DE9219121U1 - Regelungsvorrichtung für die Entnahmetemperatur von Brauchwasser mit Trinkwasserqualität - Google Patents

Description

Regelungsvorrichtung für die Entnahmetemperatur von Brauchwasser mit Trinkwasserqualität

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Entnahmetemperatur von warmen oder heißem Brauchwasser mit Trinkwasserqualität.

Eine solche Vorrichtung und eine solche Regelung ist in der DE 40 35 115 A1 beschrieben. Dort wird eine Heizanlage mit einer oder mehreren Heizquellen und mit einem Heißwasserspeicher begrenzter Temperatur (dort 60°) vorgesehen, der über einen ersten

&iacgr;&ogr; Umwälzkreis einen Wäremetauscher speist (vgl. dortige Fig. 2). Um bei einem solchen \ System - in seiner Temperatur geregeltes - Brauchwasser in Trinkwasserqualität entnehmen

zu können, ist der Heißwasserspeicher über eine steuerbare Umwälzpumpe mit der Primärseite des Wäremetauschers verbunden. Sekundärseitig steht der Wärmetauscher mit einem Anschluß für unter Druck stehendes frisches (kaltes) Wasser in ständig offener

is Verbindung. Die Ausgangsseite der Sekundärseite des Wärmetauschers (dort 58) dient der Entnahme des erwärmten Brauchwassers mit Trinkwasserqualität. Die Steuerung übernimmt im Stand der Technik ein Steuerkreis, der auf das Signal eines Strömungsmelders (dort 57) in der Brauchwasser-Entnahmeleitung anspricht und die Umwälzpumpe im Primärkreis des Wärmetauschers in Abhängigkeit von einem Brauchwasser-Sollwert und in Abhängigkeit von der Temperatur innerhalb des letzten Drittels des Wärmetauschers einschaltet, ausschaltet oder ihre volumetrische Leistung regelt.

Trotz der begrenzten Vorlauftemperatur des Heißwassers für den Primärkreis des Wärmetauschers wird mit dieser Anordnung eine vernünftige Regelgenauigkeit und Regelgüte der Ausgangstemperatur des Brauchwassers erreicht. Diese Regelgenauigkeit hängt allerdings davon ab, daß ein außerordentlich rasch ansprechender, empfindlicher Temperaturfühler im letzten Drittel des Wärmetauschers angeordnet ist. Sobald größere Schwankungen der Entnahmemenge entstehen, ist die Regelung nicht mehr in der Lage, mit ihrer begrenzten Temperatur-Stellgröße im Wärmetauscher-Primärkreis und der erfaßten Temperaturgröße im Wärmetauscher eine zufriedenstellende Regelgüte zur Verfügung zu stellen.

Ausgangspunkt der Erfindung (Aufgabe) ist deshalb der Wunsch, eine Regelungseinrichtung zu schaffen, bei der eine genauere Einhaltung der Ausgangstemperatur trotz starker Schwankungen des Entnahmevolumens/Zeit erhalten werden, obwohl die Primärtemperatur des Wärmetauschers nur begrenzt ist; gleichzeitig soll der im Betrieb erzielbare Wirkungsgrad gesteigert werden.

Beschreibung; 9487a ... .'"1

Sandler KG * Il . " &iacgr; · · · .W. Oktober 1997

Das wird mit der Erfindung gemäß Anspruch 1 erreicht. Für jeden Moment der Entnahme wird aus der aktuellen Temperatur des entnommenen Brauchwassers (Ist-Temperatur) und der pro Zeiteinheit entnommenen Menge des Brauchwassers (gemessene Brauchwasser-Entnahmemenge) sowie aus der Zulauftemperatur des Frischwassers zum Sekundärkreis des Wärmetauschers die jeweils für die Konstanthaltung der Ausgangs-Temperatur des Brauchwassers notwendige Wärmemenge errechnet, die über die Umwälzpumpe dem Heißwasserspeicher entnommen wird und dem Wärmetauscher zugeführt wird. Der Heißwasser-Umwälzkreis wird dabei entsprechend der errechneten Wärmemenge für den Wärmetauscher so gesteuert, daß das durchlaufende Frischwasser die per Sollwert

&iacgr;&ogr; vorgegebene Temperatur aufweist, mithin kein Regelfehler und keine starken Temperaturschwankungen bei plötzlichen Entnahmemengen-Schwankungen entstehen.

Ein besonders schnell ansprechender Temperaturfühler im Wärmetauscher ist damit entbehrlich. Die Temperatur des entnommenen Brauchwassers kann gemäß der Erfindung an

is irgendeiner geeigneten Stelle am Ausgang des Wärmetauschers oder im Bereich der Entnahmeleitung gemessen werden. Die Genauigkeit der Temperaturregelung wird auch nicht dadurch beeinträchtigt, daß eine oder mehr als eine Entnahmestelle in unterschiedlicher oder sich verändernder Weise (auch plötzlich) geöffnet werden. Die Steuereinrichtung ist stets über die gesamte pro Zeiteinheit entnommene Brauchwassermenge informiert und regelt die zugehörige Speisepumpe des Wärmetauscher-Primärkreises entsprechend.

Obwohl die Vorlauftemperatur des Heißwasserspeichers begrenzt ist, ist der Wirkungsgrad hoch, da die Regelung auch die Rücklauftemperatur des Primärkreises des Wärmetauschers berücksichtigt und sie auf niedrigem Niveau zu halten vermag.

Mit der Erfindung entstehen weniger oder ruhigere Stellbewegungen der Umwälzpumpe des Primär-Umwälzkreises zur Einhaltung der Ausgangs-Temperatur des Brauchwassers.

Vorteilhaft kann die Entnahmeleitung über eine weitere Umwälzpumpe mit der Frischwasser-Zulaufleitung zu einem Sekundär-Umwälzkreis zusammmengeschlossen werden, der mit Beginn der Brauchwasserentnahme eingeschaltet wird und dadurch die von der Brauchwasser-Mengenmessung angezeigte, pro Zeiteinheit entnommene Brauchwassermenge vorübergehend erhöht (Anspruch 2), um die Steuereinrichtung zu veranlassen, bei Beginn der Brauchwasserentnahme eine entsprechend erhöhte Wärmemenge für den Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen. Das Wasser kann so rasch aufgeheizt werden. Dies wird dadurch noch gefördert, daß vorübergehend über diesen Umwälzkreis die Temperatur des dem Wärmetauscher zugeführten (an sich auf niedrigem Temperaturniveau liegenden) Frischwassers erhöht wird. Die Wirkung dieses zweiten Umwälzkreises kann nach einer vorbestimmten Zeit ab Beginn der Brauchwasserentnahme

Beschreibung; 9487a ....

Sandler KG ,'\l »l ·"· ;' ; ;&thgr;. Oktober 1997

über die Steuereinrichtung abgeschaltet werden (Anspruch 3).

Bei dieser Ausbildung hat ein Benutzer die Möglichkeit, durch kurzes Antippen eines Entnahmeventils die zeitbegrenzte Wirkung des Sekundär-Umwälzkreises auszulösen (Anspruch 2, 3), so daß beim Öffnen der Entnahmestelle kurz danach das Brauchwasser bereits mit der gewünschten und eingestellten Soll-Temperatur entnommen werden kann.

Eine mit letzterer zeitbegrenzten Wirkung eines Sekundär-Umwälzkreises vergleichbare Lösung ist in der DE 36 28 986 A1 beschrieben; dort wird durch einen Strömungsschalter &iacgr;&ogr; zeitbegrenzt eine Zirkulationspumpe aktiviert, um das im Wasser-Versorgungsrohr befindliche abgekühlte Wasser in den Boiler-Heizkessel zurückzuführen.

&ngr; In einem anderen technischen Gebiet der Durchlauferhitzer mit Elektro-Heizung ist mit DE 33 06 807 A1 eine regelungstechnische Variante beschrieben, bei der in einem Wasser-Aufwärmrohr ein ohmscher Verbraucher eingeschaltet ist, der über ein Steuergerät kontinuierlich in seiner Heizleistung steuerbar ist. Vor dem "Heizblock" ist ein Temperatursensor angeordnet, ebenso ist nach dem Heizblock ein Temperatursensor vorgesehen. Ein Durchfluß-Meßgeber ist vor dem ersten Temperatursensor vorgesehen. Alle drei Sensoren führen ihre Signale auf das Steuergerät, das abhängig von den Meßwerten die Steuerung der Heizleistung übernimmt. Durchlauferhitzer dieser Bauweise haben eine relativ hohe elektrische Anschlußleistung und können kurzfristig hohe Wärmemengen im Heizblock zur Verfügung stellen; solche hohen Temperaturen können von einem Heißwasserspeicher mit begrenzter Entnahmetemperatur (meist etwa 60⁰C) nicht bereitgestellt werden.

K5 Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Die Anordnung gemäß dem Beispiel der Erfindung kann sowohl in Verbindung mit einem Raumheizsystem als auch als selbständige Einheit eingesetzt werden. Bei dem dargestellten Beispiel wird von einer von einem Heizungssystem unabhängigen selbständigen Anordnung ausgegangen.

Die Anordnung umfaßt einen Heißwasserspeicher 1, der an eine oder mehrere, ggf. voneinander unabhängige Heizquellen 3 über eine Umwälzpumpe 4 und Leitungen 2,5 angeschlossen ist.

Dem Heißwasserspeicher 1 ist ein Heißwasser-Umwälzkreis 12 zugeordnet. Dieser taucht mit einer Entnahmeleitung in den heißen Bereich des Speichers 1 und ist an dessen unterem Ende über eine Rücklaufleitung 8 angeschlossen. Die Umwälzung des Heißwassers erfolgt durch eine ein- und ausschaltbare sowie in ihrer volumetrischen Leistung regelbare Umwälzpumpe 9. Die Entnahmeleitung 6 führt das heiße Wasser in den Primärteil eines hochwirksamen, raumsparenden Wärmetauschers 7, z.B. eines Plattenwärmetauschers. Die Temperatur des entnommenen Wassers wird in dem Heißwasserbereich des Speichers 1 durch Temperaturfühler 25 laufend gemessen und der Meßwert wird einer zentralen Steuereinrichtung 30 zugeführt. Zweckmäßigerweise ist auch in der Rücklaufleitung 8 ein Temperaturfühler 11 angeordnet, der die Rücklauftemperaturwerte laufend an die Steuereinrichtung 30 leitet. In der Rücklaufeitung 8 ist ein normalerweise geschlossenes und durch einen Befehl der Steuereinrichtung 30 öffnendes Magnetventil 10 angeordnet. Dies wird von der Steuereinrichtung 30 so gesteuert, daß der Heißwasserumwälzkreis 12 für den Wasserdurchlauf dadurch freigegeben wird, wenn mit der Entnahme von Brauchwasser Wärmebedarf im Wärmetauscher 7 auftritt.

Der wärmeaufnehmende Sekundärteil des Wärmetauschers 7 ist eingangsseitig mit einem Anschluß 15 für z.B. aus der üblichen Versorgungsleitung entnommenes kaltes frisches Wasser verbunden, während seine Ausgangsleitung 16 zu einer oder vorzugsweise mehreren Entnahmestellen 17a, 17b und 17c führt. In der Entnahmeleitung 16 ist ein Temperaturfühler 18 und ein das durch die Leitung 16 pro Zeiteinheit fließende Wasser erfassendes Meßgerät 19 angeordnet. Beide Geräte sind an die Steuereinrichtung 30 angeschlossen.

Zweckmäßigerweise ist auch in der Anschlußleitung 15 vor dem Wärmetau- ^O scher 7 ein Temperaturfühler 23 vorgesehen, der mit der Steuereinrichtung 30 verbunden ist.

Im dargestellten Beispiel sind die Entnahmeleitung 16 mit den Entnahmestellen 17a bis 17c zusammen mit einer durch die Steuereinrichtung 30 ein- und ausschaltbaren Umwälzpumpe an die Zulaufleitung 15 angeschlossen und bilden somit einen den Temperaturfühler 23 und den Wärmetauscher 7 enthaltenden Umwälzkreis, der gegenüber der Zulaufleitung 15 durch ein Rückschlagventil 22 abgesichert sein kann.

Die Steuereinrichtung 30 weist einen Rechner 30a und einen Zeitgeber 31 auf.

Die Steuereinrichtung 30 reagiert auf das Ansprechen des Mengenmeßgerätes 19 in der Leitung 16, das zu arbeiten beginnt, wenn an einer der Entnahmestellen 17a bis 17c warmes Wasser entnommen wird. Aus der Temperatur (23) des zulaufenden Frischwassers, der Temperatur (18) des Wassers nach Durchlauf durch den Wärmetauscher 7 und aus den vom Meßgerät 19 gelieferten Mengenwerten ermittelt die Steuereinrichtung 30 die Wärmemenge, die im Wärmetauscher 7 dem zulaufenden Frischwasser zugeführt werden muß, damit das entnommene Brauchwasser eine vorgegebene Soll-Temperatur aufweist. Die jeweils ermittelte benötigte Wärmemenge veranlaßt die Steuereinrichtung 30 den Heißwasserumwälzkreis 12 über die regelbare Pumpe 9 so zu steuern, daß im Wärmetauscher 7 die erforderliche Wärmemenge zur Verfügung steht und abgegeben wird. Dazu schaltet die Steuereinrichtung 30 bei Ansprechen des Meßgerätes 19 das Ventil 10 in Öffnungsstellung und die Pumpe 9 ein. Die zur Anlieferung der benötigten Wärmemenge erforderliche volumetrische Leistung der Pumpe 9 wird in Abhängigkeit der bei 25 gemessenen Heißwassertemperatur und der Rücklauftemperat^ur (H) eingesteuert.

Das Ventil 10 verhindert einen Durchfluß durch den Umwälzkreis 12, wenn alle Entnahmestellen geschlossen sind, jedoch der die Heizquelle 3 enthaltende Umwälzkreis in Betrieb ist.

Der Umwälzkreis kann so eingestellt werden, daß die Rücklauftemperatur in der Leitung 8 im wesentlichen konstant auf einem relativ niedrigen Wert liegt. In dem Fall könnte der Temperaturfühler 11 entbehrlich sein. Zweckmäßigerweise wird jedoch die Rücklauftemperatur in der Steuereinrichtung 30 erfaßt.

Ebenso könnte der Temperaturfühler 23 in dem Frischwasseranschluß 15 entfallen wenn der Umwälzkreis 20 fehlt und wenn man davon ausgehen kann, daß die Frischwassertemperatur aus dem Versorgungsnetzt relativ konstant ist.

Im dargestellten Falle des Umwälzkreises 20 ist jedoch der Temperaturfühler 23 erforderlich. Dieser Umwälzkreis 20 wird in dem Augenblick wirk-

sam, an dem das Meßgerät 19 eine Strömung in der Entnahmeleitung 16 signalisiert und die Steuereinrichtung 30 anspricht und in diesem Augenblick die Umwälzpumpe 21 einschaltet. Das bedeutet, daß die in der Entnahmeleitung 16 pro Zeiteinheit fließende Wassermenge um den durch den Umwälzkreis 20 der Anschlußleitung 15 wieder zugeführten Wasseranteil größer ist als der aus der Versorgungsleitung zufließende Frischwasseranteil und entsprechend höher auch als der an den Entnahmestellen 17a bis 17c tatsächlich entnommene Wasseranteil. Diese Erhöhung der Durchflußmenge führt zu einer rechnerischen Erhöhung der am Wärmetauscher 7 benötigten Wärmemenge. Bei Beginn der Wasserentnahme wird somit das Wasser außerordentlich schnell erwärmt, so daß in kürzester Zeit nach Beginn des Entnahmevorganges das entnommene Wasser mit der eingestellten Soll-Temperatur zur Verfügung steht. Die Umwälzpumpe 21 wird von der Steuereinrichtung 30 in Abhängigkeit von dem Zeitgeber 31 nach vorbestimmter kurzer Zeit wieder abgeschaltet. Die Laufdauer der Umwälzpumpe 21 ist unabhängig von der Entnahmedauer. Die Pumpe läuft ihre vorgegebene Zeit auch dann, wenn an einer Entnahmestelle nur momentan Wasser entnommen wird. Der Verbraucher hat es also in der Hand durch momentanes Öffnen eines Hahnes die Aufheizung des Frischwassers in Gang zu setzen, so daß er nach wenigen Augenblicken, wenn er erneut den Hahn öffnet, das Wasser mit der gewünschten Temperatur entnehmen kann.

Claims (5)

Ansprüche; 9487a . ,. SandlerKG ·**·!. "ti &iacgr; '· .*10. Oktober 1997 neue Ansprüche:

1. Regelungsvorrichtung für die Entnahmetemperatur von warmem oder heißem Brauchwasser mit Trinkwasserqualität, bei der (a) ein - von einer oder mehreren Heizquellen (3) speisbarer und in seiner Wasser-Entnahmetemperatur (25) begrenzter - Heißwasserspeicher (1) die Wärmeabgabeseite eines Wärmetauschers (7) über eine steuerbare Umwälzpumpe (9) in einem Heißwasser-Umwälzkreis (12) versorgt;

(b) die Wärmeaufnahmeseite des Wärmetauschers (7) mit einem

Anschluß (15) für unter Druck stehendes Frischwasser in ™ ständig offener Verbindung steht, um über eine

Brauchwasser-Entnahmeleitung (16) zumindest eine Entnahmestelle (17a bis 17c) mit heißem Brauchwasser zu

versorgen;
- . (el) eine Steuereinrichtung (3 0) mit einem Rechner

vorgesehen ist, um bei Entnahme von Brauchwasser an der - " zumindest einen Entnahmestelle (17a bis 17c)

- aus der dem Wärmetauscher (7) entnommenen

Brauchwassermenge (19) pro Zeiteinheit, aus der Zulauftemperatur (23) des Frischwassers sowie

aus der (gemessenen) Temperatur (18) in der Entnahmeleitung (16) und dem Sollwert für diese Meßgröße

den Wärmebedarf für den Wärmetauscher (7) zu errechnen und

(c2) unter Berücksichtigung von Entnahmetemperatur (25), Rücklauftemperatur (11) und dem errechneten Wärmebedarf

die volumetrische Leistung der Umwälzpumpe (9) gemäß Merkmal (a) während der Entnahme des Brauchwassers zur Regelung der Entnahmetemperatur (18) zu steuern.

Ansprüche; 9487a ... · ·· .**. *·*&iacgr;

Sandler KG * I I ._{# #} "; ; ; , ·,.: .· 10. Oktober 1997

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeleitung (16) des Wärmetauschers (7) über eine weitere Umwälzpumpe (21) und ein Rückschlagventil (22) an den Frischwasser-Anschluß (15) angeschlossen ist und abhängig von der Brauchwasser-Entnahme (17a bis 17c) eingeschaltet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Umwälzpumpe (21) über eine Steuereinrichtung (30)

&iacgr;&ogr; eingeschaltet und über einen einstellbaren Zeitgeber (31) ausgeschaltet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heißwasser-Umwälzkreis (12) ein öffnendes Sperrventil (10) zugeordnet ist, das abhängig von der Brauchwasser-Entnahme (17a bis 17c) gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der kein Zwischenspeicher zwischen der Wärmeaufnahmeseite und der Entnahmeleitung (16) vorgesehen ist, wodurch die Entnahmeleitung (16) direkt vom Wärmetauscher (7) speisbar ist.