DE8531825U1

DE8531825U1 - Vorrichtung zum Übergeben von Wärme aus einem Fernwärmenetz

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Publication number: DE8531825U1
Application number: DE8531825U
Authority: DE
Original assignee: Iwk Regler und Kompensatoren 7513 Stutensee De GmbH
Current assignee: Iwk Regler und Kompensatoren 7513 Stutensee De GmbH
Priority date: 1985-11-11
Filing date: 1985-11-11
Publication date: 1986-08-21

Description

Vorrichtung zum übergeben won Wärme aus einem Fernwärmenetz

Fernwärme wird in Haushalten im allgemeinen zur Gebäudeheizung verwendet. Zur Energieübertragung an das örtliche Heizungssystem ist ein Wärmeaustauscher vorgesehen, der zudem das Fernwärmenetz vom Heizungskreislauf abkoppelt.. Daneben sind noch Meß-, Regel- und Überwachungsgeräte installiert, die einen reibungslosen Betrieb der Heizung gewährleisten. Trotz Anschlusses und Verwendung der Fernwärme für die Gebäudeheizung werden für die Brauchwassererwärmung häufig noch Elektroboiler, Gasdurchlauferhitzer oder dgl. eingesetzt. Dies ist jedoch unwirtschaftlich, da neben den hohen Installationsund Anschaffungskosten auch die laufenden Betriebskosten sehr hoch sind. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, daß die Erwärmung des Brauchwassers ebenfalls über das Fernwärmenetz erfolgt. Dies hat zudem den Vorteil, daß das Fernwärmenetz stärker ausgelastet ist, d. h. die Wärmeverbrauchsdichte größer ist, und dadurch die Verbrauchskosten in Relation zur Wärmemenge erheblich sinken. Die Erwärmung des Brauchwassers über die Fernwärme erfordert jedoch einen weiteren Anschluß an das Fernwärmenetz und einen zusätzlichen Wärmeaustauscher.

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Neben diesem Wärmeaustauscher müßten zusätzlich, wie beim Wärmeaustauscher der Gebäudeheizung, die MeO- und Überwachungsgeräte wie z.B. Wärmezähler, Schmutzfänger, Regelventil usw. vorhanden sein. Dieser weitere Anschluß an das Fernwärmenetz ist mit einem erheblichen finanziellen und materiellen Aufwand verbunden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, platzsparende Heizunnseinheit für dis Raumheizung und Brauchwassererwärmung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemjß ν"löst durch zwei hintereinander angeordnete Wärmeaustauscher mit einem dazwischen liegenden Zwischenteil, wobei das Sekundärleitungsteil des ersten Wärmeaustauschers sowohl Anschlüsse für die Heizungsleitung hat als auch das Primärleitungsteil für den zweiten, der Brauchwassererwärmung dienenden Wärmeaustauscher bildet.

Die Vorrichtung weist zwei Wärmeaustauscher, einen Primärblock und ein Zwischenteil auf. Der Wärmeaustauscher ist mit dem Fernwärmenetz verbunden und entnimmt diesen; die benötigte Wärmemenge. Der Sekundärkreis oder Sekundärleitungsteil dieses ersten Wärmeaustauschers überträgt diese Wärmemenge entweder in den Heizungskrgislauf der Gebäudeheizung oder in den Primärkreis oder Primärleitungsteil des zweiten Wärmeaustauschers, für das sie der Brauchwassererwärmung dient. Zwischen dem ersten und zweiten Wärmeaustauscher ist ein Zwischenteil angeordnet, das die beiden Wärmeaustauscher hydraulisch verbindet. Demnach benötigt die ganze Vorrichtung lediglich einen Anschluß für den Vor- und Rücklauf des Fernleitungsnetzes, weshalb die Anlage sehr einfach, schnell und preisgünstig zu installieren ist.

Mit Vorteil weist das Zwischenteil Steuer- und Regelorgane für die Heiz- und Brauchwasserternperaturregel ung auf. In diesem Zwischenteil wird der Sekundärkreis des ersten Wärmeaustauschers entweder in den Heizungskreislauf oder in den Primärkreis d<?s zweiten Wärmeaustauschers umgeschaltet. Die dafür notwendigen Steuer- und Regelorgane sind innerhalb dieses Zwischenteils unterge^· bracht; so däß mit den hydraulischen Wegen für das Wärmetrensportmedium das Zwischenteil sich als kompaktes und platzsparendes Teilstück der Vorrichtung erweist.

Eine weitere Vereinfachung der Vorrichtung und deren Installation wird dadurch erreicht, daß dem Fernleitungsnetz

* zugeordneten Κ·?β-, Steuer-, Überwachungs- und Regelorgane in einem vor dem ersten Wärmeaustauscher angeordneten, an das Fernleitungsnetz angeschlossenen Primärblock eingesetzt

» sind. Somit sind auch die zur Überwachung der Anlage dienenden Meß- und Regelorgane, was in der Regel Differenzdruck und Volumenstromregler j Wärmemengenmeßgerät z.B. nach dem Ultraschal1-Meßprinziρ , Filtereinsatz und dgl. ebenfalls in der Anlage untergebracht und müssen deshalb nicht extra \ instal1iert werden.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung als kompakte Einheit und \ daher platzsparend ausgebildet. Außerdem sind alle Meß- und Regelorgane nur einmal vcrhanden, was sich ebenfalls ΐ kostengünstig auswirkt. Die Steuerung der Anlage übernimmt eine Steuer- und Regel einheit, die mit den Meß- und Regel- < organen der Anlage verbunden ist.

Durch den Wärmeverbund der Heizung und des Brauchwassers ist der absolute Wärmeverbrauch höher, als wenn lediglich die '; Heizung über die Fernwärme versorgt werden würde. Dadurch wird die Anlage auch für "Kleinverbraucher" im Gegensatz zu "Großverbrauchern",wie z.B. Hochhäusern od.dgl.interessant, da die

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relativen Umbau-- und Anschlußkosten sinken. Diese Anlage kann sowohl für einen geringen als auch für einen hohen Wärmeumsatz ausgelegt werden, d. h. sie ist für "Kleinverbraucher" mit geringem Wärmebedarf und "Großverbraucher" mit hohen Wärmebedarf auslegbar.

Vorteilhaft bestehen das Zwischenteil und der Primärblock jeweils aus ei nem Gaö teil mit gegossenen Kanälen als hydraulische Wege. Das Gußteil entsprechend der EP-A-O 092 032, das aus Grauguß, Stahlguß, Kunststoff oder dgl. besteht, kann einfach und preisgünstig hergestellt werden. Auf diese Weise können sowohl der Primärblock als auch das Zwischenteil sehr kompakt und platzsparend ausgebildet werden, da sie aus wenigen Einzelteilen erstellt und vortei1hafterweise in einem Block gegossen werden, wobei in der matrixförmigen Anordnung dann schon sämtliche erforderlichen Verbindungsleitungen sowie Bypaßleitungen, Sicherheitsleitungen etc. vorgesehen sind. Dadurch, daß separate Veroindungselemente, wie z. B. Winkel-Abzweig- und Kreuzungselemente wegfallen, da sie ebenfalls in dem Gußblockteil integriert sind, ist eine erhebliche Volumen- und Gewichtseinsparung bei gleicher Druckbeständigkeit möglich.

Vorteilhaft sind das Zwischenteil und der Primärblock an die Wärmetauscher bzw. an das Fernleitungsnetz anschraub- bzw. anflanschbar. Dies ermöglicht eine schnelle Montage vor Ort, ohne daß auf schweiß- und löttechnische Verbindungen zurückgegriffen werden muß.

Eine weitere Vereinfachung dertforricntung wird dadurch erreicht, daß der Primärblock nur pin Motorstell ventil aufweist, das sowohl zur Regelune ·; Heizungs- als auch zur Regelung der Brauchwassertemperatur dient- Dieses Motorstel1venti1, das unter anderem von der Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird, steuert den Zulauf in den Primärkreis des ersten Wärmeaustauschers_s so daß

in diesem exakt nur die Wärmemenge ausgetauscht wird, die entweder von der Heizung oder dem Brauchwasser benötigt wird. Dieses den Vorlauf des Fernwärmemediums steuernde Motorstel1venti1 bewirkt neben der Brauchwassertemperaturregelung auch die witterungsgeführte Heizungsregelung.

Mit Vorteil ist ein Steuerelement,wie z.B. Strömungswächter, Differenzdruckschalter, Temperaturschalter od. dgl. in der Brauchwasser- oder der Heizungs1 eitung angeordnet und mit einem Doppelregler für den Sekundärkreis des ersten Wärmeaustauschers verbunden. Hierdurch ist der Sekundärkreis des ersten Wärmeaustauschers zwischen Heizungskreislauf und Primärkreis des zweiten Wärmeaustauschers umschaltbar. Weiterhin zeichnet sich das Zwischenteil dadurch aus, daS eine Brauchwasserpumpe zur Umwälzung des Primärkreises des zweiten Wärmeaustauschers während der Brauchwassererwärmung vorgesehen ist und daß das Zwischenteil Rückschlagorgane aufweist. Hierdurch werden die Heizmittelströme eindeutig gelenkt, wobei durch ein Abschalten der Heizungsumwälzpumpe eine Boilervorrangschaltung erreicht wird. Ein zusätzliches Umschaltventil "Heizungs-Brauchwasserbetrieb" entfällt damit. Die im ersten Wärmeaustauscher auf dessen Sekundärkreis übertragene Wärmemenge wird demnach entweder zu Heizzwecken oder zur Erwärmung des Brauchwassers verwendet. Das Temperaturniveau bei Heizbetrieb ist ein anderes als beim Brauchwasserbetrieb. Der Brauchwasserbereiter soll so tief gefahren werden, daß Ka 1 kausfä 11ung verhindert wird. Der Doppelregler schaltet lpjiglich die Pumpen und die Betriebsart hinsichtlich Heizbetrieb bzw. Brauchwasserbetrieb fest, die Rückschlagorgane verhindern, daß falsche Strömungen entstehen und gewährleisten mit der Pumpenschaltung den Brauchwasservorrangbetrieb. Dabei wird die Gebäudeheizung abgeschaltet und der Brauchwasserbereitung den Vorrang gegeben, In diesem Schaltungs zustand ruht ebenfalls die Heizungspumpe ,wohingegen die Brauch-

wasserpumpe anläuft. Ein hydraulischer Kurzschluß wird durch die entsprechend gesteuerten Rückschlagorgane verhindert. Die Heizungspumpe bleibt solange abgeschaltet, bis die Brauchwassererwärmung beendet ist, d.h. bis zum Ende des Zapfvorgangs oder bis zum Erreichen einer bestimmten Temperatur des Brauchwassers. Falls das Zwischenteil durch den Erwärmunsvorgang des Brauchwassers eine zu hohe Temperatur für die Heizungsanlage aufweist, läuft die Brauchwasserpumpe solange weiter, bis die Temperatur im Zwischenstück entsprechend abgebaut ist. Erst dann schaltet der Doppelregler die Rückschlagorgane um und startet die Heizungspumpe, während die Brauchwasserpumpe abgeschaltet wird.

Bei größerem Brauchwasserbedarf ist es vorteilhaft dem zweiten Wärmeaustauscher einen Speicher nachzuschalten. Dafür ist eine zusätzliche jpeicherladepumpe vorgesehen, die solange Brauchwasser zwischen dem Speicher und dem zweiten Wärmeaustauscher umwälzt, bis dieser aufgeladen ist.

Die Plattenwärmeaustauscher sind zu Reinigungszwecken zerlegbar ausgebildet. Dabei kann durch Wahl bzw. duch weiteres Hinzufügen von Einzelplatten die Heizfläche der Wärmeaustauscher den jeweils geforderten Leistungen angepaßt werden, so daß die Anlage weder unter- noch überdimensioniert,sondern exakt auf die Bedürfnisse des Verbrauchers ausgelegt ist. Durch die Anzahl der Einzelplatten kann die Heizfläche der Wärmeaustauscher jedoch auch auf eine bestimmte Heizleistung begrenzt werden, so daß eine eventuelle Überlastung des Fernwärmenetzes vermieden wird.

Die sicherheitstechnische Ausrüstung der Vorrichtung sieht vor, daß der Sekundärkreis des ersten Wärmeaustauschers einen auf das Motorventil wirkenden Sicherheitstemperaturbegrenzer aufweist.Dadurch ist der Heizungskreislauf abgesichert-

Für die Heizung ist ein Sicherheitstemperaturbegrenzer, vorhanden, der z.B. auf IiO⁰C eingestellt ist; dieser wirkt direkt auf das Stellventil auf der Primärseite. Die Maximaltemperatur - z.B. 65°C - auf der Primärseite des zweiten Wärmeaustauschers wird vom Doppelregler begrenzt und geregelt.

7ur manuellen Steuerung, wie z.B. zum Einstellen der Anlage, sind weitere Wärmefühler und Meßöffnungen zur Indikation von Druck und Temperatur im Zwischenteil vorhanden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigen:

Figur 1 die Darstellung einer Ausführungsform

der Vorrichtung und

Figur 2 ein Prinzipschema.

Eine erfindungsgemäße, heizungstechnische Vorrichtung (Fig. 1) mit einer Steuer- und Regeleinheit 2 und Verbindungsleitungen 3 weist weiterhin an ihrem Primärblock 4 Schraubanschlüsse 5 auf, mit denen sie an den Vorlauf 6 und Rücklauf 7 des Fernleitungsnetzes angeschlossen ist. An den Primärblock 4 ist der erste Wärmeaustauscher 8, der hier als Plattenwärmeaustauscher dargestellt ist, über Flanschverbindungen angeschlossen. An den Wärmeaustauscher 8 ist ein Zwischenteil 9 angeflanscht, das Anschlüsse 10, 11 für den Heizungskreislauf 12 aufweist. Zudem sind noch weitere Anschlüsse 13,14 für ein Ausdehnungsgefäß und ein Sicherheitsventil 15 vorgesehen. An das Zwischenteil 9 ist der zweite Wärmeaustauscher 16 angeflanscht, der ebenfalls als Plattenwärmeaustauscher ausgebildet ist. Dieser weist SchrauLianschl üsse 17 auf, mit denen die Br auchwa sser 1 ei tungen des Kaltwassers 18 bzw. des Warmwassers 19 verbunden sind.

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Das Warmwasser 19 wird in einen Speicher 20 geführt, an den die Gebäudeversorgungsleitung 21 sowie eine Speicherladepumpe 22,die vorteilhaft mit einem Rückschlagventil versehen ist, angeschlossen sind.

Figur 1 zeigt weiterhin die Steuer-und Regelorgane der einzelnen Komponenten der Anlage 1. Der Primärblock 4, der vorteilhaft als Gußteil ausgebildet ist, weist die Überwachungseinheiten für das Fernwärmemedium auf, die zum Messen und Regeln des Druckes, der Temperatur, des Durchflußstroms od.dgl. dienen. Unmittelbar nach dem Schraubanschluß 5 des Vorlaufs 6 des Fernleitungsnetzes ist eine Filtereinheit 24 vorgesehen, die als Schmutzfänger für das Heizmedium ausgebildet ist. Daran schließt sich ein einziges Motorstell venti 1 25 für die Heizungsregelung und die Brauchwassertemperaturregelung an. Unmittelbar vor dem Schraubanschluß 5 des Rücklaufs 7 des Fernleitungsnetzes befindet sich ein Wärmemengenmeßsystem 26, das z.B. nach dem Ultraschallmeßprinzip arbeitet. Unmittelbar davor ist ein Differenzdruck- und Volumenstromregler 27 angeordnet. Zudem weist der Primärblock 4 weitere öffnungen zum Messen von Drücken und Temperaturen auf,in denen z.B. Temperaturmeßfühler 28,29 für den Vorlauf 6 bzw. den Rücklauf 7 des Fern!eitunqsnetzes angeordnet sind.

Die vom Fernleitungsnetz abgegebene Wärmemenge wird über die Heizfläche des ersten Wärmeaustauschers 8 auf dessen Sekundärkreis 44 übertragen. Dieser wird als Heizungskreislauf oder als Primärkreis 45 für den zweiten Wärmeaustauscher 16 je nach Wärmeanforderung benutzt. Das der Wärmeanforderung entsprechende Umstellen des Sekundärkreises des ersten Wärmeaustauschers 8 erfolgt über einen elektronischen Doppelregler, der Pumpen 32, 42 entsprechend ansteuert. Rückschlagorgane 30, 31 lenken die Stoffströme wunschgemäß, so daß ein hydraulischer Kurzschluß vermieden wird.Die Brauchwasser-

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pumpe 32 wälzt im Bedarfsfall das Heizmedium im Primär= kreis 45 des zweiten Wärmeaustauschers 16um. Außerdem sind in dem Zwischenstück 9 Meßöffnungen für eine Druckanzeige 33 und eine Temperaturanzeige 34 vorgesehen. Zudem sind mehrere Temperaturfühler 35 vorgesehen* c? ■ e zur Regelung Und/oder überwachung der Temperaturen innerhalb des Zwischenteils 9 dienen. Ei η Sicherheitstemperaturbegrenzer 36 ist zur Absicherung der Anlage ΐ vorgesehen und wirkt direkt auf das Mot nrst pll ventil ? 5 ein_; falls eine einstellbare Grenztemperatur überschritten wird. Weiterhin kann das Zwischenteil 9 einen Temperaturwächter (nicht dargestellt) aufweisen, der wie der Sicherheitstemperaturbegrenzer 36 dafür sorgt, daß die Temperatur des Primärkreises 44 des zweiten Wärmeaustauschers 16, eine bestimmte Temperatur ,z . B 110⁰C firdie Heizungsanlage nicht überschreitet. Ein Temperaturwächter 35 wirkt über den Doppelregler auf das primärsei ti ge Motorventil ein und begrenzt die Temperatur z.B. auf 65°, damit Kalkausfällung verhindert wird.

Der zweite Wärmeaustauscher 16 weist am Schraubanschluß 17 für die Brauchwasser-Leitung des Warmwassers 19 einen Temperaturfühler 37 für das Brauchwasser auf. Die Ansteuerung des Doppel regl ers für die Umschaltung zwischen Brauchwassererwärmung und Gebäudeheizung erfolgt z.B. über einen Strömungsschalter 38 in der Gebäudeversorgungsleitung 21, einem Temperaturfühler 39 im Brauchwasserspeicher 20 oder einen Differenzdruckschalter (nicht dargestellt).

Die Temperaturfühler 28, 29, 35, 37 der Strömungsschalter 38, die Brauchwasserpumpe 32 und das Motorstel1venti1 25 sind mit der Steuer- und Regeleinheit 2 über Verbindungsleitungen verbunden,wobei die Steuer- und Regeleinheit 2 weitere Anschlüsse 40, 41 für die Speicherladepumpe 22 und eine außerhalb der Anlage 1 angeordnete Heizungspumpe 42 aufweist. Zudem ist die Steuer- und Regeleinheit 2 mit einem an einer geeigneten Stelle der Gebäudeaußenwand angebrachten Witterungs-

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- 10 fühler 43 verbunden.

Figur 2 zeigt die schaltungstechnische Einrichtung der Vorrichtung anhand der die Umschaltung des Sekundärkreises 44 für die Heizung bzw. die Erwärmung des Brauchwassers näher eräutert werden soll.

Die Pumpen werden vom Regler geschaltet, Die Rückschlag- ! ventile wirken automatisch. 7wa ngsgest-euert_; Dabei ist die

Brauchwasserpumpe 32 abgeschaltet, wohingegen die Heizungspumpe 42 das Medium im Heizungskreislauf 12 umwälzt. Die j Umschaltung des Sekundärkreises 44 ■ f den Primärkreis j des Wärmetauschers 16 erfolgt dann, wenn z.B. der Strömungsschalter 38, der Temperaturfühler 37 * ein Differenzdruckschalter (nicht dargestellt) oder dgl. anspricht. Ein an den elektronischen Doppelregler weitergegebenes Signal bewirkt ein Einschalten der Brauchwasserpumpe 32 und ein Abschalten der Heizungspumpe 42. Das Rückschlagorgan 30 öffnet und das Rückschlagorgan 31 schließt und verhindert ein Rückströmen aus dem Heizungskreislauf. Dieser Schaltungszustand dauert solange, bis entweder der Zapfvorgang beendet j ist, d.h. der Strömungsschalter 38 ein entsprechendes Sional

gibt oder die gewünschte Temperatur im Speicher 20 erreicht ist und somit der Temperaturfühler 39 ein entsprechendes Signal abgibt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Brauchwasserpumpe 32 eine zeitlang nachläuft, um eine eventuell zu hohe Temperatur im Zwischenteil 9 abzubauen. Dabei läuft ebenfalls die Speicherladepumpe 22 weiter, so daß über den Wärmeaustauscher 16 dem Zvnschentei1 9 die überschüssige Wärmemenge entzogen wird. Bei Erreichen der gewünschten Temperatur im Zwischenteil 9, die z.B. über einen der Temperaturfühler 35 gemessen werden kann, schaltet er die Pumpen 22, 32 ab und die Heizungspumpe 42 an.

Claims

· β · k ■ « PATENTANWÄLTE : DR.iNG. HANS LICHTI dipping. HEINER LICHTI D-7500Karlsruhe41 DURLACHER STBASSE 31 S DIPL.-PHYS. DR. RER. NAT. JOST LEMPERT TEL:(O721MB511 f G 85 31 825.6 16. Juli 1986 IWK Regler und Kompensatoren GmbH 7839/85 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Übergeben won Wärme aus einem Fernwärmenetz zu einem Abnehmer, gekennzeichnet durch zwri hintereinander angeordnete Wärmeaustauscher (.8, J6) mit einem dazwischen liegenden Zwischenteil (9), wobei das Sekundärleitungsteil (44) des ersten Wärmeaustauschers (8) sowohl Anschlüsse für die Heizungsleitung (12) hat als aucfi das Primärleitungsteil (45) für den zweiten, der Brauchwassererwärmung dienenden Wärmeaustausbher (16) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meß-, Steuer- und Regelorgane für die Heiz- und Brauchwassertemperaturregelung im Zwischenteil (9) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das Fernleitungsnetz anschließbare Meß-, Steuer-, Überwachungs und Regelorgane in einem vor dem ersten Wärmeaustauscher (8) angeordneten Primärblock(4) eingesetzt sind.

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (9) und der Primärblock je aus einem Gußteil mit gegossenen Kanälen als hydraulische Wege bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (9) und der Primärblock (4) an die Wärmeaustauscher (8, 16) anschraub- bzw. anflanschbar sind, daS die Flansche am Zwischenteil bereits ein Bestandteil des Pl«tten-Wärmeaustauschers sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärblock (4) ein Motorstellventil (25) zur Regelung der Heizungsund Brauchwassertemperatur aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem in die Brauchwasser- oder die Heizungsleitung eingesetzten Steuerteil mit einem Strömungswächter (38), Differenzdruckschalter, Temperaturschalter (37) oder dergleichen und mit einem Doppelregler für den Sekundärleitungsteil (44) des ersten Wärmeaustauschers (8) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärleitungsteil des zweiten Wärmeaustauschers (16) eine

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Brauchwasserpumpe (32) zur Umwälzung des Brauchwassers (45) während der Brauchwassererwärmung angeordnet ist und daß das Zwischenteil Rückschlagorgane aufweist.