DE4114619C2 - Wasserheizeinrichtung und Verfahren zum Betreiben der Wasserheizeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserheizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Wasserheizeinrichtung.

Solche Einrichtungen dienen zur Bereitung von Heizungswasser für die Versorgung von Heizkörpern und gleichzeitig zur Bereitung von Brauchwasser mittels eines Brauchwasser­ wärmetauschers. Bei den aus der DE 33 22 612 A1, der DE 39 12 593 A1 und der AT 270 134 bekannten derartigen Einrichtungen öffnet ein den Brauchwasserwärmetauscher versorgendes Magnetventil den Zustrom zu diesem Wärmetauscher. Dabei ergibt sich aller­ dings der Nachteil, daß zu Zapfbeginn vorerst das bereits erkaltete Wasser aus dem Primärkreis des Brauchwasserwärmetauschers verdrängt werden muß, bevor überhaupt eine Erwärmung des strömenden Brauchwassers eintreten kann, wodurch sich entspre­ chende Verzögerungen in der Warmwasserbereitung und eine entsprechende Wasser­ verschwendung ergibt.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Wasserheizungseinrich­ tung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der sichergestellt ist, daß bei Zapfbe­ ginn rasch warmes Brauchwasser gezapft werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des unabhängigen Pa­ tentanspruchs,erreicht. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, bei Zapfbeginn sehr rasch warmes Wasser vom Heizungswasserspeicher in den Brauchwasserwärmetauscher zu leiten und auf diese Weise das zuströmende Brauchwasser rasch zu erwärmen.

Bei einem bevorzugten Verfahren zum Betreiben einer derartigen Wasserheizungseinrich­ tung ist sichergestellt, daß warmes Wasser aus dem Heizungswasserspeicher bei Zapfbe­ ginn in den Brauchwasserwärmetauscher fließt und so ein rasches Erwärmen des Brauch­ wassers ermöglicht.

Um bei einer erfindungsgemäßen Wasserheizeinrichtung einen besonders einfachen Auf­ bau zu ermöglichen, wird eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 3 vorgeschlagen. Da­ durch ergibt sich überdies der Vorteil, daß die Einrichtung mit handelsüblichen Bauteilen aufgebaut werden kann.

Weiter kann eine Volumenberücksichtigung gemäß Anspruch 4 vorgesehen sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß genügend Warmwasser in den Heizungswasserspeicher nachströmt, um das bei einer Pause des Betriebes der Wärmequelle im Wärmetauscher und den zu dem Heizungswasserspeicher hin und zum Wärmetauscher zurückführenden Leitungen stehende gegebenenfalls bereits abgekühlte Wasser zu verdrängen.

Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt, daß der Inhalt des Heizungs­ wasserspeichers auf einem hohen Temperaturniveau gehalten wird und daher bei Zapf­ beginn rasch warmes Wasser für den Primärkreis des Brauchwasserwärmetauschers zur Verfügung steht.

Eine Ausbildung der Steuereinrichtung gemäß Anspruch 6 ermöglicht einen sehr kompak­ ten Aufbau derselben und eine einfache Leitungsführung, wobei auch mit einem einzigen Antrieb für die Steuereinrichtung das Auslangen gefunden wird.

Ein Drehschieberventil, das sich besonders zur Verwendung bei einer Wasserheizerein­ richtung nach der Erfindung eignet, ist durch die Merkmale des Anspruchs 7 gegeben. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr einfache Konstruktion des Drehschiebers. Dabei können die Anschlüsse des Drehschiebers im Uhrzeigersinn mit dem Wärmetauscher, dem Einlaß des Heizungswasserspeichers, dem Brauchwasserwärmetauscher, dem Auslaß des Hei­ zungswasserspeichers und den Heizkörpern verbunden sein. Dadurch läßt sich eine sehr einfache Leitungsführung erreichen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Wasserheizeinrichtung,

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Wasserheizeinrichtung,

Fig. 3 bis 6 schematisch ein erfindungsgemäßes Drehschieber­ ventil in verschiedenen Schaltstellungen.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist der Wärmetauscher 1 von einem Brenner 2 beaufschlagbar und über eine Vorlaufleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 mit einer Heizkörperanordnung 5 verbun­ den. In der Vorlaufleitung 3 ist ein Drei-Wege-Ventil 6 mit Mag­ netantrieb 7 angeordnet, das wahlweise den Weg zu einem Heizungs­ wasserspeicher 8 freigibt oder sperrt, wobei in letzterem Falle der Durchfluß der Vorlaufleitung freigegeben wird.

Dieser Heizungswasserspeicher 8 ist mit einer Wärmeisolation 19 versehen und daher gut gegen Wärmeverluste isoliert. Weiter kann auch vorgesehen sein, daß der Heizungswasserspeicher 8 mit einer zusätzlichen Wärmequelle versehen ist, deren Leistung jedoch le­ diglich zum Ausgleich der verbleibenden Wärmeverluste des Hei­ zungswasserspeichers ausreichen muß. Damit ist sichergestellt, daß das im Heizungswasserspeicher gespeicherte Wasser auf einer ent­ sprechend hohen Temperatur gehalten wird.

Der Heizungswasserspeicher 8 ist weiter mit dem Einlaß des Primär­ kreises des Brauchwasserwärmetauschers 9 verbunden, wobei dieser auch noch mit einem weiteren in der Vorlaufleitung 3 angeordneten Drei-Wege-Ventil 10 verbunden ist, das ebenfalls mit einem Magnetantrieb 11 versehen ist. Dieses Drei-Wege-Ventil 10 gibt wahlweise den Weg zum Brauchwasserwärmetauscher 9 frei oder unterbricht diesen unter gleichzeitiger Freigabe des Durchflusses zum Heizkörper 5.

Der Auslaß des Primärkreises des Brauchwasserwärmetauschers 9 ist mit der Rücklaufleitung 4 verbunden.

Der Sekundärkreis des Brauchwasserwärmetauschers 9 ist mit einer Brauchwasserzapfstelle 12 verbunden, die auf eine Steuerung 13 einwirkt und bei Öffnen der Brauchwasserzapfstelle 12 ein Signal abgibt, das einen vorgegebenen Ablauf der Ansteuerung der An­ triebe 7, 11 der beiden Drei-Wege-Ventile 6, 10 auslöst.

Dabei wird beim Öffnen der Brauchwasserzapfstelle 12 das Drei- Wege-Ventil 6 im Sinne einer Freigabe der Verbindung zum Hei­ zungswasserspeicher 8 angesteuert und bleibt so lange offen, bis ein dem Volumen V₁ des Wärmetauschers 1 und dem Volumen V₂ der vom Wärmetauscher 1 zum Heizungswasserspeicher 8 führenden Leitungen und dem Volumen V₃ der vom Heizungswasserspeicher 8 zum Rücklauf­ anschluß des Wärmetauschers 1 führenden Leitungen, inklusive des Volumens des Primärkreises des Brauchwasserwärmetauschers 9 ent­ sprechendes Volumen in den Heizungswasserspeicher 8 geflossen ist. Dabei handelt es sich um auf die Vorlauftemperatur der Heiz­ körpereinrichtung 5 erwärmtes Wasser, da beim Öffnen der Brauch­ wasserzapfstelle 12 der Brenner 2 anspringt, falls er nicht ohne­ hin aufgrund einer bestehenden Wärmeanforderung der Heizkörperein­ richtung 5 in Betrieb ist.

Danach wird das Drei-Wege-Ventil 6 im Sinne einer Sperre des Zu­ laufs zum Heizungswasserspeicher 8 und Öffnen der Vorlaufleitung 3 und gleichzeitig das Drei-Wege-Ventil 10 im Sinne einer Freigabe des Zuflusses zum Brauchwasserwärmetauscher 9 und Sperre der Vor­ laufleitung 3 angesteuert. Dadurch wird die weitere Versorgung des Primärkreises des Brauchwasserwärmetauschers 9 mit Heizungswasser sichergestellt.

Nach Beendigung des Zapfens wird das Drei-Wege-Ventil 10 im Sinne einer Sperre des Zuflusses zum Brauchwasserwärmetauscher 9 und Freigabe des Durchflusses in der Vorlaufleitung angesteuert. Der Inhalt des Heizungswasserspeichers 8 wird in den Zeiten ohne Brauch­ wasserzapfung über den Thermostaten 14 auf Soll-Temperatur gehal­ ten. Dazu wird über eine geeignete Regelungstechnik das Ventil 6 im Sinne eines Zuflusses zum Speicher 8 gehalten und der Brenner 2 in Funktion gesetzt. Bei Erreichen des Soll-Wertes wird der Bren­ ner abgeschaltet und das Ventil 6 im Sinne eines Zuflusses zum Heizkörper 5 umgeschaltet. Die Aufgabe der Beheizung des Heizungswasserspeichers 8 kann auch alternativ von einer vorzugs­ weise elektrischen Wärmequelle unabhängig vom Brenner 2 übernommen werden.

Die Umwälzung des Heizungswassers wird durch die Pumpe 15 sichergestellt, die sich in der Rücklaufleitung zwischen dem An­ schluß des Brauchwasserwärmetauschers und dem Wärmetauscher 1 be­ findet.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist die Steuereinrich­ tung 20 durch die beiden Drei-Wege-Ventile 6 und 10 gebildet. Da­ bei sind die beiden Drei-Wege-Ventile 6, 10 zwischen den Leitun­ gen 3 und a angeordnet, wobei die letztere zu den Heizkörpern 5 führt. Die dritten Anschlüsse dieser beiden Drei-Wege-Ventile 6, 10 sind über die Leitungen b mit dem Einlaß des Heizungswasserspeichers 8 und über die Leitung c mit dem Auslaß desselben verbunden, wobei der mit der Leitung c verbundene Anschluß auch noch über die Leitung d mit dem Einlaß des Brauchwasserwärmetauschers 9 verbunden ist.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 lediglich dadurch, daß die Steuereinrichtung 20 durch ein Drehschieberventil 21 und dessen Antrieb 22 gebildet ist. Dieses- Drehschieberventil 21 weist fünf Anschlüsse auf, die im Uhrzeigersinn mit den Leitungen 3, b, d, c und a verbunden sind, die in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 mit den verschiedenen Bauteilen, wie Wärmetauscher 1, Heizungswasserspeicher 8, Brauchwasserwärmetauscher 9 und den Heizkörpern 5 verbunden sind.

Das Drehschieberventil 21 weist einen Ventilkörper 23 auf, der einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweist. Dabei ver­ läuft eine Steuerfläche 24 knapp neben der Diametrale des Ge­ häuses 25 des Drehschieberventiles 21, wobei die zweite Steuerflä­ che 26 einen Rau-m begrenzt, der zwei um einen Winkel 90° versetzte Anschlüsse mit einschließt.

Dadurch ist es möglich, in einer Stellung (Fig. 3) lediglich die Heizkörper 5 vom Wärmetauscher 1 zu versorgen, wobei die übrigen Anschlüsse kurzgeschlossen sind und daher die an diesen Anschlüs­ sen angeschlossenen Bauteile nicht durchströmt werden. Die Fig. 4 zeigt eine Zwischenstellung, in der der Zustrom zu den Heizkörpern 5 unterbrochen ist und die Verbindung zum Hei­ zungswasserspeicher 8 noch nicht geöffnet ist.

Die Fig. 5 zeigt eine Stellung des Drehschieberventils 21 in der Heizungswasser vom Wärmetauscher 1 über den Heizungswasser­ speicher 8 zum Brauchwasserwärmetauscher 9 strömt, das heißt eine Stellung, in der lediglich Brauchwasser bereitet wird, wobei diese Stellung dem Zapfbeginn entspricht.

In der Fig. 6 ist die Stellung des Drehschieberventiles 21 dargestellt, die dem Zapfen von Brauchwasser nach einer An­ laufphase entspricht. Dabei strömt das Heizwasser vom Wärme­ tauscher 1 direkt zum Brauchwasserwärmetauscher 9, und das in den Heizwasserspeicher 8 eingeströmte heiße Wasser verbleibt in die­ sem.

Claims (7)

1. Wasserheizeinrichtung zur Bereitung von Heiz- und Brauchwas­ ser, bei der ein von einer Wärmequelle beaufschlagbarer Wär­ metauscher über eine ein Drei-Wege-Ventil aufweisende Steuer­ einrichtung wahlweise mit Heizkörpern oder einem Brauchwas­ serwärmetauscher verbindbar ist, der parallel zu den Heizkörpern geschaltet ist, dessen Sekundärkreis mit einer Brauchwasser- Zapfstelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizungswasserspeicher (8) vorgesehen ist, der auf einer relativ hohen Wassertemperatur mittels Thermostat (14) haltbar ist und der über ein zwischen dem von der Wärmequelle beaufschlagten Wärmetauscher (1) und dem, den Brauchwasserwärmetau­ scher (9) steuernden Drei-Wege-Ventil (10) angeordnetes weite­ res Drei-Wege-Ventil (6) mit dem Wärmetauscher (1) verbindbar ist und dessen Auslauf mit dem Einlaß des Brauchwasserwärme­ tauschers (9) verbunden ist, wobei eine von der Brauchwasser- Zapfstelle (12) beaufschlagte Steuereinrichtung (13) mit den Antrieben, vorzugsweise Magnetantrieben (7, 11), der Drei-Wege­ Ventile (6, 10) verbunden ist.

2. Wasserheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist, die die Drei-Wege-Ventile (6,10) umfaßt, welche in Serie in einer vom Wärmetauscher (1) zu den Heizkörpern (5) führenden Leitung angeordnet sind, wobei der dritte Anschluß des ersten Drei- Wege-Ventils (10) in bekannter Weise mit dem Brauchwasser­ wärmetauscher (9) verbunden ist und das zweite, zwischen dem Wärmetauscher (1) und dem ersten Drei-Wege-Ventil (10) an­ geordnete Drei-Wege-Ventil (6) mit seinem driften Anschluß mit dem Einlaß des Heizungswasserspeichers (8) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Einlaß des Brauchwasserwärmetau­ schers (9) verbunden ist.

3. Wasserheizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Volumen des Heizungswasserspei­ chers (8) mindestens dem Volumen des Wärmetauschers (1) plus den Volumina der zu dem Heizungswasserspeicher (8) und von diesem weg führenden Leitungen entspricht.

4. Wasserheizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Heizungswasserspeicher (8) mit einer Wärmeisolation (19) und gegebenenfalls mit einer zusätz­ lichen Heizeinrichtung versehen ist, deren Leistung im wesentli­ chen lediglich zum Ausgleich der Wärmeverluste des Heizungs­ wasserspeichers (8) ausreicht.

5. Wasserheizereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist, die durch ein Drehschieberventil (21) gebildet ist, das mit dem Wär­ metauscher (1), den Heizkörpern (5), dem Brauchwasserwärme­ tauscher (9) und dem Ein- und Auslaß des Heizungswasser­ speichers (8) verbunden ist und einen im Querschnitt im wesent­ lichen dreieckigen Ventilkörper (23) aufweist.

6. Wasserheizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drehschieberventil (21) aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse (25) und einem in diesem drehbar gehal­ tenen Ventilkörper (23) besteht und daß das Gehäuse (25) mit vier im Uhrzeigersinn um je ca. 90° versetzt angeordneten und einem weiteren zwischen zweien dieser Anschlüsse angeordne­ ten Anschluß versehen ist, wobei der Ventilkörper (23) eine ne­ ben den einander diametral gegenüberliegenden Anschlüssen des Drehschieberventiles (21) verlaufende Steuerfläche (24) und eine weitere Steuerfläche (26) aufweist, die einen Raum be­ grenzt, der zwei um 90° versetzt angeordnete Anschlüsse ein­ schließt, wobei der Ventilkörper an der Innenwand des Gehäuses (25) des Drehschieberventiles (21) anliegende Dichtflächen auf­ weist.

7. Verfahren zum Betreiben der Wasserheizeinrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (13) bei Zapfbeginn zuerst das den Zufluß zum Heizungswasserspei­ cher (8) steuernde Drei-Wege-Ventil (6) im Sinne einer Verbin­ dung des Heizungswasserspeichers (8) mit der vom Wärmetau­ scher (1) kommenden Vorlaufleitung (3) ansteuert und diesen mit dem Heizungskreis verbindet, so lange, bis ein dem Volumen des Wärmetauschers (1) plus den Volumina der zu dem Heizungs­ wasserspeicher (8) und von diesem weg führenden Leitungen entsprechendes Volumen in den Heizungswasserspeicher (8) nachgeflossen ist, und danach dieses Drei-Wege-Ventil (6) im Sinne eines Sperrens des Zuflusses zum Heizungswasser­ speicher (8) und gleichzeitig das den Zufluß zum Brauchwas­ serwärmetauscher (9) steuernde Drei-Wege-Ventil (10) im Sinne einer Freigabe des Zuflusses zu diesem bis zum Ende des Zap­ fens ansteuert.