DE4035115C2 - Anordnung zum aufheizen und zum bereitstellen von warmem oder heissem brauchwasser von trinkwasserqualitaet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufheizen und zum Bereitstellen von warmem oder heißem Brauchwasser von Trinkwasserqualität mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 31 23 875 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Abnehmerzentrum für Bereichsheizsystem beschrieben bei dem die Abnehmerzentren Wohnhäuser sind die an einer Sekundärleitung eines des Heizzentrums oder einer Heizkesselstation einzeln angeschlossen sind, wobei der Anschluß über einen Heißwasserspeicherbehälter erfolgt. Dieser wiederum ist über einen eine Pumpe enthaltenden Umwälzkreis mit der Heizanordnung des Wohnhauses verbunden, während über einen zweiten Umwälzkreis mit Pumpe ein Wärmetauscher angeschlossen ist, welcher die Wärme an einen Heizwasserleitungskreis zur Entnahme von Brauchwasser abgibt. Die Umwälzpumpe dieses zweiten Umwälzkreises wird von einem Thermostaten gesteuert, der im Eingang des Sekundärkreises des Wärmetauschers angeordnet ist. Die Pumpe wird dadurch in dem Augenblick eingeschaltet und betätigt, in dem ein Heißwasserhahn des Brauchwasserentnahmesystems geöffnet wird, so daß kaltes Wasser durch den Einlaß des Sekundärkreises des Wärmetauschers einströmt. Ferner weist die bekannte Anordnung eine dem Warmwasserbehälter umgehende und durch Ventil gesteuerte Leitung auf, die dann geschlossen wird, wenn die Temperatur des Wärmetauschers primärseitig unter einen vorbestimmten Wert absinkt. Der erwähnte Thermostat bildet bei dieser bekannten Anordnung eine Art Kaltwasser-Zuflußmelder, welcher die Pumpe des zweiten Umwälzkreises beim Öffnen eines Heißwasserhahnes einschaltet. Sollte der Kaltwasser-Zufluß dabei ausbleiben, was der Fall ist, wenn die Entnahmestelle sofort wieder geschlossen wird, schaltet er die inzwischen angelaufene Pumpe wieder ab.

Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung die Entnahme von warmem oder heißem Brauchwasser von Trinkwasserqualität aus einer Heizanlage mit Heißwasserspeicher zu gewährleisten, ohne daß hygienische Probleme zu befürchten sind, während gleichzeitig eine raschere und genauere Einregelung der Entnahmetemperatur des warmen oder heißen Wassers an der Entnahmestelle erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Einen wesentlichen Beitrag zur Lösung dieser Aufgabe leistet der gemäß der Lehre nach der Erfindung vorgesehene zweite Umwälzkreis, der mit der Sekundärseite des Wärmetauschers verbunden ist und einen im Vergleich zum Heißwasserspeicher klein bemessenen Zwischenspeicher aufweist. Dieser zusätzliche Umwälzkreis ist ständig an die unter Druck stehende Frischwasserleitung angeschlossen, so daß auch bei langem Betrieb hygienische Probleme oder Schwierigkeiten nicht zu befürchten sind. Gleichzeitig wird mit dieser Anordnung der Vorteil erzielt, daß beim Öffnen einer Brauchwasserentnahmestelle an dieser praktisch unverzüglich Wasser mit der gewünschten Temperatur zur Verfügung steht. Dies wird im wesentlichen durch den weiteren Umwälzkreis in Verbindung damit erreicht, daß der Temperaturfühler die Zulauftemperatur des von der Sekundärseite des Wärmetauschers zufließenden Wassers und nicht - wie im bekannten Fall - die Temperatur des Kaltwassers mißt. Auch dient dieser Temperaturfühler nicht zum unmittelbaren Ein- und Ausschalten der Umwälzpumpe. Hierzu dient vielmehr ein besonderer Steuerkreis, der nicht nur auf die Anzeige des Temperaturfühlers sondern auch auf die Reaktion eines Strömungsmelders und auf einen vorgegebenen Temperatur-Sollwert für das zu entnehmende Brauchwasser anspricht und die Pumpen in beiden Umwälzkreisen steuert.

Ausgehend von dem Stand der Technik gemäß der oben näher behandelten DE-OS 31 23 875 kann die angegebene Aufgabe auch gemäß der Lehre des Anspruchs 4 gelöst werden.

Diese neue Anordnung unterscheidet sich von der bekannten Anordnung zunächst einmal wesentlich dadurch, daß der die Primärseite des Wärmetauschers enthaltende Umwälzkreis eine Pumpe mit feinfühlig veränderbarer Leistung aufweist. Diese wird nicht nur durch einen Thermostaten ein- und ausgeschaltet oder durch einen Thermostaten geregelt. Die Leistung dieser Pumpe wird vielmehr über einen Steuerkreis überwacht, der auf einem Strömungsmelder zwischen dem Wärmetauscher und den Brauchwasserentnahmestellen angeordnet ist. Der, wie im bekannten Falle, auch hier vorgesehene Temperaturfühler mißt jedoch nicht die Zulauftemperatur des Kaltwassers, sondern eine Temperatur innerhalb des Wärmetauschers, und zwar an einem vorbestimmten Bereich der sekundären Wasserdurchlaufstrecke dieses Wärmetauschers.

Beim Öffnen einer der Entnahmestellen sprechen der Strömungsmelder und damit die Steuereinrichtung an. Damit wird die Pumpe mit feinfühlig veränderbarer Leistung eingeschaltet, so daß die Pumpe heißes Wasser aus dem Heißwasserspeicher durch die Primärseite des Wärmetauschers pumpt. Die Leistung dieser Pumpe wird jeweils in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Istwert der Temperatur, die der dem Wärmetauscher zugeordnete Temperfühler mißt, und einem vorgegebenen Sollwert der Entnahmetemperatur des Heißwassers geregelt. Diese Regelung erfolgt so, daß beim Öffnen einer Entnahmestelle auf der Primärseite des Wärmetauschers eine besonders hohe Wärmeleistung zur Verfügung gestellt wird. Dies stellt sicher, daß praktisch mit dem Öffnen der Entnahmestelle an dieser auch die gewünschte Wasserentnahmetemperatur zur Verfügung steht. Während des Verlaufs der weiteren Entnahme wird dann die gewünschte Solltemperatur feinfühlig durch Regelung der Leistung der Pumpe eingehalten.

Bei dieser Lösung der gestellten Aufgabe wird zusätzlich zu den Vorteilen einer hygienisch einwandfreien Arbeitsweise und einer raschen und genauen Einregelung der Entnahmetemperatur der Vorteil der Vermeidung jeglichen zusätzlichen Speichervolumens im Sekundärkreis des Wärmetauschers erzielt. Dadurch wird die Anordnung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Gleichzeitig werden die hygienischen Verhältnisse noch verbessert.

Die weiterbildenden Maßnahmen nach Anspruch 5 berücksichtigen einen etwaigen Abfall der vom Heißwasserspeicher bestimmten Ist-Temperatur.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an zwei Aus­ führungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung nach der Erfindung entsprechend der Lehre des An­ spruchs 1 und

Fig. 2 die Anordnung nach der Erfindung gemäß der Lehre des Anspruchs 4.

In der Fig. 1 ist von der Heizanlage nur der Heißwasserspeicher 1 gezeigt, der über Leitungen 2 und 3 an Umwälzkreise mit Wärmetauschern angeschlossen ist, über die dem Heißwasserspeicher die Heizenergie von natürlichen oder künstlichen Heizquellen zugeleitet wird und über die aus dem Heißwasserspeicher Heiz­ energie den Radiatoren oder dgl. eines Raumheizungssystems zugeführt werden kann. Diese Systeme können von herkömmlicher Art sein. Das gleiche gilt für den Heißwasserspeicher 1, der jedoch zweckmäßigerweise als Warmwasser­ schichtspeicher ausgebildet ist, so daß die außenliegenden Strömungskreise so an­ geschlossen sind, daß das heiße Wasser aus dem Heißwasserspeicher 1 oben ent­ nommen und das kalte oder abgekühlte Wasser im Bodenbereich wieder zuge­ führt wird.

An den Heißwasserspeicher 1 ist die Anordnung zur Entnahme von warmem oder heißem Brauchwasser von Trinkqualität gemäß der Erfindung über die Leitungen 4 und 7 angeschlossen. Über diese Leitungen ist der Heißwasserspeicher 1 in Reihe mit einem Wärmetauscher 5, insb. einem Plattenwärmetauscher, und einer damit über die Leitung 4a verbundenen Umwälzpumpe zu einem geschlossenen Umwälzkreis verbunden, dessen Durchströmrichtung durch den bei der Pumpe 6 erkennbaren Pfeil bestimmt ist.

Der Wärmetauscher 5 liegt gleichzeitig in einem zweiten Umwälzkreis 20, der durch einen Zwischenspeicher 12, eine Rückströmsperre 14 und eine Umwälz­ pumpe 16 gebildet wird, wobei diese Teile durch Leitungen 13 und 13a mitein­ ander verbunden sind.

An diesen zweiten Umwälzkreis 20 ist zwischen der Rückströmsperre 14 und der Umwälzpumpe 16 eine unter Druck stehende Kalt- und Frischwasserleitung 15 in ständig offener Verbindung angeschlossen. Die in der Figur gezeigten Ventile 23 ebenso wie die Anzeigegeräte 24 sind für die Funktion des Systems nicht notwendig und erleichtern lediglich das Abschalten bestimmter Systembereiche zu Wartungs- oder Reparaturzwecken.

Wie der Pfeil bei der Umwälzpumpe 16 anzeigt, ist die Durchströmrichtung in dem Umwälzkreis 20 der des Umwälzkreises 10 entgegengesetzt. Die Umwälz­ pumpe 16 kann eine Pumpe mit konstanter volumetrischer Leistung sein, während die Umwälzpumpe 6 eine Pumpe mit steuerbarer volumetrischer Leistung ist.

Das Volumen des Zwischenspeichers 12 ist gegenüber dem Volumen des Heiß­ wasserspeichers 1 klein. Das Volumen des Zwischenspeichers 12 beträgt zweckmäßigerweise zwischen 3 und 30 ltr.

An den Zwischenspeicher 12 ist eine Entnahmeleitung 22 angeschlossen, die zu einer nicht gezeigten Entnahmestelle führt. Über diese Leitung kann der Benutzer bedarfsweise und willkürlich warmes oder heißes Brauchwasser von Trinkwasserqualität entnehmen.

In dem Zwischenspeicher 12 ist im Zuströmbereich des Wassers aus dem Um­ wälzkreis 20 ein Temperaturfühler 27 angeordnet, der mit einem Steuergerät 25 verbunden ist. Der Temperaturfühler 27 mißt die Temperatur in dem Zwi­ schenspeicher 12 und spricht bei durchströmtem Umwälzkreis 20 auf die Temperatur des von dem Wärmetauscher 5 zuströmenden Wassers an. Mit dem Steuergerät 25 ist ferner ein Strömungsmelder 26 in der Entnahmeleitung 22 verbunden. Dieser spricht jedesmal an, wenn die Entnahmeleitung 12 geöffnet und Wasser aus dem Zwischenspeicher 12 entnommen wird.

Ein weiterer Temperaturfühler 28 ist stromabwärts der Umwälzpumpe 6 mit veränderbarer volumetrischer Leistung angeordnet und ist mit dem Steuer­ gerät 25 verbunden. Schließlich wird über einen Temperaturfühler 29 dem Steuergerät 25 ständig der im Heißwasserspeicher 1 zur Verfügung stehende maximale Temperaturwert gemeldet.

Das Steuergerät 25 ist seinerseits über Steuerleitungen 30, 31 mit den Ein- und Ausschaltern der Umwälzpumpen 6 und 16 und mit dem Stelltrieb für die volumetrische Leistung der Pumpe 6 verbunden.

Die Anordnung ist so getroffen, daß die Umwälzpumpe 6 wenigstens dann einschaltet, wenn der Strömungsmelder 26 das Öffnen der Entnahmeleitung 22 anzeigt. Beim Öffnen der Entnahmeleitung steht somit nicht nur das in dem Zwischenspeicher 12 vorhandene, auf den durch den Temperaturfühler 27 vorbe­ stimmten Temperaturwert aufgeheizte Wasser unmittelbar zur Verfügung. Durch das Anspringen der Umwälzpumpe 6 wird vielmehr dafür gesorgt, daß entspre­ chend der Entnahme Wasser aus der Frischwasserleitung 15 in den Umwälzkreis 20 eingeleitet und über den Wärmetauscher 5 aufgeheizt wird. Damit dieses Aufheizen geschehen kann, wird gleichzeitig heißes Wasser über die Leitung 4 aus dem Kopfraum des Heißwasserspeichers 1 durch den Umwälzkreis 10 und damit durch den Wärmetauscher 5 geleitet. Wird bei der Entnahme mehr als das Speichervolumen des Zwischenspeichers entnommen wirkt die Anordnung wie ein Durchlauferhitzer, wobei die Heizenergie aus dem heißen Wasser des Heißwasserspeichers 1 stammt.

Die Arbeitsweise der Umwälzpumpe 6 wird jedoch nicht nur durch die Signale des Strömungsmelders 26 gesteuert. Vielmehr erfolgt ihre Steuerung auch so, daß nach Beendigung der Entnahme oder bei fehlender Entnahme die Temperatur des Wassers im Zwischenspeicher 12 auf den vorbestimmten, am Steuergerät 25 voreinstellbaren Soll-Wert gehalten wird. Sinkt die Temperatur in dem Zwischenspeicher 12 unter diesen Wert, so springen beide Pumpen an, um über die beiden Umwälzkreise 10 und 20 das Wasser im Zwischenspeicher 12 auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen. Dabei kann die volumetrische Leistung der Umwälzpumpe 6 durch das Steuergerät 25 in Abhängigkeit von der maximalen Temperatur (Temperaturfühler 29) des Heißwasserspeichers 1 und von der Rücklauftemperatur (Temperaturfühler 28) des Umwälzkreises 10 feinfühlig verändert werden, um die optimale volumetrische Leistung im Umwälzkreis 10 für das Aufheizen des Wassers im Zwischenspeicher 12 zu erhalten.

Über den Temperaturfühler 29 und das Steuergerät 25 kann zusätzlich auch bedarfsweise der voreingestellte Temperatur-Sollwert des Wassers inn Zwischen­ speicher 12 verändert, insb. herabgesetzt werden, nämlich dann, wenn der Tem­ peraturfühler 29 eine maximale Heißwassertemperatur im Heißwasserspeicher 1 anzeigt, die unter dem voreingestellten Soll-Wert für den Temperaturfühler 27 liegt.

Auf diese Weise erhält man eine hygienisch einwandfreie Entnahmemöglichkeit von warmem oder heißem Brauchwasser von Trinkwasserqualität unter Verwendung der Heizenergie, die in einem großvolumigen Heißwasserspeicher 1 gespeichert ist. Die Anordnung läßt sich außerordentlich kompakt und einfach aufbauen und fabrik­ mäßig montagefertig herstellen. Der Benutzer braucht in diese Anordnung lediglich einzugreifen, wenn er den Soll-Wert der Entnahmetemperatur verändern will. Dieser Eingriff wird durch die Anordnung automatisch übersteuert, wenn die zur Verfügung stehende Heizenergie nicht ausreichend sein sollte, wie dies bei Heizungsanlagen unter Ausnützung natürlicher Energiequellen durchaus möglich ist.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, mit der die gleichen Vorteile und Funktionen verwirklicht werden können, wie bei der Anordnung nach Fig. 1, jedoch auf noch einfachere und billigere Weise.

Fig. 2 zeigt einen Heißwasserspeicher 50 an den ein durch die Anschlüsse 49 le­ diglich angedeuteter Strömungsteil angeschlossen werden kann, der eine oder mehrere Heizquellen und Raumheizungen umfaßt. Im Heißwasserbereich des Heißwasserspeichers 50 ist ein Heißwasserentnahmeanschluß 61 vorgesehen, der zu einem Wärmetauscher 51 und von diesem zu einer in ihrer volumetrischen Leistung veränderbaren Umwälzpumpe 52 führt, die wiederum an den Zulauf­ bereich des Heißwasserspeichers 50 angeschlossen ist. Die zuvor beschriebenen Teile bilden somit einen in vorbestimmter Richtung durchströmten geschlossenen Umwälzkreis 62.

Der wärmeaufnehmende Teil des Wärmetauschers 51 ist einlaßseitig mit einem Anschluß 55 für unter Druck stehendes frisches und kaltes Wasser in ständig offener Verbindung, kann also direkt an ein Frischwasserversorgungsnetz ange­ schlossen sein. Ausgangsseitig ist der wärmeaufnehmende Teil des Wärme­ speichers 51 über einen Strömungsmelder 57 mit einer Entnahmestelle 56 für warmes oder heißes Brauchwasser verbunden. Dieser Entnahmestelle ist ein ent­ sprechendes Entnahmeventil zugeordnet.

Die Anordnung wird durch einen Steuerkreis 54 überwacht. Dieser ist mit dem Strömungsmelder 57 verbunden und spricht auf ein Signal des Strömungsmelders an, um die Steuerung zu aktivieren. Wenn der Steuerkreis 54 anspricht fragt er den Wert eines Temperaturfühlers 58 ab. Dieser mißt die Temperatur innerhalb des Wärmetauschers 51 und zwar bevorzugt in einem - bezogen auf die Durchströmrichtung des Frischwassers - Bereich zwischen dem zweiten und dem letzten Drittel des Durchströmweges des Frischwassers. Eine solche Anordnung hat sich als wesentlich für das Ausschließen größerer Temperaturschwankungen des Wassers an der Entnahmestelle 56 erwiesen. Der Steuerkreis 54 vergleicht den Wert des Temperaturfühlers 58 mit einem einstellbaren Temperatur-Soll­ wert. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen diesen beiden Werten schaltet er die Umwälzpumpe 52 ein bzw. aus. Ist die Umwälzpumpe 52 eingeschaltet, so saugt sie heißes Wasser von der Heißwasserentnahmestelle 61 des Heißwasser­ speichers 50 auf kürzestem Wege durch den wärmeabgebenden Teil des Wärme­ tauschers 51, so daß in diesem in kürzester Zeit ausreichend Wärme zum Erhitzen des Frischwassers zur Verfügung steht.

Da die vom Heißwasserspeicher 50 dem Wärmetauscher 51 maximal zur Verfügung gestellte Temperatur variieren kann, wird durch den Temperaturfühler 60 die Temperatur an der Entnahmestelle 61 dem Steuerkreis 54 gemeldet, der in Abhängigkeit von dem maximalen Temperaturwert den Temperatur-Sollwert verändert, d. h. bei sinkender maximaler Temperatur entsprechend herabsetzt und dann den herabgesetzten Temperatur-Sollwert mit dem Wert des Temperaturfühlers 58 vergleicht.

Die Strömungsgeschwindigkeit in dem Umwälzkreis 62 kann feinfühlig durch den Steuerkreis 54 bei der Steuerung der volumetrischen Leistung der Pumpe 52 verändert werden.

Wird die Entnahme des Brauchwassers beendet und dies über den Strömungsmel­ der dem Steuerkreis 54 signalisiert, so schaltet dieser die Umwälzpumpe 52 ab und geht selber in einen Ruhezustand über. Erst auf ein neues Signal vom Strömungsmelder 57 wird auch der Steuerkreis 54 wieder aktiviert.

Es hat sich gezeigt, daß die Anordnung mit außerordentlich günstigem Wirkungs­ grad arbeitet. So erhält man bei einer Temperatur von 60° an der Heißwasser­ entnahmestelle 61 ein von der Umwälzpumpe 52 in den Heißwasserspeicher 50 zurückge­ führtes Rücklaufwasser mit einer Temperatur zwischen etwa 15° und 20°C in Abhängigkeit von der Temperatur des zugeführten Frischwassers.

Claims (5)

1. Anordnung zum Aufheizen und zum Bereitstellen von warmem oder heißem Brauchwasser von Trinkwasserqualität mit einem Heißwasserspeicher, der über Umwälzkreisläufe mit einer oder mehreren Heizquellen und mit den Radiatoren eines Raumheizsystems in Verbindung steht, bei der ein sekundärseitig mit einem Kaltwasseranschluß für unter Druck stehendes Wasser in ständig offener und mit mindestens einer Brauchwasserentnahmestelle in schließbarer Verbindung stehender Wärmetauscher vorgesehen ist, der primärseitigt mit dem Heißwasserspeicher und einer Umwälzpumpe einen ersten Umwälzkreis bildet, dessen Umwälzpumpe über einen Temperaturfühler schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseite des Wärmetauschers (5) mit einem im Vergleich zum Heißwasserspeicher (1) klein bemessenen Zwischenspeicher (12) und einer weiteren Umwälzpumpe (16) einen zweiten Umwälzkreis (20) bildet, daß der Kaltwasseranschluß zwischen dem Zwischenspeicher (12) und der Umwälzpumpe (16) und daß die Entnahmestellen an den Zwischenspeicher (12) angeschlossen sind, daß der Temperaturfühler (27) im Einströmbereich des im Wärmetauscher (5) erhitzten Wassers in dem Zwischenspeicher (12) sowie ein Strömungsmelder (26) in der zu den Entnahmestellen führenden Leitung (22) angeordnet sind, und daß ein auf den Strömungsmelder (26) ansprechender Steuerkreis (25) in Abhängigkeit von einem Brauchwasser- Temperatursollwert und der Anzeige des Temperaturfühlers (27) die beiden Umwälzpumpen (6, 16) ein- oder ausschaltet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kaltwasseranschluß eine in Durchströmrichtung hinter dem Zwischenspeicher (12) angeordnete Rückstromsperre (14) nachgeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Zwischenspeichers (12) zwischen etwa 3 und 30 ltr. liegt.

4. Anordnung zum Aufheizen und zum Bereitstellen von warmem oder heißem Brauchwasser von Trinkwasserqualität mit einem Heißwasserspeicher, der über Umwälzkreisläufe mit einer oder mehreren Heizquellen und mit den Radiatoren eines Raumheizsystems in Verbindung steht, bei der ein sekundärseitig mit einem Kaltwasseranschluß für unter Druck stehendes Wasser in ständig offener und mit mindestens einer Brauchwasser-Entnahmestelle in schließbarer Verbindung stehender Wärmetauscher vorgesehen ist, der primärseitig mit dem Heißwasserspeicher und einer Umwälzpumpe einen ersten Umwälzkreis bildet, dessen Umwälzpumpe über einen Temperaturfühler schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Umwälzpumpe (52) regelbar ist, daß der Temperaturfühler (58) an einer solchen Stelle innerhalb des Wärmetauschers angeordnet ist, daß er die Brauchwasser-Isttemperatur - in Durchströmrichtung gesehen - im Bereich zwischen dem zweiten und dem letzten Drittel des Durchströmweges durch den Wärmetauscher (51) mißt, daß ein Strömungsmelder (57) zwischen dem Wärmetauscher (51) und den Brauchwasser-Entnahmestellen angeordnet ist, und daß ein Steuerkreis (54) vorgesehen ist, welcher auf den Strömungsmelder (57) anspricht und in Abhängigkeit von einem Brauchwasser-Temperatursollwert und der Anzeige des Temperaturfühlers (58) die Umwälzpumpe (52) ein- und ausschaltet und deren Förderleistung regelt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (25, 54) mit einem Temperaturfühler (29, 60) unmittelbar im Bereich der Heißwasser-Entnahmestelle des Heißwasserspeichers (1, 50) verbunden ist.