DE4338888C2 - Verfahren zur Warmwasserbereitung und Vorrichtung zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmwasserbereitung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vor­ richtung sind aus dem praktischen Betrieb bekannt. Sie werden vielfach angewendet. Diese bekannte Technik hat den Vorteil, daß nur geringe Speichervolumen zur Verfü­ gung gestellt werden müssen, da die außerhalb der Spei­ cher angeordneten Wärmetauscher sehr leistungsstark aus­ gelegt werden können. Die bekannten Wärmetauscher haben eine relativ kleine Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf auf der Primär- und auf der Sekundärseite. Dadurch beträgt die Rücklauftemperatur auf der Primärsei­ te mindestens 35°C.

Bei den bekannten Anlagen wird die Primärseite des Wärme­ tauschers mit einem Wasserkreislauf beschickt, der mit einem mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizkessel erwärmt wird.

Wie oben dargestellt, kann der Brauchwasserspeicher klein ausgelegt werden und eine Größe von 400 Liter durchaus unterschreiten.

Diese Größe von 400 Liter ist insofern von Bedeutung, als die technische Regel W551 3/93 vom Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) für Warm­ wassersysteme mit Warmwasserspeichern über 400 Liter Größe fordert, daß diese Speicher einmal pro Tag auf 60°C aufgeheizt werden müssen. Diese Aufheizung soll schädliche Keime abtöten.

Ein Nachteil der bekannten Systeme liegt darin, daß sie den Einsatz von fossilen Energieträgern benötigen.

Es sind aus dem praktischen Betrieb auch Verfahren und Vorrichtungen zur Warmwasserbereitung bekannt, die mit solarer Energie arbeiten. Diese Anlagen benötigen jedoch zusätzlich eine Heizanlage, die mit fossiler Energie arbeitet, um bei nicht ausreichender Solarenergie die erforderliche Energie bereitzustellen.

Soll mit Anlagen von über 400 Liter Speichervolumen unter Einsatz von solarer Energie gearbeitet werden, müßte einmal am Tage das Speichervolumen auf 60°C er­ wärmt werden, was einen erhöhten konventionellen Energie­ bedarf bedeutet. Dadurch würde der Anteil von solarer Energie zugunsten von herkömmlicher Energie in einem solchen Speicher sinken, was die Wirtschaftlichkeit be­ einträchtigt.

Würden die Brauchwasserspeicher in bekannten Systemen durch innen nicht beschichtete einfache Pufferspeicher ersetzt, wäre wohl das nötige Speichervolumen für die Solaranlage vorhanden und auch das von der DVGW-Technischen Regel geforderte Aufheizen wäre nicht mehr nötig. Da die durch solare Energie erzeugte Wärme aber jetzt in separa­ ten Puffern untergebracht ist, wäre eine hydraulisch und regelungstechnisch sehr aufwendige Systemkonstruktion nötig, um die solare Energie in das Brauchwasser zu lei­ ten. Solche Systeme wären zudem auf der Solarseite sehr träge. Die Energie der Solaranlage würde kaum leistungs­ gerecht abgegeben werden können, was eine Leistungsminde­ rung der Solaranlage zur Folge hätte.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zur Warmwasserbereitung und eine zugehörige Vor­ richtung zu schaffen, die den wirtschaftlichen Einsatz von solarer Energie zusammen mit herkömmlicher Energie ermöglicht die einfach aufgebaut und einfach zu warten ist und die eine Vermehrung schädlicher Keime sicher aus­ schließt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 und mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 4.

Dadurch, daß man den zweiten Wasserstrom in dem Wärmetau­ scher auf etwa 15°C abkühlt, daß man den abgekühlten zweiten Wasserstrom in mindestens einen mit solarer Ener­ gie beheizten Pufferspeicher leitet und darin erwärmt, daß man den erwärmten zweiten Wasserstrom in den mit fossilen Brennstoffen befeuerten Heizkessel leitet, und daß man den in dem Heizkessel erwärmten zweiten Wasser­ strom in den Wärmetauscher leitet, wird der wirtschaft­ liche Einsatz eines mit solarer Energie beheizten Puffer­ speichers erst möglich, denn dieser erfordert einen Vor­ lauf in der Größenordnung von 15°C.

Dadurch, daß die beiden Wärmequellen solargeheizter Puf­ ferspeicher und herkömmlich geheizter Heizkessel in Reihe geschaltet sind, ist die Regelung sehr einfach.

Um eine Verkalkung in den Leitungen, Armaturen und im Wärmetauscher nach Möglichkeit gering zu halten, ist vorteilhaft vorgesehen, daß man den in dem Heizkessel erwärmten zweiten Wasserstrom in eine Mischvorrichtung leitet, daß man den aus dem Wärmetauscher mit etwa 15°C austretenden zweiten Wasserstrom zu einem Teil in die Mischvorrichtung leitet, daß man in der Mischvorrichtung den austretenden zweiten Wasserstrom auf eine Temperatur von maximal 60°C regelt und in die Primärseite des Wärmetauschers leitet.

Dadurch ergibt sich in dem Brauchwasserspeicher eine maximale Temperatur, die unterhalb von 60°C liegt.

Da jedoch bei dieser Systemtechnik der Inhalt des Brauch­ wasserspeichers unter 400 Liter liegen kann, ist eine Er­ wärmung auf über 60°C nicht mehr vorgeschrieben.

Um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter zu stei­ gern, leitet man zweckmäßig einen Rücklauf aus einer warmwasserbetriebenen Raumheizung in den Pufferspeicher ein.

Zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, in der minde­ stens ein Pufferspeicher vorhanden ist, der durch einen Fluidkreislauf erwärmbar ist, der mit einem Solarkollek­ tor beheizbar ist, wobei der Rücklauf der Primärseite mit einem Kaltwasseranschluß des Pufferspeichers verbun­ den ist, und wobei ein Warmwasseranschluß des Pufferspei­ chers mit dem Heizkessel verbunden ist.

Mit einer derartigen Vorrichtung ist mit einfachen Bau­ elementen, die sich als solche im praktischen Betrieb bewährt haben, eine problemlose Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens möglich.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Wärmetau­ scher ein Plattenwärmetauscher ist, daß der Pufferspei­ cher ein Thermosyphonspeicher aus unbeschichtetem Stahl ist und daß der fossile Brennstoff für den Heizkessel Öl oder Gas ist.

Damit wird insbesondere der Pufferspeicher einfach und kostengünstig ausführbar.

Aber auch der Einsatz von anderen Wärmetauschersystemen ist möglich, z. B. solarseitig angeschlossene Plattenwär­ metauscher und speicherinterne Tauscherflächen.

Um den Vorlauf zum Wärmetauscher auf eine Temperatur von maximal 60°C zu begrenzen, ist vorgesehen, daß eine Mischvorrichtung vorhanden ist, deren einer Eingangsan­ schluß mit einem Ausgangsanschluß des Heizkessels ver­ bunden ist und deren zweiter Eingangsanschluß mit dem Rücklauf der Primärseite des Wärmetauschers verbunden ist, und eine Regelungsvorrichtung, die Temperaturfühler aufweist, die in dem Heizkessel, in der Leitung zwischen Mischvorrichtung und Primärseite, in der Leitung vom Brauchwasserspeicher zur Sekundärseite und im Brauchwas­ serspeicher angeordnet sind.

Dadurch ist in an sich bekannter Weise mit bekannten Bau­ teilen eine Regelung der Vorrichtung möglich.

Schließlich ist eine Leitung in einer Ausgestaltung vor­ gesehen, die von einer warmwasserbetriebenen Raumheizung oder Schwimmbadheizung, in den Pufferspeicher führt und in der Nähe von dessen Warmwasseranschluß einmündet. Da­ durch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter gesteigert, ohne die Vorrichtung in besonderer Weise zu verkomplizieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung bieten sich die folgenden Vorteile:

• 1. Angepaßte Systemtechnik an die DVGW-Technische Regel W551.
• 2. Preiswerte, angepaßte Art der Wärmeübertragung vom Kollektor in den Pufferspeicher durch die Thermo­ syphontechnik.
• 3. Die gewonnene Solarwärme kann immer und sehr schnell zur Brauchwasserbereitung verwendet werden.
• 4. Einfacher Aufbau, wenig Regelungsaufwand, einfache Installation, solare Komponenten mit langen Stand­ zeiten.
• 5. Es sind keine Brauchwasserspeicher über 400 Liter nötig, d. h. es besteht nicht die Notwendigkeit der täglichen Erwärmung auf 60°C.
• 6. Selbst wenn größere Warmwasserspeicher durch Spit­ zenlasten benötigt werden, betrifft die tägliche Erwärmung auf 60°C nicht den oder die Pufferspei­ cher mit Solarenergie.
• 7. Die Solarwärme wird in einfachen Stahlbehältern ge­ speichert, d. h. in preiswerten Speichers mit hoher Lebensdauer, da keine Verkalkung zu erwarten ist.
• 8. Durch den Ausbau mit einer Vorlaufbegrenzung, d. h. einer Mischvorrichtung, werden die Warmwassertempe­ raturen unter 60°C gehalten, wodurch eine Verkal­ kung eingeschränkt werden kann.
• 9. Das Puffervolumen ist praktisch ohne Begrenzung er­ weiterbar.
• 10. Ein Ausbau zur Raumheizungsunterstützung ist tech­ nisch möglich.
• 11. Das solare Speichervolumen kann in Erdspeichern rea­ lisiert werden.
• 12. Das vorgestellte System eignet sich für Nahwärme- Konzepte.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nunmehr anhand einer Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt in einer einzigen Figur den schematischen Aufbau einer Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Brauchwasserspeicher 1 weist einen Warmwasseran­ schluß 11 und einen Kaltwasseranschluß 12 auf. Diese An­ schlüsse führen in an sich bekannter Weise zu den Warm­ wasserverbrauchern. Aus dem Brauchwasserspeicher 1 führt auf seiner in der Figur rechten Seite eine Leitung zu einer Sekundärseite 21 eines Wärmetauschers 2, der als Plattenwärmetauscher konstruiert ist. Durch diese Lei­ tung fließt Wasser von etwa 12°C. Das Wasser wird in dem Wärmetauscher 2 auf etwa 55°C erwärmt und fließt als erster Wasserstrom A in den Brauchwasserspeicher zu­ rück. Eine Primärseite 22 des Wärmetauschers 2 wird von einem zweiten Wasserstrom B durchströmt. Der zweite Was­ serstrom B nimmt seinen Ausgang in einem Heizkessel 3, der durch Öl oder Gas befeuert ist. Aus dessen Ausgangs­ anschluß 31 fließt erwärmtes Wasser durch eine Leitung in einen Eingangsanschluß 51 einer Mischvorrichtung 5. Die Mischvorrichtung 5 weist einen zweiten Eingangsan­ schluß 52 auf, in den ein Teilstrom B′ mit niedrigerer Temperatur in die Mischvorrichtung 5 eintritt. In der Mischvorrichtung 5 wird die Temperatur des Wassers auf etwa 60°C eingeregelt und tritt als zweiter Wasserstrom B mit dieser Temperatur in die Primärseite 22 des Wärme­ tauschers 2 ein. Der Ausgangsanschluß der Primärseite 22 enthält Wasser von etwa 15°C, dieses Wasser tritt einer­ seits als Teilstrom B′ in die Mischvorrichtung 5 ein, und andererseits als Strom B in einen Kaltwasseranschluß 41 eines Pufferspeichers 4. Der Pufferspeicher 4 ist als Thermosyphonspeicher in an sich bekannter Weise ausge­ bildet und wird durch einen Kreislauf erhitzt, der in einem Solarkollektor 6 bekannter Bauart Solarenergie auf­ nimmt.

Das in dem Pufferspeicher 4 erwärmte Wasser tritt durch einen Warmwasseranschluß 42 in den Heizkessel 3 ein.

Zur Regelung der Anlage ist eine Regelungsvorrichtung 7 vorgesehen, die Temperatursensoren bzw. -fühler auf­ weist, die die Temperatur in dem Heizkessel 3, in der Leitung zwischen der Mischvorrichtung 5 und der Primärseite 22, in der Leitung zwischen der Sekundärseite 21 und dem Brauchwasserspeicher i und in dem Brauchwasserspeicher 1 abfühlen. Die Regelungsvorrichtung ist als solche aus dem praktischen Betrieb bekannt und wird nicht weiter beschrieben.

Schließlich ist eine Leitung C vorgesehen, die Wasser aus einem Raumheizungsrücklauf und/oder Schwimmbadhei­ zungsrücklauf in den Pufferspeicher 4 einspeist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Warmwasserbereitung, bei dem man einen ersten Wasserstrom A aus einem Brauchwasserspeicher (1) in eine Sekundärseite (21) eines Wärmetauschers (2) leitet, in dem Wärmetauscher (2) erwärmt und zurück in den Brauchwasserspeicher (1) leitet, wobei eine Primärseite (22) des Wärmetauschers (2) durch einen zweiten Wasserstrom B durchströmt wird, den man in einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Heizkes­ sel (3) erwärmt, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten Wasserstrom B in dem Wärmetau­ scher (2) auf etwa 15°C abkühlt, daß man den abge­ kühlten zweiten Wasserstrom B in mindestens einen mit solarer Energie beheizten Pufferspeicher (4) leitet und darin erwärmt, daß man den erwärmten zweiten Was­ serstrom in den mit fossilen Brennstoffen befeuerten Heizkessel (3) leitet, und daß man den in dem Heiz­ kessel (3) erwärmten zweiten Wasserstrom B in den Wärmetauscher (2) leitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den in dem Heizkessel (3) erwärmten zweiten Wasserstrom B in eine Mischvorrichtung (5) leitet, daß man den aus dem Wärmetauscher (2) mit etwa 15°C austretenden zweiten Wasserstrom B zu einem Teil B′ in die Mischvorrichtung (5) leitet, daß man in der Mischvorrichtung (5) den austretenden zweiten Wasser­ strom B auf eine Temperatur von maximal 60°C regelt und in die Primärseite (22) des Wärmetauschers (2) leitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man einen Rücklauf aus einer warmwasserbe­ triebenen Raumheizung in den Pufferspeicher (4) lei­ tet.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, mit einem Brauchwasserspeicher (1) mit ei­ nem Warmwasseranschluß (11) und einem Kaltwasseran­ schluß (12) und einer Leitung, die zu einer Sekundär­ seite (21) eines Wärmetauschers (2) führt und einer Leitung, die von der Sekundärseite (21) zu dem Brauch­ wasserspeicher (1) führt, einem mit fossilen Brenn­ stoffen gefeuerten Heizkessel (3), der eine Leitungs­ verbindung zu und von einer Primärseite (22) des Wär­ metauschers (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Pufferspeicher (4) mit angeschlossenem Fluidkreislauf, der einen Solarkollektor aufweist, vorhanden ist, daß der Rück­ lauf der Primärseite (22) mit einem Kaltwasseran­ schluß (41) des Pufferspeichers (4) verbunden ist, und daß ein Warmwasseranschluß (42) des Pufferspei­ chers (4) mit dem Heizkessel (3) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) ein Plattenwärmetauscher ist, daß der Pufferspeicher (4) ein Thermosyphonspei­ cher aus unbeschichtetem Stahl oder ein einfacher Puf­ ferspeicher mit internem oder externem Tauscher ist und daß der fossile Brennstoff für den Heizkessel (3) Öl oder Gas ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Mischvorrichtung (5) vorhanden ist, deren einer Eingangsanschluß (51) mit einem Ausgangs­ anschluß (31) des Heizkessels (3) verbunden ist und deren zweiter Eingangsanschluß (52) mit dem Rücklauf der Primärseite (22) des Wärmetauschers (2) verbunden ist, und eine Regelungsvorrichtung (7), die Tempera­ turfühler aufweist, die in dem Heizkessel (3), in der Leitung zwischen Mischvorrichtung (5) und Primärseite (22), in der Leitung vom Brauchwasserspeicher (1) zur Sekundärseite (21) und im Brauchwasserspeicher (1) an­ geordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Leitung C, die von einer warmwasserbetriebenen Raumheizung in den Pufferspeicher (4) führt und in der Nähe von dessen Warmwasseranschluß (42) einmün­ det.