DE202014003731U1

DE202014003731U1 - Heizwasserpufferspeicher mit Aufladesystem zur geschichteten Aufheizung

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Publication number: DE202014003731U1
Application number: DE202014003731.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2024-05-07

Abstract

Vorrichtung zur Heizwasserpufferspeicherung mit Durchflusserhitzer für die Trinkwassererwärmung mit drehzahlgeregelter Ladepumpe die Heizwasser im Gegenstrom zum Trinkwarmwasser vom Heizwasserpufferspeicher zum Durchflusserhitzer fördert und einer elektrischen Heizpatrone dadurch gekennzeichnet, dass zur geschichteten Aufladung des Heizwasserpufferspeichers (2) mit Wärme von der elektrischen Heizpatrone (8) in der Rohrleitung (5) in Reihe mit der, von den Sensoren (14, 15) geregelten Ladepumpe (3) für die zentrale Trinkwassererwärmung (1) eine zweite drehzahlgeregelt Ladepumpe (4) angeordnet ist, die über die Heizwasserführung (7) gesteuert von den Sensoren (9, 10) am Außenmantel des Heizwasserspeichers (2) entgegen der Förderrichtung der Ladepumpe (3) fördert bis die gewünschten Temperaturen an den Sensoren (9, 10) erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft Heizwasserpufferspeicher zur Trinkwassererwärmung und Heizung in Gebäuden. Diese werden auch mit, internen oder externen Durchflusserhitzern, drehzahlgeregelten Ladepumpen und zur Aufheizung oder zur Nachheizung auf die aus hygienischen Gründen erforderlichen Temperaturen mit elektrischen Heizpatronen ausgerüstet.
Es ist üblich die Ladepumpen zur Beheizung der Durchflusserhitzer bis zum Erreichen der gewünschten Trinkwassertemperatur am Warmwasseraustritt über ihre Drehzahl zu regeln. Mit zunehmender Verwendung alternativer Energiequellen wie Solarenergie, Wärmepumpe, Holz, werden zunehmend Heizwasserpufferspeicher eingesetzt. Die Trinkwassererwärmung wird aus hygienischen Gründen und zur Verbesserung der Heizmittelauskühlung häufig mit integrierten Durchflusserhitzern vorgenommen.
Stand der Technik:
Aus der Gebrauchsmusteranmeldung Aktenzeichen: 20 2006 001 353.9 GM- Nr. 20 2006 001 353.9 vom 28.1.06, Eintragung vom 4.5.06 ist ein Heizwasserpufferspeicher mit Be- und Endladesystem bekannt, bei dem die Entladung des Heizwasserspeichers und die Beladung mit einer Ladepumpe durch Umkehr der Förderrichtung vorgeschlagen wird. Diese Lösung wurde bisher nicht verwirklicht, da sich kein Hersteller für die dort beschriebene Pumpe gefunden hat und weil die Pumpenleistung für den Aufladevorgang nicht frei bestimmbar war. Das Gebrauchmuster ist abgelaufen und die dort beschriebene Vorrichtung ist Stand der Technik.
Trotz ansteigender Brennstoffkosten ist mit den bekannten Systemen für Heizung und Trinkwassererwärmung die Nutzung der Solarenergie in Deutschland wegen der abnehmenden Förderung schon bald nicht mehr wirtschaftlich möglich.
Darum geht es um die Lösung folgender Probleme:
PV-Anlagen sind nur noch bei hohem Eigenstromverbrauch wirtschaftlich und die Trinkwarmwassertemperatur muss auf 60°C angehoben werden.
PV-Anlagen werden zwar immer billiger, aber die Vergütung sinkt auch. Darum ist die Eigenstromverwendung einer PV-Anlage soweit wie möglich und durch Speicherung zu steigern. Diese Speicherung kann aber in bestehenden Anlagen mit PV-Kollektoren und Heizwasserspeichern leicht durch Nachrüstung mit einer Elektrischen Heizpatrone erreicht werden.
Die Trinkwasserverordnung fordert aus hygienischen Gründen in Großanlagen 60°C Warmwassertemperatur. Für Anlagen mit Wärmepumpen besteht die Möglichkeit der Nachheizung mit einer elektrischen Heizpatrone. In Anlagen mit Wärmepumpen für Heizung und Warmwasserbereitung werden erhöhten Zirkulationswärmeverluste im Warmwassersystem teilweise, oder ganz mit Hilfe von elektrischen Heizpatronen oder mittels elektrischer Rohrbegleitheizung gedeckt. Es liegen Messungen vor, wonach der jährliche Strombedarf für die elektrische Nachheizung von 50°C auf 60°C im Trinkwassererwärmer fast genau so hoch ist wie der Trinkwasserwärmebedarf von 10 auf 50°C.
Neue Vorrichtungen zur Trinkwassererwärmung und Heizung sollten neben der Wirtschaftlichkeit und den hygienischen Anforderungen auch für Brennwertkessel, in der Fernheizung und zur Verwendung von alternativer Energie, von Wärmepumpen, Heizkraftwerken, PV-Anlagen und thermischer Solarenergie besonders geeignet sein und nach Möglichkeit auch nachträglich in bestehende Anlagen eingebaut werden können.
Die Anforderungen sind:

• Erhöhung des Eigenstromverbrauchs durch Speicherung der PV-Energie.
• Senkung des Primärenergieverbrauchs für Nachheizung des Trinkwassers und der Trinkwasserzirkulation.
• Nutzung vorhandener Speicherkapazitäten durch den Umbau vorhandener Heizwasserpufferspeicher.
• Einhaltung der in der Trinkwasserverordnung geforderten Warmwassertemperatur zum Beispiel durch Nachheizung mit einer elektrischen Heizpatrone.
• Niedrige Herstellkosten, einfache Bauweise und Nachrüstbare Vorrichtungen.

Problemlösung für Neu- und Altanlagen:
Zur Erfüllung aller genannten Anforderungen wird ein Heizwasserpufferspeicher mit Aufladesystem zur geschichteten Aufheizung mit Wärmeenergie aus elektrischem Strom über eine Heizpatrone vorgeschlagen. Mit dieser Vorrichtung ist die Erhöhung des Eigenstromanteils von PV-Anlagen erfindungsgemäß durch den Einbau einer zusätzlichen drehzahlgeregelten Ladepumpe, gesteuert von nur drei Sensoren auch nachträglich möglich. Mit Hilfe einer geeigneten Regelung ist es möglich die jeweils anfallende Leistung der PV-Kollektoren über eine elektrische Heizpatrone zwischen 0% und 100% flexibel zuzuführen und durch eine geschichtete Aufheizung mit maximal variablem Speicherinhalt im Temperaturbereich zwischen 20°C und 90°C aufzunehmen. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ist es bei wirtschaftlichen Kosten möglich, auch in bestehenden Anlagen den die Eigenstromverwendung von PV-Anlagen durch variable Speicherung im Heizwasserpufferspeicher erheblich zu vergrößern, die Hygieneanforderungen der Trinkwasserverordnung zu erfüllen und den Primärenergieverbrauch zu verringern. Die neue Vorrichtung ist in Anlagen mit Brennwertkesseln, in der Fernheizung, mit Wärmepumpen, Heizkraftwerken, PV-Anlagen und thermischer Solarenergie deshalb besonders geeignet, weil der hohe Energiebedarf für die Nachheizung des Trinkwassers von 50°C auf 60°C mit preiswertem PV-Strom gedeckt wird, wobei sich der Wirkungsgrad beim Verbrauch von Primärenergie erheblich verbessert. Es liegen Berechnungen und Messungen vor, wonach sich als Folge der sinkenden Vor- und Rücklauftemperaturen der Primärenergieverbrauch zum Beispiel für Brennwertkessel um 13% und bei Wärmepumpen zwischen 20% und 30% verringert.
Die Neuerung ist in der Zeichnung 1 dargestellt.
Beschreibung zur Zeichnung:
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung eines Heizwasserpufferspeichers (2) mit zentraler Trinkwassererwärmung (1) mit integriertem Durchflusserhitzer (6) und elektrischer Heizpatrone (8). Die Ladepumpe (3) in der Verbindungsleitung (5) fördert bei größeren Trinkwasserzapfungen Heizwasser im Gegenstrom zum Trinkwasser von oben nach unten durch die Verbindungsleitung (7) des Durchlauferhitzers (6). Bei stehender Ladepumpe wird Trinkwasser und Heizwasser über die E-Patrone (8) erwärmt. Nach der Aufheizung des Heizwasserspeichers (2) auf die am Sensor (9) geforderte Temperatur folgt dann die geschichtete Aufheizung des Heizwasserpufferspeichers (2) mit Hilfe der Ladepumpe (4) in der Verbindungsleitung (5) über die Heizwasserführung (7) in der Form, dass die Pumpe (4) intervallgesteuert von der Temperatur am Sensor (9) mit einer Temperaturdifferenz von ca. 3 Kelvin Heizwasser von unten nach oben fördert.
Regelung: Die Ladepumpe (3) wird abhängig von der Temperatur an den Fühlern (14) und (15) drehzahlgeregelt und fördert bei Trinkwasserzapfungen zur Trinkwassererwärmung in Richtung des in 1 fett eingezeichneten Strömungspfeils. Ohne Trinkwasserzapfungen, das heißt im Zirkulationsbetrieb wird von der elektrischen Heizpatrone (8) zunächst bei stehenden Ladepumpen (3,4) das Heizwasservolumen im Heizwasserpufferspeicher (2) oben aufgeheizten. Bei Erreichen der geforderten Temperatur am Sensor (9) zum Beispiel 65°C wird zur geschichteten Aufheizung des Heizwasserpufferspeichers (2) die Ladepumpe (4) in Intervallen gesteuert und mit einer Temperaturdifferenz von 3 K zum Beispiel zwischen 65°C und 62°C ein- und ausgeschaltet. Die Endabschaltung der Ladepumpe (4) erfolgt über den Sensor (10) der auf eine maximale Temperatur von 90°C einstellbar ist.

Claims

Vorrichtung zur Heizwasserpufferspeicherung mit Durchflusserhitzer für die Trinkwassererwärmung mit drehzahlgeregelter Ladepumpe die Heizwasser im Gegenstrom zum Trinkwarmwasser vom Heizwasserpufferspeicher zum Durchflusserhitzer fördert und einer elektrischen Heizpatrone dadurch gekennzeichnet, dass zur geschichteten Aufladung des Heizwasserpufferspeichers (2) mit Wärme von der elektrischen Heizpatrone (8) in der Rohrleitung (5) in Reihe mit der, von den Sensoren (14, 15) geregelten Ladepumpe (3) für die zentrale Trinkwassererwärmung (1) eine zweite drehzahlgeregelt Ladepumpe (4) angeordnet ist, die über die Heizwasserführung (7) gesteuert von den Sensoren (9, 10) am Außenmantel des Heizwasserspeichers (2) entgegen der Förderrichtung der Ladepumpe (3) fördert bis die gewünschten Temperaturen an den Sensoren (9, 10) erreicht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Heizpatrone (8) unterhalb der Trinkwasserzirkulationsheizfläche oben in einem Heizwasserpufferspeicher (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (9, 10) zueinander, gemeinsam und einzeln verschiebbar, auf dem Außenmantel des Heizwasserspeichers (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1. 2. und 3. dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (9, 10) mit der Oberfläche des Heizwasserpufferspeichers (2) Wärme leitend verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1. 2. 3. und 4. dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Ladepumpen (3, 4) durch ein Adapterrohr mit gleicher Baulänge ersetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1. 2. 3. 4. und 5. dadurch gekennzeichnet, dass die Ladepumpe (3) im Vorrang zur Ladepumpe (4) von einem Strömungsschalter (12) in der Kaltwasserzuleitung (13) eingeschaltet wird und die Pumpen (3, 4) nur abwechselnd eingeschaltet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1. 2. 3. 4. 5. und 6. dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (9, 10) für eine maximale Temperatur von 90°C geeignet sind und zwischen dem Heizwasserpufferspeicher (2) und der zentralen Trinkwassererwärmung (1) ein Trinkwassermischer angeordnet ist.