AT18587U1 - Kombinierter Warmwasser- und Heizungsspeicher - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeicher (21), umfassend einen unteren Speicherteil (2) und einen oberen Speicherteil (1), wobei beide Speicherteile (1, 2) jeweils einen Speicherraum zur Bevorratung von Heizungswasser aufweisen, wobei die Speicherräume der beiden Speicherteile (1, 2) hydraulisch voneinander getrennt sind, wobei die Speicherteile (1, 2) jeweils einen Vorlaufanschluss (9, 12) und jeweils einen Rücklaufanschluss (10, 13) aufweisen, wobei der untere Speicherteil (2) einen Heizkreisvorlaufanschluss (11) und einen Heizkreisrücklaufanschluss (14, 16) aufweist, wobei der obere Speicherteil (1) und der untere Speicherteil (2) übereinander angeordnet und als eine bauliche Einheit miteinander verbunden sind, wobei zwischen beiden Speicherteilen (1, 2) eine thermische Zwischendämmung (7) angeordnet ist, die die beiden Speicherteile (1, 2) thermisch voneinander isoliert, wobei beide Speicherteile (1, 2) mittels einer gemeinsamen thermischen Außendämmung (6) eingefasst sind, die die beiden Speicherteile (1, 2) zu einer Umgebung hin thermisch isoliert, wobei in dem Speicherraum des oberen Speicherteils (1) ein oberer Wärmetauscher (4) und in dem Speicherraum des unteren Speicherteils (2) ein unterer Wärmetauscher (3) angeordnet sind, die jeweils für die Erwärmung des Trinkwassers vorgesehen und eingerichtet sind, wobei der untere Wärmetauscher (3) einen Kaltwasseranschluss (15) zur Zuleitung von untemperiertem Trinkwasser und der obere Wärmetauscher (4) einen Warmwasseranschluss (8) zur Ableitung von erwärmtem Trinkwasser aufweisen, wobei die beiden Wärmetauscher (3, 4) hydraulisch miteinander verbunden und in Reihe geschaltet sind.

Description

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Beschreibung

KOMBINIERTER WARMWASSER- UND HEIZUNGSSPEICHER

[0001] Die vorliegende Anmeldung betrifft einen kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeicher gemäß Anspruch 1. Der kombinierte Warmwasser- und Heizungsspeicher dient für die Warmwasserbereitung und Beheizung von Gebäuden in Verbindung mit einer Heizeinrichtung, beispielsweise und vorzugsweise mit mindestens einer Wärmepumpe.

[0002] Wärmepumpen für die Raumheizung von Gebäuden sowie für die Erwärmung von Trinkwasser weisen eine erheblich bessere Effizienz auf, je niedriger die von der Wärmepumpe bereitgestellte Vorlauftemperatur ist. Ziel ist es bei Wärmepumpen also immer, dass diese möglichst einen Großteil ihrer Laufzeit mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden.

[0003] Wärmepumpen versorgen in der Regel das Gebäude mit warmem Trinkwasser, etwa zum Duschen, und mit warmem Heizungswasser zur Deckung des Heizwärmebedarfs, das heißt für die Raumheizung. In der Regel sind dabei die erforderlichen Temperaturen für die Bereitstellung des warmen Trinkwassers deutlich höher als die Temperaturen des Heizungswassers für die Raumheizung. Die Wärmepumpe schaltet je nach Anforderung regelmäßig zwischen den Betriebszuständen „Warmwasser“ und „Heizung“ um. Die Umschaltung zur Speicherbeladung für warmes Heizungswasser für die Erwärmung von Trinkwasser oder für warmes Heizungswasser für die Raumheizung erfolgt dabei beispielsweise mittels eines Umschaltventils oder mittels zweier Umwälzpumpen im Vorlauf der Wärmepumpe.

[0004] Der oder die Heizkreise des jeweiligen Heizungsverteilsystems (z.B. ein statischer Heizkreis mit Heizkörpern und/oder ein Heizkreis mit einer Fußbodenheizung) werden in der Regel mit einer oder mehreren weiteren Umwälzpumpen (Heizkreispumpe) versorgt, welche das Heizungswasser von dem jeweiligen Heizungsspeicher in ein Heizungsverteilsystem fördern, das über entsprechende Rohrleitungen für eine Unterverteilung zu den jeweiligen Heizeinrichtungen (Heizkörper oder FuRbodenheizung) verfügt.

[0005] Der überwiegende Anteil der Jahresheizarbeit entfällt bei normalen Wohngebäuden auf die Raumheizung (etwa 75%), sodass die Wärmepumpe in den meisten Betriebszuständen mit den niedrigeren Temperaturen für die Raumheizung betrieben werden kann.

STAND DER TECHNIK

[0006] In Verbindung mit Wärmepumpen werden üblicherweise zwei Varianten von Speicherlösungen installiert:

[0007] Variante 1: getrennte Warmwasser- und Heizungsspeicher. Bei dieser Variante werden zwei Speicher installiert:

ij) Ein Warmwasserspeicher für die Bereitstellung von warmem Trinkwasser, welcher üblicherweise mit 50°C bis 60°C betrieben wird.

ii) Ein Heizungsspeicher für die Raumheizung, welcher mit zumeist niedrigeren Temperaturen von 30°C bis 50°C betrieben wird (je nach Wärmeverteilsystem, also Heizkörper oder Fußbodenheizung). Heizungsspeicher werden in erster Linie eingesetzt, um die Mindestlaufzeit von Wärmepumpen zu gewährleisten, wenn im Heizbetrieb der Volumenstrom der Wärmepumpe höher ist als der Volumenstrom, welcher vom Heizkreis abgenommen wird. Die überschüssige Wärmeenergie wird dann im Heizungsspeicher zwischengespeichert. Des Weiteren werden Heizungsspeicher eingesetzt, um Wärmeenergie zwischenspeichern zu können, etwa wenn die Wärmepumpe mit günstigem Strom der eigenen Photovoltaikanlage betrieben wird.

[0008] Nachteile der Aufstellung von zwei getrennten Speichern sind ein erhöhter Platzbedarf durch die größere Aufstellfläche und ein erhöhter Wärmeverlust durch die insgesamt größere Außenoberfläche der zwei Speicher.

[0009] Variante 2: Schichtenspeicher. Eine weitere übliche Speicherlösung sind sogenannte

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Schichtenspeicher, auch „Schichtspeicher“ genannt. Bei Schichtenspeichern wird nur ein gemeinsamer Speicher für die Erwärmung des Trinkwassers sowie für die Raumheizung verwendet. Die Wärmeverluste sind durch die geringere Außenoberfläche geringer als bei der zuvor beschriebenen Variante 1. Ebenso ist der Platzbedarf in Summe geringer, wenngleich der Schichtenspeicher als solcher größer ist als ein einzelner Warmwasserspeicher oder ein einzelner Heizungsspeicher aus Variante 1.

[0010] Der gesamte Schichtenspeicher ist mit Heizungswasser gefüllt. Die Erwärmung des Trinkwassers erfolgt entweder durch einen innenliegenden Wärmetauscher (beispielsweise und vorzugsweise aus Edelstahl), durch welchen das Trinkwasser strömt, oder durch einen externen Wärmetauscher. Ein innenliegender Wärmetauscher ist typischerweise von einem wendelförmig geformten Rohrkörper gebildet, der in einen Speicherraum des Schichtenspeichers eingesetzt ist und von dem Heizungswasser umgeben ist, sodass Wärmeenergie durch eine Rohrwandung des Wärmetauschers mit dem innerhalb des Wärmetauschers geführten Trinkwasser ausgetauscht werden kann.

[0011] Der obere Bereich eines Schichtenspeichers wird ausschließlich für die Erwärmung des Trinkwassers genutzt, der untere Bereich für die Versorgung der Raumheizung und die Vorwärmung des Trinkwassers. Der obere Bereich des Schichtenspeichers wird dabei von der Wärmepumpe mit höheren Temperaturen beladen (z.B. 50°C bis 60°C), der untere Bereich mit niedrigeren Temperaturen (z.B. 30°C bis 50°C). Durch die temperaturabhängige Dichte des Wassers und die Schwerkraft bleibt diese Temperaturschichtung für eine gewisse Zeit erhalten.

[0012] Der Temperaturschichtung wirken jedoch Wärmeleitung, mitreißende Strömungen und kinetische Energie bei der Beladung entgegen. Dadurch kommt es immer wieder zu einer teilweisen Durchmischung der Temperaturen im Schichtenspeicher, wodurch der obere Teil des Schichtenspeichers abkühlt und so häufiger mit höheren Temperaturen von der Wärmepumpe nachgeladen werden muss. Der dadurch größer werdende Anteil der hohen Temperaturen an der Gesamtheizarbeit der Wärmepumpe verringert somit die Effizienz der Wärmepumpe.

[0013] Auch eine Zirkulation für das warme Trinkwasser, welche in vielen Häusern über ein Zirkulationsleitungssystem vorhanden ist und dafür sorgt, dass das warme Trinkwasser schnell an den Zapfstellen anliegt, kann dafür sorgen, dass sich der obere Teil des Schichtenspeichers deutlich schneller abkühlt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das durch den Wärmetauscher zirkulierende Trinkwasser zunächst durch den unteren, kühleren Bereich des Schichtenspeichers und danach durch den oberen, wärmeren Bereich des Schichtenspeichers strömt.

[0014] Die auf dem Prüfstand maximal erreichbare Schichtungseffizienz von sehr guten Schichtenspeichern liegt bei 80 % bis maximal 90%. Im Praxisbetrieb liegt die Schichtungseffizienz jedoch durch sich ändernde Volumenströme oft deutlich darunter. Eine Schichtungseffizienz von 100% beschreibt dabei eine perfekte Temperaturschichtung des Heizungswassers im Speicher ohne Störungen, eine Schichtungseffizienz von 0% beschreibt eine vollständige Durchmischung des Speichers. Ein Vorteil eines Schichtenspeichers mit innenliegendem Wärmetauscher ist, dass der untere Bereich des Schichtenspeichers, der für die Rauheizung vorgesehen ist, das Trinkwasser bereits vorwärmen kann, wenn das Trinkwasser den Schichtenspeicher durch den Wärmetauscher von unten nach oben durchströmt. Hierbei ist ein Kaltwasseranschluss an einem unteren Ende des Schichtenspeichers vorgesehen und ein Warmwasseranschluss an einem oberen Ende.

[0015] Beide genannten Varianten der Speicherlösungen, die heute für den Betrieb mit Wärmepumpen üblich sind, haben also ihre eigenen Vor- und Nachteile.

[0016] Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei beiden Varianten bei der hydraulischen Einbindung von Heizungsspeichern bzw. Schichtenspeichern als Trennspeicher. Heizungsspeicher und Schichtenspeicher werden in Verbindung mit Wärmepumpen für den Heizungsbereich sehr häufig als sog. „Trennspeicher“ eingebaut. Diese hydraulische Einbindung beschreibt, dass die Wärmepumpe für die Beladung des Heizungsspeichers bzw. Schichtenspeichers einen eigenen Vorlaufanschluss für den wärmeren Vorlauf der Wärmepumpe im oberen Bereich des Heizungsspei-

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chers (bei Schichtenspeichern im mittleren Bereich) sowie einen eigenen Rücklaufanschluss für den kühleren Rücklauf der Wärmepumpe im unteren Bereich des Heizungsspeichers bzw. des Schichtenspeichers nutzt, um den jeweiligen Speicher zu beladen.

[0017] Das Heizungsverteilsystem, welches z.B. für die Versorgung von Heizkörpern Wärmeenergie aus dem jeweiligen Speicher entnimmt, nutzt ebenfalls jeweils einen eigenen Heizkreisvorlaufanschluss, der sich bei normalen Heizungsspeichern im oberen Bereich und bei Schichtenspeichern im mittleren Bereich befindet. Ferner weist der jeweilige Speicher einen eigenen Heizkreisrücklaufanschluss im unteren Bereich des Speichers auf. Der Heizkreisvorlauf ist bei Wärmepumpen beispielsweise ca. 5 K bis 10 K wärmer als der Heizkreisrücklauf. Die Einbindung als Trennspeicher ist vorteilhaft, da der Volumenstrom der Wärmepumpe für die Wärmeversorgung des Speichers und der Volumenstrom des Heizungsverteilsystems für die Entnahme der Wärmeenergie für die Raumheizung teils stark schwanken und voneinander abweichen. Beide Volumenströme werden mit Hilfe von jeweils eigenen Umwälzpumpen gefördert. Dadurch kommt es auch innerhalb eines Heizungsspeichers bzw. im unteren Bereich eines Schichtenspeichers zu einer Durchmischung der Temperaturen, nämlich in diesem beschriebenen Fall nicht zwischen dem Bereich zur Erwärmung des Trinkwassers und dem Bereich für die Raumheizung, sondern durch die unterschiedlichen Vor- und Rücklauftemperaturen des Heizungsverteilsystems nur im Heizungsspeicher bzw. im unteren Bereich des Schichtenspeichers.

[0018] Wenn die Wärmepumpe den Speicher z.B. mit einer Vorlauftemperatur von 40°C belädt, kann es durch die Durchmischung passieren, dass das Heizungsverteilsystem z.B. nur mit 38°C Vorlauftemperatur versorgt wird, was wiederum einen Effizienzverlust für die Wärmepumpe bedeutet.

AUFGABE

[0019] Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zu Grunde, einen Warmwasser- und Heizungsspeicher bereitzustellen, der in Verbindung mit einer als Wärmepumpe ausgebildeten Heizeinrichtung die Nachteile der bekannten Varianten vermeidet, welche sich negativ auf die Effizienz der Wärmepumpe auswirken.

LÖSUNG

[0020] Die zugrunde liegende Aufgabe wird mittels eines kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und dem Ausführungsbeispiel.

[0021] Der erfindungsgemäße Warmwasser- und Heizungsspeicher umfasst einen unteren Speicherteil und einen oberen Speicherteil. Beide Speicherteile weisen jeweils einen Speicherraum zur Bevorratung von Heizungswasser auf, das von der Wärmepumpe temperiert wurde. Die Speicherteile können beispielsweise jeweils von Stahlbehältern gebildet sein, wobei beide Speicherteile gleich groß oder unterschiedlich groß sein können. Vorzugsweise können beide Speicherteile rotationssymmetrisch geformt sein und zumindest im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen.

[0022] Von den Speicherteilen bereitgestellte Speicherräume, in denen jeweils ein Volumen von Heizungswasser vorhaltbar ist, sind hydraulisch voneinander getrennt. Auf diese Weise kann eine Durchmischung der in den Speicherräumen der Speicherteile vorgehaltenen Volumina des Heizungswassers nicht auftreten.

[0023] Die beiden Speicherteile weisen jeweils einen Vorlaufanschluss zum Anschluss des jeweiligen Speicherraums an einen Vorlauf der Wärmepumpe und jeweils einen Rücklaufanschluss zum Anschluss des jeweiligen Speicherraums an einen Rücklauf der Wärmepumpe auf. Zur Bereitstellung unterschiedlicher Temperaturen können die Vorlaufanschlüsse mit unterschiedlichen Vorläufen der Wärmepumpe zusammenwirken. Die Vorlaufanschlüsse können jedoch auch mit demselben Vorlauf der Wärmepumpe verbunden sein. Dasselbe gilt für die Rücklaufanschlüsse.

[0024] Der untere Speicherteil weist einen Heizkreisvorlaufanschluss zum Anschluss des Spei-

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cherraums des unteren Speicherteils an einen Vorlauf eines Heizungsverteilsystems des Gebäudes und einen Heizkreisrücklaufanschluss zum Anschluss des Speicherraums des unteren Speicherteils an einen Rücklauf des Heizungsverteilsystems des Gebäudes auf. Damit dient der untere Speicherteil der Raumheizung. Mit anderen Worten wird von dem unteren Speicherteil das Heizungsverteilsystem mit erwärmtem Heizungswasser beschickt. Das Temperaturniveau des Heizungswassers in dem Speicherraum des unteren Speicherteils ist geringer als in dem oberen Speicherteil, beispielsweise im Bereich zwischen 30°C und 50°C. In dem Speicherraum des oberen Speicherteil beträgt die Temperatur des Heizungswasser beispielsweise und vorzugsweise zwischen 50°C und 60°C.

[0025] Der obere Speicherteil und der untere Speicherteil sind übereinander angeordnet und als eine bauliche Einheit miteinander verbunden. Beispielsweise und vorzugsweise können die beiden Speicherteile mechanisch fest miteinander verschraubt, verschweißt oder verklebt sein oder eine Kombination davon. Vorzugsweise ist der obere Speicherteil mittels Verbindungsfüßen auf dem unteren Speicherteil abgestützt. Der untere Speicherteil kann beispielsweise und vorzugsweise mit Standfüßen zusammenwirken, mittels der der untere Speicherteil auf einem Untergrund aufstellbar ist.

[0026] Zwischen beiden Speicherteilen ist vorzugsweise eine thermische Zwischendämmung angeordnet, die die beiden Speicherteile thermisch voneinander isoliert. Bei dieser Zwischendämmung kann es sich beispielsweise und vorzugsweise um in der Technik bekannte Wärmedämmung handeln, die für die Dämmung von Wasserspeichern verwendet wird. Die Zwischendämmung vermindert einen Austausch von Wärmeenergie zwischen den beiden Speicherteilen.

[0027] Zudem sind beide Speicherteile mittels einer gemeinsamen thermischen Außendämmung eingefasst, die die beiden Speicherteile zu einer Umgebung hin thermisch isoliert. Auf diese Weise ist ein Verlust von Wärmeenergie an die Umgebung bzw. nach außen vermindert. Die Außendämmung kann von an sich bekannter Wärmedämmung gebildet sein, die üblicherweise für die Dämmung von Wasserspeichern verwendet wird. Insbesondere können die Zwischendämmung und die Außendämmung von demselben Material gebildet sein.

[0028] In dem Speicherraum des oberen Speicherteils ist ein oberer Wärmetauscher und in dem Speicherraum des unteren Speicherteils ein unterer Wärmetauscher angeordnet. Die beiden Wärmetauscher sind beispielsweise und vorzugsweise jeweils von Edelstahl gebildet. Beispielsweise können die Wärmetauscher jeweils in Form einer gewendelten Rohrleitung ausgebildet sein. Die Wärmetauscher sind jeweils für die Erwärmung des Trinkwassers vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere kann Wärmeenergie von dem Heizungswasser durch eine Wandung (insbesondere Rohrwandung) des jeweiligen Wärmetauschers hindurch in das innerhalb des Wärmetauschers geführte Trinkwasser übergehen und dieses dadurch im Zuge der Durchströmung der Wärmetauscher sukzessiv erwärmen.

[0029] Der untere Wärmetauscher weist einen Kaltwasseranschluss zur Zuleitung von untemperiertem Trinkwasser und der obere Wärmetauscher einen Warmwasseranschluss zur Ableitung von erwärmtem Trinkwasser auf. Hierbei sind die beiden Wärmetauscher hydraulisch miteinander verbunden und strömungstechnisch in Reihe geschaltet, sodass untemperiertes Trinkwasser ausgehend von dem Kaltwasseranschluss zunächst den unteren Wärmetauscher durchströmen und dabei von dem in dem Speicherraum des unteren Speicherteils befindlichen Heizungswasser erwärmt werden kann. Das so (vor-)erwärmte Trinkwasser kann sodann von dem unteren Wärmetauscher in den oberen Wärmetauscher überströmen und diesen in Richtung des Warmwasseranschlusses durchströmen. Hierbei wird das Trinkwasser von dem in dem Speicherraum des oberen Speicherteils befindlichen Heizungswasser weiter erwärmt. Schließlich kann das (fertig) erwärmte Trinkwasser an dem Warmwasseranschluss aus dem oberen Wärmetauscher austreten.

[0030] Der in Anspruch 1 angegebene kombinierte Warmwasser- und Heizungsspeicher hat viele Vorteile. Insbesondere nutzt er den Vorteil einer kleineren Speicherhülle (geringer Wärmeverlust und kleinere Aufstellfläche) bei einer vollständigen thermischen Trennung beider Temperaturbereiche, das heißt der beiden Speicherbauteile (Erwärmung Trinkwasser im oberen Speicherteil

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und Entnahme Heizungswasser für die Raumheizung im unteren Speicherteil). Es kommt zu keiner Durchmischung der Volumina des in den Speicherräumen der beiden Speicherteile vorgehaltenen Heizungswassers und entsprechend zu keinen damit einhergehenden Effizienzverlusten. Zudem wird das Trinkwasser bei der Durchströmung des unteren Wärmetauschers in dem unteren Speicherteil vorgewärmt, wodurch der Anteil der hohen Temperaturen, die für den oberen Speicherteil für die Erwärmung des Trinkwassers auf ein gewünschtes Endtemperaturniveau (beispielsweise 50°C) benötigt werden, an der Gesamtheizarbeit der Wärmepumpe gesenkt wird. Die Wärmepumpe kann durch die Erfindung deutlich effizienter betrieben werden und verbraucht so insgesamt weniger Strom.

[0031] In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der kombinierte Warmwasser- und Heizungsspeicher eine Überströmlanze, mittels der der Vorlaufanschluss des unteren Speicherteils und der Heizkreisvorlaufanschluss strömungstechnisch direkt miteinander verbunden sind. Durch die Überströmlanze kann das Heizungswasser mithin unmittelbar von dem Vorlauf der Wärmepumpe in den Vorlauf des Heizkreises überströmen, ohne zunächst in den Speicherraum des unteren Speichers eintreten zu müssen. Die Überströmlanze erstreckt sich durch den Speicherraum des unteren Speicherteils, wobei die Überströmlanze einen Ringspalt aufweist, durch den hindurch sowohl Heizungswasser in den Speicherraum des unteren Speicherteils als auch Heizungswasser von dem Speicherraum des unteren Speicherteils in die Überströmlanze übertreten kann. Mit anderen Worten ist es sowohl möglich, von dem Vorlauf der Wärmepumpe stammendes Wasser durch den Ringspalt in den Speicherraum des unteren Speicherteils einzuleiten und diesen dadurch zu „laden“ (mit Wärmeenergie) als auch Wärmeenergie aus dem Speicherraum zu entnehmen, wobei das Heizungswasser durch den Ringspalt und durch die Überströmlanze zu dem Heizkreisvorlaufanschluss strömt. Folglich ist mittels der Überströmlanze ein Überströmen unterschiedlicher Volumenströme von dem Vorlaufanschluss des unteren Speicherteils zu dem Heizkreisvorlaufanschluss einerseits und von dem Vorlaufanschluss des unteren Speicherteils in den Speicherraum des unteren Speicherteils andererseits möglich.

[0032] Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die von der Wärmepumpe erzeugte Vorlauftemperatur immer dann unmittelbar und ohne Temperaturdurchmischungen in den Heizkreisvorlauf strömen kann, wenn der von der Wärmepumpe bereitgestellte Volumenstrom von erwärmtem Heizungswasser (das heißt der Volumenstrom im Wärmepumpenkreis) größer ist als der Volumenstrom im Heizkreis, was der Mehrheit der Betriebszustände während der Heizsaison entspricht. Es gibt in diesem Zusammenhang in der Heizsaison 2 Betriebszustände. 1. Betriebszustand: die Wärmepumpe ist in Betrieb, warmes Vorlaufwasser strömt einerseits direkt in den Heizkreisvorlauf und ein Volumenstromüberschuss strömt über den Ringspalt in den unteren Speicherteil. 2. Betriebszustand: die Wärmepumpe ist nicht in Betrieb, in diesem Fall wird der Heizkreis nur mit der gespeicherten Wärme aus dem unteren Speicherteil versorgt, das Heizungswasser wird dem Heizkreis über den Ringspalt der Überströmlanze zugeführt.

[0033] Weiterhin kann eine solche Ausgestaltung des kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeichers vorteilhaft sein, bei der dieser einen Zirkulationsanschluss zum Anschluss an ein Zirkulationsleitungssystem des Gebäudes aufweist, wobei der Zirkulationsanschluss an einer Verbindungsleitung zwischen dem oberen Wärmetauscher und dem unteren Wärmetauscher angeordnet und hydraulisch mit beiden Wärmetauschern verbunden ist. Beispielsweise und vorzugsweise kann der Zirkulationsanschluss im Bereich der Zwischendämmung zwischen den beiden Speicherteilen angeordnet sein, wobei die Verbindungsleitung der beiden Wärmetauscher sich durch die Zwischendämmung hindurch erstreckt, um die beiden Wärmetauscher hydraulisch miteinander zu verbinden. Die Anordnung des Zirkulationsanschlusses hat den Vorteil, dass das rezirkulierte Trinkwasser, das noch eine recht hohe Temperatur aufweist, direkt in den oberen Wärmetauscher eingeleitet werden kann, das heißt unter Umgehung des unteren Wärmetauschers. Auf diese Weise wird ein indirekter Austausch von Wärmeenergie zwischen den beiden Speicherteilen, der ansonsten durch das in dem Zirkulationssystem zirkulierende Trinkwasser entstünde, vermieden. Mit anderen Worten wird durch die Position des Anschlusses vermieden, dass das rezirkulierte Trinkwasser, welches noch eine recht hohe Temperatur aufweist, im unteren Wärmetauscher durch die niedrigere Speichertemperatur zunächst abkühlt und dann dadurch

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den oberen Speicher zusätzlich abkühlt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

[0034] Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: Schnittzeichnung des kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeichers von der Seite,

Fig. 2: Schnitt des kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeichers von oben.

[0035] Das Ausführungsbeispiel umfasst einen kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeicher 21. Dieser umfasst zwei Speicherteile 1, 2, nämlich einen oberen Speicherteil 1 und einen unteren Speicherteil 2. Die beiden Speicherteile 1, 2 sind übereinander angeordnet, wobei der obere Speicherteil 1 mittels Verbindungsfüßen 19 an dem unteren Speicherteil 2 gelagert ist. Der untere Speicherteil 2 ist mittels Standfüßen auf einem Untergrund aufgestellt. Beide Speicherteile 1, 2 sind bei Vorliegen des Warmwasser- und Heizungsspeichers 21 in einem Betriebszustand mit Heizungswasser gefüllt.

[0036] Der obere Speicherteil 1 verfügt über einen Vorlaufanschluss 9 für den Anschluss des oberen Speicherteils 1 bzw. dessen Speicherraums an einen Vorlauf einer in den Figuren nicht dargestellten Wärmepumpe. Der Vorlaufanschluss 9 ist in einem oberen Bereich des oberen Speicherteils 1 angeordnet. Ferner verfügt der obere Speicherteil 1 über einen entsprechenden Rücklaufanschluss 10, der in einem unteren Bereich des oberen Speicherteils 1 angeordnet ist. Über den Rücklaufanschluss 10 wird Heizungswasser zurück zur Wärmepumpe zirkuliert. Mit anderen Worten ist der Speicherraum des oberen Speicherteils 1 mittels des Rücklaufanschlusses 10 an einen Rücklauf der Wärmepumpe angeschlossen. Analog hierzu verfügt auch der untere Speicherteil 2 über einen Vorlaufanschluss 12 für einen Vorlauf der Wärmepumpe und über einen Rücklaufanschluss 13 für den Rücklauf der Wärmepumpe.

[0037] Beide Speicherteile 1, 2 sind zudem jeweils mit einer Entlüftung 17, 18 ausgestattet.

[0038] Der untere Speicherteil 2 versorgt mindestens einen Heizkreis (beispielsweise zwei Heizkreise, einen für Heizkörper und einen für eine FuRbodenheizung) und dient der Vorwärmung des Trinkwassers. Er wird von der Wärmepumpe mit einem niedrigen Temperaturniveau beladen (z.B. 30°C bis 50°C). Der obere Speicherteil 1 wird für die Erwärmung des Trinkwassers genutzt und wird von der Wärmepumpe mit höheren Temperaturen beladen (z.B. 50°C bis 60°C).

[0039] Beide Speicherteile 1, 2 sind aber, anders als bei Schichtenspeichern, welche aus einem Behälter bestehen, nicht direkt über das Heizungswasser verbunden, sondern hydraulisch voneinander getrennt. Mit anderen Worten besteht keine unmittelbare hydraulische Verbindung zwischen den Speicherräumen der beiden Speicherteile 1, 2, in denen die Speicherteile 1, 2 das Heizungswasser vorhalten. Eine Durchmischung der Volumina des Heizungswassers, das in den Speicherräumen der Speicherteile 1, 2 gelagert ist, ist damit unterbunden. Mit anderen Worten findet keine Durchmischung der Wassermassen zwischen dem Warmwasserteil (oberer Speicherteil 1) und dem Heizungsteil (unterer Speicherteil 2) statt.

[0040] Zwischen den Speicherteilen 1, 2 ist eine Zwischendämmung 7 installiert, sodass auch der Effekt der Wärmeübertragung zwischen den beiden Speicherteilen 1, 2 durch Wärmeleitung minimiert wird.

[0041] Für die Erwärmung des Trinkwassers ist in beiden Speicherteilen 1, 2 jeweils ein Wärmetauscher 3, 4 angeordnet. Die Wärmetauscher 3, 4 sind hier und vorzugsweise zumindest im Wesentlichen baugleich. Die Wärmetauscher 3, 4 sind jeweils von Edelstahl gebildet, wobei sie hier von jeweils von einem Edelstahlwellrohr gebildet sind. Mit anderen Worten umfassen die Wärmetauscher 3, 4 jeweils ein in einer Wendel gelegtes Edelstahlrohr. Die Wärmetauscher 3, 4 sind derart in den Speicherräumen der Speicherteile 1, 2 angeordnet, dass sie innerhalb der Speicherräume von dem darin gelagerten Heizungswasser umgeben sind.

[0042] Das kalte Trinkwasser strömt zuerst durch einen Kaltwasseranschluss 15 in den unteren

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Wärmetauscher 3 des unteren Speicherteils 2 ein und wird dort im Zuge der Durchströmung des unteren Wärmetauschers 3 bereits vorgewärmt. Hierbei geht Wärmeenergie des Heizungswassers, das in dem Speicherraum des unteren Speicherteils 2 vorgehalten ist, durch eine Rohrwandung des Wärmetauschers 3 auf das den Wärmetauscher 3 durchströmende Trinkwasser über.

[0043] Danach strömt das vorgewärmte Trinkwasser durch eine Verbindungsleitung von dem unteren Wärmetauscher 3 zu dem oberen Wärmetauscher 4 über, der in dem oberen Speicherteil 1 angeordnet ist. Mittels des oberen Wärmetauschers 4 wird das Trinkwasser aufgrund der h6öheren Temperatur des Heizungswassers im oberen Speicherteil 1 auf die endgültige Temperatur nacherwärmt. Das erwärmte Trinkwasser kann sodann an einem Warmwasseranschluss 8 entnommen und den Zapfstellen des jeweiligen Gebäudes zugeleitet werden. Durch die Vorwärmung im unteren Speicherteil 2 reduziert sich die erforderliche Wärmemenge für den oberen Speicherteil 1 mit den höheren Temperaturen.

[0044] Beide übereinander angeordneten Speicherteile 1, 2 sind mittels einer gemeinsamen AuBendämmung 6 gegen Wärmeverluste nach außen geschützt. Die Aufstellfläche des kombinierten Warmwasser- und Heizungsspeichers 21 ist geringer als bei einer getrennten Aufstellung von zwei separaten Speichern und die Wärmeverluste sind durch die geringere Oberfläche ebenfalls geringer.

[0045] Der kombiniere Warmwasser -und Heizungsspeicher 21 weist in dem unteren Speicherteil 2, der zur Speisung des mindestens einen Heizkreises mit Heizungswasser verwendet wird, hier und vorzugsweise eine Überströmlanze 5 auf. Diese ist derart verbaut, dass sie sich durch den Speicherraum des unteren Speicherteils 2 erstreckt. Durch die Überströmlanze 5 wird im Heizbetrieb erreicht, dass die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe über den Vorlaufanschluss 12 des unteren Speicherteils 2 direkt in einen Heizkreisvorlaufanschluss 11 für ein Heizungsverteilsystem des Heizkreises strömen kann.

[0046] Die Überströmlanze 5 umfasst ein inneres Rohr mit kleinerem Durchmesser, durch welches das Heizungswasser von der Wärmepumpe über den Vorlaufanschluss 12 der Wärmepumpe einströmt. Ferner umfasst die Überströmlanze 5 ein äußeres Rohr, das im Vergleich zu dem inneren Rohr einen größeren Durchmesser aufweist. Der Innendurchmesser des äußeren Rohres ist hier und vorzugsweise einige Millimeter, beispielsweise 3 mm, größer als der Außendurchmesser des inneren Rohres. Dadurch ergibt sich zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr ein Ringspalt. Das innere Rohr ist einige Zentimeter, beispielsweise 4 cm, in das äußere Rohr eingeführt.

[0047] Ist nun ein Volumenstrom des Heizungswassers, der von der Wärmepumpe stammt und durch den Vorlaufanschluss 12 des unteren Speicherteils 2 den unteren Speicherteil 2 mit Wärmeenergie versorgt, nicht identisch zu einem Volumenstrom des Heizungswassers, der durch den Heizkreisvorlaufanschluss 11 in den mindestens einen Heizkreis eintritt und dem unteren Speicherteil 2 somit Wärmeenergie entnimmt, nicht identisch, kann die Differenz der Volumenströme durch den offenen Ringspalt der Überströmlanze 5 ausgeglichen werden. Dabei ist in den meisten Betriebszuständen der von der Wärmepumpe stammende Volumenstrom größer als der Volumenstrom, welcher - beispielsweise angetrieben über eine Heizkreispumpe - dem Heizkreis zugeführt wird. Die von der Wärmepumpe produzierte Temperatur, das heißt der Anteil des von der Wärmepumpe zur Verfügung gestellten Volumenstroms des erwärmten Heizungswassers, der von dem Heizkreis abgerufen wird, strömt dann durch die Überströmlanze 5 ungehindert in den Heizkreisvorlaufanschluss 11. Ein Volumenstrom-Überschuss, der nicht von dem Heizkreis abgerufen wird, strömt derweil in den oberen Bereich des Speicherraums des unteren Speicherteils 2, der folglich die überschüssige Wärmeenergie speichert. Im Heizkreis kommt damit eine höhere Temperatur an als bei der üblichen Einbindung eines Heizungsspeichers als Trennspeicher. Dadurch kann die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe abgesenkt werden.

[0048] Im Sommer, also außerhalb der Heizsaison, ist nur der obere Speicherteil 1 aktiv, was die Wärmeverluste minimiert. Verfügt die Wärmepumpe über eine Kühlfunktion, so kühlt das kalte Trinkwasser, welches auch im Sommer durch den unteren Wärmetauscher 3 des unteren Speicherteils 2 strömt, das Heizungswasser im unteren Speicherteil 2 ab und unterstützt damit auf

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natürliche Weise die Kühlfunktion. Das Trinkwasser wird auch im Kühlfall von etwa 10°C auf 15°C vorgewärmt, was in den Sommermonaten den Wärmebedarf für das Warmwasser reduziert.

[0049] Für den Rücklauf des Heizungsverteilsystems weist der untere Speicherteil 2 mindestens einen Heizkreisrücklaufanschluss 14, 16 auf. In dem gezeigten Beispiel sind zwei Heizkreisrücklaufanschlüsse 14, 16 vorhanden, die auf unterschiedlichen Höhenniveaus an dem unteren Speicherteil 2 ausgebildet sind, um verschiedene Hydraulikvarianten zu ermöglichen. Beispielsweise kann es je nach Volumenstrom des Heizkreises auch vorteilhaft sein, den heizkreisrücklauf nicht im unteren Bereich des unteren Speicherteils 2, sondern im mittleren Bereich des Speicherteils 2 einzubinden.

[0050] In dem gezeigten Beispiel ist in dem Haus, zu dem der kombinierte Warmwasser- und Heizungsspeicher 21 gehört, eine Zirkulationssystem für die Zirkulation von warmem Trinkwasser installiert. Dieses Zirkulationssystem ist mittels eines Zirkulationsanschlusses 20 an die Wärmetauscher 3, 4 angeschlossen. Der Zirkulationsanschluss 20 ist hier und vorzugsweise an der Verbindungsleitung positioniert, die den oberen Wärmetauscher 3 und den unteren Wärmetauscher 4 miteinander verbindet. Hierdurch wird bewirkt, dass das warme Trinkwasser nur durch den oberen Wärmetauscher 4 im oberen Speicherteil 1 zirkuliert. Damit wird auch bei einem vorhandenen Zirkulationssystem für das Trinkwasser verhindert, dass sich die Temperaturen des unteren Speicherteils 2 und des oberen Speicherteils 1 aneinander angleichen.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1 oberer Speicherteil

2 unterer Speicherteil

3 unterer Wärmetauscher

4 oberer Wärmetauscher

5 Überströmlanze

6 Außendämmung

7 Zwischendämmung

8 Warmwasseranschluss

9 Vorlaufanschluss des oberen Speicherteils 10 Rücklaufanschluss des oberen Speicherteils 11 Heizkreisvorlaufanschluss

12 Vorlaufanschluss des unteren Speicherteils 13 Rücklaufanschluss des unteren Speicherteils 14 Heizkreisrücklaufanschluss

15 Kaltwasseranschluss

16 zweiter Heizkreisrücklaufanschluss

17 Entlüftung des oberen Speicherteils

18 Entlüftung des unteren Speicherteils

19 Verbindungsfüße

20 Zirkulationsanschluss

21 kombinierter Warmwasser- und Heizungsspeicher

Claims (3)

A hes AT 18 587 U1 2025-12-15 Ss N Ansprüche

1. Kombinierter Warmwasser- und Heizungsspeicher (21) für die Erwärmung von Trinkwasser und für die Erwärmung von Heizungswasser zur Beheizung eines Gebäudes in Verbindung mit einer Wärmepumpe, umfassend

- einen unteren Speicherteil (2), - einen oberen Speicherteil (1),

wobei beide Speicherteile (1, 2) jeweils einen Speicherraum zur Bevorratung von von der Wärmepumpe temperiertem Heizungswasser aufweisen,

wobei die Speicherräume der beiden Speicherteile (1, 2) hydraulisch voneinander getrennt sind,

wobei die Speicherteile (1, 2) jeweils einen Vorlaufanschluss (9, 12) zum Anschluss des jeweiligen Speicherraums an einen Vorlauf der Wärmepumpe und jeweils einen Rücklaufanschluss (10, 13) zum Anschluss des jeweiligen Speicherraums an einen Rücklauf der Wärmepumpe aufweisen,

wobei der untere Speicherteil (2) einen Heizkreisvorlaufanschluss (11) zum Anschluss des Speicherraums des unteren Speicherteils (2) an einen Vorlauf eines Heizungsverteilsystems des Gebäudes und einen Heizkreisrücklaufanschluss (14, 16) zum Anschluss des Speicherraums des unteren Speicherteils (2) an einen Rücklauf des Heizungsverteilsystems des Gebäudes aufweist,

wobei der obere Speicherteil (1) und der untere Speicherteil (2) übereinander angeordnet und als eine bauliche Einheit miteinander verbunden sind,

wobei zwischen beiden Speicherteilen (1, 2) eine thermische Zwischendämmung (7) angeordnet ist, die die beiden Speicherteile (1, 2) thermisch voneinander isoliert,

wobei beide Speicherteile (1, 2) mittels einer gemeinsamen thermischen Außendämmung (6) eingefasst sind, die die beiden Speicherteile (1, 2) zu einer Umgebung hin thermisch isoliert,

wobei in dem Speicherraum des oberen Speicherteils (1) ein oberer Wärmetauscher (4) und in dem Speicherraum des unteren Speicherteils (2) ein unterer Wärmetauscher (3) angeordnet sind, die jeweils für die Erwärmung des Trinkwassers vorgesehen und eingerichtet sind,

wobei der untere Wärmetauscher (3) einen Kaltwasseranschluss (15) zur Zuleitung von untemperiertem Trinkwasser und der obere Wärmetauscher (4) einen Warmwasseranschluss (8) zur Ableitung von erwärmtem Trinkwasser aufweisen,

wobei die beiden Wärmetauscher (3, 4) hydraulisch miteinander verbunden und in Reihe geschaltet sind, sodass untemperiertes Trinkwasser ausgehend von dem Kaltwasseranschluss (15) zunächst den unteren Wärmetauscher (3) durchströmen und dabei von dem in dem Speicherraum des unteren Speicherteils (2) befindlichen Heizungswasser erwärmt werden kann, das so erwärmte Trinkwasser sodann von dem unteren Wärmetauscher (3) in den oberen Wärmetauscher (4) überströmen, diesen in Richtung des Warmwasseranschlusses (8) durchströmen und dabei von dem in dem Speicherraum des oberen Speicherteils (1) befindlichen Heizungswasser weiter erwärmt werden kann und das erwärmte Trinkwasser an dem Warmwasseranschluss (8) aus dem oberen Wärmetauscher (4) austreten kann.

2. Kombinierter Warmwasser- und Heizungsspeicher (21) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Überströmlanze (5), mittels der der Vorlaufanschluss (12) des unteren Speicherteils (2) und der Heizkreisvorlaufanschluss (11) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei sich die Überströmlanze (5) durch den Speicherraum des unteren Speicherteils (2) erstreckt, wobei die Überströmlanze (5) einen Ringspalt aufweist, durch den hindurch sowohl Heizungswasser in den Speicherraum des unteren Speicherteils (2) als auch Heizungswasser von dem Speicherraum des unteren Speicherteils (2) in die Überströmlanze (5) übertreten kann, sodass mittels der Überströmlanze (5) ein Überströmen unterschiedlicher Volumenströme von dem Vorlaufanschluss (12) des unteren Speicherteils (2) zu dem Heizkreisvorlaufanschluss (11) einerseits und von dem Vorlaufanschluss (12) des unteren Speicherteils (2) in den Speicherraum des unteren Speicherteils (2) andererseits möglich ist.

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3. Kombinierter Warmwasser- und Heizungsspeicher (21) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zirkulationsanschluss (20) zum Anschluss an ein Zirkulationsleitungssystem des Gebäudes, wobei der Zirkulationsanschluss (20) an einer Verbindungsleitung zwischen dem oberen Wärmetauscher (4) und dem unteren Wärmetauscher (3) angeordnet und hydraulisch mit beiden Wärmetauschern (3, 4) verbunden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen