DE4401039A1 - Brauchwarmwasserspeicher und -bereiter (im Kaltwasser-Kreislauf) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brauchwarmwasserbereiter bzw. und -speicher in offenen Kreisläufen mit Kaltwasserleitungen in Gebäuden zur Versorgung von Bad und Küche mit warmem Wasser.

Bekannte Geräte dieser Art und Gattung sind zunächst der alte sog. Druckbadeofen mit direkter Beheizung durch fossile Brennstoffe. Meist ohne Wärmedämmung, also kaum als Speicher für Warmwasservorrat. Die heute am häufigsten angetroffene Warmwasserbereitung erfolgt in Ver­ bindung mit Zentralheizungen. Dort als Flächenwärmetauscher entweder im Heizkessel untergebracht oder auch freistehend daneben. In dieser Anordnung gibt es i.d.R. den wärmegedämmten Heiß- bzw. Warmwasserspei­ cher. Allen gemein ist die bekannte, nachteilige Wassertemperatur­ schichtung. Als Folge davon gibt es die schlanken hohen Behälterformen. Wasserinhalte unter 100 l sind nicht gebräuchlich.

Im Ruhrgas Handbuch von 1985 auf Seite 401 nachzulesen. ISBN 3-7828- 1463-0. Es gibt auch reine Elektro-Wärmespeicher u. -bereiter im offenen Kreislauf mit Kaltwasserleitungen. Die Nachteile der Wasser­ temperaturschichtungen sind nicht aufgehoben. Die Behälterformen tra­ gen diesem Umstand durch hohe schlanke Geräte Rechnung Überdruckwasser muß abgeleitet werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, der Brauch­ warmwasserbereitung neue Tore zu öffnen. Es gilt, kleinere Geräteformen gebrauchsfähig zu machen und die Nachteile der Wassertemperaturschich­ tungen zu reduzieren. Solche Geräte sollten auch unabhängig von Zentral­ heizungen einrichtbar sein. Besonders in Altbauten. Eine höhere Wirt­ schaftlichkeit in Einrichtung und Betrieb soll dabei im Auge behalten werden. Außerdem soll die sinnvolle Integration von Solarkollektoren gegeben sein.

Es geht um eine Anlage, die

• 1. im Kaltwasserkreislauf arbeiten soll und
• 2. die Nachteile der Temperaturschichtungen bekannter Speicher dieser Gattung weitest ausschaltet und
• 3. bereits mit kleinen Speicherkapazitäten um die 50 l Bedarfsdeckung in den meisten Fällen erreichen soll,
• 4. der Durchlauferhitzer mit ca. 10 kW Leistung voll aus­ reichend sein soll und wahlweise als Tauchsieder die Wassererwärmung übernehmen kann, auch im Nacht­ strombetrieb
• 5. ohne Überdruckventil betriebssicher arbeitet,
• 6. vorhandene externe Wärmequellen integrieren kann, wie Solarkollektoren, Heizkessel u. a.m.
• 7. in verschiedenen Betriebsarten arbeiten kann, thermo­ statisch gesteuert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verhinderung der Raumverluste durch entsprechend groß bemessene Kaltwasserschichten eine mechanische Trennung von Kalt- u. Warmwasser erfolgt. Das geschieht durch eine elastische Membrane. Somit kann die Frischwasserbeaufschlagung nach jedem Warmwasserabgang weniger negative Auswirkung entfalten. Es fin­ det keine direkte Vermischung mit bereits erwärmten Wasser statt. Dazu kommt ein forcierter Warmwassernachschub dadurch zustande, daß das zu­ fließende Kaltwasser direkt zu einem Durchlauferhitzer geleitet wird, der entsprechend v.g. Leistung weitest den Warmwasserabgang ausgleicht. Bei Ruhezeiten im Speicher werden Wärmeverluste durch eine thermosta­ tisch gesteuerte Standheizung ausgeglichen. Dank dieser Konstruktion können Speicherinhalte von 50 Litern bereits mehrere Duschbäder hinter­ einander liefern. Selbstverständlich in Verbindung mit den neuesten Spar- Duschköpfen handelsüblicher Art. Von Wärmeverlusten profitiert das Bad.

Die höhere Wirtschaftlichkeit eines solchen Geräts läßt sich rechnerisch leicht nachweisen. Darüber hinaus handelt es sich um eine sehr raumspa­ rende Konstruktion und kann überdies überall eingebaut werden, auch bei geringen elektrischen Leitungsquerschnitten. Bei vorhandenen Heizkesseln würden im Heizbehälter bzw. außerhalb Plattenwärmetauscher die optimale Warmwasserbereitungsform abgeben. Selbstverständlich wird das Gerät auch mit größeren Speicherinhalten zur Verfügung stehen.

Die Anlage kann in verschiedenen Betriebsarten arbeiten und je nach An­ forderung differenziert gebaut und angeboten werden:

• A. Einfach-Ausführung nur mit Heizregister
• B. Heizregister und Durchlauferhitzer als Kombination
• C. Erweiterung von A. oder B. durch Integration einer oder mehrerer externer Wärmequellen

Die oben beschriebene Funktionsweise betrifft die Betriebsart B. Eine Einfachst-Ausführung stellt die Betriebsart A. dar. Hier gibt es keinen Durchlauferhitzer. Bei Warmwasserentnahme verschließt ein Magnetventil die Leitung zum Heizregister. Es öffnet erst nach Beendigung der Warm­ wasserentnahme. Dann schaltet sich zugleich das Heizregister ein und es bildet sich ein Wasserkreislauf vom oben befindlichen Kaltwasser zum unten befindlichen Warmwasser über das Heizregister. Bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur durch den Thermostaten schließt das Mag­ netventil wieder.

In der Betriebsart C. entfallen die vorgenannten Wassererwärmungsarten zeitweise. Bei geöffnetem Magnetventil wird über einen Plattenwärmetau­ scher im Gegenstromprinzip (mit Umwälzpumpeneinsatz) der Speicherinhalt auf Wunschtemperatur erwärmt.

Fig. 1 zeigt den Vertikalschnitt des Geräts

Fig. 2 zeigt die Draufsicht bei Einsatz externer Wärme­ quellen.

Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, weist der Brauchwarmwasserspeicher und -bereiter (1) eine kompakte bauliche Einheit auf. Die Kugelform gestat­ tet eine günstige Serienherstellung in zwei Halbschalen. Sie werden durch Dichtungen mit Verschraubungen zusammenmontiert. Zuvor erfolgt der Einbau der elastischen Membrane (3) mit Wärmedämmeigenschaften. Die Wasserein- und -auslaßvorrichtungen (6), (7) und (8) sind dann bereits angebracht. Der vor Verschließen des Geräts eingebrachte zusammendrückbare Körper (14) besteht aus PVC mit geeigneter Füllung. Dadurch wird der Volumenzuwachs durch Erwär­ mung des Wassers im Raumbereich (5) kompensiert. Hierdurch soll auf das übliche Sicherheitsventil*) ganz verzichtet werden. *) Durch Druckmessung im Raumbereich (4) könnte Heizungsstopp gesteuert werden, als eine weitere Variante bzgl. Geräte-Betriebssicherheit.
Zur weiteren Sicherheit ist daran gedacht eine zweite Einheit des Körpers (14) einzubringen. Das ge­ samte Speichervolumen (2) umfaßt die Räume (4) und (5). Es soll in der Klein­ ausführung ca. 50 Liter Gesamtinhalt bieten.

Die Bestückung der Beheizung (13) besteht aus einer Kombination eines Durch­ lauferhitzers (12) mit Standheizung (11). Es werden verschiedene Leistungs­ stufen angeboten. Der Thermostat (17) regelt die Speichertemperatur, wobei eine Vorrangschaltung bei Wasserentnahme den Durchlauferhitzer (12) jeweils solange auf voller Leistung hält, wie Warmwasser gezapft wird. Dabei fließt kaltes Wasser über den Auslaß (8) in die Leitung (9) zum Heizbehälter (10) Das Magnetventil (20) in Fig. 1 öffnet u. schließt die Leitung (9). Das Rück­ schlagventil (16) verhindert den Rückfluß von warm nach kalt.

Das Gerät erhält eine kompakte Wärmedämmung aus zwei Form-Elementen. Das Gerät ist wartungsfreundlich konstruiert. Es bereitet bei Reparaturen keine Schwierigkeiten. Auch die in Intervallen erforderliche Entkalkung des Durchlauferhitzers gestaltet sich problemlos durch seine Anordnung und Aus­ führung.

In Fig. 2 ist die räumliche Anordnung der Einrichtungen (6), (7), (8), (9), (10) und (15) ersichtlich.

Mit der Lösung der gestellten Aufgabe haben sich automatisch synergetische Effekte ergeben, wie durch die möglich gewordene rel. kleine Menge an Spei­ chervolumen erfolgt eine schnellere Regenerierung des Speicherwassers. Die Umwälzung bei ca. 50 l erfolgt kurzzeitiger. Außerdem spart das Gerät durch die Möglichkeit der zeitweisen Stillegung durch Zeiten der Ruhe, z. B. nachts. Eine zeitgesteuerte Stromein- u. -ausschaltung liegt im Belieben des Ver­ brauchers. Die größtmögliche Wirtschaftlichkeit wird sich einen Marktanteil sichern können. Die Umweltfreundlichkeit des Gerätes ist unbestreitbar. So sei nur an die interessante Nutzung aus Solarkollektoren erinnert. Bis­ lang fehlt eine effiziente Möglichkeit, direkt mit Warmwasserspeichern des offenen Kreislaufs zu korrespondieren. Mit einer Abzweigung (9.1) aus Leitung (9) wird Kaltwasser (4) durch den im Gegenstromprinzip ar­ beitenden Plattenwärmetauscher (19) als Zusatzgerät nach aut. Öffnung des Magnetventils (20) erwärmt in den Warmwasserspeicher (5) über die Öffnung (21) leitet. Die Abwärme des Geräts heizt das Bad o.a. mit.

Neben Sonnenkollektoren können vorhandene Heizkessel oder Thermen als externe Wärmequellen genutzt werden.

Auf diese Weise wäre es ebenfalls möglich bei schwacher solarer Aus­ beute durch die Standheizung (11) eine zu niedrige Temperatur anzu­ heben. Solar erzeugtem Warmwasser fehlt im allgemeinen der regenerieren­ de Effekt der Frischwasserbeaufschlagung, der hier wieder gegeben wäre.

Bei Inbetriebnahme sollte beachtet werden, daß zunächst die erste Fül­ lung mit der Standheizung (11) zu erwärmen geboten ist. Etwa wie beim Start eines Pkw′s die Anlasserfunktion bzw. das Vorglühen beim Diesel.

Ein weiterer Gesichtspunkt energetischer Art soll noch angesprochen werden. Der Speicher eignet sich bestens zur dezentralen Pla­ zierung. Dadurch können kürzeste Leitungswege zu den Verbrauchsgeräten erreicht werden. Das spart neben Leitungen beachtliche Wärmeverluste. Außerdem erreicht das Warmwasser schneller die einzelnen Zapfstellen.

Die volkswirtschaftliche Bedeutung dieser Erfindung findet in der prak­ tischen Umsetzung ein weites Anwendungsgebiet.

Die Gerätekonstruktion möchte das Überdruckventil überflüssig machen bzw. ersetzen. Darum der Einsatz des gasbefüllten Körpers (14). Er könnte in Doppelbestückung die Sicherheit bedeutend steigern. Darüber hinaus wäre ein Druckfühler geeignet, im Notfall eine Stromabschaltung beim Durch­ lauferhitzer sicherzustellen.

Die allgemein übliche Montage einer sog. Sekura-Sicherheitsgruppe zu wel­ cher das Überdruckventil gehört, hat den großen Nachteil Überdruckwasser abzuleiten. Es wird somit mit der hier gewählten Sicherheitstechnik die Montage wesentlich erleichtert. Außerdem geht es um eine saubere Betriebs­ technik, die in Wohnungen gefragt ist. In der Regel werden bei Einbau die­ ser Warmwasserversorgung wärmegeschützte Rohrleitungen verlegt Rohr im Rohr aus Kunststoff).

Claims (13)

1. Als kompakte bauliche Einheit gestalteter Brauchwarmwasser­ speicher und -bereiter in Gebäuden mit Frischwasserbeaufschlagung über den offenen (Kaltwasser) Kreislauf zur Warmwasserbereitung und -speicherung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem wärmegedämmten Druckbehälter (1) der Wasserinhalt (2) durch eine elastische Membrane (3) in kal­ tes und warmes Wasser teilbar ist, wobei sich das nachfließende Kaltwasser (4) oben befindet und das Warmwasser (5) unten.

2. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Kaltwassereinlaß (6) oben-im Druckbehälter liegt, im Kaltwasserbereich (4).

3. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Warmwasserauslaß (7) sich in der unteren Druckbehälter­ hälfte oben befindet.

4. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kaltwasserauslaß (8) mit einer Leitung (9) gibt, wo­ bei diese in den Heizbehälter (10) führt.

5. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß im Heizbehälter (10) sich ein Heizregister (Tauchsieder) (11) befindet oder ein Durchlauferhitzer (12) mit gleichzeitiger Heiz­ registerfunktion.

6. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Druckbehälter (1) ein zusammendrückbarer und elastischer Körper (14) befindet.

7. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (9) mit einem Rückflußventil (16) und einem Magnetventil (20) ausgestattet ist.

8. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Warmwassertemperatur über den Thermostaten (17) wählbar ist.

9. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (1) durch Schaumstoffkörper (15) wärmege­ dämmt ist, wobei an zwei Form-Elemente gedacht ist.

10. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizbehälter (10) zur Entkalkung der Heizflächen abnehmbar ist und ein Entleerventil (13) besitzt.

11. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweig (9.1) aus der Leitung (9) mit dem Plattenwärme­ tauscher (19) verbunden ist, wobei die Leitung (21) in den Druckbehälter (1) im Warmwasser-bereich (5) einmündet.

12. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (18) einen Kreislauf von der externen Wärmequelle über den Plattenwärmetauscher (19) und zu dieser zurück bildet.

13. Brauchwarmwasserspeicher u. -bereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Leitung (9.1) das Magnetventil (20) befindet.