DE4311020C2 - Wassererwärmungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wassererwärmungsanlage, bei der in parallel geschalteten Zweigen einer Ringleitung jeweils mindestens ein Wärmeübertrager und mindestens ein Warmwasser­ speicher angeordnet ist und bei der in dem den vorzugsweise mit Heizwasser aus einem Fernwärmenetz gespeisten Wärmeüber­ trager aufweisenden Zweig der Ringleitung eine Ladepumpe an­ geordnet ist, die beim Unterschreiten einer Mindesttemperatur des Wassers im Warmwasserspeicher eingeschaltet und nach Er­ reichen einer Soll-Temperatur des Wassers im Warmwasserspei­ cher wieder abgeschaltet wird.

Anlagen der vorgenannten Art sind aus der Schrift "Hausan­ schlüsse an Fernwärmenetze" der Verlags- und Wirtschafts­ gesellschaft der Elektrizitätswerke mbH, 1986, S. 28, be­ kannt. Um bei den bekannten Anlagen selbst bei Spitzenbela­ stungen eine ausreichende Warmwasserversorgung der Verbrau­ cher sicherzustellen, müssen insbesondere in Mehrfamilienhäu­ sern regelmäßig mehrere Warmwasserspeicher mit einem hinrei­ chend großen Gesamtvolumen zur Verfügung stehen. Dies bedeu­ tet, daß nicht nur erhebliche Kosten für die Speicher und deren Verrohrung aufzuwenden sind, sondern daß auch der Raum­ bedarf für die Unterbringung der Speicher groß ist.

Auf voluminöse Speicher kann bei anderen bekannten Wasserer­ wärmungsanlagen verzichtet werden, die nach dem Prinzip der Durchflußwassererwärmung arbeiten (vgl. a.a.O. S. 26). Bei diesen Anlagen muß jedoch die zur Verfügung stehende Wärme­ leistung beträchtlich sein. Sie läßt sich bei Gebäuden mit Zentralheizung unter vertretbaren Kosten durch eine sogenann­ te Vorrangschaltung realisieren, indem in Spitzenzeiten dem zum Einsatz gelangenden Wärmeübertrager vorübergehend das normalerweise in den Heizungsvorlauf strömende Heizwasser zugeführt wird. In der Praxis bedeutet dies allerdings, daß die Wassertemperatur im Heizungskreislauf und mit ihr die Temperatur in den bewohnten Räumen bei länger andauernden Wärmebedarfsspitzen abfällt bzw. die Heizungsanlage um den für die Spitzenleistung der Warmwasserbereitung erforderli­ chen Wert überdimensioniert werden muß, da eine gleichmäßige Warmwassererzeugung über den ganzen Tag wegen fehlender Spei­ cher nicht erfolgen kann. Um die Häufigkeit der hieraus re­ sultierenden Komforteinbußen bzw. eine Überdimensionierung der Hausstation in Grenzen zu halten, ist es deshalb nicht ungewöhnlich, Anlagen, die nach dem Prinzip der Durchflußwas­ sererwärmung arbeiten, zusätzlich mit relativ kleinen soge­ nannten Spitzenspeichern auszustatten, die in der Praxis al­ lerdings ebenfalls nicht in allen Fällen eine Bedarfsdeckung ohne Absinken der Raumtemperatur sicherstellen. Als nachtei­ lig erweist sich bei Anlagen der zuletzt genannten Art zudem der Umstand, daß im Sommer, d. h. außerhalb der Heizungsperio­ de, eine Vorrangschaltung nicht möglich und somit eine hohe Spitzenleistung vom Fernwärmebetreiber bereitgestellt werden muß. Eine Minderung des Heizkomforts muß naturgemäß auch bei Anlagen in Kauf genommen werden, deren über eine Vorrang­ schaltung mit einem Heizungssystem gekoppelter Speicher groß­ volumig, d. h. nicht als Spitzenspeicher ausgebildet ist, wie dies aus der DE-Z HLH Bd. 41 (1990), S. 815-825, bekannt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wassererwär­ mungsanlage der eingangs genannten Gattung so weiterzuent­ wickeln, daß sie sich ohne Komfortverlust oder wesentliche Erhöhung des Wärmeanschlußwertes kostengünstiger herstellen läßt und weniger Raum in Anspruch nimmt als bekannte Anlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Warmwasserauslaufseite des Warmwasserspeichers mindestens ein weiterer Temperaturmeßfühler zugeordnet ist, der bei Unter­ schreiten einer Wassermindesttemperatur eine Erhöhung der Fördermenge durch den Wärmeübertrager auslöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungen, die im folgenden näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Wassererwärmungsanlage mit einer bei hohem Warmwasserverbrauch zuschaltbaren Spitzenlastladepumpe,

Fig. 2 ein den Warmwasserverbrauch eines Wohnhauses und die Warmwasserbereitstellung für dieses Wohnhaus veranschauli­ chendes Diagramm,

Fig. 3 eine zweite Wassererwärmungsanlage, bei der bei hohem Warmwasserverbrauch eine vorhandene Zirkulationspumpe als Spitzenlastladepumpe zuschaltbar ist, und

Fig. 4 eine dritte Wassererwärmungsanlage, bei der bei hohem Warmwasserverbrauch der Förderstrom einer Ladepumpe veränder­ barer Leistung erhöht wird.

In Fig. 1 ist 1 eine Kaltwasserleitung, die bei 2 in zwei Zweige 3 und 4 einer Ringleitung übergeht, welche bei 5 mit einer Warmwasserleitung 6 in Verbindung steht. Im Zweig 3 der Ringleitung ist eine Grundlastladepumpe 7 angeordnet, die während einer Aufheizphase Kaltwasser durch einen Wärmeüber­ trager 8 fördert, der heizseitig über eine Zuleitung 9 und eine Ableitung 10 mit einem Fernwärmenetz verbunden ist, wo­ bei zur Regelung der Heizwasserversorgung eine Regel- und Sicherheitsarmatur 11 dient, die durch einen Temperaturfühler 12 gesteuert wird, der die Wassertemperatur im Zweig 3 der Ringleitung erfaßt.

Im Zweig 4 der Ringleitung sind drei Warmwasserspeicher 13,14 und 15 angeordnet, durch die während der Aufheiz- und Spei­ cherphase Warmwasser in Richtung des Pfeiles 16 strömt, und zwar so lange, bis ein kaltwasserseitiger Temperaturfühler 17 beim Erreichen einer einstellbaren Soll-Temperatur die Grund­ lastladepumpe 7 abschaltet. Wird nunmehr Warmwasser aus den Warmwasserspeichern 13 bis 15 entnommen, so strömt dies in Richtung des Pfeiles 18 aus den Speichern in die Warmwasser­ leitung 6, während gleichzeitig Kaltwasser aus der Kaltwas­ serleitung 1 nachströmt und über den Temperaturfühler 17 er­ neut die Grundlastladepumpe 7 eingeschaltet wird, um die Speicherbatterie wieder mit Warmwasser zu laden. Insoweit entspricht die beschriebene Anlage dem Stand der Technik mit der Maßgabe, daß die Ladepumpe dort nicht als "Grundlastlade­ pumpe" ausgebildet ist.

Um das Speichervolumen der Speicherbatterie reduzieren zu können, ohne eine ausreichende Warmwasserversorgung auch bei Spitzenbelastungen zu gefährden, ist bei der Anlage gemäß Fig. 1 parallel zum die Grundlastladepumpe 7 aufweisenden Leitungsabschnitt des Zweiges 3 der Ringleitung ein zusätzli­ cher Leitungsabschnitt mit einer Spitzenlastladepumpe 19 an­ geordnet. Diese Spitzenlastladepumpe wird durch einen eben­ falls zusätzlich installierten warmwasserseitig angeordneten Temperaturfühler 20 gesteuert. Der Temperaturfühler 20 schal­ tet die Spitzenlastladepumpe 19 zu, sobald die Temperatur des aus dem letzten Warmwasserspeicher 15 strömenden Wassers ei­ nen bestimmten Wert unterschreitet, und schaltet sie wieder ab, sobald sich die Soll-Temperatur wieder einstellt.

21 ist eine Zirkulationspumpe, deren Saugseite über eine Lei­ tung 22 in der Nähe von Verbrauchsstellen mit der Warmwasser­ leitung in Verbindung steht und deren Druckseite über eine Leitung 23 bei 24 mit dem Zweig 3 der Ringleitung verbunden ist.

In Fig. 2 ist anhand eines Diagrammes die Überlegenheit der beschriebenen Anlage gegenüber einer herkömmlichen Anlage anhand eines praktischen Beispiels veranschaulicht. Die Kurve 25 zeigt den kumulativen Wasserverbrauch eines Wohnhauses mit 130 Wohnungen an einem normalen Wochentag, während die Kurve 26 die Verhältnisse an einem Samstag, d. h. einem Tag mit Spitzenbelastung, wiedergibt. Den Kurven 25 und 26 für den kumulativen Warmwasserverbrauch sind Kurven 27 und 28 gegen­ übergestellt, die jeweils die Warmwasserbereitstellung an einem Samstag zeigen. Die Kurve 27 gibt dabei die Verhältnis­ se wieder, wie sie bei einer herkömmlichen Anlage mit einem Speichervolumen von 5 m³ und einer üblichen Ladepumpe herr­ schen würden. Im Bereich der waagerechten Abschnitte der Kur­ ve 27 arbeitet die Ladepumpe nicht. Spätestens von etwa 8.00 Uhr an läuft sie dagegen ständig.

Bei der Anlage gemäß Fig. 1 wird mit einem Speichervolumen von nur 2,5 m³ gearbeitet. Wie der Kurve 28 entnehmbar ist, läuft auch hier die Grundlastladepumpe ab etwa 8.00 bis 24.00 Uhr ständig. Um den Warmwasserbedarf zu decken, wird im Verlaufe des Tages zweimal kurzfristig die Spitzenlastlade­ pumpe zu- und wieder abgeschaltet, und zwar, wie dies die Kurvenabschnitte 29 und 30 veranschaulichen, einmal zwischen 14.00 und 16.00 Uhr und zum anderen zwischen 18.00 und 20.00 Uhr. Durch die Reduzierung des Speichervolumens von 5 m³ auf 2,5 m³ läßt sich die Stellfläche für die Speicher von etwa 12 m² auf etwa 8 m² reduzieren. Die durch den Wegfall von Spei­ chervolumen und Platzbedarf erzielbare Kosteneinsparung liegt in der Größenordnung von 30%. Bei dem derzeitigen Kostenstand entspricht dies für die der Beispielsrechnung zugrundegeleg­ ten Anlage für 130 Wohnungen einem Betrag von mehr als DM 20 000,-.

Die Wassererwärmungsanlage gemäß Fig. 3 entspricht weitge­ hend der Wassererwärmungsanlage gemäß Fig. 1. Für gleiche Teile wurden daher die gleichen Bezugszeichen gewählt. Da im Falle der Fig. 1 die Spitzenlastladepumpe, wie anhand der Fig. 2 erkennbar ist, nur kurzfristig arbeiten muß, läßt sich ohne nachhaltige Komforteinbuße die Zirkulationspumpe 21 als Spitzenlastladepumpe nutzen. In diesem Falle steuert der Temperaturfühler 20 daher nicht eine spezielle Spitzenlastla­ depumpe, sondern eine Dreiwegarmatur 31, durch die die Zir­ kulationspumpe 21 vorübergehend parallel zur Grundlastladepum­ pe 7 geschaltet werden kann.

In Fig. 4 ist schließlich eine Lösung dargestellt, bei der mit einer Ladepumpe 32 veränderlicher Drehzahl gearbeitet wird, die gewissermaßen "Grundlastladepumpe" und "Spitzen­ lastladepumpe" ist. Zur Erhöhung des Förderstromes der Lade­ pumpe 32 dient eine Drehzahlsteuervorrichtung 33, die mit den Temperaturfühlern 17 und 17′ sowie 20 und 20′ in Verbindung steht, wobei die Temperaturfühler 20 und 20′ die Signale zur vorübergehenden Drehzahlerhöhung liefern und die Temperatur­ fühler 17 und 17′ das Arbeiten der Pumpe 32 im Grundlastbe­ reich steuern. Die Verwendung von Temperaturfühlerpaaren 17, 17′ und 20, 20′ ist selbstverständlich auch bei den Ausfüh­ rungsformen gemäß den Fig. 1 und 3 möglich.

Claims (6)

1. Wassererwärmungsanlage, bei der in parallel geschalteten Zweigen einer Ringleitung jeweils mindestens ein Wärmeüber­ trager und mindestens ein Warmwasserspeicher angeordnet ist und bei der in dem den vorzugsweise mit Heizwasser aus einem Fernwärmenetz gespeisten Wärmeübertrager aufweisenden Zweig der Ringleitung eine Ladepumpe angeordnet ist, die beim Un­ terschreiten einer Mindesttemperatur des Wassers im Warmwas­ serspeicher eingeschaltet und nach Erreichen einer Soll- Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher wieder abge­ schaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasseraus­ laufseite des Warmwasserspeichers (13, 14, 15) mindestens ein weiterer Temperaturmeßfühler (20) zugeordnet ist, der bei Unterschreiten einer Wassermindesttemperatur eine Erhöhung der Fördermenge durch den Wärmeübertrager (8) auslöst.

2. Wassererwärmungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erhöhung der Fördermenge durch den Wärme­ übertrager (8) eine Ladepumpe (32) mit veränderbarer Drehzahl dient.

3. Wassererwärmungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Fördermenge durch den Wärmeübertrager (8) eine parallel zu einer als Grundlastpumpe (7) ausgebildeten Ladepumpe angeordnete Spitzenlastladepumpe (19) dient.

4. Wassererwärmungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Spitzenlastladepumpe eine im Warmwasserver­ sorgungssystem vorhandene Zirkulationspumpe (21) genutzt wird.

5. Wassererwärmungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ein- und Ausschalten der Grundlastladepumpe (7) ein von mindestens einem der Kaltwas­ serseite des Warmwasserspeichers (13-15) zugeordneten Tempe­ raturmeßfühler (17) geliefertes Steuersignal dient.

6. Wassererwärmungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßfühler (17, 20) dem ersten und letzten Warmwasserspeicher (13, 15) einer Bat­ terie aus mehreren Warmwasserspeichern (13, 14, 15) zugeordnet sind.