DE4308941C2

DE4308941C2 - Anordnung zur Warmwasserbereitstellung für mit Gaswandgeräten beheizte Durchlaufspeicher

Info

Publication number: DE4308941C2
Application number: DE19934308941
Authority: DE
Inventors: Harald Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2013-03-20
Also published as: DE4308941A1

Abstract

Die Anordnung dient zur verbesserten Warmwasserbereitstellung in häuslichen Warmwasserversorgungssystemen. Es besteht die Aufgabe, eine Anordnung zu schaffen, die eine Warmwassersofortbereitstellung mit voll aufgeheiztem Wasser an der Zapfstelle bei deren Öffnung gewährleistet, somit die bisher nicht zu verhindernden Anlaufverluste beseitigt. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Ringverbindung unter Einschluß eines Wasserschalters mit Venturi-Düse geschaffen wird, der entstehende Strömungen durch die Auswertung der Druckverhältnisse in der Venturi-Düse erkennt, damit das Gaswandgerät in Betrieb setzt. Über eine Regeleinrichtung und einen Timer wird im Zusammenwirken mit einem Temperatur-Fühler, der die Temperatur in einer speziellen Verbindungsleitung dieser Ringverbindung auswertet, eine Zirkulationspumpe in einer Zirkulationsleitung in Betrieb gesetzt und damit ständig in dieser Ringverbindung, die auch die Zapfstellen beinhaltet, die Warmwassertemperatur auf einem vorgegebenen Temperaturniveau gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der häuslichen Warmwasserversorgungssysteme, insofern eine Anordnung im Zusammenwirken mit von Gaswandgeräten beheizten Durchlaufspeichern zur Bereitstellung von Warmwasser an den Zapfstellen, insbesondere dann, wenn Zapfstellen weit entfernt von der eigentlichen Warmwasserbereitung angeordnet sind, nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Allgemein bekannt ist, daß nach gegenwärtigem Stand der Technik die Warmwasserbereitung in Hausanlagen generell mit Gaswandgeräten mit beheizbarem Durchlaufspeicher oder mit Warmwasserbereitern, die durch ein Gaswandgerät oder einen Kessel gespeist werden, realisiert wird. Die Geräteart mit einem beheizbaren Durchlaufspeicher weist wesentliche Nachteile insofern auf, daß z. B. in der Zeit des Anlaufbetriebes, der Zeit zwischen Zapfbeginn und voller Wärmeleistung des Gerätes sowie vollständig erwärmten Wassers an der Zapf- bzw. Austrittsstelle, kein erwärmtes oder nur unzureichend erwärmtes Wasser einesteils am Ausgang des Gerätes, insbesondere aber an der Zapfstelle zur Verfügung steht. Ein Aufbau eines Zirkulationssystems ist gerätebedingt nicht möglich. Diese Nachteile erfordern, daß der Abstand zwischen Gerät und Zapfstelle möglichst gering gehalten werden muß, was auf mehr oder weniger weite Grenzen stößt, andererseits kann es aber auch erforderlich sein, mehrere Zapfstellen in bestimmten, auch größeren Abständen vom Warmwasserbereiter anzuordnen. Somit wird es immer zu einem Wasserverlust kommen, da durch den notwendigen Anlaufbetrieb immer noch kaltes Wasser und unzureichend warmes Wasser aus der mehr oder weniger langen Leitung verdrängt werden muß, somit als Verlustmenge abläuft und nicht nutzbar ist. Neben Energie wird auch der wertvolle Rohstoff Wasser in dieser Betriebsphase verschwendet, was ökologisch nicht vertretbar ist. Der Einsatz dieser Geräteart wird dadurch wesentlich eingeschränkt.

Die Gerätegruppe der Gaswandgeräte mit beheizbarem Durchlaufspeicher und interner Wasservorhaltung, wie z. B. in DE 40 31 187 A1 beschrieben, haben bei vorhandenen langen Installationsleitungen zur Zapfstelle noch die nachteilige Wirkung, daß immer noch erhebliche Wasserverluste eintreten. Die teilweise Verbesserungen, die diese Gerätegruppe gegenüber vorgenannter Gerätetechnik erzielt, ist aber mit einer erheblichen Vergrößerung des gerätetechnischen Aufwandes und mit einer erheblichen Vergrößerung der räumlichen Abmessungen der Geräte durch die interne Warmwasservorhaltung erkauft worden. Auch hierbei ist gerätebedingt eine Zirkulation nicht möglich. Somit ergeben sich auch für die hiermit beschriebene Gerätegruppe beachtliche Einsatzbeschränkungen. Bekannt sind auch Warmwasserversorgungssysteme mit Zirkulationssystemen als Bestandteile dieser. Dies erfordert üblicherweise die Vorhaltung großer Warmwassermengen. Dabei erfolgt die Speicherung in Warmwasserbereitern, die durch Gaswandgeräte oder Kessel geladen werden. Diese Warmwasserbereiter verursachen ständig Energieverluste. Um dem zu begegnen sind hohe Isolationsaufwendungen erforderlich. Somit und durch die aufwendigere Gerätetechnik ist der materielle Aufwand erheblich. Bedingt durch die Baugröße wird ein beachtlicher Platzbedarf notwendig, so z. B. bei Etagenheizungen. Die in den bekannten angeschlossenen Zirkulationssystemen eingebauten Zirkulationspumpen werden meist über Zeitschaltuhren in ausgewählten Zeitfenstern ständig betrieben. Dadurch kommt es zu weiteren Energieverlusten.

Die DE 31 43 081 A1 beschreibt eine derzeitig übliche Warmwasserbereitstellung, dabei lediglich eine Brauchwasseranlage, in der ein Zirkulationssystem vorgesehen ist. Solch eine wesentliche Baugruppe wie ein Gaswandgerät als Durchlauferhitzer ist hierbei nicht enthalten. Die Brauchwasseranlage ist als üblicher Kessel, der beheizt wird, ausgebildet und beinhaltet einen ebenfalls üblichen Wärmetauscher. An den Kessel ist eine Zirkulationsleitung für dieses Brauchwasser angeschlossen, die sich auch von dem davor liegenden Stand der Technik üblicher, normaler hydraulischer Zirkulationssysteme, so auch mit der Anordnung eines Rückschlagventiles, nicht unterscheidet. Die in der Zirkulationsleitung angeordnete Zirkulationspumpe arbeitet unabhängig von Betriebsparametern aber in Abhängigkeit von vorgegebenen Zeitintervallen. Bei dieser technischen Lösung soll lediglich durch das zeitweise Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe Energie eingespart werden, da beim Fehlen des für diese technische Lösung Erfindungswesentlichen, nämlich das periodische Ein- und Ausschalten der Zirkulationspumpe, die Zirkulation ununterbrochen tätig wäre. Der Einsatz von Venturi-Düse und Differenzdruckschalter (Wasserschalter) ist aus der DE 31 43 081 A1 nicht entnehmbar. Der wesentlichste Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, daß das nicht unwesentliche Kesselvolumen einerseits überhaupt besteht andererseits durch den Brenner periodisch oder ständig beheizt wird, wodurch die eingesparte Zikulationsenergie mit Sicherheit wieder aufgebraucht wird, zumindest in Teilen. Die DE 25 58 509 A1 beschreibt eine Regeleinrichtung für eine Warmwasserversorgungseinrichtung ganz anderer Art. Bei dieser Wasserversorgungseinrichtung handelt es sich um einen elektrischen Durchlauferhitzer, der auch die technischen Mittel Venturi-Düse und Differenzdruckschalter beinhaltet. Diese eingesetzten technischen Mittel sind dazu da, daß sie eine Temperatur- und Leistungsanpassung bezüglich der zu liefernden Wassermenge bewirken. Da erkennbar ein eingesetzter Temperaturfühler über ein Stellglied ein Ventil mit Ventilkegel steuert, ergibt sich damit die vorgenannte Regelung, um Schwankungen der gewählten Temperatur gegenüber einer Zapfwassertemperatur auszugleichen.

Diese Lösung beschreibt also gleichfalls nicht eine Warmwasserbereitstellung mittels Gaswandgerät.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die eine sofortige Warmwasserbereitstellung mit voll aufgeheiztem Wasser an der/den Zapfstelle(n) ohne Verwendung von Warmwasserspeichern im System sowie unter praktischer Ausschaltung des bisherigen Betriebszustandes "Anlaufbetrieb" realisiert. Dies soll auch möglich sein, wenn Zapfstellen in größerer Entfernung vom Gaswandgerät angeordnet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem Wasserschalter mit Venturi-Düse eines Gaswandgerätes beliebiger Bauart auf der Ausgangsseite des Durchlaufspeichers eine Warmwasserinstallation mit ihren Zapfstellen angeschlossen ist. Nach den Zapfstellen ist ein Sicherheitsthermostat an einer den Zapfstellen nachfolgenden Zirkulationsleitung angeordnet, der auf eine Regeleinrichtung mit nachgeordnetem Timer geschaltet ist. Im weiteren Verlauf dieser Zirkulationsleitung ist in dieser Fließrichtung eine Zirkulationspumpe, die gleichfalls auf der vorgenannten Regeleinrichtung aufgeschaltet ist, und danach ein Rückschlagventil für diese Fließrichtung angeordnet. Nach dem Rückschlagventil mündet die Zirkulationsleitung auf einen Knotenpunkt. Auf den Knotenpunkt mündet ebenfalls über eine Sicherheitsgruppe nach DIN (Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen) ein Kaltwasserzufluß. Der Knotenpunkt ist über eine direkte, Verbindungsleitung mit dem Wasserschaltereingang Kaltwasser des Wasserschalters verbunden, wobei an dieser direkten, kurzen Verbindungsleitung in der Nähe des Knotenpunktes ein Temperatur-Fühler, vorzugsweise als NTC-Fühler, angeordnet ist, der seinerseits ebenfalls auf die Regeleinrichtung aufgeschaltet ist. Als NTC-Fühler ist hierbei ein Temperaturfühler mit einem Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten zu verstehen. Mit dem Einmünden dieser direkten, kurzen Verbindungsleitung in den Wasserschalter mit Venturi-Düse ist ein Zirkulationsring geschlossen. Für die Funktion dieser Anordnung sind zwei Situationszustände beachtlich:

Zustand 1: Die untere Einschalttemperatur T_U wird durch Wärmeabgabe der Anordnung unterschritten.

Zustand 2: Es erfolgt eine Warmwasserzapfung.

Im Zustand 1 erkennt die Regeleinrichtung über die ständigen Meßergebnisse des NTC-Fühlers das Unterschreiten der eingestellten und somit festgelegten unteren Temperaturgrenze T_U. Infolge dessen schaltet die Regeleinrichtung die Zirkulationspumpe ein und in der weiteren Folge wird über die sofort entstehende Strömung, verbunden mit der Änderung des statischen und dynamischen Druckes in der Venturi-Düse des Wasserschalters, durch diesen die Warmwasserbereitung im Gaswandgerät gestartet und somit das Zirkulationssystem so lange geladen bis durch den NTC-Fühler das Überschreiten der eingestellten und somit festgelegten oberen Temperaturgrenze T_O erfolgt ist. Damit schaltet die Regeleinrichtung die Zirkulationspumpe wieder ab und ein höheres Temperaturniveau in der Zirkulation ist erreicht. Dies wird bedarfsgemäß wiederholt und somit immer ein festgelegtes Temperaturniveau im zuzüglich noch wärmeisolierten Zirkulationskreis aufrechterhalten. Mit dem Timer sind die entsprechenden Zeitfenster für die Funktion des Systems festgelegt, so z. B. der Betriebszustand "Aus", wobei das Gaswandgerät normal arbeitet, d. h. ohne Zirkulationsfunktion und der Betriebszustand "Ein", bei dem der NTC-Fühler die Temperatur im Zirkulationskreis, insbesondere am Knotenpunkt, bei dem der Kaltwasserzufluß erfolgt, überwacht und ständig auf dem Temperaturniveau hält. Im Zustand 2 erfolgt eine Warmwasserzapfung. Die Betätigung mindestens eines der Zapfventile erzeugt eine Strömung, die ebenfalls wie im Zustand 1 vom Wasserschalter mit Venturi-Düse über die Änderung der Druckverhältnisse erkannt wird und zum Starten des Gaswandgerätes führt. Die dann beim Starten entstehenden Anlaufverluste werden durch das Einspeisen von Warmwasser aus dem Zirkulationskreis, insbesondere dieser direkten, kurzen Verbindungsleitung zwischen dem Knotenpunkt und dem Wasserschalter einerseits, sowie dem Durchlaufspeicher und den Zapfstellen andererseits, kompensiert. Erst, wenn das Gaswandgerät seine volle Leistung erreicht hat, tritt kaltes Wasser in den Wärmetauscher ein. Während dieser Zeit signalisiert der NTC-Fühler das Unterschreiten der unteren Temperatur T_U und die Zirkulationspumpe läuft an. Nach Beendigung des Zapfvorganges wird weiterhin eine Unterschreitung von T_U registriert, wodurch bewirkt wird, daß ein Nachlauf des Gaswandgerätes entsteht und der Zirkulationskreis wieder bis zum oberen Temperaturwert T_O aufgeheizt wird. Danach schaltet die Zirkulationspumpe ab und das Wandgasgerät geht in den Ausgangszustand zurück. Der Sicherheitsthermostat schützt die Anlage vor einer Fehlfunktion des Systems.

Die besonderen vorteilhaften Wirkungen dieser Anordnung bestehen neben den beschriebenen im weiteren darin, daß zwischen dem Gaswandgerät und der/den Zapfstelle(n) große Entfernungen realisierbar sind, ohne daß dann, wie sonst üblich, große Anlaufverluste entstehen. Die Vorhaltung großer Wassermengen, was mit großen Speichern verbunden ist und somit zu großen räumlichen Ausdehnungen führen würde, ist nicht erforderlich. Die Isolationsaufwendungen sind gut praktikabel und in sehr geringem Umfang erforderlich, weil sie im wesentlichen nur Rohrleitungen betreffen, da sich der Wasserinhalt praktisch nur nach dem Inhalt der Rohrleitungen und dem im Gaswandgerät bemißt. Somit sind auch die nicht grundsätzlich vermeidbaren Energieverluste geringer. Die Aufheizzeiten sind infolge des geringen Wasserinhaltes der Anordnung gering. Eine weitere Energieeinsparung ergibt sich dadurch, daß zukünftig der Dauerbetrieb von in Anlagen gegebenenfalls vorhandenen Zirkulationspumpen, die meist über eine Zeitschaltuhr gesteuert und in ausgewählten Zeitfenstern ständig betrieben werden, entfällt. Es können alle Gaswandgeräte mit einem Sekundärwärmetauscher für die Warmwasserbereitung oder einem kombinierten Primärwärmetauscher für die Warmwasserbereitung und dem Heizkreislauf mit dieser Anordnung betrieben werden. Auch Durchlauferhitzer für die ausschließliche Bereitung von Warmwasser mit den nachfolgenden Eigenschaften sind einsetzbar. Die zum Eisatz kommenden Geräte müssen einen Wasserschalter mit Venturi-Düse besitzen, die den statischen Druck der Wasserströmung, verursacht durch das, gezapfte Warmwasser, auswertet. Weiterhin muß die Vorlauftemperatur bei Kombigeräten oder die Temperatur des Primärwärmetauschers überwacht werden, was zu einer Regelung der Gaszufuhr zum Brenner in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur führt. Das Wegfallen des Speichers und der dazu notwendigen Steuereinrichtungen führt zu einer erheblichen Kosteneinsparung. Warmwasser wird trotzdem sofort an den Zapfstellen bereitgestellt, was zu einer wesentlichen Wassereinsparung führt und ökologisch günstig ist. Der Platzbedarf ist ebenfalls wesentlich geringer als bei einem Wärmezentrum. Die Angabe der einsetzbaren Geräte zeigt die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Eine Nachrüstung bestehender Anlagen ist möglich. Ein Eingriff in die eingesetzten Geräte ist nicht nötig.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Anhand der Zeichnung ist eine mögliche Anordnung der Erfindung zu erkennen. An ein handelsübliches Kombi-Gaswandgerät für Heizbetrieb und Warmwasserbereitung mit Durchlaufspeicher, beispielsweise an einen Thermoblock I, werden drei Warmwasserzapfstellen 2 in einer baubedingten Entfernung von ca. 8 m angeordnet. Nach der letzten Zapfstelle schließt sich die Zirkulationsleitung 5 mit gleicher Länge an. An dieser Zirkulationsleitung 5 ist ein Begrenzungsthermostat 4 beliebiger Bauart angeordnet. Dieser Thermostat ist auf die Regeleinrichtung 6 geschaltet, die auf der Grundlage von Standardschaltkreisen basiert. Der Timer 7 legt die Zeitfenster für die Funktion der Anlage fest. Die Regeleinrichtung 6 steuert im Zusammenwirken mit dem NTC-Fühler 13 die Zirkulationspumpe 8 an. Das Rückschlagventil 9 verhindert eine Fehlfunktion des hydraulischen Systems. Am Knotenpunkt 10 wird über die Sicherheitsgruppe II bei Warmwasserzapfung Kaltwasser in das System eingespeist. Das Kaltwasser wird über eine kurze, direkte Verbindungsleitung 12, die hier 45 cm lang ist, zum Wandgasgerät geführt. Der Wasserschalter 3 startet das Gaswandgerät 3 mit dem Auftreten der Strömung im Kaltwasserstrang entweder beim Vorliegen einer Warmwasserzapfung oder beim Aufheizen/Nachladen des Warmwasserzirkulationssystems.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

I Gaswandheizgerät, beispielsweise Kombi-Gerät
II Sicherheitsgruppe gemäß DIN/DVGW

1

Warmwasserinstallation

2

Zapfstelle

3

Wasserschalter mit Venturi-Düse

4

Sicherheitsthermostat

5

Zirkulationsleitung

6

Regeleinrichtung

7

Timer

8

Zirkulationspumpe

9

Rückschlagventil

10

Knotenpunkt

11

Kaltwasserzufluß

12

direkte, kurze Verbindungsleitung

13

NTC-Fühler

Claims

1. Anordnung zur Warmwasserbereitstellung für mit Gaswandgeräten beheizte Durchlaufspeicher für häusliche Warmwasserversorgungssysteme die folgende Merkmale umfaßt,

1. einen Wasserschalter mit Venturi-Düse (3) im Durchlaufspeicher (I),
2. eine Warmwasserinstallation (I) ist mit ihren Zapfstellen (2) am Ausgang des Durchlaufspeichers (I) angeschlossen,
3. nach den Zapfstellen (2) ist ein Sicherheitsthermostat (4) an einer nachfolgenden Zirkulationsleitung (5) angeordnet,
4. der Sicherheitsthermostat (4) ist auf eine Regeleinrichtung (6) und diese wiederum ist auf einen Timer (7) geschaltet,
5. die Zirkulationsleitung (5) ist in ihrem weiteren Verlauf in dieser Fließrichtung mit einer Zirkulationspumpe (8) und danach mit einem Rückschlagventil (9) für diese Fließrichtung ausgestattet und mündet auf einen Knotenpunkt (10),
6. die Zirkulationspumpe (8) ist auf die Regeleinrichtung (6), die mit dem Timer (7) verbunden ist, geschaltet,
7. ein Kaltwasserzufluß (11) erfolgt über eine Sicherheitsgruppe (II) und mündet gleichfalls in den Knotenpunkt (10),
8. der Knotenpunkt (10) ist über eine direkte Verbindungsleitung (12) mit dem Wasserschaltereingang Kaltwasser des Wasserschalters mit Ven turi-Düse (3) verbunden,
9. an der direkten Verbindungsleitung (12) ist nach dem Knotenpunkt (10) in dessen Nähe und in Richtung Wasser schalter ein Temperatur-Fühler (13) angeordnet,
10. somit ist eine Ringzirkulationsleitung geschlossen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, die folgende Merkmale umfaßt,

1. der Temperatur-Fühler (13) ist vorteilhaft als NTC-Fühler ausge staltet,
2. der Temperatur-Fühler (13) ist auf die Regeleinrichtung (6) geschaltet.