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Warmwasserheizungs- und -versorgungsanläge mit Vorwärmung des Verbrauchswassers
durch umlaufendes Heizwasser der Heizungsanlage in einem Wärmeaustauscher Die Erfindung
betrifft eine -\Varmwasserheizungs- und -versorgungsanlage, bei der das Verbrauchswasser
für die Zapfstellen in Wärmeaüstauschern vorgewärmt wird, die durch das Wasser der
Heizungsanlage erwärmt werden. Schaltet man, wie es bekannt ist, den Wärmeaustauscher
parallel zu den übrigen Wärmeverbrauchern, also den Heizkörpern, zwischen Vorlauf
und Rücklauf, so ergibt sich nur in den seltensten Fällen ungefähre Übereinstimmung
zwischen den Rücklauftemperaturen aus der Heizanlage und der Temperatur des aus
dem Wärmeverbraucher abströmenden Heizwassers. Diese mangelnde Übereinstimmung ergibt
Schwankungen in der Rücklauftemperatur, durch welche der Wirkungsgrad der Kesselanlage
oder die Kapazität einer etwa angeschlossenen Speicheranlage herabgesetzt wird.
Die mangelnde Übereinstimmung ist verständlich, da ja die Heizkörper gleichmäßig
Wärme abgeben und der Grad der Abkühlung lediglich von der Witterung abhängt, während
im Wärmeaustauscher für das Verbrauchswasser die vorzuwärmenden Zapfmengen, die
als Kaltwasser von äußerst geringer Temperatur in den Wärmeaustauscher eintreten,
je nach dem augenblicklichen Bedarf in erheblichem Maße schwanken, wobei diese Schwankungen
und auch der durchschnittliche Bedarf völlig unabhängig ist von der Witterung, die
den Bedarf der Heizungsanlage bestimmt. Die Unterschiede der Rücklauftemperaturen
sind nicht nur von den Jahreszeiten und den Bedarfsmengen abhängig, sondern sie
treten auch bei verschiedenen Anlagen in durchaus verschiedenem Sinne auf, so daß
unter bestimmten Voraussetzungen die Temperatur des Rücklaufwassers von der Heizung
höher ist als die des Rücklaufwassers vom Wärmeaustauscher,während, unter anderen
Voraussetzungen der umgekehrte Fall eintritt. Mit der Erfindung wird die Aufgabe
gelöst, für alle Fälle auch unter den verschiedenartigsten Voraussetzungen einen
Ausgleich derart zu schaffen, daß diese Unterschiede sich nicht störend fühlbar
machen, sondern zur Hebung des wirtschaftlichen Nutzeffektes der Gesamtanlage dienen.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in den Leitungen, in denen
die den Wärmeaustausch vornehmenden Flüssigkeiten geführt sind, in an sich bekannter
Weise weitere Wärmetauscher in Hintereinanderschaltung zu dem primären Wärmetauscher
geschaltet sind, durch welche entweder das abgekühlte Heizwasser vor seinem Wiedereintritt
in den Wärmeerzeuger oder das im Wärmeaustauscher zu erwärmende kalte Verbrauchswasser
hindurchströmt. Diese Hintereinanderschaltung mehrerer Wärmeaustauscher ermöglicht,
einen Ausgleich für zu hohe oder zu niedrige Temperatur der Rücklaufströmungen zu
schaffen. Außerdem ergeben sich noch besondere Vorteile für die verschiedenen Anordnungen,
je nachdem, ob der weitere
Wärmeaustauscher in den Lauf des Heizwassers
oder den Lauf des Zapfwassers eingeschaltet ist und ob er in ersterem Falle dem
aus dem primären Wärmeaustauscher abströmenden Heizwasser weitere Wärme entnimmt
oder Wärme zuführt. Diese Vorteile seien im folgenden für eine Reihe von vorteilhaften
Schaltungen noch näher beschrieben.
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Wird die Anlage so betrieben, daß der primäre Wärmeaustauscher verhältnismäßig
große Heizflächen und im Vergleich zur Heizwassermenge großen Bedarf an Verbrauchswasser
besitzt, so soll erfindungsgemäß die Rückführleitung des Heizwassers vom primären
Wärmeaustauscher aus ummittelbar ohne vorherige Mischung. mit dem sonstigen Rücklaufwasser
der Heizanlage zu einem besonderen Vorwärmer führen, der die kältere Temperatur
des v om Wärmeaustauscher kominenden Wassers gegenüber dem Rücklaufwasser der Heizanlage
wärmewirtschaftlich günstiger in der Wärmeerzeugungsanlage auszunutzen gestattet.
Bei der Heizwassererwärmung in feuerbeheizten Kesseln wird demgemäß das kältere
Wasser in den rauchgasseitig letztenTeilen derWärmeerzeugungsanlage insbesondere
einem dem Heizkessel nachgeschalteten besonderem. Vorwärm,er zugeleitet, welcher
die Rauchgaswärme bis auf niedrigere Abgastemperaturen ausnutzt, da er mit kälterem
Wasser beschickt ist. Bei der Erwärmung des Heizwassers mittels Dampf, besonders
Abdampf von Kraftmaschinen, ist ein entsprechender Vorteil dadurch zu erzielen,
daß das kältere Rücklaufwasser aus den Wärmeaustauschern dem letzten Teil der dampfberührten
Heizflächen oder der Stufe geringsten Abdampfdruckes zugeführt wird.
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In anderen Fällen, in denen der Bedarf an Verbrauchswasser klein ist
im Vergleich zum Heizverbrauch und demgemäß die Abkühlung des Heizwassers im Wärmeaustauscher
nur gering ist, besonders dann, wenn der Wärmeaustauscher mit Heizwasser von höherer
Temperatur beheizt wird, als im sonstigen Vorlauf der Heizanlage herrscht, ist eine
Anordnung vorteilhaft, bei der das aus dem Wärmeaustauscher abströmende Heizwasser
in die Vorlaufleitung der Heizungsanlage gelangt. In diesem Falle dient der Wärmeaustauscher
gleichzeitig zur Abkühlung des Vorlaufwassers, so daß eine entsprechend geringere
Menge Rücklaufwasser dem Vorlauf zuzumischen ist. Unter Umständen kann auch bei
dieser Anordnung die Mischung ganz abgestellt werden, und zur Regelung der Vorlauftemperatur
kann ein Teil des Vorlaufwassers durch den Wärmeaustauscher und ein anderer Teil
unter Umgehung desselben unmittelbar in die Vorlaufleitung gelangen Um bei beliebigen
Schwankungen des Bedarfs an Verbrauchswasser die Abkühlung des Heizwassers im Wärmeaustauscher
gering zu halten, kann es sich auch empfehlen, das Verbrauchswasser in bereits vorgewärmtem
Zustande zum Wärmeaustauscher gelangen zu lassen. Der primäre Wärmeaustauscher kann
dann kleine Heizflächen erhalten, und es ist für ein gewisses Gleichbleiben der
Temperatur des ablaufenden Heizwassers gesorgt. Die Vorwärmung des Verbrauchswassers
in erster Stufe kann unter Benutzung irgendwelcher Abwärme oder besonders vorteilhaft
in einem vorgeschalteten Wärmeaustauscher erfolgen, der mit Rücklaufwasser aus der
Heizungsanlage beheizt ist. Dieser Wärmeaustauscher in erster Stufe hat noch den
weiteren Vorteil, daß das gesamte Rücklaufwasser auf geringe Temperatur herab abgekühlt
wird, und daß es daher auch bei Einleitung der gesamten Menge in den Kessel oder
einen Wärmespeicher die Vorteile besserer Wärmeausnutzung, größerer Speicherkapazität
und geringerer Fernleitungsquerschnitte erzielen läßt. Bei dieser zweistufigen Vorwärmung
des Verbrauchswassers kann dann ohne Schaden das Heizwasser des Wärmeaustauschers
höherer Temperatur sowohl zum Vorlauf als auch zum Rücklauf gelangen, da ja durch
den vom Rücklaufwasser beheizten Wärmeaustauscher auch dann eine genügende Abkühlung
gewährleistet ist, wenn (las Rücklaufwasser zu hoher Temperatur aus dem ersten Wärmeaustauscher
in die gemeinsame Rücklaufleitung gelangt. Wird das Verbrauchswassernetz mit einem
Umlauf zur 13inhaltung derWassertemperatur in den Leitungen betrieben, so empfiehlt
es sich, das rückkehrende Wasser aus dem Netz zwischen den beiden Vorwärmestufen
in die Frischwasserleitung einzuleiten, da zwischen den beiden Vorwärmestufen die
Temperatur herrscht, die der Temperatur des rückkehrenden Wassers am besten angenähert
ist.
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Die Zeichnung zeigt beispielsweise Schaltschemata der Anordnung nach
der Erfindung, und zwar zeigen: Fig. i eine Anlage mit je einem Wärmeaustauscher
im Vor- und Rücklauf des Heizungskreislaufes, Fig. 2 eine Anlage mit einem zu den
Heizkörpern parallel geschalteten Wärmeaustauscher und besonderer Rückführleitung
für das Rücklaufwasser mit einem Vorwärmer vor Eintritt in den Warmwassererzeuger,
Fig. 3 eine Anlage mit einem zu den Heizkörpern parallel geschalteten Wärmeaustauscher
und einem weiteren Wärmeaustauscher im Rücklauf.
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Gemäß Fig. i gelangt von den Warmwassererzeugern i das Heizwasser
über Leitung
2 zur Vorlaufleitung 3 für die Heizkörper 4
und von dort durch die Rücklaufleitung 5 über die Umwälzpumpe 6 zu den Kesseln i
zurück. Der Wärmespeicher 7 ist in bekannter Weise derart zwischen Vorlauf 2 und
Rücklauf 5 eingeschaltet, daß er mit Hilfe der Regelventile 8 und 9, z. B. in Abhängigkeit
von der durch den Thermostaten io festgestellten Vorlauftemperatur, je nach Bedarf
geladen oder entladen wird. Durch die Leitung i i wird Rücklaufwasser in die Vorlaufleitung
3 eingeführt, in einer Menge, die vom Thermostaten 12 mit Hilfe der Regelventile
13 und 14 in bekannter Weise überwacht wird.
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Das Verbrauchswasser gelangt über Leitung i 5, beispielsweise aus
dem Frischwasserleitungsnetz, zum Gegenstromvorwärmer 16, der sich in der Rücklaufleitung
5 befindet, und von dort über Leitung 17 zum Gegenstromvorwärmer 18, der sich in
der Vorlaufleitung 2 befindet. Das heiße Wasser strömt von dort über Leitung ig
in den Vorratsbehälter 2o, aus dem es zum Verbrauchswassernetz 21 mit den .verschiedenen
Zapfstellen 22 gelangt. Eine Rückkehrleitung 23 mit Umlaufpumpe 24 sorgt für dauernde
Strömung im Netz 21. Das rückkehrende Wasser wird durch Leitung 25 in die Leitung
17 zurückgeführt. Zwischen der Heißwasserleitung 2 und der Vorlaufleitung 3 ist
eine Leitung 26 mit Regelventil 27 vorgesehen, die Heißwasser unmittelbar unter
Umgehung des Wärmeaustauschers i8 der Vorlaufleitung 3 zusetzt. Ventil
27 ist von Hand einstellbar. Es kann aber auch, wie gezeichnet, durch den
Thermostaten 12 mit überwacht werden. Dieser Thermostat 12 wirkt dann derart, daß
er bei Einstellung auf eine bestimmte Temperatur bei überschreitung der Temperatur
das Regelventil 13 .öffnet und gegebenenfalls Ven-Jil 14 drosselt. Bei Unterschreitung,
wird zunächst Ventil 13 ganz geschlossen, und wenn dies noch nicht ausreicht, wird
durch Öffnung des Ventils 27 und gegebenenfalls Drosselung des Ventils 14 Heißwasser
aus der Umgehungsleitung 26 zugesetzt.
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Die Anordnung der Fig.2 unterscheidet sich hinsichtlich des Heizwasserkreislaufes
von der Anordnung nach Fig. r dadurch, daß der Wärmeaustauscher 18 in der von der
Vorlaufleitung 2 vor der Mischung abzweigenden Leitung 28, also parallel zu den
übrigen Wärmeverbrauchern 4, angeordnet ist, daß aber das durch Leitung 29 abströmende
Heizwasser gesondert von der Rücklaufleitung 5 der übrigen Verbraucher über die
Pumpe 30 und Vorwärmer 31 zum Kessel i gelangt. Die Mischung mit dem Rücklaufwasser
erfolgt erst hinter dem Vorwärmer 31, der durch die Rauchgase des Kessels. oder
durch Abdampf niedriger Temperatur beheizt wird.
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Hinsichtlich der Führung des Verbrauchswassers unterscheidet sich
die Anordnung der Fig. 2 von der der Fig. i dadurch, daß der Wärmeaustauscher 18
und der Warmwasservorratsbehälter 2o parallel geschaltet sind. Das Verbrauchswasser
gelangt demnach von der Leitung 15 unmittelbar in den unteren Teil des Speichers
2o, soweit es nicht durch die Umwälzpumpe 32 und Umwälzleitung 33 durch den Vorwärmer
18 hindurchgedrückt wird. Während die Entnahme zum Verbrauchswassernetz 2i in beliebig
schwankenden Mengen erfolgen kann, ist bei dieser Anordnung der Durchfluß des Verbrauchswassers
durch den Wärmeaustauscher 18 ungefähr gleichmäßig entsprechend der von der Pumpe
32 umgewälzten Wassermenge. Der Rücklauf des Wassers aus dem Netz 21 durch Leitung
25 mündet zusammen mit der L:mwälzleitung 33 in den Wärmeaustauscher 18 ein.
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Bei der Anordnung- nach Fig: 3 sind wiederum zwei Wärmeaustauscher
16 und 18 vorgesehen. Bei der hier gezeigten Anordnung mündet die- das Heizwasser
aus dem Wärmeaustauscher 18 abführende Leitung 29 in die gemeinsame Rücklaufleitung
5 vor dem Wärmeaustauscher 16 ein, und der Wärmeaustauscher 18 ist, wie bei der
Anordnung der Fig. 2, parallel zu den sonstigen Wärmeverbrauchern von der Heißwasserleitung
2 mittels Leitung 28 abgezweigt. Von der Verbrauchswasserleitung 15 geht das Frischwasser
entweder unmittelbar zum Vorratsbehälter 2o oder entsprechend der von der l?mwälzpumpe
32 geförderten Menge über Wärmeaustauscher 16, Umwälzleitung 33 und Wärmeaustauscher
18 zur Verbrauchswasserleitung 21 bzw. bei geringem Verbrauch auf dem .gleichen
Wege aus dem unteren Teil des Speichers 2o in den oberen Teil desselben. Die Rückkehrleitung
23 aus dem Netz 2i mündet unmittelbar in den Saugstutzen der Umzvälzpumpe 32, so
daß diese Pumpe die Funktionen der Umlaufpumpe 2¢ der vorhergehenden Figuren mit
erfüllt.
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Die in den Figuren gezeigten verschiedenen Schaltungen, insbesondere
die heizwasserseitigen Anordnungen und die verbrauchswasserseitigen Anordnungen
können in beliebiger Weise miteinander vertauscht werden. Außerdem können Sammelleitungen
mit Abzweige- und Absperr- bzw. Wechselventilen derart vorgesehen sein, daß man
in ein und derselben Anlage die Wärmeaustauscher, Rohrleitungen und Speicher nach
Bedarf in der einen oder anderen der angegebenen Weisen in die Gesamtlage ein-..schalten
kann.
Die Regelungen in der Anlage können, wie üblich, von Hand
oder durch Temperaturregler vorgenommen werden, die den Durchfluß durch die verschiedenen
Wärmeaustauscher überwachen. Bei der zweistufigen Erwärmung des Verbrauchswassers
genügteine Regelung des Wasserdurchflusses hinter der zweiten Stufe, da es ja auf
die Wärmeaufnahme in der ersten, kälteren Stufe hinsichtlich der Endtemperatur weniger
ankommt.