DE4117516A1 - Einrichtung zur erzeugung von erwaermtem brauchwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von erwärmtem Brauchwasser mittels eines Gas-Wasserheizers. Unter Gas-Wasserheizer sollen hier Warmwasserbereiter, die auch als Gasthermen bezeichnet werden, und Gas-Kombiheizer verstanden werden, bei denen ein Abgas-Wasserwärmetauscher, auch Durchlauferhitzer genannt, von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizt wird.

Gas-Kombiheizer unterscheiden sich von gewöhnlichen Warmwasserbereitern unter anderem darin, daß sie außer der Brauchwasserbereitung auch gleichzeitig die Erwärmung des für Heizungszwecke nötigen Wassers übernehmen.

Gas-Wasserheizer haben den Nachteil, daß für die Entnahme von warmem bzw. heißem Wasser lange Wartezeiten in Kauf genommen werden müssen, bis sich die gewünschte Temperatur an der Entnahmestelle eingestellt hat. Diese Wartezeiten, die wegen der Trägheit der Energieübertragung (Brenner-Durchlauferhitzer-Entnahmestelle) auftreten, haben zur Folge, daß große Wassermengen unnötig entnommen werden.

In dem GM 89 15 404 wird das Problem langer Wartezeiten mit kaum oder wenig erwärmtem Wasser dadurch gelöst, daß ein Speicherbehälter für warmes Wasser elektrisch mit einer Termostatsteuerung beheizbar ist und gleichzeitig ein Vielfaches des Volumens eines Durchlauferhitzers mit atmosphärischem Gasbrenner aufweist.

Neben der generellen Unwirtschaftlichkeit der Warmwasserbereitung mit elektrischer Energie hat diese Lösung mehrere Nachteile. So wird ein zusätzliches Wasserreservoir geschaffen, das mit einer eigenen Energieversorgung ausgestattet unter Hinzufügung erforderlicher Steuerelemente einen entsprechenden apparativen Aufwand bedeutet.

Eine Lösung des Problems langer Wartezeiten, die auch als Vorlaufzeiten bezeichnet werden, geschieht in der Praxis manchmal dadurch, daß ein isoliertes Warmwasserreservoir als Pufferspeicher zwischen Durchlauferhitzer und Zapfstelle eingebaut wird, das üblicherweise ein Volumen von 50 bis 100 Litern hat. Hierbei sind der zusätzliche nicht unerhebliche Platzbedarf und die hohen Anschaffungskosten für ein solches Gerät ungünstig. Außerdem treten trotz der Isolierung während der Speicherung Wärmeverluste auf.

Die geschilderten Probleme der Brauchwasserbereitung treten besonders auch bei Gas-Kombiheizern auf, weil diese Geräte eine indirekte Erwärmung des Brauchwassers über vorwiegend für Heizungszwecke aufbereitetes Heißwasser bewirken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von erwärmtem Brauchwasser mittels eines Gas-Wasserheizers besonders auch bei Gas-Kombiheizern vorzuschlagen, bei dem mit geringem Platzbedarf eine vom Aufwand her einfache und wirtschaftliche Lösung geschaffen wird, die bei der Brauchwasserentnahme ein Maximum an Komfort bietet, indem eine gewünschte Brauchwassertemperatur bereits kurz nach Beginn der Brauchwasserentnahme an der Entnahmestelle zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches gelöst.

Danach wird ein Gas-Wasserheizer mit einem ein Latentwärmespeichermedium enthaltenden Speicher verbunden, der in der Lage ist, seine von warmem Wasser aufgenommene und gespeicherte Wärmeenergie an kühleres Wasser, z. B. kaltes Brauchwasser, abzugeben. Das soll insbesondere dann geschehen, wenn vom Beginn einer Brauchwasserentnahme an die Zeit überbrückt werden soll, die der Brenner des Gas-Wasserheizers benötigt, um auch ohne Latentwärmespeicher eine gewünschte Wassertemperatur an der Entnahmestelle zu erzeugen.

Für den Fall, daß wie bei einer Gastherme das Brauchwasser den Durchlauferhitzer des Warmwasserbereiters direkt durchfließt, ist der Speicher in der Brauchwasserleitung hinter dem Durchlauferhitzer eingebaut. Nachdem er seine gespeicherte Energie abgegeben hat, kann er nur durch warmes Brauchwasser wieder aufgeladen werden, das über die Zeit der Entladung des Speichers hinaus entnommen wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 2 wird der Speicher mit einem Gas-Kombiheizer verbunden, bei dem eine indirekte Beheizung des Brauchwassers erfolgt.

Das Brauchwasser fließt hierbei nicht durch den Durchlauferhitzer, sondern wird indirekt über einen Wärmetauscher von Heizungswasser erwärmt, das in einem von der Brauchwasserleitung getrennten Heizungskreislauf zirkuliert.

Für den Anschluß der Brauchwasserleitung an den Heizungskreislauf des Gas-Kombiheizers besteht eine vorteilhafte Weiterbildung gemäß Anspruch 3, wonach eine Bypassverbindung zwischen Vor- und Rücklauf des Heizungskreislaufes eingerichtet ist, die einen einem Kurzschluß in der Heizungsanlage vergleichbaren Betrieb ermöglicht und durch ein Regelventil zu beaufschlagen ist. Warmes Heizungswasser, das durch den Bypass flieht, gibt seine Wärmeenergie an das Brauchwasser ab, wodurch der Heizung, sofern sie in Betrieb befindlich ist, weniger Wärmeenergie zur Verfügung steht. Diese Heizungsverluste können durch verstärkte Beheizung mit dem atmosphärischen Gasbrenner ausgeglichen werden. Wird keine Heizleistung benötigt, arbeitet der Brenner allein für die Erwärmung des Brauchwassers. Die Erfordernisse mehr oder weniger benötigter Heizleistung werden durch das Regelventil, das vorzugsweise am Übergang des Bypass zum Rücklauf des Heizungskreislaufes sitzt, ausgeglichen.

Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch 4 kann der Speicher an die Brauchwasserleitung so angeschlossen werden, daß er hinter dem Wärmetauscher zum Bypass 11 angeordnet ist. Bei dieser einfachen und preisgünstigen Anschlußmöglichkeit des Speichers kann ein Wärmeaustausch des Speichers nur mit dem Brauchwasser erfolgen, und die Einspeicherung von Energie in den Speicher hängt, wie bei dem Betrieb mit einer Gastherme, von den Zeiten der Brauchwasserentnahme ab.

Eine günstige Variante bietet der Anschluß eines Speichers nach Anspruch 5, wobei es möglich ist, den Speicher durch Heizungswasser beliebig oft nachzuladen und so von der Brauchwasserentnahme unabhängig zu machen. Da ein Speicher nur wechselweise mit Belade- und Entladebetrieb und nicht kontinuierlich zur Abgabe von Wärmeenergie eingesetzt werden kann, ist die ständige Bereitstellung von Wärmeenergie, wenigstens um das Nachladen des Speichers zu jedem Zeitpunkt und unabhängig von der Brauchwasserentnahmemenge bzw. Zahl der Entnahmevorgänge zu gewährleisten, erforderlich und besonders günstig, da es die Einsatzbereitschaft des Speichers erhöht.

Weitere vorteilhafte Verbesserungen werden nach Anspruch 6 bzw. den Ansprüchen 7 und 8 erzielt, wobei ein Wärmeaustausch vom Latentspeichermedium gleichzeitig zum Heizungswasser und Brauchwasser vorliegt, was die Zeiten der Trägheit gegenüber einem Wärmeaustausch allein zwischen Speicher und Heizungswasser noch mehr verkürzt, da der Übertragungsweg zum Brauchwasser direkter und schneller ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen nach den Ansprüchen 9 bis 11 betreffen die Beschaffenheit des Latentwärmespeichermediums, das aus für die Wassererwärmung besonders geeigneten Salzhydraten, Doppelsalzen, Eutektika und reziproken Salzpaaren besteht.

Nachstehend sind beispielhaft einige Ausgestaltungen der Erfindung schematisch in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Gas-Kombiheizer mit einem im Vorlauf eines Brauchwasserwärmetauschers integrierten Latentwärmespeicher,

Fig. 2 einen Gas-Kombiheizer mit einem im Bypass zwischen Vor- und Rücklauf eines Durchlauferhitzers integrierten Latentwärmespeicher,

Fig. 3 einen Gas-Kombiheizer mit einem im Bypass zwischen Vor- und Rücklauf eines Durchlauferhitzers und gleichzeitig im Vorlauf eines Brauchwasserwärmetauschers integrierten Latentwärmespeicher und

Fig. 4 einen Gas-Kombiheizer mit einem im Vorlauf eines Durchlauferhitzers und gleichzeitig im Vorlauf des Brauchwasserwärmetauschers integrierten Latentwärmespeicher.

In allen Figuren ist gemeinsam dargestellt, wie aus dem Rücklauf 4 kommendes abgekühltes Wasser beispielsweise aus einer hier nicht dargestellten Heizung im Durchlauferhitzer 21 vom atmosphärischen Gasbrenner 2 erwärmt wird und über den Vorlauf 3 wieder abfließt. Der Fluß wird durch die Pumpe 9 erzeugt. Zwischen Vorlauf 3 und Rücklauf 4 befindet sich ein Bypass 11, der über das Umschaltventil 10 geöffnet bzw. abgesperrt werden kann. An dem Bypass 11 sitzt der Brauchwasserwärmetauscher 6, durch den kaltes Brauchwasser 7 zu warmem Brauchwasser 8 erwärmt wird.

In Fig. 1 sitzt der Speicher 5, der das Latentwärmespeichermedium enthält, im Vorlauf des Brauchwasserwärmetauschers 6, wobei der Speicher 5 von warmem Brauchwasser nur dann wieder geladen wird, wenn warmes Wasser über die Zeit hinaus entnommen wird, in der sich der Speicher 5 entlädt. Bei dieser Variante, die von allen dargestellten die kostengünstigste ist, wird der Speicher 5 bei geringer Entnahme von Brauchwasser zwar entladen, aber nur unzureichend oder überhaupt nicht nachgeladen.

In Fig. 2 sitzt der Speicher 5 im Bypass 11 zwischen Vorlauf 4 und Rücklauf 3 des Durchlauferhitzers 21 vor dem Brauchwasserwärmetauscher 6.

Bei dieser Ausgestaltung, die nächst der ersten ebenfalls sehr preisgünstig ist, wird der Speicher 5 in den Heizkreislauf vor den Brauchwasserwärmetauscher 6 des Heizwassers mit dem Brauchwasser geschaltet, so daß in Verbindung mit einer entsprechenden Steuerung der Speicher 5 ständig durch das Heizwasser geladen werden kann und auf diese Weise immer einsatzbereit ist.

Allerdings tritt die Brauchwassererwärmung bei dieser Lösung erst mit einer gewissen Verzögerung ein, die zwar gegenüber einer Apparatur ohne Speicher 5 immer noch sehr komfortabel ist, aber wegen der zweifachen Energieübertragung vom Speicher 5 auf das zunächst noch kühle Heizwasser und vom Heizwasser über den Brauchwasserwärmetauscher 6 auf das Brauchwasser die Vorlaufzeit nur etwa um die Hälfte der ohne Speicher 5 minimal erreichbaren Zeit verkürzt.

Eine Entscheidung zwischen beiden genannten Lösungsvarianten wird auch durch die Kosten für die durch unterschiedliche Anforderungen bezüglich der Schmelzbereiche (für die erste Lösung Bereich 45 bis 60°C, für die zweite Lösung Bereich 60 bis 80°C) benötigten Latentwärmespeichermedien beeinflußt.

Eine weitere Verbesserung gegenüber der Schaltung in Fig. 2 stellt die Einbauweise des Speichers 5 nach Fig. 3 dar, bei der Energie über das Wärmespeichermedium vom Heizungswasser auf das Brauchwasser übertragbar ist, wobei die Beladung des Speichers 5 ebenso wie nach Fig. 2 unabhängig von der entnommenen Brauchwassermenge ist, aber die Erwärmung des Brauchwassers 8 schneller erreicht wird. Für den Fall, daß Heizungs- und Warmwasserbetrieb gleichzeitig durchgeführt werden, muß durch eine entsprechende Schaltung des Umschaltventils 10 der Bypass 11 zur Beladung des Speichers 5 beaufschlagbar sein. Dies kann durch eine sogenannte Vorrangschaltung bewirkt werden, die dem Nachladen des Speichers 5 vor dem Heizbetrieb zeitweilig Vorrang einräumt, indem beispielsweise ein Regler für die Vorlauftemperatur einer zugehörigen Raumheizung teilweise überbrückt wird. Nach Beendigung der Warmwasserentnahme wird die Überbrückung des Reglers für die Raumheizung verzögert zurückgeschaltet und in der Zeitspanne der Verzögerung der Speicher 5 nachgeladen.

Eine Ausführung nach Fig. 4, bei der der Speicher 5 im Vorlauf 3 des Durchlauferhitzers 2 sitzt, ist dann besonders zweckmäßig, wenn außer der Warmwasserbereitung für Brauchwasser zum Beispiel ein Heizungsbetrieb oder eine anderweitige Verwendung von warmem Wasser über das ganze Jahr hindurch vorgesehen ist. Die Höhe der Vorlauftemperatur wird für diesen Verwendungszweck auch vom eingesetzten Speichermedium bzw. dessen Schmelzpunkt beeinflußt.

Claims (12)

1. Einrichtung zur Erzeugung von erwärmtem Brauchwasser mittels eines Gas-Wasserheizers dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas-Wasserheizer (1) ein Speicher (5) zugeordnet ist, der ein Latentwärmespeichermedium enthält, von dem Wärme aus erwärmtem Wasser aufnehmbar und an nicht ausreichend erwärmtes Wasser zuführbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (5) ein Wärmetauscher (6) zur Bildung eines Gas-Kombiheizers zugeordnet ist, durch den Brauchwasser und Heizungswasser fließt, und das Heizungswasser von dem Gas-Kombiheizer erwärmbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (6) in einem Bypass (11) zwischen Vorlauf (3) und Rücklauf (4) des Gas-Kombiheizers angeordnet ist und der Bypass (11) durch ein Regelventil (10) mit Heizungswasser zu beaufschlagen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme von durch den Wärmetauscher (6) erwärmtem Brauchwasser auf den Speicher (5) übertragbar und von dort auf nicht ausreichend erwärmtes Brauchwasser übertragbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (5) in dem Bypass (11) vor dem Wärmetauscher angeordnet ist und mit dem zirkulierenden Heizungswasser im Wärmeaustausch steht.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (5) mit dem zirkulierenden Heizungswasser und dem Brauchwasser im Wärmeaustausch steht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (5) im Bypass (11) vor dem Wärmetauscher (6) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (5) im Vorlauf (3) vor dem Bypass (11) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentwärmespeichermedium des Wärmetauschers (5) aus Salzhydraten besteht.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentwärmespeichermedium des Wärmetauschers (5) aus Eutektika besteht.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentwärmespeichermedium des Wärmetauschers (5) aus Doppelsalzen besteht.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentwärmespeichermedium des Wärmetauschers (5) aus reziproken Salzpaaren besteht.