DE19824034C2 - Brauchwasser-Erwärmungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brauchwasser- Erwärmungsanlage mit einem Wärmetauscher, dessen Pri­ märteil über eine Vorlaufleitung und eine Rücklauflei­ tung mit einem Wärmeträger versorgt wird und dessen Se­ kundärteil mit einer Zirkulationsleitung, die minde­ stens eine Zapfstelle für warmes Brauchwasser, eine Zirkulationspumpe und einen Eintritt für schon bei Zapfbeginn zugemischtes Kaltwasser aufweist, versehen ist, und mit einer Regeleinrichtung, die einen ersten Temperaturfühler am Anfangsabschnitt der Zirkulations­ leitung, einen zweiten Temperaturfühler am Endabschnitt der Zirkulationsleitung stromabwärts des Kaltwasserein­ tritts, ein hiervon beeinflußtes primärseitiges Stell­ glied für die Wärmeträger-Durchflußmenge und Mittel zur Erfassung des Zapfvorganges aufweist.

Aus DE 42 06 074 A1 ist eine derartige Brauchwasser- Erwärmungsanlage bekannt, bei der eine Zirkulationslei­ tung den Sekundärteil eines Wärmetauschers, einen er­ sten Temperaturfühler, ein Mengenmeßgerät, mehrere Zapfstellen, eine Zirkulationspumpe, einen Kaltwas­ sereintritt und einen zweiten Temperaturfühler aufweist. Der Zapfvorgang wird vom Mengenmeßgerät über­ wacht, bei dessen Ansprechen die Zirkulationspumpe für eine vorgegebene Zeit in Betrieb gesetzt wird. Bei Zapfbeginn tritt daher kaltes Wasser in den Wärmetau­ scher. Entsprechend groß sind die Temperaturschwankun­ gen des gezapften Wassers.

Bei einer weiteren bekannten Anlage (DE 38 09 893 C2) ist der Primärteil des Wärmetauschers unter Einschal­ tung eines Regelventils in die Rücklaufleitung an ein Fernwärme-Versorgungsnetz angeschlossen. Der am sekun­ därseitigen Wärmetauscherauslaß angeordnete Temperatur­ fühler wirkt auf das Regelventil und soll die Brauch­ wassertemperatur auf einem vorgegebenen Wert halten. Hierbei treten allerdings erhebliche Schwankungen der Brauchwassertemperatur auf. Sowohl zu heißes als auch zu kaltes Brauchwasser wird aber als unangenehm empfun­ den, insbesondere in einer Duschanlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brauch­ wasser-Erwärmungsanlage anzugeben, bei der Schwankungen der Brauchwassertemperatur kleiner gehalten werden kön­ nen.

Diese Aufgabe wird bei einer Brauchwasser-Erwärmungs­ anlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Erfassungsmittel der zweite Temperaturfühler dient, der einen mindestens 1 m betra­ genden Abstand vom Wärmetauschereinlaß hat, so daß das Vorhandensein des Kaltwassers bei Zapfbeginn und der Fortfall des Kaltwassers bei Zapfende schon einige Zeit, bevor der Temperaturwechsel den Wärmetauscher er­ reicht, festgestellt wird und durch Beeinflussung des Stellgliedes die durch Wärmespeicherung im Wärmetauscher bewirkten Verzögerungen zumindest teilweise kom­ pensiert werden.

Der zweite Temperaturfühler stellt die Absenkung der Wassertemperatur, die mit dem Beginn des Zapfens hinter dem Kaltwassereintritt erfolgt, schon fest, bevor die­ ses kältere Wasser in den Wärmetauscher eintritt. Dem­ zufolge kann die Zufuhr des Wärmeträgers zum Primärteil des Wärmetauschers wesentlich früher als bisher erhöht werden, so daß eine zu starke Abkühlung des Brauchwas­ sers verhindert wird. Auch das Ende des Zapfvorganges wird frühzeitig festgestellt, so daß durch Verminderung der primärseitigen Wärmezufuhr eine zu hohe Brauchwas­ sertemperatur vermieden wird.

Durch den beanspruchten Abstand von mindestens im, vor­ zugsweise 3 bis 4 m, kann die Tatsache berücksichtigt werden, daß ein Wärmetauscher wärmespeichernde Eigen­ schaften hat und daher der Übergang von einem stationä­ ren Zustand in einen anderen stationären Zustand eine gewisse Zeit erfordert. Die Schwankungen der Brauchwas­ sertemperatur können auf diese Weise noch geringer ge­ halten werden.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß der Ab­ stand so gewählt ist, daß die Wärmeenergie, die zum Aufheizen der am Ende eines Zapfvorgangs in der Zirku­ lationsleitung zwischen dem zweiten Temperaturfühler und dem Wärmetauschereinlaß befindlichen Kaltwassermen­ ge erforderlich ist, im wesentlichen gleich der Über­ schußenergie - bezogen auf den zapffreien Zustand - ist. Dies erlaubt eine weitgehend konstante Brauchwas­ sertemperatur.

Des weiteren ist es empfehlenswert, daß das Volumen der Zirkulationsleitung zwischen Kaltwassereintritt und Wärmetauschereinlaß etwa so groß ist wie das Volumen des Sekundärteils des Wärmetauschers. Auch diese Anpas­ sung trägt zum Konstanthalten der Brauchwassertempera­ tur im Anschluß an das Zapfende bei.

Zweckmäßigerweise ist der zweite Temperaturfühler nahe dem Kaltwassereintritt angeordnet. Der Abstand kann beispielsweise 2 bis 20% der Länge der Zirkulations­ leitung zwischen Kaltwassereintritt und Wärmetau­ schereinlaß betragen. Auf diese Weise kann bei einer gegebenen Anpassung der Lage des Kaltwassereintritts an den Wärmetauscher die frühestmögliche Erfassung des An­ fangs und des Endes eines Zapfvorganges erfolgen.

Vorzugsweise beträgt die Länge der Zirkulationsleitung zwischen Kaltwassereintritt und Wärmetauschereinlaß 3 bis 4 m. Solche Werte sind für Haus-Zapfstellen ty­ pisch. Auch wenn für andere Anlagen hiervon abweichende Längen günstiger sein sollten, erkennt man doch, daß verhältnismäßig große Leitungslängen, also über 1 m, angestrebt werden sollten.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß ein drit­ ter das Stellglied beeinflussender Temperaturfühler an der Rücklaufleitung angeordnet ist. Mit Hilfe dieses dritten Temperaturfühlers kann die primärseitige Rück­ lauftemperatur und damit die dem Wärmetauscher zuge­ führte Leistung begrenzt werden, wodurch eine zu hohe Brauchwassertemperatur vermieden wird.

Das Stellglied ist vorzugsweise ein Motorventil. Mit ihm läßt sich der Durchfluß des Wärmeträgers rasch und in verhältnismäßig weiten Grenzen ändern.

Günstig ist es auch, daß in der Zirkulationsleitung zwischen der letzten Zapfstelle und dem Kaltwasserein­ tritt ein in Richtung der Zirkulationspumpe sperrendes Rückschlagventil vorgesehen ist. Dieses Rückschlagven­ til sichert die Durchflußrichtung des zirkulierenden Mediums und auch die Funktionsweise der Steuereinrich­ tung.

Von Vorteil ist es ferner, daß die Temperaturfühler elektronische Widerstandsfühler sind und eine elektro­ nische Steuereinrichtung verwendet wird. Die Tempera­ turfühler können so an die Regeleinrichtung angeschlos­ sen werden, daß sie in einem fest eingestellten Ver­ hältnis auf das Stellglied wirken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäß Brauchwasser-Erwär­ mungsanlage.

Ein Wärmetauscher 1 ist mit seinem Primärteil 2 über eine Vorlaufleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 an ei­ ne Wärmequelle 5, insbesondere ein Fernwärme-Versor­ gungsnetz, angeschlossen und wird von diesem mit einem beheizten Wärmeträger versorgt. Der Sekundärteil 6 des Wärmetauschers 1 besitzt einen Auslaß 7 und einen Ein­ laß 8, die über eine Zirkulationsleitung 9 miteinander verbunden sind. Auf einen Anfangsabschnitt 10 der Zir­ kulationsleitung 9 folgt ein Zapfabschnitt 11 mit meh­ reren Zapfstellen 12, eine Zirkulationspumpe 13, ein in Richtung auf diese Pumpe schließendes Rückschlagventil 14, ein Kaltwassereintritt 15, über den bei jedem Zapf­ vorgang kaltes Wasser aus einer Leitung 16 eingeführt wird, und ein Endabschnitt 17.

Eine mit einem Sollwerteinsteller 18 versehene Regel­ einrichtung 19 ist mit einem ersten Temperaturfühler 20 am Anfangsabschnitt 10 der Zirkulationsleitung 9, einem zweiten Temperaturfühler 21 am Endabschnitt 17 der Zir­ kulationsleitung 9 und einem dritten Temperaturfühler 22 an der primärseitigen Rücklaufleitung 4 verbunden. Die Regeleinrichtung steuert aufgrund der Temperatursi­ gnale ein Stellglied 223 in der Form eines Motorven­ tils, das die Durchflußmenge des primären Wärmeträgers durch den Wärmetauscher 1 bestimmt. Es ergibt sich da­ her ein Regelkreis, der die Brauchwassertemperatur auf einem Sollwert halten soll.

Der erste Temperaturfühler 20 stellt die Temperatur des aus dem Wärmetauscher 1 austretenden Brauchwassers fest, die auch während der Zapfvorgänge möglichst kon­ stant bleiben soll.

Der zweite Temperaturfühler 21 befindet sich am Endab­ schnitt 17, so daß die bei Zapfbeginn auftretende Zumi­ schung von Kaltwasser schon vor Eintritt dieses Kalt­ wassers in den Wärmetauscher 1 festgestellt wird und das Stellglied 23 entsprechend weiter geöffnet werden kann. Darüber hinaus sollte der zweite Temperaturfühler 21 einen (einer bestimmten Leitungslänge entsprechen­ den) Abstand a vom Wärmetauschereinlaß 8 haben, so daß das Vorhandensein des Kaltwassers bei Zapfbeginn bezie­ hungsweise der Fortfall des Kaltwassers bei Zapfende schon einige Zeit, bevor der Temperaturwechsel den Wär­ metauscher 1 erreicht, festgestellt wird und auf diese Weise die durch Wärmespeicherung im Wärmetauscher 1 be­ wirkten Verzögerungen zumindest teilweise kompensiert werden. Der Abstand a ist in den meisten Fällen ver­ hältnismäßig groß und kann typischerweise 3 bis 4 m, aber auch 1 bis 5 m betragen. Die Signale des zweiten Temperaturfühlers 21 werden in der Regeleinrichtung 19 den Signalen des ersten Temperaturfühlers 20 in einem bestimmten Verhältnis überlagert, so daß hierdurch das Stellglied 23 zusätzlich beeinflußt wird. Insbesondere soll der Abstand a so groß sein, daß die Wärmeenergie, die zum Aufheizen der am Ende eines Zapfvorganges in der Zirkulationsleitung 9 zwischen dem zweiten Tempera­ turfühler 21 und dem Wärmetauschereinlaß 8 befindliche Kaltwassermenge erforderlich ist, im wesentlichen gleich der im Wärmetauscher 1 zu diesem Zeitpunkt vor­ handenen Überschußenergie - bezogen auf den zapffreien Zustand - ist. Die Überschußenergie ist durch die auf­ geheizte Konstruktion des Wärmetauschers 1 und die im Primärteil befindliche Wärmeträgermenge gegeben.

Der dritte Temperaturfühler 22 begrenzt die Rücklauf­ temperatur nach oben, so daß keine Überhitzungen ein­ treten können.

Der Kaltwassereintritt 15 hat ebenfalls einen verhält­ nismäßig großen Abstand vom Wärmetauschereinlaß 8. Das Volumen der Zirkulationsleitung 9 zwischen dem Kaltwas­ sereintritt 15 und dem Wärmetauschereinlaß 8 sollte et­ wa so groß sein wie das Volumen des Sekundärteils 6 des Wärmetauschers 1. Damit ist sichergestellt, daß der ge­ samte Brauchwasserinhalt des Wärmetauschers 1 am Ende eines Zapfvorgangs in die Zirkulationsleitung abgegeben und durch das nachfolgende, noch Kaltwasser enthaltende Brauchwasser ersetzt wird.

Insgesamt wird daher eine zu starke Abkühlung des Brauchwassers bei Zapfbeginn und eine zu starke Erhit­ zung des Brauchwassers bei Zapfende vermieden.

Claims (10)

1. Brauchwasser-Erwärmungsanlage mit einem Wärmetau­ scher, dessen Primärteil über eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung mit einem Wärmeträger ver­ sorgt wird und dessen Sekundärteil mit einer Zirku­ lationsleitung, die mindestens eine Zapfstelle für warmes Brauchwasser, eine Zirkulationspumpe und ei­ nen Eintritt für schon bei Zapfbeginn zugemischtes Kaltwasser aufweist, versehen ist, und mit einer Regeleinrichtung, die einen ersten Temperaturfühler am Anfangsabschnitt der Zirkulationsleitung, einen zweiten Temperaturfühler am Endabschnitt der Zirku­ lationsleitung stromabwärts des Kaltwasserein­ tritts, ein hiervon beeinflußtes primärseitiges Stellglied für die Wärmeträger-Durchflußmenge und Mittel zur Erfassung des Zapfvorganges aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Erfassungsmittel der zweite Temperaturfühler (21) dient, der einen mindestens 1 m betragenden Abstand (a) vom Wärme­ tauschereinlaß (8) hat, so daß das Vorhandensein des Kaltwassers bei Zapfbeginn und der Fortfall des Kaltwassers bei Zapfende schon einige Zeit, bevor der Temperaturwechsel den Wärmetauscher (1) er­ reicht, festgestellt wird und durch Beeinflussung des Stellgliedes die durch Wärmespeicherung im Wär­ metauscher (1) bewirkten Verzögerungen zumindest teilweise kompensiert werden.

2. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) 3 bis 4 m beträgt.

3. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) so ge­ wählt ist, daß die Wärmeenergie, die zum Aufheizen der am Ende eines Zapfvorgangs in der Zirkulations­ leitung (9) zwischen dem zweiten Temperaturfühler (21) und dem Wärmetauschereinlaß (8) befindlichen Kaltwassermenge erforderlich ist, im wesentlichen gleich der Überschußenergie - bezogen auf den zapf­ freien Zustand - ist.

4. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Zirkulationsleitung (9) zwischen Kalt­ wassereintritt (15) und Wärmetauschereinlaß (8) et­ wa so groß ist wie das Volumen des Sekundärteils (6) des Wärmetauschers.

5. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Temperaturfühler (21) nahe dem Kaltwas­ sereintritt (15) angeordnet ist.

6. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Zirkulationsleitung (9) zwischen Kaltwas­ sereintritt (15) und Wärmetauschereinlaß (8) 3 bis 4 m beträgt.

7. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter das Stellglied (23) beeinflussender Tempe­ raturfühler (22) an der Rücklaufleitung angeordnet ist.

8. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (23) ein Motorventil ist.

9. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zirkulationsleitung (9) zwischen der letzten Zapf­ stelle (12) und dem Kaltwassereintritt (15) ein in Richtung der Zirkulationspumpe (13) sperrendes Rückschlagventil (14) vorgesehen ist.

10. Brauchwasser-Erwärmungsanlage nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (20, 21, 22) elektronische Wider­ standsfühler sind und eine elektronische Steuerein­ richtung (19) verwendet wird.