DE4138858A1 - Warmwasser-versorgungssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmwasser-Versor­ gungssystem wie es in Gebäuden eingesetzt wird.

Herkömmliche Warmwasser-Versorgungssysteme sind so aufge­ baut, daß einzelne Versorgungsleitungen direkt mit einem Warmwasserkessel verbunden sind. Wenn nach längerer Nichtbe­ nutzung aus den Versorgungsleitungen Warmwasser entnommen werden soll, muß zunächst das in den Versorgungsleitungen befindliche abgekühle Wasser ausfließen. Dies hat den Nach­ teil, daß das abgekühlte Wasser ungenutzt in das Abwasser fließt und damit verloren geht.

Zur Lösung dieses Problems ist bereits eine Zirkulationslei­ tung vorgeschlagen worden, die mit dem Warmwasserkessel aus­ gangsseitig verbunden und an einer anderen Stelle in diesen zurückgeführt ist. Die einzelnen Warmwasser-Versorgungslei­ tungen sind an der Zirkulationsleitung angeschlossen. In der Zirkulationsleitung ist ferner eine Zirkulationspumpe an­ geordnet, die zu bestimmten Tageszeiten in Gang gesetzt wird, um an den Anschlußstellen der Versorgungsleitungen Warmwasser zur Verfügung zu stellen. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei langandauernder Zirkulation des Warmwassers Wärmeverluste im Leitungssystem der Zirkula­ tionsleitung auftreten und die Zirkulationspumpe während des Betriebs Strom verbraucht. Da nur zu bestimmten Zeiten Warm­ wasser entnommen wird, ist es unnötig, die Zirkulationspumpe über eine längere Zeitdauer zu betreiben. Außerdem lassen sich die Bedarfszeiten nur ungenügend vorhersehen, so daß bei einer unerwarteten Warmwasserentnahme das Wasser in der Zirkulationsleitung bereits abgekühlt ist.

Aus der DE-PS 37 26 722 ist bereits eine Mischwasseranlage bekannt, bei der ebenfalls eine Zirkulationsleitung und eine Kaltwasserleitung vorhanden ist. Eine Erfassung der Strömung in der Kaltwasserleitung findet jedoch nicht statt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Warm­ wasser-Versorgungssystem anzugeben, bei dem zu beliebigen Zeiten Warmwasser im wesentlichen ohne Verzögerung entnommen werden kann, wobei Wärmeverluste in der Zirkulationsleitung vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Warmwasser-Ver­ sorgungssystem mit einem Kessel, der ausgangsseitig mit ei­ ner Zirkulationsleitung verbunden ist, welche in den Kessel rückgeführt ist, einer in der Zirkulationsleitung angeordne­ ten Zirkulationspumpe und einer Kaltwasserleitung, die mit der Eingangsseite des Kessels verbunden ist, gelöst, wobei erfindungsgemäß in der Kaltwasserleitung ein Durchflußsensor angeordnet ist, der mit der Zirkulationspumpe gekoppelt ist.

Das erfindungsgemäße Versorgungssystem hat die Eigenschaft, daß nach Entnahme von Wasser aus der Zirkulationsleitung un­ mittelbar ein Druckausgleich durch in den Kessel nachströ­ mendes Kaltwasser stattfindet. Diese Strömung in der Kalt­ wasserleitung wird erfaßt und die Zirkulationspumpe wird un­ mittelbar eingeschaltet. Da die Zirkulationspumpe eine groß­ volumige Umwälzung des Zirkulationswassers in kurzer Zeit bewirkt, werden die an die Zirkulationsleitung angeschlosse­ nen Warmwasser-Versorgungsleitungen nach kurzer Verzögerung mit Warmwasser aus dem Kessel versorgt. Das in der Zirkula­ tionsleitung zwischen dem Kessel und den Anschlußstellen der Warmwasserleitung befindliche abgekühlte Wasser gelangt nicht mehr in die Versorgungsleitung, sondern wird unmittel­ bar umgewälzt.

Die Erfindung leistet einen wesentlichen Beitrag zum Umwelt­ schutz, da sie die langjährig praktizierte Verschwendung von abgekühltem Warmwasser in Haushalten vermeidet. Ferner lei­ stet sie einen Beitrag zur Energieeinsparung, da die Ein­ schaltzeit der Zirkulationspumpe auf ein Mindestmaß redu­ ziert wird und nur bei Bedarf erfolgt. Dadurch sind unnötige Wärmeverluste im Zirkulationsleitungssystem vermieden. Die Anwendung der Erfindung auf Solaranlagen ist besonders be­ vorzugt, da der herkömmliche Betrieb der Zirkulationspumpe in der Nacht infolge der fehlenden Nachheizung des Wassers im Kessel zu einer völligen Abkühlung des Systems führt.

Ferner liegt ein Vorteil der Erfindung darin, daß sie auch bei Altanlagen mit geringem Installationsaufwand nachgerüs­ tet werden kann.

Es ist bevorzugt, daß der Durchflußsensor bei Überschreiten einer vorbestimmten Durchflußmenge die Zirkulationspumpe durch ein Auslösesignal einschaltet. Die vorbestimmte Durch­ flußmenge kann so gewählt werden, daß sie unterhalb des Durchflusses liegt, der durch einen beliebigen geöffneten Verbraucher im Warmwassernetz ausgelöst wird. Die Grenzmenge kann besonders bevorzugt nahe des Strömungs-Nullpunkts ge­ wählt sein.

Es ist ferner bevorzugt, daß zwischen Durchflußsensor und Zirkulationspumpe ein elektronischer Zeitgeber geschaltet ist, der die Zirkulationspumpe bei Überschreiten einer be­ stimmten Durchflußmenge in der Kaltwasserleitung einschaltet und nach Ablauf einer einstellbaren Nachlaufzeit abschaltet. Der Zeitgeber schaltet die Zirkulationspumpe unmittelbar nach Empfang des Auslösesignals ein und betreibt sie bis zur Umwälzung des gesamten Wassers der Zirkulationsleitung. Nach Ablauf der einstellbaren Nachlaufzeit ist an jeder Anschluß­ stelle einer Warmwasser-Versorgungsleitung heißes Wasser vorhanden. Ein darüber hinausgehender Betrieb der Zirkula­ tionspumpe ist unerwünscht.

Es ist ferner bevorzugt, daß in der Zirkulationsleitung in Strömungsrichtung hinter der Zirkulationspumpe ein Absperr­ ventil angeordnet ist, das mit dem elektronischen Zeitgeber gekoppelt ist. Das Absperrventil hat die Aufgabe, nach Ab­ schalten der Zirkulationspumpe jede weitere Strömung in der Zirkulationsleitung zu unterbinden. Zu diesem Zweck öffnet der elektronische Zeitgeber das Absperrventil, wenn der Durchfluß in der Kaltwasserleitung den vorbestimmten Wert überschreitet und schließt das Absperrventil, wenn die Nach­ laufzeit abgelaufen ist. Auf diese Weise sind bei längeren Standzeiten Wärmeverluste aufgrund einer Schwerkraftströmung vermieden.

Es ist bevorzugt, daß der elektronische Zeitgeber eine Steuereinheit aufweist, die mit dem Absperrventil gekoppelt ist und zu einer vorgegebenen Zeit das Absperrventil für ei­ ne bestimmte Zeitdauer öffnet bzw. geöffnet hält. Diese Mo­ difikation der vorangegangenen Ausführungsform ermöglicht, daß zu bestimmten Bedarfszeiten eine etwa durch Schwerkraft erzeugte Strömung in der Zirkulationsleitung stattfindet und zu einer (geringen) Grundzirkulation des Wassers führt.

Es ist bevorzugt, daß von der Zirkulationsleitung einzelne Warmwasser-Versorgungsleitungen für die Wasserentnahme ab­ zweigen. Dieses Merkmal ermöglicht, daß die Leitungswege der Versorgungsleitungen auf ein Mindestmaß beschränkt sind, so daß das in der Zirkulationsleitung bereitgestellte Heißwas­ ser unmittelbar an den Verbrauchsort gelangt.

Es ist ferner bevorzugt, daß sich die Zirkulationspumpe in Strömungsrichtung hinter den Abzweigungsstellen der Warmwas­ ser-Versorgungsleitungen befindet. Die Anordnung an dieser Stelle der Zirkulationsleitung ist bevorzugt, da an dem Ort der Zirkulationspumpe ein Druckverlust und eine Strömungs­ verzögerung stattfinden, die vor der Abzweigung der Versor­ gungsleitungen unerwünscht sind, da sie die Umwälzung des Zirkulationswassers verzögern. Hinter den Verzweigungsstel­ len für die Versorgungsleitung ist die Anordnung der Zirku­ lationspumpe nicht mehr nachteilig.

Es ist bevorzugt, daß das Absperrventil ein Magnetventil ist. Derartige Magnetventile sind schnellschaltend und ver­ läßlich.

Es ist bevorzugt, daß der Durchflußsensor bei Messung einer Strömung in der Kaltwasserleitung das Auslösesignal an den Zeitgeber gibt. Bei dieser Ausgestaltung ist die vorbestimm­ te Grenz-Durchflußmenge auf nahe null eingestellt, so daß bereits eine geringe Strömung zur Auslösung führt.

Es ist bevorzugt, daß der Zeitgeber die Zirkulationspumpe gleichzeitig mit Öffnung des Absperrventils einschaltet. Diese Ausführungsform eignet sich zur unmittelbaren und ein­ fachen Schaltung von Zirkulationspumpe und Absperrventil.

Es ist schließlich bevorzugt, daß der Zeitgeber das Absperr­ ventil gleichzeitig mit Abschalten der Zirkulationspumpe schließt. Auch in dieser Ausgestaltung ist ein geringer Schaltungsaufwand gewährleistet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Warmwasser-Versorgungssystems.

Mittelpunkt des Systems ist ein Warmwasser-Kessel bzw. Boi­ ler 2, der ein bestimmtes Volumen an Wasser fassen kann und dieses vermittels einer inwändigen Heizeinrichtung erwärmt. Der Kessel 2 ist ausgangsseitig mit einer Zirkulationslei­ tung 4 verbunden, die im Kreislauf zu dem Kessel 2 zurückge­ führt ist. In Strömungsrichtung des Zirkulationswassers in der Zirkulationsleitung sind zunächst Anschlußstellen für Warmwasser-Versorgungsleitungen 18, 20 und 22 vorgesehen, durch die Warmwasser zur Entnahme gelangt. Hinter den An­ schlußstellen für die Versorgungsleitungen ist im Rücklauf der Zirkulationsleitung 4 eine Zirkulationspumpe 8 angeord­ net, die zur Umwälzung des Zirkulationswassers dient. In Strömungsrichtung hinter der Zirkulationspumpe ist ein Ma­ gnetventil 10 angeordnet, das zum Verschluß der Zirkula­ tionsleitung dient. Hinter dem Magnetventil mündet die Zir­ kulationsleitung zurück in den Kessel 2.

An der Eingangsseite des Kessels 2 ist eine Kaltwasserlei­ tung 6 angeschlossen, durch die Kaltwasser nach Entleerung des Kessels 2 in diesen einströmt. Das Versorgungssystem hat die Eigenschaft, daß unmittelbar nach Entnahme von Wasser aus einer der Versorgungsleitungen 18, 20 oder 22 der über­ tragene Druckverlust zum Nachströmen von Kaltwasser führt. In der Kaltwasserleitung 6 ist vor der Anschlußstelle des Boilers 2 ein Durchflußsensor bzw. Durchflußwächter 14 an­ geordnet, der zur Erfassung des Durchflusses bzw. der Strö­ mung des Kaltwassers dient.

Der Durchflußsensor 14 erzeugt bei Überschreiten einer vor­ bestimmten Grenz-Durchflußmenge ein Auslösesignal, das elek­ trisch an einen elektronischen Zeitgeber 12 übertragen wird. Bei Empfang des Auslösesignals schaltet der Zeitgeber die mit ihm verbundene Zirkulationspumpe 8 ein. Ebenfalls bei Empfang des Auslösesignals öffnet der Zeitgeber 12 das mit ihm verbundene Magnetventil 10, so daß nun eine Umwälzung des Zirkulationswassers stattfindet. Im Zeitgeber 12 ist eine Nachlaufzeit eingestellt, die 1/2 Minute bis 1 Minute be­ trägt. Diese Nachlaufzeit verstreicht nach Einschaltung der Zirkulationspumpe 8. Nach Ablauf der Nachlaufzeit, in der eine vollständige Umwälzung des Zirkulationswassers statt­ findet, wird die Zirkulationspumpe abgeschaltet und gleich­ zeitig das Magnetventil 10 geschlossen.

Der elektronische Zeitgeber 12 besitzt eine zugeordnete Steuereinheit 16, die lediglich mit dem Magnetventil 10 bzw. einer Steuerleitung zum Magnetventil 10 verbunden ist. Die Steuereinheit hat die Aufgabe, das Magnetventil 10 zu einer vorgegebenen Tageszeit für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet zu halten, so daß in dieser Zeit eine Grundzirkulation auf­ grund einer Schwerkraftströmung in dem Zirkulationssystem stattfindet. Somit hemmt die Steuereinheit 16 einen Schließ­ impuls des Zeitgebers 12, der durch die Steuerleitung an das Magnetventil 10 gegeben wird.

Das erfindungsgemäße Warmwasser-Versorgungssystem arbeitet wie folgt. Nach Öffnung einer der Versorgungsleitungen 18 bis 20 entsteht ein Druckabfall in der Zirkulationsleitung 4, die unmittelbar auf den Kessel 2 übertragen wird. Der Druckabfall führt zum Nachströmen von Kaltwasser durch die Kaltwasserleitung 6. Der dort angeordnete Durchflußsensor 14 erfaßt bzw. mißt eine Strömung und erzeugt ein Auslösesi­ gnal, das unmittelbar an den Zeitgeber 12 gegeben wird, wel­ cher die Zirkulationspumpe 8 einschaltet und das Magnetven­ til 10 öffnet. Dadurch findet kurze Zeit nach Öffnung einer der Versorgungsleitungen eine pumpengetriebene Umwälzung des Zirkulationswassers statt, die schon nach kurzer Zeit aus dem Kessel 2 stammendes Warmwasser an den Anschlußstellen für die Versorgungsleitungen 18 bis 22 bereitstellt. Das zu­ nächst in der Zirkulationsleitung unterhalb der Anschluß­ stellen befindliche Kaltwasser gelangt nicht mehr in die Versorgungsleitungen. Nach völliger Umwälzung des Zirkula­ tionswassers wird die Zirkulationspumpe 8 abgeschaltet und das Magnetventil 10 geschlossen. Die dafür benötigte Zeit entspricht der Nachlaufzeit des Zeitgebers 12. Die Erfindung liefert demnach eine Stromersparnis, da die Zirkulationspum­ pe nur bei Wasserentnahme und nur für die notwendige Zeit läuft. Ferner findet kein unnötiger Betrieb der Zirkula­ tionspumpe statt, die bei herkömmlichen Systemen zu einer Entleerung des Boilers und damit zu einem unnötigen Wärme­ verlust führt. Dieser Vorteil ist insbesondere bei Solaran­ lagen von Nutzen, da diese den durch die Umwälzung eintre­ tenden Wärmeverlust in den Nachtzeiten nicht ausgleichen können.

Claims (12)

1. Warmwasser-Versorgungssystem, mit
einem Kessel (2), der ausgangsseitig mit einer Zirkulationsleitung (4) verbunden ist, welche in den Kessel (2) rückgeführt ist,
einer in der Zirkulationsleitung (4) angeordneten Zirkulationspumpe (8), und
einer Kaltwasserleitung (6), die mit der Eingangsseite des Kessels verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Kaltwasserleitung (6) ein Durchflußsensor (14) angeordnet ist, der mit der Zirkulationspumpe (8) gekoppelt ist.

2. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor (14) bei Überschreiten einer vorbestimmten Durchflußmenge die Zirkulationspumpe (8) durch ein Auslösesignal einschaltet.

3. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Durchflußsensor (14) und Zirkulationspumpe (8) ein elektronischer Zeitgeber (12) geschaltet ist, der die Zirkulationspumpe (8) bei Überschreiten einer vorbestimmten Durchflußmenge in der Kaltwasserleitung (6) einschaltet und nach Ablauf einer einstellbaren Nachlaufzeit abschaltet.

4. Warmwasser-Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zirkulationsleitung (4) in Strömungsrichtung hinter der Zirkulationspumpe (8) ein Absperrventil (10) angeordnet ist, das mit dem elektronischen Zeitgeber (12) gekoppelt ist.

5. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Zeitgeber (12) das Absperrventil (10) öffnet, wenn die Durchflußmenge in der Kaltwasserleitung (6) den vorbestimmten Wert überschreitet, und schließt, wenn die Nachlaufzeit der Zirkulationspumpe (8) abgelaufen ist.

6. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der elektronische Zeitgeber (12) eine Steuereinheit (16) aufweist, die mit dem Absperrventil (10) gekoppelt ist und zu einer vorgegebenen Zeit das Absperrventil (10) für eine bestimmte Zeitdauer öffnet bzw. geöffnet hält.

7. Warmwasser-Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zirkulationsleitung (4) einzelne Warmwasser-Versorgungsleitungen (18, 20, 22) für die Wasserentnahme abzweigen.

8. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zirkulationspumpe (8) in Strömungsrichtung hinter den Abzweigungsstellen der Warmwasser-Versorgungsleitung (18, 20, 22) befindet.

9. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil ein Magnetventil ist.

10. Warmwasser-Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor bei Messung einer Strömung in der Kaltwasserleitung (6) das Auslösesignal an den Zeitgeber (12) gibt.

11. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (12) die Zirkulationspumpe (8) gleichzeitig mit Öffnung des Absperrventils (10) einschaltet.

12. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (12) das Absperrventil (10) gleichzeitig mit Abschaltung der Zirkulationspumpe (8) schließt.