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Die Erfindung richtet sich auf ein Trinkwassererwärmungssystem, aufweisend einen Heizwasserkreislauf für als Wärmeträger dienendes Heizwasser, einen Trinkwasserkreislauf für zu erwärmendes Trinkwasser, eine zum Erwärmen des Trinkwassers ausgebildete Wärmetauschervorrichtung, über welche der Trinkwasserkreislauf mit dem Heizwasserkreislauf wärmegekoppelt ist, eine Speichervorrichtung mit einem Zulauf, welcher mit einer von der Wärmetauschervorrichtung zu einer Zapfstelle verlaufenden Trinkwasserzapf-Leitung verbunden ist, und einem Ablauf, welcher mit einer von einer Trinkwasserzulaufstelle zu der Wärmetauschervorrichtung verlaufenden Trinkwasserzulauf-Leitung verbunden ist.
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Ein wie vorstehend beschriebenes Trinkwassererwärmungssystem ist beispielsweise aus der
EP 2 426 420 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Trinkwassererwärmungssystem ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche die Heizwasserrücklauftemperatur im Rücklauf der Wärmetauschervorrichtung regelt, indem der Massenstrom von Trinkwasser durch die Wärmetauschervorrichtung im Trinkwasserkreislauf gesteuert wird. Durch diese Maßnahme soll eine gute Ausnutzung der Wärmeenergie des Heizwassers ermöglicht werden. Eine vollständige Aufheizung der Speichervorrichtung erfolgt hierbei unabhängig vom tatsächlichen Ladezustand der Speichervorrichtung in vorgegebenen Zeitintervallen, um ein Wachstum von Legionellen in der Speichervorrichtung zu verhindern. Zu diesem Zweck wird der Massenstrom von Trinkwasser durch die Wärmetauschervorrichtung erhöht, was ein schnelles Laden der Speichervorrichtung bewirken soll, wodurch aber die Heizwasserrücklauftemperatur in nicht wirtschaftlicher Weise für das vorgegebene Zeitintervall zu stark angehoben und die Wärmetauschervorrichtung für einen zu langen Zeitraum nicht effizient betrieben wird, wobei hierdurch zusätzlich in nachteilhafter Weise ein erhöhter Energiebedarf zum Fördern des Massenstroms anfällt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig ein vereinfachtes und verbessertes Trinkwassererwärmungssystem bereitstellt, welches den vorstehend genannten Nachteil vermeidet und welches eine leistungsoptimierte Steuerung und/oder Regelung zur Ladung der Speichervorrichtung entsprechend einer aktuellen Trinkwasserentnahme ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Trinkwassererwärmungssystem mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Trinkwassererwärmungssystem weist einen Heizwasserkreislauf für als Wärmeträger dienendes Heizwasser, einen Trinkwasserkreislauf für zu erwärmendes Trinkwasser, eine Wärmetauschervorrichtung, über welche der Trinkwasserkreislauf mit dem Heizwasserkreislauf wärmegekoppelt ist, eine Speichervorrichtung mit einem Zulauf, welcher mit einer von der Wärmetauschervorrichtung zu einer Zapfstelle verlaufenden Trinkwasserzapf-Leitung verbunden ist, und einem Ablauf, welcher mit einer von einer Trinkwasserzulaufstelle zu der Wärmetauschervorrichtung verlaufenden Trinkwasserzulauf-Leitung verbunden ist, und ein Temperaturerfassungssystem mit innerhalb der Speichervorrichtung und in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Temperatursensoren zum Messen von jeweiligen Temperaturwerten auf. Eine Regelungseinheit zum Empfangen der gemessenen Temperaturwerte des Temperaturerfassungssystems ist mit dem Temperaturerfassungssystem verbunden, wobei die Regelungseinheit einen aus den gemessenen Temperaturwerten des Temperaturerfassungssystems und einer für den Trinkwasserkreislauf vorgegebenen Sollwerttemperatur abgeleiteten Ladezustand des Trinkwasserkreislaufs bestimmend und einen Fördervolumenstrom einer in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Fördervorrichtung in Abhängigkeit des bestimmten Ladezustandes steuernd und/oder regelnd ausgebildet ist.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
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Durch die Erfindung wird ein Trinkwassererwärmungssystem zur Verfügung gestellt, welches sich durch einen funktionsgerechten und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und mit welchem eine leistungsoptimierte Speicherladeregelung entsprechend der aktuellen Trinkwarmwasserentnahme realisiert wird. Durch die Leistungsoptimierung wird die Energie aus dem Heizwasser des Heizwasserkreislaufs optimal genutzt und eine hohe Temperaturdifferenz erreicht. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystems wird Energie zum Betreiben von Fördervorrichtungen im System eingespart, wobei Wärmeverluste im Rücklauf reduziert werden und der Wirkungsgrad des Trinkwassererwärmungssystems im Vergleich zu Systemen aus dem Stand der Technik insgesamt erhöht wird. Das erfindungsgemäße Trinkwassererwärmungssystem ist ideal geeignet für den Anschluss an ein Fernwärmenetz, an ein Brennwertgerät oder an eine solarthermische Anlage.
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Hinsichtlich des abgeleiteten Ladezustands der Speichervorrichtung ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der abgeleitete Ladezustand 100% beträgt, wenn der gemessene Temperaturwert von den innerhalb der Speichervorrichtung und in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Temperatursensoren des Temperaturerfassungssystems jeweils der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Diesbezüglich sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass der abgeleitete Ladezustand wenigstens 75% beträgt, wenn der jeweils gemessene Temperaturwert von mindestens drei der innerhalb der Speichervorrichtung und in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Temperatursensoren des Temperaturerfassungssystems jeweils der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Darüber hinaus ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der abgeleitete Ladezustand wenigstens 50% beträgt, wenn der jeweils gemessene Temperaturwert von mindestens zwei der innerhalb der Speichervorrichtung und in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Temperatursensoren des Temperaturerfassungssystems jeweils der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Schließlich ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der abgeleitete Ladezustand wenigstens 25% beträgt, wenn der gemessene Temperaturwert von mindestens einem der innerhalb der Speichervorrichtung und in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Temperatursensoren des Temperaturerfassungssystems der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Dabei kann die vorgegebene Sollwerttemperatur zum Beispiel 60°C betragen.
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Erfindungsgemäß ist die Regelungseinheit derart ausgebildet, dass sie aus den gemessenen Temperaturwerten einen Ladezustand des Trinkwasserkreislaufs ableitet, wobei der Ladezustand in Abhängigkeit der vorherrschenden Temperatur des Trinkwassers im Vergleich zu einer vorgegebenen Sollwerttemperatur bestimmt wird. Zusätzlich ist die Regelungseinheit derart ausgebildet, dass sie den Fördervolumenstrom der in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordneten Fördervorrichtung in Abhängigkeit des bestimmten Ladezustandes steuert und/oder regelt. Entsprechend sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass bei einem abgeleiteten Ladezustand von 100% die in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordnete Fördervorrichtung außer Betrieb bzw. abgeschaltet ist. Ferner ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei einem abgeleiteten Ladezustand von 90% die in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordnete Fördervorrichtung mit 25% ihres maximalen Fördervolumens in Betrieb ist. Auch ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei einem abgeleiteten Ladezustand von 50% die in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordnete Fördervorrichtung mit 40% ihres maximalen Fördervolumens in Betrieb ist. Schließlich sieht die Erfindung für diesen Aspekt in weiterer Ausgestaltung vor, dass bei einem abgeleiteten Ladezustand von weniger als 25% die in der Trinkwasserzulauf-Leitung angeordnete Fördervorrichtung mit 100% ihres maximalen Fördervolumens in Betrieb ist.
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Für eine besonders schnell reagierende Erfassung, ob Änderungen des Betriebs des Trinkwassererwärmungssystems erforderlich sind, ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch möglich, dass das Temperaturerfassungssystem einen ersten Temperatursensor, welcher innerhalb der Speichervorrichtung an dem Zulauf angeordnet ist, einen zweiten Temperatursensor, einen dritten Temperatursensor, welcher innerhalb der Speichervorrichtung an dem Ablauf angeordnet ist, und einen vierten Temperatursensor, welcher in der Trinkwasserzulauf-Leitung stromab des Ablaufs angeordnet ist, aufweist, und wobei der zweite Temperatursensor innerhalb der Speichervorrichtung und zwischen dem ersten Temperatursensor und dem dritten Temperatursensor angeordnet ist.
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Ein besonders effizienter Betrieb des Trinkwassererwärmungssystems ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gegeben, dass die Wärmetauschervorrichtung einen ersten Wärmetauscher, welcher mit der Trinkwasserzulauf-Leitung und einer Heizwasserrücklauf-Leitung des Heizwasserkreislaufs verbunden ist, und einen zweiten Wärmetauscher, welcher mit der Trinkwasserzapf-Leitung und einer Heizwasserzuführ-Leitung des Heizwasserkreislaufs verbunden ist, aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher über eine Heizwasser-Zwischenleitung mit dem ersten Wärmetauscher verbunden ist, und wobei der erste Wärmetauscher über eine Trinkwasser-Zwischenleitung mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist.
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Um die Temperatur des Heizwassers in der Wärmetauschervorrichtung zu senken und damit einer Kalkbildung in der Wärmetauschervorrichtung vorzubeugen, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass in der Heizwasserzuführ-Leitung eine Mischeinrichtung angeordnet ist, welche über eine Misch-Leitung mit der Heizwasser-Zwischenleitung verbunden ist.
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Zur Verminderung oder Vermeidung einer derartigen Kalkbildung ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Regelungseinheit bei einem Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Schutz-Temperatur die Mischeinrichtung öffnend und Heizwasser über die Misch-Leitung zu dem ersten Wärmetauscher leitend ausgebildet ist.
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Zur Erhöhung der Effizienz des Systems ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Trinkwasserzirkulations-Leitung in die Trinkwasser-Zwischenleitung mündet, und wobei eine Fördervorrichtung zum Zirkulieren von nicht gebrauchtem Trinkwasser und ein Temperatursensor in der Trinkwasserzirkulations-Leitung angeordnet sind.
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Schließlich sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vor, dass in der Trinkwasserzapf-Leitung stromab der Wärmetauschervorrichtung ein Temperatursensor angeordnet ist und wobei in einer Heizwasserzuführ-Leitung stromauf der Wärmetauschervorrichtung ein Temperatursensor und eine Fördervorrichtung angeordnet sind. Zur Vermeidung einer Kalkbildung in der Wärmetauschervorrichtung wird die Temperaturdifferenz der beiden Temperatursensoren gebildet und anhand der Temperaturdifferenz bestimmt, ob Maßnahmen zur Vermeidung einer Kalkbildung eingeleitet werden müssen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein beispielhaftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
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In der Zeichnung zeigt 1 ein erfindungsgemäßes Trinkwassererwärmungssystem 1 in Form eines Fließschemas. Das in 1 gezeigte Trinkwassererwärmungssystem 1 stellt ein System zur Bereitstellung von erwärmtem Trinkwasser für eine Mehrzahl von Wirtschaftseinheiten, Haushalten oder dergleichen dar und umfasst einen Heizwasserkreislauf 2 für ein als Wärmeträger dienendes Heizwasser und einen Trinkwasserkreislauf 3 für zu erwärmendes Trinkwasser auf. Ferner weist das Trinkwassererwärmungssystem 1 eine Wärmetauschervorrichtung 4 auf, über welche der Trinkwasserkreislauf 3 mit dem Heizwasserkreislauf 2 wärmegekoppelt ist. Schließlich weist das Trinkwassererwärmungssystem 1 eine Speichervorrichtung 5 auf, welche außerhalb des Trinkwasserkreislaufs 3 angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass ist im Sinne der Erfindung unter dem Begriff Heizwasser ein flüssiges Heizmedium als Wärmeträger zu verstehen ist, welches beispielsweise Wasser oder ein Thermo-Öl sein kann.
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Die Wärmetauschervorrichtung 4 weist einen ersten Wärmetauscher 6, welcher zur Vorerwärmung des Trinkwassers ausgebildet ist, und einen zweiten Wärmetauscher 7, welcher zur Erwärmung des Trinkwassers ausgebildet ist, auf.
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Der Heizwasserkreislaufs 2 weist eine Heizwasserzuführ-Leitung 8 und eine Heizwasserrücklauf-Leitung 9 auf, wobei die Heizwasserzuführ-Leitung 8 von einem Zuführanschluss 10 bis zu dem zweiten Wärmetauscher 7 verläuft. Über den Zuführanschluss 10 wird der Heizwasserzuführ-Leitung 8 Heizwasser zugeführt, welches beispielsweise aus Fernwärme oder mit Hilfe eines Gaskessels erzeugt wird, wobei die Heizwasserzuführ-Leitung 8 den zweiten Wärmetauscher 7 mit Heizwasser versorgt. Die Heizwasserrücklauf-Leitung 9 verbindet den ersten Wärmetauscher 6 mit einem Heizwasserablauf 11, über welchen verbrauchtes und in der Wärmetauschervorrichtung 4 abgekühltes Heizwasser abgeführt wird.
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Der Trinkwasserkreislauf 3 weist eine Trinkwasserzapf-Leitung 12 und eine Trinkwasserzulauf-Leitung 14 auf. Die Trinkwasserzapf-Leitung 12 verbindet den zweiten Wärmetauscher 7 mit einer Zapfstelle 15, welche einen Verbraucher für erwärmtes Trinkwasser darstellen kann. Eine Trinkwasserzulaufstelle 16, welche über die Trinkwasserzulauf-Leitung 14 mit dem ersten Wärmetauscher 6 verbunden ist, versorgt den Trinkwasserkreislauf 3 mit zu erwärmendem Trinkwasser, wenn dem Trinkwasserkreislauf 3 von einem Verbraucher erwärmtes Trinkwasser entnommen wird.
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Somit ist der erste Wärmetauscher 6 mit der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 des Trinkwasserkreislaufs 3 und der Heizwasserrücklauf-Leitung 9 des Heizwasserkreislaufs 2 verbunden, wohingegen der zweite Wärmetauscher 7 mit der Trinkwasserzapf-Leitung 12 des Trinkwasserkreislaufs 3 und der Heizwasserzuführ-Leitung 8 des Heizwasserkreislaufs 2 verbunden ist. Ferner ist in dem Trinkwasserkreislauf 3 der erste Wärmetauscher 6 über eine Trinkwasser-Zwischenleitung 17 mit dem zweiten Wärmetauscher 7 verbunden, wohingegen in dem Heizwasserkreislauf 2 der zweite Wärmetauscher 7 über eine Heizwasser-Zwischenleitung 18 mit dem ersten Wärmetauscher 6 verbunden ist.
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Die Speichervorrichtung 5 weist einen Zulauf 19 für erwärmtes und in der Speichervorrichtung 5 zu speicherndes Trinkwasser und einen Ablauf 20 für erwärmtes und der Speichervorrichtung 5 zu entnehmendes Trinkwasser auf. Der Zulauf 19 und der Ablauf 20 sind jeweils nach Art einer Leitung ausgebildet, wobei der Zulauf 19 mit der von der Wärmetauschervorrichtung 4 zu der Zapfstelle 15 verlaufenden Trinkwasserzapf-Leitung 12 verbunden ist, wohingegen der Ablauf 20 mit der von der Trinkwasserzulaufstelle 16 zu der Wärmetauschervorrichtung 4 verlaufenden Trinkwasserzulauf-Leitung 14 verbunden ist.
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Der Trinkwasserkreislauf 3 weist ferner eine Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 auf. Die Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 mündet dabei in die Trinkwasser-Zwischenleitung 17 und dient dem Zweck, das nach einer gewissen Standzeit abgekühlte Trinkwasser in der Trinkwasserzapf-Leitung 12 nicht aus der Zapfstelle 15 strömen zu lassen, denn es wird warmes oder heißes Wasser erwartet. Vielmehr wird das abgekühlte Trinkwasser vor der Zapfstelle 15 mittels einer Fördervorrichtung 22 nach Art einer Umwälzpumpe über eine in der 1 nicht näher dargestellte Leitung abgeführt. Die Fördervorrichtung 22 zum Zirkulieren von nicht gebrauchtem Trinkwasser ist in der Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 angeordnet, in die auch das abgekühlte und abgeführte Trinkwasser gefördert wird, wobei die Fördervorrichtung 22 im Dauerbetrieb betrieben wird. Das vor der Zapfstelle 15 abgeführte und abgekühlte Trinkwasser gelangt dann über die Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 in die Trinkwasser-Zwischenleitung 17, so dass das abgekühlte und abgeführte Trinkwasser dem im ersten Wärmetauscher 6 vorgewärmten Trinkwasser beigemischt wird, bevor das gemischte Trinkwasser zu dem zweiten Wärmetauscher 7 gelangt, in welchem das Trinkwasser dann auf die gewünschte Temperatur bzw. Sollwerttemperatur erwärmt wird. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist in der Trinkwasser-zirkulations-Leitung 21 ein Temperatursensor 23 angeordnet, wobei der Temperatursensor 23 stromab der Fördervorrichtung 22 angeordnet ist.
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In dem Heizwasserkreislauf 2 ist eine Fördervorrichtung 24 angeordnet, welche das Heizwasser in der Heizwasserzuführ-Leitung 8 zu der Wärmetauschervorrichtung 4 und insbesondere zu dem zweiten Wärmetauscher 7 fördert. Die Fördervorrichtung 24 ist in der Heizwasserzuführ-Leitung 8 angeordnet, in welcher zusätzlich eine Mischeinrichtung 25 angeordnet ist. Die Mischeinrichtung 25 ist dabei stromauf der Fördervorrichtung 24 angeordnet, wobei die Mischeinrichtung 25 über eine Misch-Leitung 26 mit der Heizwasser-Zwischenleitung 18 verbunden ist. Die Mischeinrichtung 25 ermöglicht eine Mischung des heißen und von dem Zuführanschluss 10 stammenden Heizwassers mit dem abgekühlten Heizwasser aus dem zweiten Wärmetauscher 7.
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Ferner ist in der Trinkwasserzapf-Leitung 12 stromab der Wärmetauschervorrichtung 4 ein Temperatursensor 27 angeordnet, wobei in der Heizwasserzuführ-Leitung 8 stromauf der Wärmetauschervorrichtung 4 ein weiterer Temperatursensor 28 angeordnet ist.
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Zur Förderung des von der Trinkwasserzulaufstelle 16 stammenden Trinkwassers und/oder von Trinkwasser aus der Speichervorrichtung 5 ist eine weitere Fördervorrichtung 29 in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordnet. Zusätzlich und alternativ ist in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 und stromab der Fördervorrichtung 29 ein Volumenstromsensor 30 angeordnet, welcher zum Messen eines Fördervolumens der Fördervorrichtung 29 ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß weist das Trinkwassererwärmungssystem 1 ein Temperaturerfassungssystem 31 mit innerhalb der Speichervorrichtung 5 und in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordneten Temperatursensoren zum Messen von jeweiligen Temperaturwerten auf. Dabei weist das Temperaturerfassungssystem 31 insbesondere einen ersten Temperatursensor 32, welcher innerhalb der Speichervorrichtung 5 an dem Zulauf 19 angeordnet ist, einen zweiten Temperatursensor 33, einen dritten Temperatursensor 34, welcher innerhalb der Speichervorrichtung 5 an dem Ablauf 20 angeordnet ist, und einen vierten Temperatursensor 35 auf, welcher in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 stromab des Ablaufs 20 angeordnet ist. Der zweite Temperatursensor 33 ist dabei innerhalb der Speichervorrichtung 5 und zwischen dem ersten Temperatursensor 32 und dem dritten Temperatursensor 34 angeordnet.
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Eine im Sinne der Erfindung leistungsoptimierte Speicherladeregelung entsprechend einer aktuellen Trinkwarmwasserentnahme an der Zapfstelle 15 wird mit Hilfe des Temperaturerfassungssystems 31 und einer Regelungseinheit 36 realisiert, welche als ein DCC-Regler ausgeführt sein kann. Die Regelungseinheit 36 ist dabei zum Empfangen der gemessenen Temperaturwerte des Temperaturerfassungssystems 31 mit dem Temperaturerfassungssystem 31 verbunden, wobei die Verbindung eine drahtlose Verbindung sein kann. Ferner ist die Regelungseinheit 36 zum Bestimmen eines aus den gemessenen Temperaturwerten abgeleiteten Ladezustandes des Trinkwasserkreislaufs 3 ausgebildet, wobei sich der Ladezustand auf eine vorgegebene Sollwerttemperatur des Trinkwassers bezieht. Schließlich ist die Regelungseinheit 36 einen Fördervolumenstrom der in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordneten Fördervorrichtung 29 in Abhängigkeit des bestimmten Ladezustandes steuernd und/oder regelnd ausgebildet. Dabei kann die Regelungseinheit 36 aus einem einzigen Regelungsmodul oder aus mehreren Regelungsmodulen bestehen, die verschiedene Abschnitte des erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystems 1 regeln und/oder steuern.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Sinne der Erfindung unter den Begriffen „Steuern“ und „Regeln“ zu verstehen ist, dass beim Steuern mit Hilfe einer Stellgröße eine Anlage beeinflusst wird, ohne dass dabei die Steuergröße auf die Stellgröße zurückwirkt. Hingegen ist das Regeln im Sinne der Erfindung ein Vorgang, bei dem der Istwert einer Größe gemessen und durch Nachstellen dem Sollwert angeglichen wird.
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Die Regelungseinheit 36 regelt und/oder steuert den Ladezustand der Speichervorrichtung 5 und ist bestrebt, dass eine vollständige Beladung im Trinkwasserkreislauf 3 vorliegt, was bedeutet, dass bei einem Ladezustand von 100% die Temperatur des Trinkwassers sowohl in der Speichervorrichtung 5 als auch in den verschiedenen Leitungen des Trinkwasserkreislaufs 3 einer Sollwerttemperatur entspricht. Die Sollwerttemperatur kann beispielsweise mit 60°C festgelegt sein, wobei auch eine davon abweichende Temperatur als die Sollwerttemperatur vorgegeben werden kann. Der Ladezustand wird dabei von den einzelnen Temperaturen des Temperaturerfassungssystems bestimmt, wobei der abgeleitete Ladezustand 100% beträgt, wenn der jeweils gemessene Temperaturwert von den innerhalb der Speichervorrichtung 5 und in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordneten Temperatursensoren 32, 33, 34, 35 des Temperaturerfassungssystems 31 jeweils der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Ferner beträgt der abgeleitete Ladezustand wenigstens 75%, wenn der jeweils gemessene Temperaturwert von mindestens drei der innerhalb der Speichervorrichtung 5 und/oder in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordneten Temperatursensoren, wie zum Beispiel die Temperatursensoren 32, 33, 34, des Temperaturerfassungssystems 31 jeweils der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Darüber hinaus beträgt der abgeleitete Ladezustand wenigstens 50%, wenn der jeweils gemessene Temperaturwert von mindestens zwei der innerhalb der Speichervorrichtung 5 und in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordneten Temperatursensoren, wie beispielsweise die Temperatursensoren 32 und 33, des Temperaturerfassungssystems 31 jeweils der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Schließlich beträgt der abgeleitete Ladezustand wenigstens 25%, wenn der gemessene Temperaturwert von mindestens einem der innerhalb der Speichervorrichtung 5 angeordneten Temperatursensoren, wie zum Beispiel der Temperatursensor 32, des Temperaturerfassungssystems 31 der vorgegebenen Sollwerttemperatur entspricht. Daraus folgt für die Regelung und/oder Steuerung durch die Regelungseinheit 36 und im Hinblick auf eine optimierte Kennlinie, welche an das jeweilige Verbraucherobjekt angepasst ist, dass bei einem abgeleitete Ladezustand von 100% die Fördervorrichtung 29 außer Betrieb ist. Bei einem abgeleiteten Ladezustand von 90% hingegen ist die Fördervorrichtung 29 mit 25% ihres maximalen Fördervolumens bzw. Fördervolumenstromes in Betrieb. Ferner ist die Fördervorrichtung 29 bei einem abgeleiteten Ladezustand von 50% mit 40% ihres maximalen Fördervolumens bzw. Fördervolumenstromes in Betrieb. Schließlich ist bei einem abgeleitete Ladezustand von weniger als 25% die Fördervorrichtung 29 mit 100% ihres maximalen Fördervolumens bzw. Fördervolumenstromes in Betrieb. Folglich ergeben sich die Betriebsart der Fördervorrichtung 29 bzw. deren Kennlinie und das Fördervolumen bzw. der Fördervolumenstrom der Fördervorrichtung 29 in Abhängigkeit des Ladezustands der Speichervorrichtung 5.
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Mit Hilfe der Mischeinrichtung 25 kann die Temperatur des Heizwassers, welches durch den zweiten Wärmetauscher 7 strömt, gegenüber der Temperatur des von dem Zuführanschluss 10 stammenden Heizwassers reduziert werden, wodurch insbesondere die Kalkbildung im zweiten Wärmetauscher 7 reduziert werden kann. Zu diesem Zweck ist die Regelungseinheit 36 bei einem Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Schutz-Temperatur die Mischeinrichtung 25 öffnend und Heizwasser über die Misch-Leitung 26 zu dem ersten Wärmetauscher 6 leitend ausgebildet. Die Schutz-Temperatur kann eine Temperaturdifferenz der Temperaturen sein, welche von dem Temperatursensor 28 und dem Temperatursensor 27 gemessen werden. In diesem Fall würde die Schutz-Temperatur 5K betragen, was die Temperaturdifferenz auf beiden Seiten des zweiten Wärmetauschers darstellt. Ab dieser Schutz-Temperatur oder bei einer größeren Temperatur-Differenz und damit größeren Schutz-Temperatur besteht die Gefahr der Kalkbildung innerhalb des zweiten Wärmetauschers 7, was es zu vermeiden gilt.
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Eine Verfahrensführung zum Betreiben des erfindungsgemäßen und vorstehend beschriebenen Trinkwassererwärmungssystems 1 sieht vor, dass gemessene Temperaturwerte des Temperaturerfassungssystems 31 von der Regelungseinheit 36 empfangen werden und aus den empfangenen Temperaturwerten ein Ladezustand abgeleitet und bestimmt wird. Anschließend wird dann von der Regelungseinheit 36 ein Fördervolumenstrom der in der Trinkwasserzulauf-Leitung 14 angeordneten Fördervorrichtung 29 in Abhängigkeit des abgeleiteten und bestimmten Ladezustandes gesteuert und/oder geregelt.
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Bei einem abgeleiteten Ladezustand von 100% wird die Fördervorrichtung 29 außer Betrieb gesetzt, wohingegen bei einem abgeleiteten Ladezustand von 90% die Fördervorrichtung 29 mit 25% ihres maximalen Fördervolumens bzw. Fördervolumenstroms betrieben wird. Bei einem abgeleiteten Ladezustand von 50% wird die Fördervorrichtung 29 ferner mit 40% ihres maximalen Fördervolumens bzw. Fördervolumenstromes betrieben. Schließlich wird bei einem abgeleiteten Ladezustand von weniger als 25% die Fördervorrichtung 29 mit 100% ihres maximalen Fördervolumens bzw. Fördervolumenstromes betrieben.
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Ein anderer und optionaler Schritt der Verfahrensführung sieht vor, dass bei einem Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Schutz-Temperatur die Mischeinrichtung 25 geöffnet und Heizwasser über die Misch-Leitung 26 zu dem ersten Wärmetauscher 6 geleitet wird.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Trinkwassererwärmungssystem 1, welches den Heizwasserkreislauf 2 für als Wärmeträger dienendes Heizwasser, den Trinkwasserkreislauf 3 für zu erwärmendes Trinkwasser, die Speichervorrichtung 5 aufweisenden Trinkwarmwasserspeicherkreislauf, die in dem Heizwasserkreislauf 2 angeordnete Mischeinrichtung 25, die in dem Heizwasserkreislauf 2 Fördereinrichtung 24, die in dem Trinkwasserkreislauf 3 angeordnete Fördervorrichtung 29, die in der Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 angeordnete Fördereinrichtung 22 für die Trinkwarmwasserzirkulation und die Regelungseinheit 36 aufweist. Der Heizwasserkreislauf 2 ist mit dem Trinkwasserkreislauf 3 über zwei Wärmetauscher 6 und 7 gekoppelt. Dabei dient der erste Wärmetauscher 6 zur Vorwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes 3, wohingegen der zweite Wärmetauscher 7 zur Erwärmung von Trinkwasser des Trinkwasserkreislaufes 3 und der Trinkwarmwasserzirkulation 25 auf eine vorbestimmte Sollwerttemperatur dient. Dabei ist heißes Heizwasser über die Heizwasserzuführ-Leitung 8 dem zweiten Wärmetauscher 7 zuführbar. Es sei hier angemerkt, dass sich bei der vorliegenden Erfindung die Bezeichnung „heißes“ Heizwasser auf ein Heizwasser mit einer Temperatur von wenigstens 65°C, vorzugsweise 70...90°C, bezieht, welches dem zweiten Wärmetauscher 7 zur Erwärmung des Trinkwassers auf die gewünschte Temperatur von beispielsweise 60°C zugeführt wird. Das von dem zweiten Wärmetauscher 7 abgeführte Heizwasser hat üblicherweise im Zirkulationsbetrieb, bei dem kein Trinkwasser entnommen wird, eine Temperatur von ca. 55°C bis 56°C, so dass auch von im Vergleich zu dem zugeführten, „heißen“ Heizwasser das abgeführte Heizwasser als „warm“ im Sinne der Erfindung bezeichnet wird. Das „warme“ Heizwasser, welches dem ersten Wärmetauscher 6 zugeführt wird, um zirkulierendes Trinkwasser oder gezapftes Trinkwasser zu erwärmen, ist nach dem Durchströmen des ersten Wärmetauschers 6 üblicherweise stark abgekühlt (zum Beispiel auf 25°C), so dass es als „kaltes“ Heizwasser bezeichnet wird. Das heiße Heizwasser besitzt demnach eine höhere Temperatur als das warme Heizwasser, wohingegen das warme Heizwasser wiederum eine höhere Temperatur als das kalte Heizwasser aufweist.
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Die Regelungseinheit 36 ist einen ersten Regelungskreis steuernd und/oder regelnd ausgebildet, wobei der erste Regelkreis die Mischeinrichtung 25 aufweist, welche das Verhältnis von heißem Heizwasser aus der Heizwasserzuführ-Leitung 8 und warmem Heizwasser bestimmt. Dabei steuert und/oder regelt die Regelungseinheit 36 die Zuführung von Heizwasser in den zweiten Wärmetauscher 7 in Abhängigkeit des Temperatursensors 28 und auch des Temperatursensors 27, um zum Beispiel den Kalkausfall an dem Wärmetauscher 7 gering zu halten, sobald eine Übertemperatur (Temperaturdifferenz zwischen Temperatursensor 28 und Temperatursensor 27) von mindestens 5K vorliegt. Wenn somit an dem Temperatursensor 28 eine Temperatur von 65°C gemessen wird, dann mischt die Mischeinrichtung 25 das Heizwasser entsprechend.
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Ferner ist die Regelungseinheit 36 zum Steuern und/oder Regeln eines zweiten Regelungskreis derart ausgebildet, dass mit der Fördervorrichtung 24 der Volumenstrom von Heizwasser in den zweiten Wärmetauscher 7 in Abhängigkeit des Temperatursensors 27 und des Volumenstromsensor 30 gesteuert und/oder geregelt werden kann. Zusätzlich wird mit den Temperatursensoren 27 und 35 sowie dem Volumenstromsensor 30 die aktuelle Ladung für das flexible Ladungsmanagement der Speichervorrichtung 2 bzw. des Trinkwasserkreislaufs 3 berechnet. Wenn beispielsweise an dem Temperatursensor 27 eine Temperatur von >60°C gemessen wird, dann wird die Drehzahl bzw. der Fördervolumenstrom der Fördervorrichtung 24 reduziert, um die Verweildauer des Heizwassers und damit die Abkühlung des Heizwassers in der Wärmetauschervorrichtung 4 zu erhöhen.
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Ferner ist die Regelungseinheit 36 einen dritten Regelungskreis mit der Fördereinrichtung 29 steuernd und/oder regelnd ausgebildet. Insbesondere ist für den dritten Regelungskreis die Regelungseinheit 36 den Volumenstrom von Trinkwasser mit Hilfe der Fördereinrichtung 29 in den ersten Wärmetauscher 6 in Abhängigkeit des Temperaturerfassungssystems 31 bzw. der Temperatursensoren 32, 33, 34, 35 und/oder dem Volumenstromsensor 30 im Sinne eines flexiblen Speicherlademanagements steuernd und/oder regelnd ausgebildet.
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Schließlich ist die Regelungseinheit 36 einen vierten Regelungskreis, welcher die Fördervorrichtung 22 aufweist, steuernd und/oder regelnd ausgebildet. Insbesondere ist die Regelungseinheit bei dem vierten Regelkreis den Volumenstrom in der Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 in den zweiten Wärmetauscher 7 in Abhängigkeit des Temperatursensors 23 und/oder des Volumenstromsensors 30 steuernd und/oder regelnd ausgebildet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Trinkwassererwärmungssystem 1 ist die Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 mit der den ersten Wärmetauscher 6 und den zweiten Wärmetauscher 7 verbindenden Trinkwasser-Zwischenleitung 17 verbunden, ohne dass die Speichervorrichtung 5 in die Trinkwasserzirkulations-Leitung 21 eingebunden ist. Hierbei ist anzumerken, dass die Speichervorrichtung 5 nach Art eines Schichtenspeichers ausgebildet ist und Trinkwarmwasser über den Zulauf 19 in eine obere Schichtung gelangt, wobei über einen Ablauf unten eine bodennahe Schichtung in der Speichervorrichtung 5 entsteht.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.
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Beispielsweise wird in der 1 für die Wärmetauschervorrichtung gezeigt, dass die Wärmeübertragung nach dem Gegenstromprinzip erfolgt. Der Fachmann wird erkennen, dass auch andere Prinzipien, wie zum Beispiel das Gleichstromprinzip, anstelle des Gegenstromprinzips zum Einsatz kommen können. Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trinkwassererwärmungssystem
- 2
- Heizwasserkreislauf
- 3
- Trinkwasserkreislauf
- 4
- Wärmetauschervorrichtung
- 5
- Speichervorrichtung
- 6
- erster Wärmetauscher
- 7
- zweiter Wärmetauscher
- 8
- Heizwasserzuführ-Leitung
- 9
- Heizwasserrücklauf-Leitung
- 10
- Zuführanschluss
- 11
- Heizwasserablauf
- 12
- Trinkwasserzapf-Leitung
- 14
- Trinkwasserzulauf-Leitung
- 15
- Zapfstelle
- 16
- Trinkwasserzulaufstelle
- 17
- Trinkwasser-Zwischenleitung
- 18
- Heizwasser-Zwischenleitung
- 19
- Zulauf
- 20
- Ablauf
- 21
- Trinkwasserzirkulations-Leitung
- 22
- Fördervorrichtung
- 23
- Temperatursensor
- 24
- Fördervorrichtung
- 25
- Mischeinrichtung
- 26
- Misch-Leitung
- 27
- Temperatursensor
- 28
- Temperatursensor
- 29
- Fördervorrichtung
- 30
- Volumenstromsensor
- 31
- Temperaturerfassungssystem
- 32
- erster Temperatursensor von 31
- 33
- zweiter Temperatursensor von 31
- 34
- dritter Temperatursensor von 31
- 35
- vierter Temperatursensor von 31
- 36
- Regelungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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