Zirkulation oder der elektrischen Begleitheizung in erheblichem Umfang.
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In der GM-Anmeldung GM 20 2007 006 746.1 wird vorgeschlagen ein Warmwasserverteilnetz für ein Mehrfamilienhaus mit mehr als 2 Steigesträngen als „vermaschtes Rohrnetz” auszuführen. Um im Zirkulationsbetrieb und bei Zapfungen eine gleichmäßig Beaufschlagung aller Steigestränge zu erreichen sollten in jedem Steigestrang voreinstellbare Strangabsperrventile oder an gleicher Stelle temperaturabhängig automatisch regelnde Elemente eingesetzt werden. In der
DE 10 2000 502 4252 wird vorgeschlagen die Verteilung von Kaltwasser und Warmwasser auf mehrere Stockwerksleitungen zum Beispiel durch Staukörper im Querschnitt des Zuleitungsrohres zu erreichen.
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In beiden Fällen ist die erforderliche Zirkulationspumpe zentral vorgesehen und muss zusätzlich zum Druckverlust des Zirkulationsrohrnetzes die, in Reihe geschalteten Druckverluste der temperaturabhängigen Regelelemente, der Venturis bzw. der Staukörper überwinden. Alle bekannten Trinkwassererwärmungssysteme mit Trinkwasserzirkulation haben im Bezug auf die Anordnung und Auslegung der Zirkulationsleitung und Zirkulationspumpe folgende Nachteile: Die Zirkulationsleitung wird bei Warmwasserentnahmen nicht genutzt, so dass die Trinkwassermenge in der Zirkulation bei jedem Zapfvorgang stagniert. Die zentral angeordnete Zirkulationspumpe muss den, in Reihe geschalteten Druckverlust von Rohrleitung, Rückschlagklappe und bei mehreren Nutzern zusätzlich den Druckverlust für die üblichen Drosselstellen zur Mengen- und Temperaturregelung. Die Zirkulations-Wärmeverluste des Warmwassernetzes sind gleich oder höher als der Trinkwasserwärmebedarf.
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In einer Veröffentlichung in der Jubiläumsausgabe des Organs für technische Gebäudeausrüstung 60 Jahre HLH vom September 2009 wurde auf den Seiten 72–73 am Beispiel eines Mehrfamilienhauses mit 24 Wohnungen und sechs Steigesträngen Vorgeschlagen, das jede Ringgleitung mit einer regelbaren, in Fließrichtung der Nutzer fördernden, Zirkulationspumpe ausgerüstet wird und die Zirkulationspumpe im Nebenschluss zu einer Rückschlagklappe angeordnet in der Zuleitung angeordnet sein kann, Dort ist auch vorgesehen, dass die Zirkulationspumpe in Abhängigkeit von der Trinkwassertemperatur an einem Fühler in der zweiten Zuleitung so drehzahlgeregelt ist, dass bei steigender Trinkwassertemperatur am Temperaturfühler die Drehzahl verringert, und bei fallender Temperatur die Drehzahl erhöht wird.
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Die Umsetzung dieses Vorschlages scheiterte bisher an den besonderen Anforderungen an die Zirkulationspumpe, die sich aus der Position der Pumpe in der Zuleitung zu den Nutzern ergeben. Die Hersteller sind nicht bereit solche Pumpen zu entwickeln und zu liefern, obwohl die mögliche Energieeinsparung ganz erheblich wäre und auch nicht bestritten wird. Als zusätzliche, neue Anforderung ist also zum Erreichen der möglichen Energieeinsparung die Verwendbarkeit einer handelsüblichen Zirkulationspumpe zu erfüllen.
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Eine neue Problemstellung:
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Nach der neuen Trinkwasserverordnung 2011 sind für Mehrfamilienhäuser mit mehr als 3 Liter Leitungsinhalt zwischen Trinkwassererwärmer und der Entferntesten Zapfstelle aufwendige und teuere Hygieneprüfungen vorgesehen. Für Kleinanlagen mit geringerem Inhalt als 3 Liter kann das entfallen.
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Zur Aufgabenstellung der Kosten- und Energieeinsparung, der handelsüblichen Zirkulationspumpe kommt wegen der Trinkwasserveordnung die Aufgabe des geringst möglichen Rohrleitungsinhaltes hinzu.
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Als Problemlösung für diese neuen Anforderungen nach Energieeinsparung und Verringerung des Rohrleitungsinhaltes wird für die zentrale Trinkwassererwärmung erfindungsgemäß der Einbau einer, gegebenenfalls abschaltbaren, handelsüblichen Zirkulationspumpe in die Nähe des Scheitelpunktes der Ringleitung nach 1 und 2 vorgeschlagen.
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Diese Anordnung hat den Vorteil der einfacheren Temperatursteuerung und Drehzahlregelung der Zirkulationspumpe ohne zusätzliche Temperaturfühler in der Rohrleitung und des Wegfalles der bisher parallel zur Pumpe angeordneten Rückschlagklappe. Die Zirkulationspumpe fördert dabei in Richtung des Trinkwassererwärmers, lässt aber bei Zapfungen auch Strömungen gegen die Laufrichtung zu. Ist der Betrieb der Pumpe zum Beispiel aus Gewährleistungsgründen vom Hersteller so nicht zugelassen, so ist vorgesehen die Zirkulationspumpe bei jedem Zapfvorgang über einen Strömungsschalter in der Kaltwasserzuleitung stromlos zu schalten.
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Durch die ebenfalls neu vorgeschlagene Anordnung des Trinkwassermischers in Verbindung mit zwei Rückschlagklappen wird die Temperaturregelung für die Warmwassertemperatur in der Ringleitung so vereinfacht, dass serienmäßig gefertigte Multifunktionsspeicher und deren Regelungen eingesetzt werden können.
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Die Neuerung ist in folgenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 Trinkwassererwärmungssystem mit Ringleitung und Zirkulationspumpe für zwei Nutzergruppen
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2 Trinkwassererwärmungssystem mit Ringleitung und Zirkulationspumpe für acht Nutzergruppen
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Beschreibung:
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In 1 ist das Trinkwassererwärmungssystem beispielsweise für zwei Nutzergruppen 6 dargestellt. Das Trinkwasser-Rohrnetz ist als Ringleitung 5 mit einer, für diesen Einbau besonders geeigneten Zirkulationspumpe (8) ausgeführt. Die Zirkulationspumpe 8 ist in der Nähe des Scheitelpunktes der Ringleitung 5 angeordnet und fördert Trinkwarmwasser in Richtung des Strömungspfeils über der Pumpe, Beim Betrieb der Zirkulationspumpe 8 wird als Folge des Pumpendruckes automatisch die Rückschlagklappe 12 geöffnet und die geförderte Wassermenge zum Zirkulationsanschluss 10 am Trinkwassererwärmer 13 gefördert. Bei Entnahmen in einer der Nutzergruppen 6 öffnet die Rückschlagklappe 11 in der Ringleitung 5 wegen der überwiegenden Druckverlustes automatisch und die entnommene Wassermenge fließt vom Trinkwassererwärmer 13 über den Mischer 3 zur Ringleitung 5. Gleichzeitig schließt automatisch die Rückschlagklappe 12 wegen des überwiegenden Druckverlustes. Die Zirkulationspumpe 8 wird dabei je nach Entnahmemenge in den beiden Nutzergruppen 6 gegen, oder gleich, mit ihrer Förderrichtung zwangsbeaufschlagt und ist für diesen Betrieb ausgelegt und geeignet.
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In 2 ist das Trinkwassererwärmungssystem beispielsweise für acht Nutzergruppen 6 dargestellt. Das Trinkwasser-Rohrnetz ist als Ringleitung 5 mit einer, über den Strömungsschalter 1 geschalteten Zirkulationspumpe (8) ausgeführt. Die Zirkulationspumpe 8 ist in der Nähe des Scheitelpunktes der Ringleitung 5 angeordnet und fördert Trinkwarmwasser in Richtung des Strömungspfeils über der Pumpe, Beim Betrieb der Zirkulationspumpe 8 wird als Folge des Pumpendruckes automatisch die Rückschlagklappe 12 geöffnet und die geförderte Wassermenge zum Zirkulationsanschluss 10 am Trinkwassererwärmer 13 gefördert. Bei Entnahmen in einer der Nutzergruppe 6 öffnet die Rückschlagklappe 11 in der Ringleitung 5 wegen der überwiegenden Druckverlustes automatisch und die entnommene Wassermenge fließt vom Trinkwassererwärmer 13 über den Mischer 3 zur Ringleitung 5. Gleichzeitig schließt automatisch die Rückschlagklappe 12 wegen des überwiegenden Druckverlustes.
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Die Zirkulationspumpe 8 ist eine serienmäßig hergestellte, Zeit- oder Temperaturgeregelte handelsübliche Trinkwasserpumpe und wird über Einen, in der Kaltwasserzuleitung 2 zum Trinkwassererwärmer 13 eingebauten Strömungsschalter 1 bei jeder Entnahme aus dem Trinkwassererwärmer 13 ein- und ausgeschaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Veröffentlichung in der Jubiläumsausgabe des Organs für technische Gebäudeausrüstung 60 Jahre HLH vom September 2009 wurde auf den Seiten 72–73 [0008]
