DE202013007901U1 - Device for heating drinking water for a distribution network - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Erwärmung von Trinkwasser für ein Verteilnetz mit
einer Heizwasserquelle von der mittels einer Heizwasserpumpe (P1) über einen Vorlauf Heizwasser zur Primärseite eines Wärmeübertragers (10) gefördert wird und von dort zu einem Heizwasserrücklauf
einem an die Sekundärseite des Wärmeübertragers (10) angeschlossenen Vorlauf für das Verteilnetz
einem an die Sekundärseite des Wärmeübertragers angeschlossenen Rücklauf des Verteilnetzes
einer Zirkulationspumpe (P3), die das Rücklaufwarmwasser zur Sekundärseite des Wärmeübertragers (10) fördert
einem Pufferspeicher (26), über dessen oberes Ende der Heizwasservorlauf an den Wärmeübertrager (10) angeschlossen ist
einem Umschaltventil (V2) in dem Heizwasserrücklauf, das wahlweise den Austritt der Primärseite des Wärmeübertragers (10) mit dem unteren Ende des Pufferspeichers (26) oder unmittelbar mit dem Heizwasserrücklauf verbindet und
einer Kühlwassereinspritzpumpe (P5), die das Umschaltventil (V2) überbrückt und wahlweise Kühlwasser vom unteren Ende des Pufferspeichers (26) zur Aufströmseite des Umschaltventils (V2) fördert.Device for heating drinking water for a distribution network with
a Heizwasserquelle of the means of a Heizwasserpumpe (P1) via a flow heating water to the primary side of a heat exchanger (10) is promoted and from there to a Heizwasserrücklauf
a supply line connected to the secondary side of the heat exchanger (10) for the distribution network
one connected to the secondary side of the heat exchanger return of the distribution network
a circulation pump (P3), which conveys the return hot water to the secondary side of the heat exchanger (10)
a buffer memory (26), via the upper end of the Heizwasservorlauf to the heat exchanger (10) is connected
a reversing valve (V2) in the Heizwasserrücklauf, which selectively connects the outlet of the primary side of the heat exchanger (10) with the lower end of the buffer memory (26) or directly to the Heizwasserrücklauf and
a cooling water injection pump (P5) bypassing the switching valve (V2) and selectively delivering cooling water from the lower end of the accumulator (26) to the upstream side of the switching valve (V2).

Figure DE202013007901U1_0001
Figure DE202013007901U1_0001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erwärmung von Trinkwasser für ein Verteilnetz nach Anspruch 1.The invention relates to a device for heating drinking water for a distribution network according to claim 1.

Damit moderne Wärmequellen, wie zum Beispiel Brennwertkessel, möglichst effektiv arbeiten, ist es erforderlich, das Heizmedium von den Wärmebedarfsstellen, wie zum Beispiel Heizkreisen oder Trinkwassererwärmungssystemen, stark abzukühlen. Noch wichtiger ist eine hohe Auskühlung des Wassers im Heizkreis in Bezug auf die Wärmeverteilung. Je stärker das Wasser von der Wärmebedarfsstelle abgekühlt wird, desto weniger umlaufende Wassermenge ist zur Übertragung einer bestimmten Leistung erforderlich. Zusätzlich reduziert eine niedrige Temperaturdifferenz zur Umgebung die Verteilverluste. Aus den genannten Gründen kann durch Senkung der Heizwasserrücklauftemperatur die Effizienz von Fernheiznetzen gesteigert werden, da eine wesentlich geringere Pumpenleistung zum Wärmetransport ausreicht und die Verteilverluste an die Umgebung stark verringert werden. Aus diesen Gründen werden von Fernwärmeversorgern den Verbrauchern maximale Heizwasser-Rücklauftemperaturen vorgegeben.For modern heat sources, such as condensing boilers, to work as effectively as possible, it is necessary to cool the heating medium from the heat demand points, such as heating circuits or drinking water heating systems. Even more important is a high cooling of the water in the heating circuit with respect to the heat distribution. The more water is cooled from the heat recovery point, the less circulating water is required to transfer a given power. In addition, a low temperature difference with the environment reduces the distribution losses. For these reasons, by lowering the Heizwasserrücklauftemperatur the efficiency of district heating networks can be increased because a much lower pump power is sufficient for heat transfer and the distribution losses to the environment are greatly reduced. For these reasons, district heating companies provide the consumers with maximum heating water return temperatures.

Eine starke Auskühlung kann durch den Einsatz großer Heizflächen, wie zum Beispiel Fußbodenheizungen, zu deren Betrieb eine niedrige Vorlauftemperatur ausreicht, erzielt werden. Auch mit den heute üblichen Varianten der Warmwasserbereitung wie Speicherlade und Durchflusserwärmungssystemen können bei Zapf- und Ladebetrieb die gewünschten Rücklauftemperaturen eingehalten werden (Arbeitsblatt FW523 des AGFW vom April 2002). Bei der Trinkwassererwärmung im reinen Durchfluss wird Heizwasser aus einem Heizwasser-Pufferspeicher über einen Wärmeübertrager gefördert, dessen Sekundärseite Kaltwasser und/oder Zirkulationswasser zugeführt wird. Reines Zirkulationswasser wird über den Wärmeübertrager gefördert wenn nicht mehr gezapft wird.A strong cooling can be achieved by using large heating surfaces, such as underfloor heating, to operate a low flow temperature sufficient. Even with today's usual variants of hot water preparation such as storage tank and flow heating systems can be kept in the dispensing and charging operation, the desired return temperatures (worksheet FW523 of the AGFW from April 2002). For DHW heating in pure flow heating water is conveyed from a heating water storage tank via a heat exchanger, the secondary side of cold water and / or circulation water is supplied. Pure circulation water is conveyed through the heat exchanger when it is no longer tapped.

Bei der Trinkwassererwärmung im Speicherlagerprinzip gelangt Heizwasser von einer Wärmequelle, zum Beispiel Fernwärmeversorgung, über einen Wärmeübertrager und erwärmt Kaltwasser bzw. Zirkulationswasser, das über einen Warmwasserspeicher gefördert wird.In the DHW heating in storage storage principle, heating water from a heat source, for example district heating, passes through a heat exchanger and heated cold water or circulation water, which is supported by a hot water tank.

Bei Gebäuden mit weit verzweigtem Verteil- und Zirkulationsnetz ist zur Aufrechterhaltung der Temperatur im Verteilnetz eine kontinuierliche Zirkulation des Wasserinhalts erforderlich. Gemäß Arbeitsblatt W551 des DVGW (Stand April 2004) muss aus hygienischen Gründen die Eintrittstemperatur in das Verteil- und Zirkulationsnetz mindestens 60° betragen. Auf dem Weg durch das Verteil- und Zirkulationsnetz darf das Wasser um maximal 5 K, also auf 55°C abkühlen.In buildings with a widely branched distribution and circulation network, a continuous circulation of the water content is required to maintain the temperature in the distribution network. According to worksheet W551 of the DVGW (as of April 2004), for hygienic reasons, the inlet temperature into the distribution and circulation network must be at least 60 °. On the way through the distribution and circulation network, the water may be cooled by a maximum of 5 K, ie to 55 ° C.

Um die Anforderungen der Trinkwasserverordnung 2001 (Stand Dezember 2012) in Bezug auf die Trinkwasserhygiene erfüllen zu können, ist die Einhaltung des Arbeitsblatts W551 des DVGW erforderlich. Dies bedeutet, dass kontinuierlich der Trinkwasserzirkulationsvolumenstrom von 55°C auf mindestens 60°C nacherwärmt werden muss. Durch die kontinuierliche Erwärmung eines Mediums mit mindestens 55°C kann das dazu erforderliche Heizwasser nicht tiefer als geringfügig über der Eintrittstemperatur des zu erwärmenden Mediums, also auf ca. 56°C abgekühlt werden. Viele Fernwärmeversorger fordern, zur Steigerung der Effizienz ihres Verteilnetzes eine Rücklauftemperatur von unter 45°C, die im Falle der Zirkulationswassererwärmung nicht eingehalten werden kann.In order to meet the requirements of the German Drinking Water Ordinance 2001 (as of December 2012) with regard to drinking water hygiene, compliance with the worksheet W551 of the DVGW is required. This means that the drinking water circulation volume flow must be continuously reheated from 55 ° C to at least 60 ° C. Due to the continuous heating of a medium with at least 55 ° C, the required heating water can not be cooled lower than slightly above the inlet temperature of the medium to be heated, ie to about 56 ° C. Many district heating companies require a return temperature of less than 45 ° C to increase the efficiency of their distribution network, which can not be maintained in the case of circulation water heating.

In der Heizperiode, also beim Parallelbetrieb der Zirkulationswassererwärmung mit den Heizkreisen ist dies unproblematisch, da in den meisten Fällen die Heizwassermenge der Heizkreise wesentlich höher ist als die, die zum Ausgleich der Zirkulationsverluste erforderlich ist. Je weniger Wärme für die Heizkreise erforderlich ist, desto stärker fällt die hohe Heizwasserrücklauftemperatur bei der Zirkulationserwärmung ins Gewicht. Außerhalb der Heizperiode, wenn keine anderen Wärmebedarfsstellen als Warmwasserbereiter mit Trinkwasserzirkulation in Betrieb sind, ergibt sich die meiste Zeit des Tages die heiznetzseitige Rücklauftemperatur aus dem Heizwasserrücklauf der Zirkulationswassererwärmung. Bei direkter Anbindung an das Fernwärmenetz wird die Rücklauftemperatur etwa 55°C bis 60°C, bei indirekter Anbindung ca. 60°C bis 65°C betragen. Eine Reduzierung dieser hohen Rücklauftemperatur auf ein niedriges Niveau von etwa 45°C auch außerhalb der Heizperiode bei Zirkulationsbetrieb würde ein erhebliches Einsparpotential bergen.In the heating season, ie in parallel operation of the circulation water heating with the heating circuits, this is not a problem, since in most cases the amount of heating water of the heating circuits is much higher than that required to compensate for circulation losses. The less heat is required for the heating circuits, the more the high heating water return temperature in the case of circulation heating becomes more significant. Outside the heating season, when no other heat demand points than water heaters with drinking water circulation in operation, most of the time of the day, the heating network return temperature results from the Heizwasserrücklauf the circulation water heating. With direct connection to the district heating network, the return temperature will be about 55 ° C to 60 ° C, with indirect connection about 60 ° C to 65 ° C. A reduction of this high return temperature to a low level of about 45 ° C even outside the heating period in circulation mode would save a considerable savings.

Die oben beschriebene Erhöhung der Temperatur im Rücklauf des Heiznetzes ist dadurch verursacht, dass im Zirkulationsbetrieb ausschließlich Wasser mit 55°C erwärmt wird und deswegen das Heizmedium nicht tiefer als geringfügig über diesem Wert abgekühlt werden kann. Bei Zapf- und Ladebetrieb kann von modernen Speicherlade- und Durchflusserwärmungssystemen bei einer Kaltwassertemperatur von 10°C das Heizmedium auf eine Temperatur wesentlich unter 25°C abgekühlt werden, was in der Regel weit unter der geforderten Rücklauftemperatur der Fernwärmeversorger von zum Beispiel 45°C liegt.The above-described increase in the temperature in the return of the heating network is caused by the fact that in circulation mode only water at 55 ° C is heated and therefore the heating medium can not be cooled lower than slightly above this value. When dispensing and charging operation of modern storage charging and flow heating systems at a cold water temperature of 10 ° C, the heating medium can be cooled to a temperature substantially below 25 ° C, which is usually well below the required return temperature of the district heating supplier, for example, 45 ° C. ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erwärmung von Trinkwasser für ein Verteilnetz zu schaffen, bei dem auch während des Zirkulationsbetriebs der Vorrichtung eine Temperatur im Rücklauf des Heizwassers bereitzustellen, die weit unterhalb der Rücklauftemperatur des Zirkulationsnetzes liegt.The invention has for its object to provide a device for heating drinking water for a distribution network, in which also during the circulation operation of the device a To provide temperature in the return of the heating water, which is far below the return temperature of the circulation network.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Wie bei bekannten Vorrichtungen gelangt Heizwasser von einer Heizwasserquelle mittels einer Heizwasserpumpe über einen Vorlauf zur Primärseite eines Wärmeübertragers und von dort zurück zum Rücklauf. An den Vorlauf des Verteilnetzes ist eine Sekundärseite des Wärmeübertragers angeschlossen. Die Sekundärseite des Wärmeübertragers ist mit dem Rücklauf des Verteilnetzes verbunden. Im Fall einer Trinkwassererwärmung nach dem Speicherladeprinzip fördert eine Trinkwasserpumpe fördert Kaltwasser von einer Kaltwasserquelle in den Warmwasserrücklauf bzw. die Sekundärseite des Wärmeübertragers. Eine Zirkulationspumpe fördert Warmwasser zur Sekundärseite des Wärmeübertragers. Ist aktuell kein Zapfbetrieb und der Trinkwarmwassserspeicher vollständig aufgeladen, wird die Trinkwasserladepumpe abgeschaltet und das Wasser zirkuliert über das Verteilnetz und wird von seiner Rücklauftemperatur zum Beispiel von 55°C über den Wärmeübertrager auf die erforderliche erhöhte Temperatur von zum Beispiel 60°C gebracht. Insoweit beschreibt dies Merkmale des Standes der Technik. Bei einer Trinkwassererwärmung nach dem Durchflussprinzip ist eine Trinkwasserladepumpe nicht erforderlich.As with known devices, heating water passes from a heating water source by means of a Heizwasserpumpe via a flow to the primary side of a heat exchanger and from there back to the return. To the flow of the distribution network, a secondary side of the heat exchanger is connected. The secondary side of the heat exchanger is connected to the return of the distribution network. In the case of DHW heating according to the storage charging principle promotes a drinking water pump delivers cold water from a cold water source in the hot water return or the secondary side of the heat exchanger. A circulation pump delivers hot water to the secondary side of the heat exchanger. If there is currently no dispensing operation and the DHW cylinder is fully charged, the drinking water charging pump is switched off and the water circulates through the distribution network and is brought from its return temperature, for example from 55 ° C via the heat exchanger to the required elevated temperature of, for example, 60 ° C. In that regard, this describes features of the prior art. For DHW heating according to the flow principle, a DHW charging pump is not required.

Bei der Erfindung ist ein Pufferspeicher vorgesehen, dessen oberes Ende im Vorlauf des Heizwassers liegt. Ferner ist ein Umschaltventil vorgesehen im Heizwasserrücklauf, das wahlweise mit dem Austritt der Primärseite des Wärmeübertragers bzw. dem unteren Ende des Pufferspeichers verbindbar ist oder unmittelbar mit dem Heizwasserrücklauf zur Heizquelle. Eine Kühlwassereinspritzpumpe überbrückt das Umschaltventil und spritzt wahlweise Kühlwasser vom unteren Ende des Pufferspeichers zur Aufströmseite des Umschaltventils.In the invention, a buffer memory is provided, the upper end is in the flow of the heating water. Further, a switching valve is provided in the heating water return, which is selectively connectable to the outlet of the primary side of the heat exchanger or the lower end of the buffer memory or directly to the heating water return to the heating source. A cooling water injection pump bypasses the changeover valve and selectively injects cooling water from the lower end of the buffer to the upstream side of the changeover valve.

Der erfindungsgemäße Gedanke beruht darauf, dass Heizwasser in einem Pufferspeicher bevorratet werden kann, aus dem die eigentliche Warmwasserbereitung, zum Beispiel ein Speicherladesystem, mit Heizwasser von zum Beispiel 70°C versorgt wird. Bei Zapfbetrieb mit anschließender Wiederaufladung des Trinkwasserspeichers, zum Beispiel in der morgendlichen Dusch- und Waschperiode von Hotelgästen oder der Duschperiode der Mitarbeiter eines Industriebetriebes nach Dienstende, wird der Wasserinhalt dieses Pufferspeichers definiert auf eine Temperatur von höchsten 25°C abgekühlt. Nach Beendigung der Spitzenbedarfsperiode tritt Zapfruhe ein und die Heizwasser-Rücklauftemperatur aus dem Trinkwassererwärmer steigt bei der Zirkulationswassererwärmung wieder auf zum Beispiel 55°C an. Damit die Eintrittstemperatur in das Netz des Fernwärmeversorgers trotzdem nicht den gewünschten Maximalwert von zum Beispiel 45°C übersteigt, wird dem Rücklaufwasser aus dem Wärmeübertrager bei 56°C Wasser mit maximal 25°C aus dem Pufferspeicher beigemischt. Der Pufferspeicher ist so zu dimensionieren, dass die Zeit zwischen zwei Spitzenbedarfsperioden mit Zirkulationsbetrieb überbrückt werden kann, ohne dass die Rücklauftemperatur im Heiznetz den vorgegebenen Wert übersteigt.The idea according to the invention is based on the fact that heating water can be stored in a buffer storage, from which the actual hot water preparation, for example a storage charging system, is supplied with heating water of, for example, 70.degree. When dispensing with subsequent recharging of the drinking water storage, for example, in the morning shower and wash period of hotel guests or the shower period of employees of an industrial company after the end of service, the water content of this buffer is defined to a temperature of the highest 25 ° C cooled. After completion of the peak demand period Zapfruhe occurs and the heating water return temperature from the DHW heater increases in the circulation water heating back to, for example, 55 ° C. So that the inlet temperature in the network of the district heating supplier still does not exceed the desired maximum value of, for example, 45 ° C, the return water from the heat exchanger at 56 ° C water is mixed with a maximum of 25 ° C from the buffer memory. The buffer tank must be dimensioned so that the time between two peak demand periods can be bridged with circulation operation without the return temperature in the heating network exceeding the specified value.

Wie schon erwähnt, sind verschiedene Arten der Trinkwassererwärmung bekannt, wie zum Beispiel die Trinkwassererwärmung im reinen Durchfluss oder Speicherladesysteme. Diesen Systemen ist gemeinsam, dass bei reinem Zirkulationserwärmungsbetrieb die heizwasserseitige Rücklauftemperatur bei mindestens 55°C liegt. Durch den Einsatz eines Pufferspeichers und einer Kühlwassereinspritzpumpe ermöglicht die Erfindung die gewünschte Abkühlung der Rücklauftemperatur des Heizwassers auf einen gewünschten Wert.As already mentioned, various types of drinking water heating are known, such as drinking water heating in pure flow or storage charging systems. These systems have in common that with pure circulation heating mode the heating water return temperature is at least 55 ° C. Through the use of a buffer storage and a cooling water injection pump, the invention enables the desired cooling of the return temperature of the heating water to a desired value.

Die Funktion der bekannten Systeme bleibt unverändert. Bei Zapf- oder Ladebetrieb wird das Heizwasser im Wärmeübertrager auf eine Temperatur unter 25°C abgekühlt. Das Umschaltventil schaltet den Weg zum Pufferspeicher frei und schließt den Weg zum Heizwasserrücklauf. Das Speicherladesystem kühlt bei Ladebetrieb das Wasser im Heizwasser-Pufferspeicher ab. Wird in der Kühlphase der Speicher im oberen Betrieb zu kalt, was mit Hilfe eines Fühlers erfasst wird, um einen bestimmungsgemäßen Betrieb der Warmwasserbereitung zu gewährleisten, schaltet das Umschaltventil um. Der Weg vom Rücklauf des Wärmeübertragers zum Heizkreis ist geöffnet und der Weg zum Pufferspeicher geschlossen. Ist die Zapfperiode vorbei, wird der Trinkwasserspeicher wieder vollständig aufgeladen. Danach wird die Trinkwasserladepumpe abgeschaltet und das System muss ausschließlich die Zirkulationsverluste ausgleichen. Damit die nun hohe Rücklauftemperatur zum Heizkreis vermieden wird, wird mit Hilfe der Kühlwassereinspritzpumpe so viel Kühlwasser mit etwa 25°C, das von unten aus dem Pufferspeicher entnommen wird, in das Rücklaufwasser aus dem Wärmeübertrager mit ca. 45°C eingespritzt, um die vorgegebene maximale Rücklauftemperatur zur Wärmequelle, zum Beispiel 45°C, einzuhalten.The function of the known systems remains unchanged. When dispensing or charging, the heating water in the heat exchanger is cooled to a temperature below 25 ° C. The changeover valve opens the way to the buffer tank and closes the way to the heating water return. The storage charging system cools the water in the heating water storage tank during charging operation. If, during the cooling phase, the accumulator in the upper operation becomes too cold, which is detected with the aid of a sensor, in order to ensure proper operation of the hot water supply, the changeover valve switches over. The path from the return of the heat exchanger to the heating circuit is open and the way to the buffer tank is closed. When the dispensing period is over, the drinking water storage tank is fully recharged. Thereafter, the DHW charging pump is switched off and the system must compensate only the circulation losses. So that the now high return temperature to the heating circuit is avoided, with the help of the cooling water injection pump as much cooling water at about 25 ° C, which is taken from below from the buffer memory, injected into the return water from the heat exchanger at about 45 ° C to the specified maximum return temperature to the heat source, for example 45 ° C.

Nachstehend eine Beispielsrechnung für ein Hotel mit 100 Doppelzimmern. Der erforderliche Zirkulationsvolumenstrom beträgt 2,0 m3/h. Die Berechnung der erforderlichen Bevorratungsmenge mit 25°C im Pufferspeicher zur Ermöglichung eines reinen Zirkulationsbetriebs von 10 Stunden ohne eine Zapfung bei Einhaltung einer wärmenetzseitigen Rücklauftemperatur von 45°C erfolgt gemäß nachstehender Beispielsrechnung:

  • – zur Erwärmung von 2,0 m3/h Wasser von 45°C auf 60°C ist eine Erwärmungsleistung von 12 kW erforderlich
  • – das Heizmedium mit 70°C wird bei der Zirkulationserwärmung auf eine Temperatur von geringfügig über 55°C abgekühlt
  • – bei 12 kW und einer heizwasserseitigen Spreizung von 70°C auf 55°C ergibt dies einen Heizwasservolumenstrom von 0,69 m3/h zur Zirkulationswassererwärmung
  • – um eine Rücklauftemperatur von 45°C zu erreichen, müssten zu den 0,69 m3/h Heizwasser mit 55°C noch 0,35 m3/h mit 25°C aus dem Pufferspeicher beigemischt werden. Das ergibt einen Gesamtheizwasserrücklauf von 1,04 m3/h mit 45°C
  • – daraus ergibt sich ein stündlicher Bedarf von 0,35 m3/h aus dem Pufferspeicher, wodurch sich für einen Betrieb von 10 Stunden ohne einen Zapfvorgang ein erforderliches Puffervolumen von 3500 Liter ergibt.
  • – Um 3500 Liter von 70°C auf 25°C abzukühlen, ist eine Energiemenge von 183 kW/h erforderlich.
  • – Bei einem Bedarf von 1,63 kWh/Duschvorgang sind 112 Duschvorgänge erforderlich, um eine Zapfruhezeit von 10 Stunden überbrücken zu können, ohne die vorgegebene Rücklauftemperatur von 45°C zu überschreiten.
  • – Eine Zapfung zwischen den Spitzenbedarfsperioden, zum Beispiel in der Küche, wirken sich verlängernd auf die Zirkulationszeit aus, ohne dass eine Rücklauftemperaturüberschreitung stattfindet.
  • – Um die Zirkulationsverluste auszugleichen, wird mit der Heizwasserpumpe genau so viel Heizwasser über den Wärmeübertrager gefördert, dass Zirkulationswasser den Wärmeübertrager mit der vorgegebenen Temperatur von zum Beispiel 60°C verlässt.
  • – Aufgrund der sekundärseitigen Eintrittstemperatur von 45°C kann auch das primärseitige Heizmedium nur auf ca. 55°C abgekühlt werden.
  • – Aufgrund der hohen Rücklauftemperatur aus dem Wärmeübertrager darf das Rücklaufwasser nicht in den Pufferspeicher gelangen. Deshalb ist das Umschaltventil so geschaltet, dass das Heizwasser direkt zur Wärmequelle zurückgeführt wird.
  • – Mit der Einspritzpumpe wird diesem Heizwasservolumenstrom bei 55°C so viel Kühlwasser aus dem Puffer beigemischt, dass der gesamte Rücklauf zur Wärmequelle dem vorgegebenen Sollwert entspricht (zum Beispiel 45°C).
  • – Um die Warmwassermenge für die Kühlwasser-Einspritzung im Puffer auszugleichen, wird die Wassermenge von der Wärmequelle mit 70°C gefördert. Die Trennschicht im Pufferspeicher schiebt sich von oben nach unten und die Wassermenge im Heizkreis entspricht bei Zirkulationsbetrieb der Summe der aus Zirkulationswassererwärmung erforderlichen und der Kühlwassermenge. Das Wasser tritt in die Warmwasserbereitung zum Beispiel mit 70°C ein und verlässt diese mit 45°C wieder.
  • Daraus folgt, dass in Zirkulationszeiten vom Wärmeerzeuger nicht nur die zum Ausgleich der Zirkulationsverluste erforderliche Leistung, sondern eine zusätzliche Leistung zur Rücklaufkühlung abgenommen wird.
  • – In diesem Beispiel werden bei Zirkulationsbetrieb statt 12 kW (nach Erwärmung von 2,0 m3/h von 55°C auf 60°C) kontinuierlich 31 kW benötigt
  • – Die Differenz von 19 kW ist jedoch nicht verloren, sondern im Pufferspeicher bevorra⌊tet und dient in der nächsten Bedarfsperiode mit zur Bedarfsabdeckung.
Below is a sample calculation for a hotel with 100 double rooms. The required circulation volume flow is 2.0 m 3 / h. The calculation of the required storage amount with 25 ° C in the buffer memory to allow a pure circulation operation of 10 hours without a tap while maintaining a heat network return temperature of 45 ° C is carried out according to the following calculation example:
  • - to heat 2.0 m 3 / h of water from 45 ° C to 60 ° C, a heating capacity of 12 kW is required
  • - The heating medium at 70 ° C is cooled in the circulation heating to a temperature of slightly above 55 ° C.
  • - At 12 kW and a heating water-side spread of 70 ° C to 55 ° C, this results in a Heizwasservolumenstrom of 0.69 m 3 / h for circulation water heating
  • - In order to achieve a return temperature of 45 ° C, would be added to the 0.69 m 3 / h heating water at 55 ° C still 0.35 m 3 / h with 25 ° C from the buffer memory. This results in a total heating water return of 1.04 m 3 / h at 45 ° C
  • - This results in an hourly demand of 0.35 m 3 / h from the buffer memory, resulting in a operation of 10 hours without a tapping a required buffer volume of 3500 liters.
  • - To cool 3500 liters from 70 ° C to 25 ° C, an energy of 183 kW / h is required.
  • - For a demand of 1.63 kWh / shower, 112 shower cycles are required to bridge a no-tap time of 10 hours without exceeding the specified return temperature of 45 ° C.
  • - A tapping between the peak demand periods, for example in the kitchen, have a prolonging effect on the circulation time without a return temperature being exceeded.
  • - To compensate for the circulation losses, the heating water pump pumps just as much heating water through the heat exchanger that circulating water leaves the heat exchanger at the specified temperature of, for example, 60 ° C.
  • - Due to the secondary-side inlet temperature of 45 ° C, the primary-side heating medium can only be cooled down to approx. 55 ° C.
  • - Due to the high return temperature from the heat exchanger, the return water must not enter the buffer tank. Therefore, the switching valve is switched so that the heating water is returned directly to the heat source.
  • - With the injection pump, so much cooling water is added from the buffer to this heating water volume flow at 55 ° C that the total return to the heat source corresponds to the specified target value (for example 45 ° C).
  • - To compensate for the amount of hot water for the cooling water injection in the buffer, the amount of water from the heat source with 70 ° C is promoted. The separation layer in the buffer memory slides from top to bottom and the amount of water in the heating circuit corresponds to the sum of the required circulation water heating and the amount of cooling water in circulation mode. The water enters the hot water preparation, for example, at 70 ° C and leaves it at 45 ° C again.
  • It follows that in circulation times of the heat generator not only the power required to compensate for the circulation losses, but an additional power to the return cooling is removed.
  • - In this example, 31 kW is required continuously for circulation operation instead of 12 kW (after heating from 2.0 m 3 / h from 55 ° C to 60 ° C)
  • - However, the difference of 19 kW is not lost, but stored in the buffer memory and is used in the next demand period to cover demand.

Die Energiebilanz für die Warmwasserbereitung selbst bleibt unverändert. Es kann jedoch über einen wesentlich längeren Zeitraum bei gut ausgelastetem Hotel ganztägig eine sehr niedrige fernwärmeseitige Rücklauftemperatur eingehalten werden. Die Gesamtanschlussleistung für die Warmwasserbereitung kann aufgrund der Zwischenpufferung für die Zirkulation geringer ausfallen, als bei konventionellen Systemen. Es sind weniger Probleme in der Übergangszeit mit schon abgesenkter Heizmitteltemperatur fernwärmenetzseitig bei gleichzeitigem Heizbedarf mit gleichzeitiger Warmwasserbereitung zu erwarten.The energy balance for water heating itself remains unchanged. However, it can be maintained over a much longer period at busy hotel all day a very low district heat side return temperature. Total hot water supply capacity may be lower than conventional systems due to intermediate buffering for circulation. There are fewer problems in the transitional period with already lowered heating medium temperature Fernwärmenetzseitig expected at the same time heating demand with simultaneous hot water.

In Zirkulationszeiten werden bei 2,0 m3/h die Zirkulationsmenge von 0,35 m3/h Kühlwasser benötigt. Zur Überbrückung von 10 Stunden Zapfruhe ist die Bevorratung von 3500 Liter erforderlich. In der nächsten Zapfperiode steht dann, durch eine Auskühlung des Heizmediums von 70°C auf 25°C, eine Energiemenge von 183 kWh im Pufferspeicher bevorratet zur Verfügung, was etwa 112 Duschvorgängen entspricht.In circulation times, the circulation amount of 0.35 m 3 / h of cooling water is required at 2.0 m 3 / h. To bridge 10 hours of freezer, it is necessary to stock 3500 liters. In the next dispensing period is then available by cooling the heating medium from 70 ° C to 25 ° C, an amount of energy of 183 kWh stored in the buffer storage available, which corresponds to about 112 showering.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

1 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 shows a circuit diagram of the device according to the invention.

2 zeigt vereinfacht das Schaltbild nach 1 nach einer Zapfperiode. 2 simply shows the schematic after 1 after a dispensing period.

3 zeigt das Schaltbild nach 2 bei Zapfbetrieb und Abkühlung im Puffervolumen. 3 shows the diagram after 2 at tapping and cooling in the buffer volume.

4 zeigt das Ende der Zapfperiode und den reinen Zirkulationsbetrieb mit Rücklaufkühlung. 4 shows the end of the tapping period and the pure circulation mode with return cooling.

5 zeigt eine Erweiterung der in den 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung mit einem Vorwärmer. 5 shows an extension of the in the 1 to 3 shown device with a preheater.

In den Schaltbildern nach den 1 bis 5 ist ein Trinkwarmwasserspeicher mit 20 bezeichnet, ein Durchlauferwärmer mit 10 und ein Heizwasserpufferspeicher mit 26. Ferner sind eine Trinkwasserladepumpe P2, eine Zirkulationspumpe P3 und eine Heizwasserpumpe P1 vorgesehen. Warmwasser gelangt vom Warmwasserspeicher 20 über einen Warmwasservorlauf zu einem nicht gezeigten Verteilnetz. Der Warmwasserrücklauf des Verteilnetzes ist über die Zirkulationspumpe P3 und einen Mengenmesser 37 an die Sekundärseite des Wärmeübertragers 10 angeschlossen. Von dort gelangt das erwärmte Wasser in den Speicher 20 und wieder in den Vorlauf zum Verteilnetz. Kaltes Wasser, von zum Beispiel 10°C gelangt über die Pumpe P2 und einen Mengenmesser 17 ebenfalls auf die Sekundärseite des Wärmeübertragers 10. Heizwasser, zum Beispiel von einem Fernwärmeversorger, gelangt über einen Vorlauf zum oberen Ende des Pufferspeichers 26 und von dort über die Heizwasserpumpe P1 zum Eintritt in die Primärseite des Wärmeübertragers 10. Der Rücklauf von seiner Primärseite gelangt über ein Umschaltventil V2 entweder zum Pufferspeicher 26 oder direkt zum Rücklauf zur Wärmequelle. Das Umschaltventil V2 hat drei Anschlüsse, nämlich AB, A und B. Entweder ist AB mit A verbunden oder AB mit B. Das Umschaltventil V2 wird von einer Einspritzpumpe P5 überbrückt. Sie verbindet die Abströmseite des Anschlusses A mit der Aufströmseite des Anschlusses AB.In the diagrams after the 1 to 5 is a domestic hot water tank with 20 denotes a continuous flow heater with 10 and a Heizwasserpufferspeicher with 26 , Further, a drinking water charging pump P2, a circulation pump P3 and a heating water pump P1 are provided. Hot water comes from the hot water tank 20 via a hot water supply to a distribution network, not shown. The hot water return of the distribution network is via the circulation pump P3 and a flow meter 37 to the secondary side of the heat exchanger 10 connected. From there, the heated water reaches the store 20 and back to the flow to the distribution network. Cold water of, for example, 10 ° C passes through the pump P2 and a flow meter 17 also on the secondary side of the heat exchanger 10 , Heating water, for example from a district heating supplier, reaches the upper end of the buffer tank via a supply line 26 and from there via the heating water pump P1 for entry into the primary side of the heat exchanger 10 , The return from its primary side passes through a switching valve V2 either to the buffer memory 26 or directly to the return to the heat source. The reversing valve V2 has three connections, namely AB, A and B. Either AB is connected to A or AB to B. The reversing valve V2 is bridged by an injection pump P5. It connects the downstream side of the connection A with the upstream side of the connection AB.

Man erkennt daher aus der Darstellung nach 1, dass das Heizwasser entweder unmittelbar in den Rücklauf gelangt oder aber mit Hilfe der Pumpe mit Kühlwasser abgekühlt wird, das aus dem unteren Bereich des Pufferspeichers 26 entnommen wird.One recognizes therefore from the representation after 1 in that the heating water either enters the return line directly or is cooled by means of the pump with cooling water coming from the lower area of the buffer tank 26 is removed.

Der Aufbau der Vorrichtung nach 2 gleich dem nach 1. In 2 ist der Betrieb der Erwärmungsvorrichtung dargestellt nachdem eine Zapfperiode beendet ist, beispielsweise die morgendliche Dusch- und Waschperiode von Hotelgästen. Während der Dusch- und Waschperiode wird von dem Speicherladesystem das Heizwasser stark abgekühlt, wodurch der Inhalt des Heizwasser-Pufferspeichers 26 zum größten Teil auf eine Temperatur von 25°C oder niedriger abgekühlt wurde.The structure of the device after 2 the same after 1 , In 2 the operation of the heating device is shown after a dispensing period has ended, for example the morning shower and wash period of hotel guests. During the shower and wash period, the heating water is strongly cooled by the storage charging system, whereby the contents of the heating water buffer 26 was cooled to a temperature of 25 ° C or lower for the most part.

Bei diesem Vorgang ist das Umschaltventil in einer Stellung, in der der Rücklauf des Heizwassers zum unteren Ende des Pufferspeichers 26 geführt ist. Nach der Spitzenbedarfsperiode wurde zunächst der Trinkwasserspeicher 20 vollständig aufgeladen. Auch in dieser Zeit wird der Heizwasservolumenstrom noch stark abgekühlt. Nachdem der Speicher 20 wieder vollständig aufgeladen ist, wird die Trinkwasserladepumpe P2 abgeschaltet. Warmwasser wird nicht entnommen. Mit der Zirkulationspumpe P3 wird das Zirkulationswasser gefördert. Es verlässt die Warmwasserbereitung am Anschluss A1 mit 60°C und tritt in das Verteilnetz ein. Die Leistung der Zirkulationspumpe P3 ist so geregelt, dass das Wasser im Verteilnetz um etwa 5 K abkühlt. Das Zirkulationswasser tritt am Anschluss A2 wieder in die Warmwasserbereitung ein, wobei die Rücklauftemperatur vom Fühler ZWR erfasst wird. In dem Beispiel in 3 ist dargestellt, wie eine Zapfperiode abläuft, zum Beispiel bei Rückkunft von Hotelgästen am Abend. Es wird Warmwasser benötigt, und es fließt Kaltwasser in die Anlage nach, zum Beispiel bei einer Temperatur von 10°C. Mit Einsetzen des Ladebetriebs wird eine Auskühlung des Heizwassers unter 25°C erreicht. Das Umschaltventil V2 schließt den Weg zum Heizkreis, so dass die Energie zur Trinkwassererwärmung ausschließlich aus dem Pufferspeicher 26 entnommen wird. Solange genug Heizwasser im Pufferspeicher ist, wird von der eigentlichen Wärmequelle keine Energie benötigt. In dieser Zapfperiode wird das Puffervolumen abgekühlt um die nächste Zirkulationsperiode rückkühlen zu können. Im angenommenen Beispiel sind 3500 Liter Puffervolumen vollständig auf 70°C erwärmt. Bei dem Heizwasservolumenstrom von 48 Liter pro Minute ist nach ca. einer Stunde Zapf- und Ladebetrieb das Puffervolumen wieder auf 25°C abgekühlt und die nächste Zirkulationsperiode von 10 Stunden kann überbrückt werden.In this process, the switching valve is in a position in which the return of the heating water to the lower end of the buffer memory 26 is guided. After the peak demand period, first the drinking water storage 20 fully charged. Even in this time, the Heizwasservolumenstrom is still strongly cooled. After the memory 20 is fully charged again, the drinking water charging pump P2 is turned off. Hot water is not removed. With the circulation pump P3 the circulation water is pumped. It leaves DHW heating at port A1 at 60 ° C and enters the distribution network. The power of the circulation pump P3 is regulated so that the water in the distribution network cools down by about 5 K. The circulation water re-enters the hot water preparation at connection A2, whereby the return temperature is detected by the sensor ZWR. In the example in 3 It shows how a dispensing period expires, for example when returning guests in the evening. Hot water is needed and cold water flows into the system, for example at a temperature of 10 ° C. With the onset of the charging operation, a cooling of the heating water below 25 ° C is achieved. The reversing valve V2 closes the way to the heating circuit, so that the energy for DHW heating exclusively from the buffer memory 26 is removed. As long as enough heating water is in the buffer tank, no energy is needed from the actual heat source. In this dispensing period, the buffer volume is cooled to allow the next circulation period to recool. In the example adopted, 3500 liters of buffer volume are fully heated to 70 ° C. With a heating water volume flow of 48 liters per minute, the buffer volume is cooled down to 25 ° C after about one hour of dispensing and charging and the next 10-hour circulation period can be bridged.

Im Beispiel nach 4 ist dargestellt, dass noch immer aus dem Verteilnetz gezapft wird, das Puffervolumen jedoch inzwischen auf 25°C abgekühlt ist. Ein bestimmungsgemäßer Betrieb der Warmwasserbereitung ist nicht mehr möglich. Das Umschaltventil V2 schließt den Weg zum Pufferspeicher 26 und öffnet den Weg zum Heizkreis. Da aufgrund der niedrigen Rücklauftemperatur keine Kühlwassereinspritzung erforderlich ist, verharrt nun der Zustand des Pufferspeichers solange, bis wieder Kühlwasser zur Rücklauftemperaturreduzierung erforderlich ist. Die Energie zur Trinkwassererwärmung kommt nun bis zur vollständigen Wiederaufladung der Trinkwassererwärmung bis zum vollständigen Wiederaufladen des Trinkwasserspeichers 20 vom Wärmeerzeuger (Fernwärme). B1 ist der Vorlauf vom Wärmeerzeuger und B2 der Rücklauf.In the example below 4 is shown that is still tapped from the distribution network, but the buffer volume is now cooled to 25 ° C. Proper operation of the hot water supply is no longer possible. The switching valve V2 closes the way to the buffer memory 26 and opens the way to the heating circuit. Since no cooling water injection is required due to the low return temperature, now the state of the buffer remains until again cooling water for return temperature reduction is required. The energy for DHW heating now comes to the complete recharging of the DHW heating until the complete recharging of the DHW storage tank 20 from the heat generator (district heating). B1 is the flow from the heat generator and B2 the return.

5 unterscheidet sich von den 2 bis 4 dadurch, dass ein weiterer Wärmeübertrager 11 als Vorwärmer in der Ladegruppe und Einbindung der Zirkulation zwischen Vor- und Nacherwärmer eine stärkere Auskühlung des Heizmediums möglich macht, wodurch sich das erforderliche Heizwasser-Puffervolumen bei gleicher Leistung verkleinern lässt. 5 is different from the 2 to 4 in that another heat exchanger 11 as a preheater in the charging group and integration of the circulation between preheater and a higher cooling of the heating medium makes possible, which can reduce the required heating water buffer volume at the same power.

Claims (6)

Vorrichtung zur Erwärmung von Trinkwasser für ein Verteilnetz mit einer Heizwasserquelle von der mittels einer Heizwasserpumpe (P1) über einen Vorlauf Heizwasser zur Primärseite eines Wärmeübertragers (10) gefördert wird und von dort zu einem Heizwasserrücklauf einem an die Sekundärseite des Wärmeübertragers (10) angeschlossenen Vorlauf für das Verteilnetz einem an die Sekundärseite des Wärmeübertragers angeschlossenen Rücklauf des Verteilnetzes einer Zirkulationspumpe (P3), die das Rücklaufwarmwasser zur Sekundärseite des Wärmeübertragers (10) fördert einem Pufferspeicher (26), über dessen oberes Ende der Heizwasservorlauf an den Wärmeübertrager (10) angeschlossen ist einem Umschaltventil (V2) in dem Heizwasserrücklauf, das wahlweise den Austritt der Primärseite des Wärmeübertragers (10) mit dem unteren Ende des Pufferspeichers (26) oder unmittelbar mit dem Heizwasserrücklauf verbindet und einer Kühlwassereinspritzpumpe (P5), die das Umschaltventil (V2) überbrückt und wahlweise Kühlwasser vom unteren Ende des Pufferspeichers (26) zur Aufströmseite des Umschaltventils (V2) fördert.Apparatus for heating drinking water for a distribution network with a heating water source from the means of a heating water pump (P1) via a flow heating water to the primary side of a heat exchanger ( 10 ) and from there to a Heizwasserrücklauf one to the secondary side of the heat exchanger ( 10 ) connected to the secondary side of the heat exchanger return of the distribution network of a circulation pump (P3), the return hot water to the secondary side of the heat exchanger ( 10 ) promotes a buffer memory ( 26 ), over the upper end of the Heizwasservorlauf to the heat exchanger ( 10 ) is connected to a reversing valve (V2) in the Heizwasserrücklauf, which optionally the outlet of the primary side of the heat exchanger ( 10 ) with the lower end of the buffer ( 26 ) or directly to the Heizwasserrücklauf and a cooling water injection pump (P5), which bridges the switching valve (V2) and optionally cooling water from the lower end of the buffer memory ( 26 ) to the upstream side of the switching valve (V2) promotes. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (26) einen Temperaturfühler PSO am oberen Ende aufweist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the buffer memory ( 26 ) has a temperature sensor PSO at the upper end. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittseite der Trinkwasserpumpe (P2) und/oder der Zirkulationspumpe (P3) ein Mengenmesser (17 bzw. 37) zugeordnet ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet side of the drinking water pump (P2) and / or the circulation pump (P3) is a flow meter ( 17 respectively. 37 ) assigned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen dem Wärmeübertrager (10) vorgeschalteten Vorwärmer (11), dessen Sekundärseite an den Ausgang der Trinkwasserpumpe (P2) angeschlossen ist, wobei der Austritt seiner Sekundärseite mit dem Eintritt der Sekundärseite des Wärmeübertragers (10) verbunden ist und der Austritt der Primärseite des Wärmeübertragers mit dem Eintritt der Primärseite des Vorerwärmers (11) verbunden ist und der Austritt der Primärseite des Vorerwärmers mit dem Heizwasserrücklauf verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized by a heat exchanger ( 10 ) upstream preheater ( 11 ) whose secondary side is connected to the output of the drinking water pump (P2), the outlet of its secondary side with the inlet of the secondary side of the heat exchanger ( 10 ) and the exit of the primary side of the heat exchanger with the entry of the primary side of the preheater ( 11 ) is connected and the outlet of the primary side of the preheater is connected to the Heizwasserrücklauf. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf eine Trinkwassererwärmung im reinen Durchfluss.Device according to one of claims 1 to 4, characterized by its application to a drinking water heating in pure flow. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf eine Trinkwassererwärmung nach dem Speicherladeprinzip.Device according to one of claims 1 to 4, characterized by its application to a DHW heating according to the storage charging principle.
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