DE3342273A1

DE3342273A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung und bereitstellung von erwaermtem brauchwasser

Info

Publication number: DE3342273A1
Application number: DE19833342273
Authority: DE
Inventors: Peter 2094 Brackel Huber
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1983-11-23
Publication date: 1985-05-30

Description

kabel metal electro
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

83-60/EVW

3. November 1983

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung und Bereitstellung von erwärmtem Brauchwasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Bereitstellung von erwärmtem Brauchwasser, bei dem das Brauchwasser zentral in einem Heizkraftwerk bzw. einer Übergabestation bzw. auch durch Umweltenergie erwärmt und den Verbrauchern über Rohrleitungen zugeleitet wird.

Die Fernwärmeversorgung deckt im allgemeinen zwei Versorgungsaufgaben: a) Raumheizung, b) Warmwasserbereitung. Die gerätetechnische Ausrüstung der Warmwasserbereitungsanlagen in Fernwärmeübergabestationen unterscheidet sich wesentlich von denen normaler Zentralheizungsanlagen. Gering zugeführte Energie, verbunden mit den Forderungen große Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf bei gleichzeitig niedriger Vor!auftemperatur und Begrenzung der Brauchwassertemperatur, resultieren in Sonderkonstruktionen mit großem Speichervolumen und großer Heiz-

(14LF108)

fläche. Je geringer die zu versorgende Normalwohnungsanzahl ist, um so teurer ist der Installationsaufwand. Die wiederkehrende überprüfung und Wartung ist selten sichergestellt. Es ist daher nicht ungewöhnlich, daß aggresives Brauchwasser in den Fernwärmeheizwasserkreis eindringt und Schaden an Rohrleitungen und' Armaturen auslöst.

In der Fernwärme sind auch sogenannte Vierleitersysteme'bekannt, die aus einem Heizwasservorlauf, einem Heizwasserrücklauf, einer Brauchwasserzapfleitung und einer Zirkulationsleitung bestehen, wobei die Brauchwasserbereitungsanlage in der Kesselzentrale sich befindet.

Bei derartigen zentralen Brauchwasseranlagen muß das nachgeschaltete Rohrverteilungsnetz im Hinblick auf die größte Entnahmespitze ausgelegt werden. Diese Entnahmespitze tritt oft nur für wenige Minuten im Jahr auf. Somit sind diese Rohre für den Normalbetrieb überdimensioniert. In Verbindung mit den streckenweise langen Zapfpausen ist es schwierig, ein

ί konstantes Temperaturniveau zu halten. Systeme dieser Art haben gleichzeitig hohe Stillstandsverluste, besonders wenn mittels großer Zirkulationswassermengen versucht wird, die Temperatur annähernd konstant zu halten. Die Folge hieraus ist ein relativ schlechtes Verhältnis von Verlusten zu Nutzwärme. Darüber hinaus ist der Installationsaufwand für

) derartige Anlagen relativ hoch.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, die Kosten für die Erzeugung und Bereitstellung von erwärmtem Brauchwasser zu senken.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art b dadurch gelöst, daß das zentral erwärmte Brauchwasser über wärmeisolierte Leitungsrohre dezentral angeordneten wärmeisolierten Speicherbehältern zugeführt wird und von diesen zu den einzelnen Abnahmestellen weitergeleitet wird. Dadurch, daß das Ladegerät bzw. der Wärmetauscher in der Nähe der zentralen Energiezufuhr angebracht ist und die Brauchwasserspeicher dezentral in der Nähe der Entnahmestellen angebracht

"■"*■■ i

werden, besteht die Möglichkeit, z. B. in drei Wohnblocks von 50 Normalwohnungen gegenüber traditioneller Anlagenbauweise das Speichervolumen um 50 %, die Heizflächen bis zu 90 % und den rohrleitungsdimensionierenden Mediumtransport bis zu 80 % zu senken. Gleichzeitig bietet das Verfahren gemäß der Lehre der Erfindung die Möglichkeit, den Service und Regelaufwand gering zu halten. Darüber hinaus ist die Gefahr von Korrosionsschäden durch sich ständig verschlechternde'Wasserqualitäten weitestgehend vermieden. Die Speicherbehälter sollten möglichst ηaha am Verbraucher bzw. zu den Abnahmestellen gelegen sein, d. h. möglichst in den zu versorgenden Gebäuden untergebracht sein. Es ist jedoch auch die Unterbringung der Speicherbehälter in den Wohneinheiten möglich.

Das erwärmte. Brauchwasser wird zweckmäßigerweise von oben in die Speicherbehälter eingeleitet und gleichzeitig von unten aus dem Speicherbehälter kaltes Brauchwasser entnommen und über eine Rück!aufleitung dem Wärmetauscher wieder zugeführt. Das erwärmte Brauchwasser zirkuliert also ständig in einer Ringleitung und kann bei Bedarf in den Speicherbehälter eingeleitet werden. Der Ladeprozeß für jeden Speicherbehälter wird durch ein temperaturgesteuertes Begrenzungsventil geregelt. Dieses Begrenzungsventil ist zweckmäßigerweise im unteren Bereich des Speicherbehälters angeordnet und verschließt bei ausreichend hoher Temperatur des Brauchwassers im Speicherbehälter den unteren Ablauf.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die sich kennzeichnet durch einen zentral angeordneten Wärmetauscher, einer mit dem Wärmetauscher verbundenen Ringleitung, einer Vielzahl von dezentral angeordneten Speicherbehältern, die einen Zu- und einen Abfluß für Brauchwasser aufweisen und die darüber hinaus durch eine im oberen Bereich des Speicherbehälters mündende Zuleitung mit dem Vorlauf der Ringleitung und durch eine im unteren Bereich des Speicherbehälters abführende Leitung mit dem Rücklauf der Ringleitung verbunden sind. An der Ringleitung sind also zweckmäßigerweise mehrere Speicherbehälter angeschlossen. Am Auslaß jedes Speicherbehälters zum Rücklauf der Ringleitung ist zweckmäßigerweise ein temperaturgesteuertes

^lWLF108> BAD ORIGINAL

Begrenzungsventil angeordnet. Eine Umwälzpumpe sorgt dafür, daß das Brauchwasser in der Ringleitung ständig umgewälzt wird. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Leitungsquerschnitt der abzweigenden Ladeleitung wesentlich geringer als der

) Auslaßquerschnitt der das Warmwasser zu den Verbrauchern leitenden Rohrleitung. Die Summe aller Querschnitte der an die Ringleitung angeschlossenen Ladeleitungen entspricht zweckmäßigerweise dem Querschnitt der Ringleitung. Das Speichervolumen der Speicherbehälter ist vorteilhafterweise so bemessen, daß der Spitzenbedarf an Warmwasser

D gemeinsam mit dem durch die Ladeleitung zugeführten Warmwasser gedeckt ist. Wesentlich dabei ist, daß das Volumen des in dem Speicherbehälter gespeicherten Wassers wesentlich höher ist als das Volumen Warmwasser, welches durch die Ladeleitung während des Abfließens von Warmwasser aus dem Speicherbehälter zu den Zapfstellen einfließt.

Die Erfindung ist anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In eine Fernwärmeleitung 1 ist ein Behälter 2 angeschlossen,' in dem ein Wärmetauscher 3 angeordnet ist. Der Behälter 2 mit dem Wärmetauscher 3 ist Teil einer Übergabe bzw. Verteilstation oder aber in einem Heizkraftwerk untergebracht. An den Wärmetauscher 3 angeschlossen ist eine Ringleitung 4, in der mittels einer Pumpe 5 erwärmtes Brauchwasser umgewälzt wird. Diese Ringleitung 4 verbindet das Heizkraftwerk bzw. die übergabe bzw. Verte.ilstation einer Fernwärmeversorgung mit den Fernwärmeverbrauchern. Die Ringleitung 4 ist zweckmäßigerweise als wärtne- isoliertes erdverlegtes Rohr ausgebildet. An die Ringleitung 4 sind mehrere Speicherbehälter 6 a, 6 b und 6 c angeschlossen, in dem je eine Zuleitung 7 (Ladeleitung) an den Vorlauf 4 a der Ringleitung 4 angeschlossen ist und im oberen Bereich der Speicherbehälter 6 a, 6 b oder 6 c mündet. Oe eine Ableitung 8 verbindet die Speicherbehälter 6 a, 6 b und 6 c mit dem Rücklauf 4 b der Ringleitung 4. Die Ableitung 8 ist im unteren Bereich der Speicherbehälter angeschlossen. Mit 9 sind temperaturgeregelte Begrenzungsventile bezeichnet. Jeder der Speicherbehäl-

(14LF108)

ter 6 a, 6 b, 6 c besitzt einen Zulauf 10, der an das Wassernetz angeschlossen ist und eine Leitung 11, die zu den Zapfstellen der Verbraucher führt. Sowohl die Speicherbehälter 6 a, 6 b und 6 c als auch ihre Zuleitungen 7 sind zur Vermeidung von Wärmeverlusten wärmeisoliert.

Das Verfahren arbeitet wie folgt: Die von der Fernwärmeleitung 1 in den Behälter 2 eingebrachte Wärmeenergie wird über den Wärmetauscher 3 dem in der Ringleitung 4 zirkulierenden Brauchwasser zugeführt. Das erwärmte Brauchwasser, welches eine Temperatur von 45 bis 60 ⁰C haben sollte, wird über die Zuleitungen 7 in die Speicher 6 a_s 6 b oder 6 c oben eingeleitet. Eine gleiche Wassermenge wird über die Ableitung 8 in den Rücklauf 4 b der Ringleitung 4 überführt. Da warmes Wasser leichter ist als kaltes Wasser, schichtet sich in den Speicherbehältern das warme Wasser über dem kalten Wasser, so daß am unteren Ende nur kaltes Wasser abgezogen wird. Wenn die Temperatur des Brauchwassers am Boden der Speicherbehälter eine Temperatur oberhalb 45 ⁰C aufweist, schließt das temperaturgesteuerte Begrenzungsvennil 9 und der Zulauf von erwärmtem Brauchwasser zu dem entsprechenden Speicherbehälter ist unterbrochen. Fällt die Temperatur dagegen am Boden:des Speicherbehälters, öffnet das Begrenzungsventil 9 und warmes Wasser wird über die Zuleitung 7 in den entsprechenden Speicher eingefüllt. Wird nun eine Zapfstelle bei einem Verbraucher geöffnet, strömt durch die Leitung 10 Kaltwasser von unten in den Speicher ein und drückt das oben befindliche Warmwasser durch die Leitung 11 zu der Zapfstelle. Gleichzeitig spricht das Begrenzungsventil 9 und erwärmtes Brauchwasser tritt durch die Leitung 7 in den entsprechenden Speicher ein.

Wenn alle Speicherbehälter 6 a, 6 b und 6 c geladen, d. h. mit Warmwasser gefüllt sind, wird bei entsprechend hoher Temperatur des Fernheizmediums die Temperatur in der Ringleitung ebenfalls ansteigen. Damit sichergestellt ist, daß die gewünschte Brauchwassertemperatur, die üblicherweise zwischen 45 und 60 ⁰C liegt, nicht überschritten wird, ist ein Meßfühler 12 vorgesehen, der die Temperatur in der Ringleitung ständig mißt und bei überschreiten eier Grenztemperatur einen Schieber 13

(14LF108)

in der Fernwärmeleitung 1 betätigt und somit den Zustrom von Fernwärme regelt bzw. absperrt. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Ladevorgang der Speicher über einen langen Zeitraum abläuft, beispielsweise während der Nachtzeit bzw. am Vormittag, zu Zeiten also, in denen Warmwasser, wenn überhaupt, nur in geringen Mengen benötigt wird. Zur Zeit der Spitzenabnahme üblicherweise ist dies der späte Nachmittag, sind die Speicher 6 a, 6 b und 6 c gefüllt, d. h. sie können den Spitzenbedarf in jedem Fall decken. Die Folgen dieser Vorgehensweise sind, daß man mit wesentlich geringeren Leitungsquerschnitten für die Ringleitung 4 und für die Ladeleitungen 7 auskommt. Dies bedeutet eine enorme Ersparnis an Installationskosten für eine solche Brauchwassererwärmungsanlage.

(14LF108)

Claims

kabelmetal electro
Gesellschaft mit beschränkter Haftung
83-60/EVW
3. November 1983

Patentansprüche :-'

(1.jVerfahren zur Erzeugung und Bereitstellung von erwärmtem Brauch- ^ wasser, bei dem das Brauchwasser zentral in einem Heizkraftwerk bzw. einer Übergabestation bzw. auch durch Umweltenergie erwärmt und den Verbrauchern über Rohrleitungen zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zentral erwärmte Brauchwasser über wärmeisolierte Leitungsrohre dezentral angeordneten wärmeisolierten Speicherbehältern zugeführt wird und von diesen zu den einzelnen Abnahmestellen weitergeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Brauchwasser von oben in die Speicherbehälter eingeleitet und gleichzeitig von unten aus dem Speicherbehälter kaltes Brauchwasser entnommen und über eine Rück! auf leitung dem Wärmetauscher wieder zugeführt wird.

(14LF107)

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladeprozeß für jeden Speicherbehälter durch ein temperaturgesteuertes Begrenzungsventil geregelt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 tn_S 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Brauchwasser während des Ladeprozesses durch eine Pumpe umgewälzt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zentral angeordneten Wärmetauscher, einer mit dem Wärmetauscher verbundenen Ringleitung, einer Vielzahl von dezentral angeordneten Speicherbehältern, die einen Zu- und einen Abfluß für Brauchwasser aufweisen und die darüber hinaus durch eine im oberen Bereich des Speicherbehälters mündende Zuleitung mit dem Vorlauf der Ringleitung und durch eine im unteren Bereich des Speicherbehälters abführende Leitung mit dem Rücklauf der Ringleitung verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß jedes Speicherbehälters zum Rücklauf der Ringleitung ein temperaturgesteuertes Begrenzungsventil angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ringleitung eine Umwälzpumpe angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsquerschnitt der abzweigenden Ladeleitung wesentlich geringer ist als der Auslaßquerschnitt der das Warmwasser zu den Verbrauchern leitenden Rohrleitung.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen der Speicherbehälter so bemessen ist, daß der Spitzenbedarf an Warmwasser gemeinsam mit dem durch die Ladeleitung zugeführten Warmwasser gedeckt ist.

(14LF107)