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Anlage zur Warmwasserbereitung
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Unionspriorität: Österreich (AT), 22. Juli 1980, A 3793/80 Druckschriften,
die als Stand der Technik berücksichtigt wurden; DE-OS 2 621 300 DE-OS 2 518 620
DE-OS 2 442 'r29
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur
Warmwasserbereitung mit wenigstens einer Heizeinrichtung und mit wenigstens einem
Speicherbehälter, welchem das aufgeheizte Wasser im oberen Bereich des Behälters
zugeführt und entnommen wird, wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche
die Zufuhr von Wasser zum Speicherbehälter in Abhängigkeit vom Erreichen einer Mindesttemperatur
steuert.
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Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, in einem Speicherbehälter
Wasser aufzuheizen. Eine dieser Möglichkeiten besteht im Einbau elektrischer Heizelemente
in den Speicherbehälter. Werden jedoch andere Energiequellen verwendet, so ist die
Heizeinrichtung in der Regel auBerhalb des Speicherbehälters, wobei in einem Umlaufverfahren
das gesamte im Speicherbehälter befindliche Wasser gleichmäßig aufgeheizt wird.
Es erfolgt also eine stetige Durch mischung des Wassers im Speicherbehälter, wobei
dadurch für den Verbraucher nur dann Heißwasser bzw. Warmwasser zur Verfügung steht,
wenn der gesamte Speicherbehälter aufgeheizt ist.
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Es ist auch bereits eine Speicheranlage bekannt, bei welcher zwischen
der Heizeinrichtung, z.B. einem SonnenkolleR-tor, und dem Speicherbehälter eine
Zirkulationssperre eingeschaltet ist, die mit einem die Temperatur des erwärmten
Wärmeträgers erfassenden Temperaturfühler zur selbsttätigen Steuerung verbunden
ist. Es wird dadurch nur dann der Wärmekreislauf freigegeben, wenn die Temperatur
des in der Wärmequelle erwärmten Wärmeträgers über der Flüssigkeitstemperatur in
dem Speicherbehälter oder über einer voreingestellten Grenztemperatur liegt. Eine
derartige Anordnung ist nur dann sinnvoll einzusetzen, wenn die Verbindungsleitungen
zwischen der Heizeinrichtung und dem Speicherbehälter relativ kurz sind. Bei langen
Verbindungsleitungen ist ein starkes Abkühlen des zurn SpeicherlDehaller geführten
fIeißwassers
gegeben, da stets vorerst diese Verbindungsleitung auf eine entsprechende Temperatur
auf geheizt werden muß. Da in dem Sonnenkollektor relativ wenig Wasser zur Verfügung
steht, wird dieses relativ rasch beim Weiterfördern zum Speicherbehälter abgekühlt,
so daß stets der Umlauf unterbrochen und nach kurzer Zeit wieder eingeschaltet wird.
Es ist daher bei längeren Verbindungsleitungen durchaus möglich, daß sich in der
Zwischenzeit diese eitungen stets wieder abkühlen und in kurzer Zeit wiederum aufgeheizt
werden müssen, so daß ein enormer Energieverlust gegeben ist. Dies würde dann auch
bedeuten, daß beim Speicherbehälter kaum mehr die erforderliche Wassertemperatur
gegeben ist. Es ist daher wohl denkbar, daß bei einer derartigen Konstruktion schubweise
Heißwasser von der Heizeinrichtung dem Speicherbehälter zugeführt wird, wobei die
se Wasserschübe jedoch so gering sind, daß der größte Anteil der Wärmeenergie in
den Verbindungsleitungen zu dem Speicherbehälter verloren geht.
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Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, eine
Möglichkeit zu schaffen, mit welcher auch ein Aufheizen von Speicherbehältern, die
entsprechend weit von der Heizeinrichtung entfernt liegen, energiesparend und rasch
erfolgen kann.
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Erfindunrsemäß gelin-L ie; dadurch, daß der fIeizeinrichtung ein Zwischenspeicher
nachgeschaltet ist, durch den das Wasser von der Heizeinrichtung in einem Umlauf
geführt wird, bis es die gewünschte Temperatur erreicht hat, und daß die die Zufuhr
von Wasser zum Speicherbehälter regelnde Steuereinrichtung zwischen dem Zwischenspeicher
und dem Speicherbehälter angeordnet ist.
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Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß stets eine
gegenüber dem Inhalt des bzw. der Speicherbehälter
relativ kleine
Wassermenge, welche jedoch wesentlich größer ist als die direkt in der IIeizeinrichtung
sich befindliche Wassermenge, in einem Zwischenspeicher erwärmt werden kann, wobei
dann nach Erreichen einer entsprechenden Temperatur im Zwischenspeicher dieses Heiß-
bzw. Warmwasser dem Speicherbehälter zugeführt wird. Auch bei relativ langen Verbindungsleitungen
zu den Speicherbehältern ergeben sich nur geringe Energieverluste, da die Verbindungsleitungen
weniger oft aufgeheizt werden müssen, zumal die den Speicherbehältern zugeführten
Wasserschübe entsprechender Temperatur gegenüber der bekannten Ausführung ohne Zwischenspeicher
wesentlich größer sind. Es müssen daher die Verbindungsleitungen beim Aufladen eines
Speicherbehälters- mit Heiß- bzw. Warmwasser wesentlich weniger oft aufeheizt werden,
-wobei außerdem die Gewäh»gegeben ist, daß durch die infolge des Zwischenspeichers
etwas größere Wassermenge auch eine entsprechende Temperatur in dem entfernt liegenden
Speicherbehälter zustandekommt. Da gegenüber einem Diretanschluß zwischen der Heizeinrichtung
und den Speicherbehältern wesentlich größere Wasserschübe zu den Speicherbehältern
nachgefhrt werden können, wird die Durchmischung des Warm- und Kaltwassers in den
Speicherbehältern wesentlich herabgesetzt, zumal ja bei entsprechend größeren zugeführten
Heißwasserschichten eine Durchmischung nur am direkten Übergangsbereich zwischen
der warmen und der kalten Zone erfolgt. Wenn diese zugeführten Schichten jedoch
entsprechend klein sind, ergibt sich selbstverständlich eine ständige Durchmischung,
so daß für den Verbraucher kaum je genügend Heißwasser zur Verfügung steht.
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Durch die Geqpratursteuerung ist es auch möglich, daß dieses schubweise
Nachführen des Warmwassers nur jeweils so lange dauert, bis in dem Zwischenspeicher
eine entsprechend niedrige Temperatur erreicht ist, so daß effektiv nur aufgeheiztes
Wasser dem Speicherbehälter bzw. den Speicherbehältern
zugeführt
wird. Da durch die Zwischenspeicher doch eine entsprechende Menge Heißwasser zur
Verfügung steht, ist es sehr einfach möglich, an verschiedenen Orten aufgestellte
Speicherbehälter jeweils dem Bedarf entsprechend schubweise mit Heißwasser aufzuladen.
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Weitere Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachstehenden
Beschreibung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, wobei als Heizeinrichtung eine
im Dachboden eines Gebäudes angeordnete Wärmepumpe vorgesehen ist; Fig. 2 ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Anlage mit mehreren, an verschiedenen Einsatzorten aufgestellten
Speicherbehältern.
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Die Anlage zur Warmwasserbereitung besteht im wesentlichen aus der
Heizeinrichtung 1, welche hier also dls Wärmepumpe ausgebildet ist, und einem Zwischenspeicher
2, wobei an diesen Zwischenspeicher 2 ein oder mehrere Speicherbehälter 3, 4 anschließbar
sind. Die Heizeinrichtung 1 ist mit dem Zwischenspeicher 2 über ein Umlauf system
verbunden und zwar über eine Heißwasserzuführleitung 5 und eine Rücklaufleitung
6. Dem freien Ende der Heißwasserzuführleitung 5 kann ein Abdeckschild 7 zugeordnet
sein. Dadurch entstehen durch den Umlauf des Wassers zwischen dem Zwischenspeicher
2 und der Heizeinrichtung 1 keine besonderen Strömungen im oberen Bereich des Zwischenspeichers
2. Es ist daher bereits im Zwischenspeicher 2 eine scharfe Trennung zwischen dem
Kalt- und dem Warmwasser möglich.
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Die Heißwasserzuführleitung 5 kann auch direkt in den oberen Bereich
des Zwischenspeichers 2 münden, also eventuell in den ob eren LIEckenab schluß oder
am oberen Rand des Mantels, wobei dann auch das Abdeckschild 7 weggelassen werden
könnte.
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Am Zwischenspeicher 2 ist ein Temperaturfühler 8 vorgesehen, welcher
auf eine im Wärmepumpenheizkreislauf eingesetzten Umlaufpumpe 9 enspricht.
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Der Zwischenspeicher 2 ist über Verbindungsleitungen 10 und 11 mit
den Speicherbehältern 3 und 4 verbunden. Die Vorlauf-Verbindungsleitung 10 führt
dabei vom oberen Randbereich des Zwischenspeichers 2 weg und mündet in den oberen
Randbereich des Speicherbehälters 3. ßeim gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei
Speicherbehälter 3 und 4 vorgesehen, die in Serie geschaltet sind. Bei einer solchen
Ausführung führt also die Vorlauf-Verbindungsleitung 10 zu dem ersten Speixherbehälter,
wobei am oberen Randbereich des Speicherbehälters 3 auch eine Verbraucherleitung
12 wegführt. Die Rücklauf-Verbindungsleitung 11 führt vom Bodenbereich des Speicherbehälters
4 bzw. bei Serienanordnung jeweils vom Bodenbereich des letzten Speicherbehälters
4 weg und mündet wiederum im Bodenbereich des Zwischenspeichers 2. Zwischen den
aufeinanderfolgenden Speicherbehältern 3 und 4 sind Leitungsabschnitte 13 vorgesehen,
welche jeweils vom Bodenbereich des ersten Speicherbehälters 3 zum oberen Randbereich
des darauffolgenden Speicherbehälters 4 geführt sind. In den Kreislauf zwischen
dem Zwischenspeicher 2 und dem Speicherbehälter 7 und 4 ist eine Umlaufpumpe 14
eingesetzt, welche auf einen Temperaturfühler 15 anspricht, der am oberen Randbereich
des Zwischenspeichers 2 bzw. unmittelbar in den Anfangsbereich der Vorlaufverbindungsleitung
10 eingesetzt ist. Außerdem kann auch dem Speicherbehälter 4 ein zusätzlicher Temperaturfühler
16 zugeordnet werden, welcher dann mit dem Temperaturfühler 15 zusammengeschaltet
ist.
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In die Rücklauf-Verbindungsleitung 11 ist ferner noch ein federbelastetes
Rückschlagklappenventil 17 eingesetzt, welches Störungen im Betriebsablauf bei einer
Entnahme von Warmwasser über die Versorgungsleitung 12 verhindert.
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Der Ablauf des Heizvorganges soll nun nachstehend noch näher erläutert
werden: Die Heizeinrichtung 1 wird in Betrieb gesetzt, wobei sich über die Heißwasserzuführleitung
5 und die Rücklaufleitung 6 infolge der eingeschalteten Umlauf pumpe 9 ein Kreislauf
zwischen der Heizeinrichtung 1 und dem Zwischenspeicher 2 ergibt. Sobald das Wasser
zumindest im oberen Abschnitt des Zwischenspeichers 2 eine entsprechende Temperatur
erreicht hat, bewirkt der emperaturfühler 15 das Einschalten der Umlaufpumpe 14,
so daß das im oberen Abschnitt des Zwischenspeichers 2 sich befindliche Warmwasser
über die Vorlauf-Verbindungsleitung 10 dem Speicherbehälter 3 zugeführt wird. Der
Rücklauf erfolgt über die LeitunErsa1)scilraitte 13 und die Rücklaufleitung 11 zum
Zwischenspeicher 2 bzw. direkt zur Heizeinrichtung 1, falls dieser Umlauf ebenfalls
eingeschaltet ist. Sobald der Temperaturfühler 15 eine entsprechend niedrigere Temperatur
registriert, wird die Umlaufpumpe 14 wiederum außer Betrieb gesetzt und das im oberen
Abschnitt des Zwischenspeichers 2 sich befindliche Wasser wird wiederum auf die
gewünschte Temperatur aufgeheizt, ohne daß es während dieses Zeitraumes zu einem
Umlauf zwischen dem Zwischenspeicher 2 und den Speicherbehältern 3 und 4 kommen
kann. Es wird dadurch stets das heiße Wasser von oben her in den ersten Speicherbehälter
3 eingedrückt, wobei das kalte Wasser nach unten hin bzw. in den nächstfolgenden
Speicherbehälter 4 verdrängt wird. Das jeweils nachfolgende wiederum heiße Wasser
wird dann widderum ganz oben in den Speicherbehälter 3 eingeführt und verdrängt
immer weiter das kalte Wasser. Sollte ein längerer Zeitraum entstehen, in welchem
die Versorgungsleitung 12 nicht angezapft ist, so kann es vorkommen, daß die Speicherbehälter
3 und 4 einen entsprechenden Temperaturstand erreicht haben, so daß ein Nachfördern
von Heißwasser überflüssig ist. Dann wirkt sich auch der Temperaturfühler 16 auç,
welcher im Zusammenwirken mit dem Temperaturfühler 15 infolge des zu geringen Eemperaturunterschiedes
bewirkt,
daß die Umlaufpumpe 14 nicht mehr eingeschaltet-wird. Der Zwischenspeicher 2 wird
dann weiterhin von der Heizeinrichtung 1 aufgeheizt-, bis der Temperaturfühler 8
anspricht und dann auch die Umlaufpumpe 9 sowie die Heizeinrichtung 1 ausgeschaltet.
Es kann somit die gesamte Heizanlage entsprechend abgeschaltet werden. Sobald dann
wiederum Wasser von den Speicherbehältern ) und 4 entnommen wird, spricht nach entsprechendem
Nachfließen von Kaltwasser der Temperaturfühler 1(-, an und es ergibt sich daher
ein Temperaturunterschied gegenüber dem Temperaturfühler 15, so daß die Unlaufpumpe
14 wiederum in Betrieb gesetzt wird. Durch das Abkühlen des Zwischenspeichers 2
wird dann auch der Temperaturfühler 8 wiederum ansprechen und die Umlaufpumpe 9
sowie die Heizeinrichtung 1 in Betrieb setzen.
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Es ist schon der beigefügten Zeichnung zu entnehmen, daß es keiner
teuren Steuerung bedarf, um eine derartige Anlage zu betrieben. Es sind vor allem
keine teuren, elektromotorisch öffnenden und schließenden Ventile erforderlich.
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Aus der Zeichnung ist noch ersichtlich, daß gegebenenfalls in den
Speicherbehälter 3 eine elektrische Zusatzhe-izei'nrichtung 18 eingesetzt wird,
um dadurch gegebenenfalls zu Stoßzeiten noch zusätzlich Energie zuzuführen.
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Eine erfindungsgemäße Heizanlage ist besonders dann vorteilhaft, wenn
billige Energie zur Aufheizung des Wassers angewandt werden kann. Im besonderen
ist an eine Wärmepumpe als Heizeinrichtung 1 gedacht, -wobei diese Wärmepumpe beispielsweise
von einer Dachfläche entsprechende Energie ausnützen kann. Es ist jedoch zweckmäßig,
auf entsprechende Speicherbehälter zu arbeiten, da dadurch mit einem wesentlich
geringeren Anschlußwert für die wärmepumpe auszukommen ist. In der Zeichnung ist
ein Ausfiihrungsbeispiel dargestellt,
bei welchem die Heizeinrichtung
1 und der Zwischenspeicher 2 in einer anderen Etage, beispielsweise im Dachboden,
das Gehäudes angeordnet sind als dies für die Speicherhehalter 3 und 4 der Fall
ist. Selbstverständlich kann auch die Anordnung im gleichen Geschoß erfolgen. Es
ist in diesem Zusammenhang auch eine zweckmäßige Ausführung möglich, bei der die
Heizeinrichtung 1 und'der Zwischenspeicher 2 zu einer Aufstelleinheit verbunden
sind, so daß lediglich die entsprechenden Anschlüsse zu den Speicherbehältern <
und 4 an der Baustelle hergestellt werden müssen.
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In Fig. 2 wurden der ÜbersicfrL-lichkeit halber die gleichen Bezugszeichen
verwendet wie in der Fig. 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wiederum in gleicher
Weise eine Heizeinrichtung 1 und ein Zwischenspeicher 2 vorgesehen. Anstelle eines
Speicherbehälters ? bzw. zusammengeschlossener Speicherbehälter 3, 4 sind hier mehrere
Gruppen von Speicherbehältern vorgesehen, die an verschiedenen Aufstellungsorten
angebracht sind. So wäre es beispielsweise denkbar, bei größeren Gebäuden, z.B.
bei fiotelbetrieben, die Speichereinheit 20 im Bereich der Küche, eine Speichereinheit
21 im Bereich der-Bar und eine Speichereinheit 22 im Bereich eines Gistehause3 vorzusehen.
In gleicher Weise ist auch eine Anordnung insofern möglich, als solche Speichereinheiten
in verschiedenen Häusern einer Häusergruppe oder eines Ortes vorgesehen sind, wobei
von einer zentralen Stelle aus, also von einem Zwischenspeicher her schubweise Heißwasser
zu den entsprechenden Speicherbehältern geführt wird. Es ist dies besonders deshalb
vorteilhaft, weil ja jene Speichereinheiten, welche nicht gebraucht erden, aogeschaltet
werden können. Es wäre daher auch eine zeitgemaße Steuerung möglich, so daß gerade
zu Spitzenzeiten für die entsprechende Speichereinheiten gerade diese besonders
mit Heißwasser versorgt werden. Eine Steuerung ist auch
hier wieder
in einfacher Weise möglich, da in einem solchen Falle lediglich entsprechend vielfach
Umlaufpumpen 14 vorgesehen sind. Je nach dem Warmwasserbedarf wird daher die eine
oder die andere Umlaufpumpe in Betrieb gesetzt, so daß die gewünschten Speichereinheiten
mit Heißwasser beschickt werden können. Die Umlaufpumpen 14 sind auch bei dieser
Ausführung wieder in die Rücklaufverbindungsleitung 11 eingesetzt. Selbstverständlich
ist es auch möglich, diese Umlaufpumpen in der Vorlauf-Verbindungsleitung 10 anzuordnen.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme mit einem Zwischenspeicher können also auch
mehrere Speichereinheiten, die völlig unabhängig voneinander sind, aufgeheizt werden.
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Beim Zwischenspeicher 2 wäre insofern noch eine Ergänzung möglich,
als in der oberen Hälfte bezogen auf dessen Bauhöhe zusätzlich ein elektrischer
Heizeinsatz vorgesehen wird. Es kann daher gerade zu Spitzenzeiten, wo beispielsweise
eine Wärmepumpe zu wenig Energie bringt, eine zusätzliche Aufheizung durch elektrische
Energie erfolgen, so daß dann in relativ kürzerer. Zeit die einzelnen Speichereinheiten
mit Heißwasser versorgt werden können.
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Die Verbindungsleitungen zwischen dem Zwischenspeicher und den Speichereinheiten
können im Querschnitt relativ klein gehalten werden, da ja nur stoßweise eine entsprechende
Wassermenge zugeführt werden muß. Außerdem ergeben sich dadurch geringere Energieverluste
als dies beispielsweise bei einem ständigen Umlauf der Fall wäre.
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Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, andere
Heizeinrichtungen einzusetzen. So wäre es durchaus denkbar, als Heizeinrichtung
eine Verbrennungsanlage für fesb flüssige oder gasförmige Brennstoffe vorzusehen.
Auch wäre es denkbar, in gleicher Anordnung eine elektrische Heizeinrichtung vorzusehen.
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Durch die erfindungsgemäße Heizanlage ist also eine energiesparende
Möglichkeit zur Warmwasserbereitung gegeben, wobei insbesondere durch den Wegfall
eines dauernden Umlaufes zwischen der Heizeinrichtung und den Speicherbehältern
ein wesentlicher Energieverlust wegfällt. Außerdem steht stets das heißeste Wasser
für die Verbraucher zur Verfügung, wobei dies eben nur durch die schubweise Zuführmöglichkeit
des Wassers von einem Zwischenspeicher 2 zu den Speicherbehältern 7 und 4 ermöglicht
wird.
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In der vorstehenden eschreibung wurde anhand des Ausfüh rungsbeispieles
die Verwendung bei Warmwasserspeichern für entsprechende Verbraucher geschildert.
Selbstverständlich ist eine gleiche Anordnung auch dann anwendbar, wenn die Speicherbehälter
3, 4 für Heizzwekce herangezogen werden. Auch dann ist eine sehr einfache Auflademöglichkeit
der Speicherbehälter gegeben insbesondere in Eageszeiten, in welchen ein geringerer
Heizaufwand erforderlich ist.
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