DE19503741A1 - Warmwasserversorgungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserversorgungsanlage mit einem zentralen Wasserheizgerät, von dem eine mehrere Meter lange Warmwasserleitung zu wenigstens einer Zapfstelle führt, wobei nahe bei der Zapfstelle ein elektrischer Warmwasserbereiter installiert ist, durch den das Wasser geleitet wird, solange die Wassertemperatur zu niedrig ist.

Bei Warmwasserversorgungsanlagen mit zentralem Wasserheizgerät sind Zapfstellen meist von diesem weit entfernt. Dadurch entsteht das Problem, daß beim Öffnen einer Warmwasserzapfstelle zunächst das kalte Wasser fließt, das in der Warmwasserleitung zwischen dem Wasserheizgerät und der Zapfstelle abgekühlt steht. Es kann viele Sekunden dauern, bis an der Zapfstelle tatsächlich Warmwasser austritt.

Es ist bekannt, dieses Problem durch eine Zirkulationsleitung zu lösen. Diese hat den Nachteil eines hohen Installationsaufwandes und eines erheblichen Energieverbrauchs. Auch läßt sich eine Zirkulationsleitung nachträglich praktisch nicht einrichten.

In der DE 40 11 848 A1 ist eine Warmwasserversorgungsanlage der eingangs genannten Art beschrieben. Als Warmwasserbereiter ist bei der Zapfstelle ein Durchlauferhitzer installiert. Ist das Wasser in der vom zentralen Wasserheizgerät kommenden Warmwasserleitung zu kalt, dann wird es über ein thermisch gesteuertes 3-Wegeventil durch den Durchlauferhitzer geführt, der dadurch einschaltet. Kommt anschließend durch die Warmwasserleitung warmes Wasser, wird dieses unter Umgehung des Durchlauferhitzers direkt zur Zapfstelle geführt und der Durchlauferhitzer wird abgeschaltet. Da das Durchlaufvolumen nicht allzu sehr begrenzt werden soll, also etwa 3 bis 8 l/min betragen soll, muß der Durchlauferhitzer eine entsprechend große elektrische Leistung, beispielsweise 8 bis 12 kW, haben. Dies hat zur Folge, daß der Durchlauferhitzer nicht einphasig angeschlossen werden kann, sondern an das Drehstromnetz angeschlossen werden muß, was eine aufwendige Installation notwendig macht. Eine nachträgliche Einrichtung ist in der Praxis kaum möglich, weil nahe bei den Zapfstellen gewöhnlich kein Drehstromanschluß vorgesehen ist.

Letztlich ist nach der DE 40 11 848 A1 an jeder Zapfstelle ein vollwertiger Durchlauferhitzer vorgesehen, der so ausgelegt ist, daß er das gesamte Durchflußvolumen auf Solltemperatur bringt, und der lediglich weniger lang eingeschaltet ist, als bei einer Warmwasserversorgung ohne zentrales Wasserheizgerät.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Warmwasserversorgungsanlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der an der Zapfstelle schnell Warmwasser zur Verfügung steht, ohne daß ein Durchlauferhitzer nötig ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß der Warmwasserbereiter einen Speicherbehälter aufweist, dessen Volumen im wesentlichen wenigstens so groß wie das Volumen der zwischen dem Wasserheizgerät und dem Speicherbehälter in der Warmwasserleitung stehenden Wassersäule ist, daß beim Zapfen die Wassersäule, wenn sie kalt ist, in den Speicherbehälter strömt und Warmwasser aus diesem zur Zapfstelle auschiebt, und daß in der Zapfpause der elektrische Heizkörper des Warmwasserbereiters bis zum Erreichen der Solltemperatur im Speicherbehälter eingeschaltet ist.

Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß, um schnell Warmwasser zur Verfügung zu stellen, im Prinzip nur das Volumen des in der Wasserleitung stehenden kalten Wassers erwärmt werden muß. Dies geschieht dadurch, daß dieses kalte Wasservolumen in den Speicherbehälter geleitet wird, wobei gleichzeitig ein entsprechendes, im Speicherbehälter beheiztes Wasservolumen zur Zapfstelle gedrückt wird. Da das Volumen der Wassersäule in der Praxis klein ist, beispielsweise 1 bis 2 l beträgt, genügt ein entsprechend kleines Volumen des Speicherbehälters.

In den unterschiedlichen Einsatzfällen ist das Volumen in Abhängigkeit von der Länge der Warmwasserleitung und deren Durchmesser unterschiedlich. Es muß jedoch nicht für jeden Fall ein besonders dimensionierter Speicherbehälter verwendet werden. Berechnungen zeigen, daß mit einem Speicherbehälter, der ein Volumen von 2 l aufweist, die üblichen Einsatzfälle abdeckbar sind.

Das kalte Wasser im Speicherbehälter wird in Zapfpausen erwärmt. Da diese lang im Vergleich zur Zapfdauer sind, speziell dann, wenn sie zu einem Abkühlen der in der Warmwasserleitung stehenden Wassersäule führen, genügt eine kleine elektrische Anschlußleistung des Warmwasserbereiters, beispielsweise 500 W, um das Wasser im Speicherbehälter vor der nächsten Zapfung auf Solltemperatur zu bringen. Es ist damit ohne weiteres ein einphasiger Netzanschluß möglich.

Günstig ist für den Benutzer auch, daß der Warmwasserbereiter trotz kleinen Volumens und kleiner Anschlußleistung das Durchflußvolumen pro Zeiteinheit nicht begrenzt.

Weitere Vorteile bestehen darin, daß die Netzbelastung entfällt, die beim Takten eines Durchlauferhitzers auftritt, und daß bei dem kleinen Speichervolumen (2 l) keine Sicherheitsbaugruppe, wie Überdruckventil, vorgeschrieben ist.

Da der Warmwasserbereiter nur ein kleines Bauvolumen aufweist und einphasig an das elektrische Netz anschließbar ist, ist es leicht möglich, den Warmwasserbereiter direkt unter einer Zapfstelle, beispielsweise einem Spülbecken oder Waschbecken, auch nachträglich zu installieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Warmwasserversorgungsanlage schematisch.

In einem Heizungsraum eines Wohnhauses ist ein zentrales Wasserheizgerät (1) installiert. Dieses ist über eine Kaltwasserleitung (2) an das Wassernetz angeschlossen. Von ihm führt eine Warmwasserleitung (3) zu einem elektrischen Warmwasserbereiter (4), welcher einer Zapfstelle (5) vorgeschaltet ist. Die Zapfstelle (5) befindet sich beispielsweise in einem Bad oder einer Küche des Hauses. Der elektrische Warmwasserbereiter (4) ist in unmittelbarer Nähe der Zapfstelle (5) angeordnet, beispielsweise unter einem Waschbecken oder Spülbecken installiert.

Der Warmwasserbereiter (4) muß für den Benutzer nicht zugänglich sein. Er kann dementsprechend wegen seiner geringen Baugröße auch hinter Abdeckfliesen angeordnet sein. Liegt der Zapfstelle (5) eine weitere Zapfstelle (6) - bezogen auf die Wasserleitungslänge - nahe, dann kann der Warmwasserbereiter (4) auch beiden Zapfstellen (5, 6) vorgeschaltet sein. Bei weiter entfernt vorgesehenen Zapfstellen wird dort ein weiterer Warmwasserbereiter (4) installiert.

Die Warmwasserleitung (3) hat üblicherweise, je nach dem Aufstellungsort des Wasserheizgeräts (1) und der Lage der Zapfstellen (5, 6) im Haus, eine Länge zwischen etwa 5 m bis 10 m. Es ergibt sich daraus, daß die in der Warmwasserleitung (3) stehende Wassersäule je nach Leitungsquerschnitt, 15 mm oder 18 mm, ein Volumen zwischen etwa 1 l und 2,5 l hat.

Der Warmwasserbereiter (4) weist einen Speicherbehälter (7) auf, der im wesentlichen wenigstens so groß ist wie das Volumen der Wassersäule in der Warmwasserleitung (3). Dabei ist einerseits angestrebt, daß das Volumen des Speicherbehälters (7) möglichst klein ist, um andererseits jedoch eine Vielzahl von Einsatzfällen, d. h. Längen der Warmwasserleitung (3), abzudecken. Es zeigt sich, daß ein Volumen von 2 l diese Bedingungen weitestgehend erfüllt. Ein Volumen von 2 l oder weniger zu wählen, ist auch deswegen günstig, da es sich um einen Druckspeicher handelt und bei solchen Druckspeichern derzeit die Vorschrift besteht, daß sie ab einem Volumen von 2 l mit einer aufwendigen Sicherheitsbaugruppe, wie Überdruckventil verbunden mit einem Ausdehnungswasserauslauf, ausgerüstet sein müssen. Selbst wenn im Einzelfall der Speicherbehälter (7) ein Volumen aufweist, das etwas kleiner ist als das Volumen in der Wassersäule der Warmwasserleitung (3), ist dadurch die weiter unten beschriebene Funktion nicht entscheidend beeinträchtigt.

In dem Speicherbehälter (7) ist unten ein elektrischer Heizkörper (8) angeordnet, der mittels eines Schalters (9) schaltbar ist. Der Heizkörper (8) ist einphasig an das elektrische Netz mittels eines Steckers anschließbar. Der Heizkörper (8) weist eine Anschlußleistung von etwa 500 W auf.

In den Warmwasserbereiter (4) ist ein 3-Wegeventil (10) integriert, das an die Warmwasserleitung (3) angeschlossen ist, über eine Eingangsleitung (11) unten in den Speicherbehälter (7) mündet und über eine Bypaßleitung (12) mit der Zapfstelle (5) verbunden ist. Eine Ausgangsleitung (13) des Speicherbehälters (7) mündet oben in den Speicherbehälter (7) und ist an die Bypaßleitung (12) angeschlossen. Wassertechnisch weist der Warmwasserbereiter (4) also nur einen Eingang (14) und einen Ausgang (15) auf und läßt sich somit leicht - auch nachträglich an einem üblichen Eckventil der Zapfstelle (5) - installieren.

Der Warmwasserbereiter (4) ist im Bereich der Warmwasserleitung (3) mit einem Temperaturfühler (16) ausgerüstet. Dieser erfaßt die Temperatur des Wassers der Warmwasserleitung (3). Oben im Speicherbehälter (7) ist ein weiterer Temperaturfühler (17) angeordnet. Die Temperaturfühler (16, 17) sind an einen Regler (18) des Warmwasserbereiters (4) angeschlossen, der einen Stellmotor (19) des 3-Wegeventils (10) und den Schalter (9) steuert. Außerdem ist ein Sicherheitstemperaturbegrenzer (20) vorgesehen, der in einem kritischen Betriebszustand den Schalter (9) öffnet.

Die Funktionsweise der beschriebenen Anlage ist im wesentlichen folgende:
Solange die Zapfstellen (5, 6) geschlossen sind, wird das Wasser im Speicherbehälter (7) bis auf eine Solltemperatur, beispielsweise 40°C, erwärmt. Der Temperaturfühler (17) schaltet dann über den Regler (18) und den Schalter (9) den Heizkörper (8) ab. Ist das Wasser in der Warmwasserleitung (3) kalt im Vergleich zum mit einer Solltemperatur im Wasserheizgerät (1) gespeicherten Wasser, was der Temperaturfühler (16) erfaßt, dann öffnet das 3- Wegeventil (10) zum Speicherbehälter (7) hin und schließt zur Bypaßleitung (12) hin.

Wird dann die Zapfstelle (5 oder 6) geöffnet, dann fließt das kalte Wasser der in der Warmwasserleitung (3) stehenden Wassersäule in den Speicherbehälter (7) und drückt dadurch über die Ausgangsleitung (13) Warmwasser des Speicherbehälters (7) zur Zapfstelle (5). Diese erhält also praktisch sofort Warmwasser.

Ist dann die Warmwasserleitung (3) mit von dem Wasserheizgerät (1) erwärmten Wasser durchströmt, was der Temperaturfühler (16) erfaßt, dann schaltet der Regler (18) das 3- Wegeventil (10) um, so daß es zum Speicherbehälter (7) hin geschlossen und zur Bypaßleitung (12) hin offen ist. Die Zapfstelle (5) wird also weiter mit Warmwasser beliefert. In dem Speicherbehälter (7) befindet sich das aus der ursprünglichen Wassersäule kommende kalte Wasser. Dementsprechend schaltet der Heizkörper (8) ein. Dies kann, solange die Zapfstelle (5 oder 6) noch offen ist, und/oder später geschehen.

Das Wasser im Speicherbehälter (7) wird auch bei geschlossener Zapfstelle (5, 6) weiter erwärmt, bis es die Solltemperatur erreicht. Hierfür steht eine lange Zeit zur Verfügung. Denn bei kurz aufeinanderfolgenden Zapfvorgängen schaltet das 3- Wegeventil (10) noch nicht um, weil die vom Temperaturfühler (16) erfaßte Wassertemperatur der Warmwasserleitung (3) dann noch nicht weit abgesunken ist. Erst nach einer längeren Zapfpause wird die Temperatur des Wassers in der Warmwasserleitung (3) so weit abgesunken sein, daß das 3-Wegeventil (10) erneut umschaltet und damit die Leitung (11) zum Speicherbehälter (7) öffnet und die Bypaßleitung (12) schließt. Die notwendige Leistung des elektrischen Heizkörpers (8) steht also in Relation zur Abkühlgeschwindigkeit des Wassers in der Warmwasserleitung (3). Je langsamer das Wasser in der Warmwasserleitung (3) abkühlt, desto niedriger kann die Leistung des elektrischen Heizkörpers (8) sein.

Es sind auch verschiedene andere Möglichkeiten für die Steuerung des 3-Wegeventils (10) gegeben. Beispielsweise ist es möglich, das 3-Wegeventil (10) dann von der Bypaßleitung (12) auf die Eingangsleitung (11) hin umzuschalten, wenn im Speicherbehälter (7) die Solltemperatur erreicht ist.

Anstelle eines 3-Wegeventils (10) könnten auch zwei voneinander unabhängig zu steuernde Durchlaßventile vorgesehen sein.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Warmwasserversorgungsanlage mit einem Mikroprozessor steuern. Es ist damit möglich, stets die aus der Warmwasserleitung (3) kommende Isttemperatur zu erfassen, um daraus die Solltemperatur des Speichers abzuleiten. Es bietet sich hierbei an, bei mehreren aufeinanderfolgenden Messungen hier einen Lerneffekt auszulösen, indem beispielsweise bei drei aufeinanderfolgenden und in einem engen Toleranzbereich wiederkehrenden Temperaturen diese als Sollwert zu benutzen. Ändern sich die Benutzergewohnheiten etwa dahin, daß ein Benutzer grundsätzlich niedrige Temperaturen wünscht, so erfaßt dies der Mikroprozessor ebenso und stellt danach entsprechend die Solltemperatur im Speicher erneut um.

Durch diese Maßnahme ist eine Sollwert-Vorgabe durch den Benutzer entbehrlich, was einerseits dazu führt, daß keine falschen Temperaturen eingestellt werden können, und daß darüber hinaus ein zusätzliches Bauteil entbehrlich ist.

Um an der Mischarmatur gleiche Druckverhältnisse sowohl bei direktem Zapfen als auch beim Zapfen unter Einbeziehung des Speichers zu erreichen, ist es zweckmäßig, in den Leistungsabschnitt (12) eine Drossel (21) einzusetzen, an der ein Druckabfall erzeugt wird, der dem des Speichers (7) entspricht.

Ein besonders günstiger Energieverbrauch innerhalb der Regel- und Steuerungselemente ergibt sich dadurch, daß die Erfassung der Isttemperatur sowohl des Wassers in der Wasserleitung (3) als auch des Speicherwassers zyklisch erfolgt, und in den Meßpausen der Regler auf Standby-Betrieb geschaltet ist.

Claims (14)

1. Warmwasserversorgungsanlage mit einem zentralen Wasserheizgerät, von dem eine mehrere Meter lange Warmwasserleitung zu wenigstens einer Zapfstelle führt, wobei nahe bei der Zapfstelle ein elektrischer Warmwasserbereiter installiert ist, durch den das Wasser geleitet wird, solange die Wassertemperatur zu niedrig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbereiter (4) einen Speicherbehälter (7) aufweist, dessen Volumen im wesentlichen wenigstens so groß wie das Volumen der zwischen dem Wasserheizgerät (1) und dem Speicherbehälter (7) in der Warmwasserleitung (3) stehenden Wassersäule ist, daß beim Zapfen die Wassersäule, wenn sie kalt ist, in den Speicherbehälter (7) strömt und Warmwasser aus diesem zur Zapfstelle (5, 6) ausschiebt, und daß in der Zapfpause der elektrische Heizkörper (8) des Warmwasserbereiters (4) bis zum Erreichen der Solltemperatur im Speicherbehälter (7) eingeschaltet ist.

2. Warmwasserversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Speicherbehälters (7) nur so groß ist, daß eine wassertechnische Sicherheitsbaugruppe nicht gefordert ist.

3. Warmwasserversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Speicherbehälters (7) kleiner oder gleich 2 l ist.

4. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizkörper (8) einphasig angeschlossen ist.

5. Warmwasserversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des elektrischen Heizkörpers (8) etwa 500 W beträgt.

6. Warmwasserversorgungsanlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leistung des elektrischen Heizkörpers so bemessen ist,
daß der Warmwasserbereiter auf Solltemperatur aufgeheizt ist, bevor die in der Warmwasserleitung (3) stehende Wassersäule abgekühlt ist.

7. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Temperatur der Wassersäule in der Warmwasserleitung (3) gesteuertes 3-Wegeventil (10) vorgesehen ist, das Wasser bei niedriger Temperatur zum Speicherbehälter (7) und bei hoher Temperatur direkt zur Zapfstelle (5, 6) leitet.

8. Warmwasserversorgungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-Wegeventil (10) in den Warmwasserbereiter (4) integriert ist.

9. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbereiter (4) einen Temperaturfühler (16) aufweist, der die Temperatur der Wassersäule der Warmwasserleitung (3) erfaßt.

10. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Temperatur der Wassersäule in der Warmwasserleitung (3) gesteuertes Magnetventil in der Leitung (11) vorgesehen ist, das Wasser bei niedriger Temperatur zum Speicherbehälter (7) leitet, und ein weiteres Magnetventil in der Leitung (12) vorgesehen ist, das bei Solltemperatur das Wasser direkt zur Zapfstelle (5, 6) leitet, und daß bei Vorliegen einer Mischtemperatur beide Magnetventile proportional zur Mischtemperatur teilweise geöffnet sind.

11. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbereiter (4) einen Temperaturfühler (17) aufweist, der die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter (7) erfaßt.

12. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Sollwertes der Speichertemperatur durch einen mit einem Temperaturfühler zusammenwirkenden Mikroprozessor erfolgt, der den zeitlichen Verlauf der Temperatur des einströmenden Wassers ermittelt, diesen Wert über einige Messungen mittelt und ihn als Sollwert für die Speichertemperatur auswertet.

13. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (18) zur Minderung eines zusätzlichen Energieverbrauchs nur in Zeitintervallen und ansonsten im Standby-Betrieb arbeitet.

14. Warmwasserversorgungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zu den Zapfstellen führenden Leitung (12) eine Drossel (21) angeordnet ist, an der ein Druckabfall entsprechend dem Druckverlust im Speicher erzeugt wird.