BRAUCHWASSERBEREITER

Technisches Umfeld

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Brauchwasserbereiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Solch ein Brauchwasserbereiter ist z.B. aus der DE 10032714 A -. bekannt. Bei derartigen Brauchwasserbereitern ist der Primärkreis des Wärmetauschers an den Heizwasservorlauf und den Heizwasserrücklauf angeschlossen. Dabei ist der Heizwasserrücklauf zusätzlich an das Mischventil angeschlossen. Dies dient dazu, um eine Überhitzung des Brauchwassers zu vermeiden: im Falle eines zu starken Anstiegs der Brauchwasser-Temperatur wird dem Heizwasservorlauf Heizwasserrücklauf- Wasser beigemischt, um die Temperatur des Primärkreises des Wärmetauschers zu vermindern, wobei die Brauchwasser-Temperatur meist thermostatisch gesteuert wird.

[0003] Üblicherweise ist ein solcher Wärmetauscher an einen Schichtenspeicher zur Pufferung angeschlossen. Dabei ist es wesentlich, dass die Schichtung in diesem Speicher bei der Bereitung des Brauchwassers möglichst wenig gestört wird. Auch dafür ist das Mischventil günstig, denn dadurch wird zusätzlich erreicht, dass das Wasser im Heizwasser-Rücklauf relativ kühl ist, sodass die Schichtung im Boiler nicht zerstört wird.

[0004] Dennoch ergibt sich bei den bekannten Brauchwasserbereitern das Problem, dass bei kleinen Zapfmengen an Brauchwasser aufgrund einer konstant gehaltenen Pum¬ penleistung im Heizwasserkreislauf das dem Primärkreis des Wärmetauschers zugeführte Heizwasser nicht tief genug abgekühlt werden kann und dadurch die Schichtung im Pufferspeicher zerstört wird: bei minimalen Zapfmengen wird die Temperatur des Heizwasser-Rücklaufs nur minimal unter der gewünschten Brauchwasser- Temperatur liegen, denn wenn nur wenig Wasser gezapft wird, wird das Heizwasser auch nur gering abgekühlt. Eine niedrige Temperatur des Rücklaufs zu einem Pufferspeicher ist bei dieser Bauart also nur bei Volllast gewährleistet, in allen Teillastfällen steigt die Temperatur des Rücklaufs zum Pufferspeicher bis max. zur Warmwasseraustrittstemperatur an, wodurch die Schichtung im Pufferspeicher gestört wird und der Gesamtwirkungsgrad der Anlage sinkt. Damit ist keine optimale Brennwert- oder Solarenergienutzung möglich.

[0005] Ein weiterer Nachteil ist die Trägheit des Systems "Wärmetauscher, Pumpe, verbindende Rohrleitungen und Heizwasserinhalt sowie des Reglers selbst mit Tempe¬ raturfühler und Regelstrecke". Diese Trägheit führt zu sehr ungenauer und permanent schwankender Temperatur des Brauchwassers.

[0006] Femer ist es bekannt, eine von der Brauchwasser-Temperatur (oder auch der Temperatur des Heizwasser-Rücklaufs) gesteuerte Regelung der Durchsatzmenge vorzusehen. Diese erfolgt entweder über ein 3-Wege Verteilventil, ein 2-Wege Durch¬ gangsventil oder die Regelung der Heizwasserpumpe. (Siehe z.B. die DE 19642179 C --. oder die

DE 2202095 A -.

). Bei diesen Brauchwasserbereitern wird der Wärmetauscher nicht vor dem Eintritt von Heizwasser mit hoher Temperatur geschützt, wodurch die Gefahr von Ver¬ kalkungen besteht.

[0007] Eine Regelung der Heizwasserpumpe, z.B. mittels Drehzahlregelung, ist bei hohen Kosten sehr ungenau, da zur Erlangung des gleichen Ziels eine wesentlich höhere Re¬ duzierung der Heizwasserdurchflussmengen erforderlich ist als bei der Temperaturre¬ duzierung mit einer Rücklaufbeimischung. Die meisten Systeme funktionieren trotz aufwändigster Regelung nur mit einer mechanischen Temperaturvormischung zufrieden stellend.

[0008] Darüber hinaus zählt eine dem Brauchwasserdurchsatz proportionale Regelung des Durchsatzes des Heizwassers zum Stand der Technik. Diese berücksichtigt jedoch nicht, dass das Heizwasser, z.B. bei der Nutzung von Solarenergie, mit unter¬ schiedlichen Temperaturen anliegen kann. Es kann deshalb bei überhöhten Vorlauf¬ temperaturen zu einer schnellen Verkalkung und zu starken Schwankungen der Brauchwasser- Temperatur kommen, die durch Zusatzmaßnahmen sekundärseitig, wie z.B. durch einen Verbrühschutz oder einen Brauchwassermischer, reduziert werden müssen. Offenbarung der Erfindung

Technisches Problem

[0009] Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brauchwas¬ serbereiter der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich durch gute Regelung der Brauchwassertemperatur bei unterschiedlichen Zapfmengen auszeichnet und eine niedrige Temperatur des Heizwasser-Rücklaufs sicherstellt. Technische Lösung

[0010] Erfindungsgemäß wird dies bei einem Brauchwasserbereiter der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

[0011] Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich praktisch ein mehrstufiger Wär¬ metauscher, wobei für die Regelung nur ein Teil des Wärmetauschers herangezogen wird. Die Regelung hat daher wesentlich weniger Trägheit und es wird erreicht, dass auch bei einem Betrieb mit stark schwankenden Heizwasser- Vorlauftemperaturen (wie

sie z.B. bei einem Betrieb in Kombination mit Solaranlagen auftreten), wo sich eine gewisse Verkalkungsproblematik ergibt, die Zulauftemperatur zum Primärkreis ent¬ sprechend abgesenkt werden kann, sodass sekundärseitig keine Verkalkung entsteht. Weiters ist es auch möglich, bei sehr unterschiedlichen Zapfmengen allein durch ent¬ sprechende Regelung des Mischventils im Primärkreis des Wärmetauschers die Temperatur des ablaufenden Brauchwassers in relativ engen Grenzen zu halten. Dadurch wird auf einfache Weise die Gefahr eines Verbrühens weitgehend vermieden.

[0012] Durch die Mehrstufigkeit wird auch eine niedrigere Rücklauftemperatur erzielt: zwischen dem Anschluss für das Wasser, das dem Heizwasservorlauf beigemischt wird, und dem Anschluss für den Heizwasser-Rücklauf liegt ja noch ein Teil des Wär¬ metauschers, sodass die Heizwasser-Rücklauftemperatur kühler ist als das Wasser, das dem Heizwasser- Vorlauf beigemischt wird. Im Betrieb fließt über den Heizwas¬ serrücklauf nur jene Wassermenge ab, die über den Heizwasservorlauf zufließt. Da nun bei einer geringen Zapfmenge nur wenig Heizwasser in den Primärkreis einströmt, fließt nur wenig Heizwasser über den Rücklauf ab und wird entsprechend weit abgekühlt. Dies ermöglicht es, die Schichtung in einem mit dem Wärmetauscher zu¬ sammenarbeitenden Puffer-Schichtenspeicher in einem hohen Maße zu erhalten. Dadurch ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad der gesamten Anlage.

[0013] Die vorgeschlagenen Maßnahmen ermöglichen es auch, dass unabhängig von der Höhe der Heizwasser- Vorlauftemperatur und unabhängig von der Zapfmenge und Zapfdauer ein von Legionellen freies Brauchwasser mit einer einstellbaren Temperatur bereitgestellt wird. Dabei können Schwankungen bei der Zapftemperatur des Brauchwassers bei maximalem Verkalkungsschutz in jedem Betriebszustand vermieden werden und gleichzeitig eine sehr niedrige Heizwasser-Rücklauftemperatur sichergestellt werden.

[0014] Durch den mindestens einen Zwischenanschluss im Primärkreis des Wärme¬ tauschers kann dem in den Primärkreis einströmenden Heizwasser Wasser aus dem Zwischenanschluss mit entsprechend geringer Temperatur beigemischt werden, wobei die Pumpe mit ihrer Nenndrehzahl betrieben werden kann, sodass es zu einem maximal möglichen Selbstreinigungseffekt des Wärmetauschers mit höchstmöglichen Turbulenzen und damit mit einem sehr guten Wärmeübergang kommt. Auch dies trägt zum raschen Ansprechen der Temperaturregelung des Brauchwassers und damit zur Minimierung der Regelschwankungen bei.

[0015] Dabei ist auch ein sehr hoher Verkalkungsschutz gegeben, da dem Wärmetauscher ein Mischwasser zugeführt werden kann, das aus dem Heizwasservorlauf und dem aus dem aus dem Zwischenanschluss des Primärkreises abgezogenen abgekühlten Wasser besteht. Dabei gelangt in der Regel nur Wasser mit einer Temperatur in den Primärkreis des Wärmetauschers, das max. 8 ⁰ C über der Brauchwasser- Austritt-

stemperatur liegt, abhängig von der Zapfmenge, wobei sich diese Temperaturdifferenz im Teillastbetrieb verringert.

[0016] Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ist somit sichergestellt, dass trotz eines nur geringen Aufwands eine sehr hohe Regelgüte der Brauchwasser- Temperatur unabhängig von der jeweiligen Zapf menge und der anliegenden Heizwasser- Vorlauftemperatur bei relativ kaltem Heizwasser-Rücklauf erreicht werden kann.

[0017] Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ergibt sich der Vorteil eines sehr einfachen Aufbaus, bei dem sichergestellt ist, dass die durch das Misch ventil vorgegebene Wassermenge aus dem Zwischenanschluss dem Heizwasservorlauf beigemischt wird.

[0018] Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ist sichergestellt, dass die Pumpe nur dann in Betrieb geht, wenn Brauchwasser gezapft wird.

[0019] Alternativ dazu können aber auch die Merkmale des Anspruchs 4 verwirklicht werden. Hier erfolgt die Beaufschlagung des Primärkreises des Wärmetauschers in Ab¬ hängigkeit von der Brauchwasser- Temperatur. Dadurch kann im Falle einer Abkühlung der Brauchwasserleitung aufgrund von Wärmeverlusten an die Umgebung während Zapfpausen der Primärkreis teilweise im Kurzschluss über die Pumpe und das Mischventil betrieben werden, wodurch dieser Teil des Primärkreises auf einer ent¬ sprechend hohen Temperatur gehalten werden kann, sodass auf diese Weise im Falle einer Zapfung von Brauchwasser rasch die vorgesehene Brauchwasser-Temperatur erreicht wird.

[0020] Um die Temperatur des Brauchwassers sehr gut regeln zu können, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruchs 5 vorzusehen.

[0021] Wenn besonderer Wert auf die Einhaltung einer bestimmten Temperatur des Heiz¬ wasserrücklaufes gelegt wird, ist es alternativ dazu aber auch möglich, die Merkmale des Anspruchs 6 vorzusehen. Die Temperatur des Brauchwassers wird in diesem Fall indirekt geregelt.

[0022] Um auch in größeren Entfernungen vom Brauchwasserbereiter rasch warmes

Wasser zur Verfügung zu haben, sind Zirkulationsleitungen üblich. Dies ist auch bei einem Brauchwasserbereiter gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, wenn die Merkmale des Anspruchs 7 verwirklicht sind. Es wird hier also auch die Sekundärseite des Wärmetauschers unterteilt und die Zirkulationsleitung an den mittleren Anschluss angeschlossen.

[0023] Während Zapfpausen ergibt sich allerdings das Problem, dass kein kaltes

Brauchwasser zufließt und somit der Heizwasser-Rücklauf nicht ausreichend abgekühlt wird. (Seine Temperatur muss zumindest so hoch sein wie die Temperatur des durch die Zirkulationsleitung zurückfließenden Wassers.) Es ist daher zweckmäßig, die Merkmale des Anspruchs 8 vorzusehen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass der

Heizwasser-Rücklauf wahrend der Zapfpausen (wo er wärmer ist) an einer höheren Stelle in den Puffer-Schichtenspeicher zurückgeführt werden kann, sodass die Schichtung nicht zerstört wird. Kurze Beschreibung von Zeichnungen

[0024] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Brauchwasser¬ bereiters.

[0025] Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Brauchwasserbereiters ist ein Wärmetauscher 1 vorgesehen, dessen Primärkreis mit 20 und dessen Sekundärkreis mit 21 bezeichnet ist. Dabei sind an dem Sekundärkreis 21 eine Brauchwasser-Zu¬ laufleitung 9 und eine Brauchwasser- Ablaufleitung 10 über Anschlüsse 1.4 bzw. 1.5 angeschlossen. An den Primärkreis 20 sind über Anschlüsse 1.1 und 1.3, die in strö¬ mungstechnischer Hinsicht an dem Einlass bzw. an dem Auslass des Primärkreises 20 angeordnet sind, eine Heizwasser- Vorlaufleitung 6 bzw. eine Heizwasser-Rück¬ laufleitung 8 angeschlossen.

[0026] An dem Primärkreis 20 ist weiters über einen Zwischenanschluss 1.2 eine An¬ schlussleitung 7 angeschlossen.

[0027] In der Heizwasser- Vorlaufleitung 6 ist ein Mischventil 4 und zwischen diesem und dem Anschluss 1.1 des Primärkreises 20 eine Pumpe 3 eingebaut. Dabei ist ein Anschluss des Misch ventils 4 mit der an dem Anschluss 1.2 des Primärkreises 20 an¬ geschlossenen Anschlussleitung 7 verbunden. Dadurch kann Wasser aus dem Zwi¬ schenanschluss 1.2 des Primärkreises 20 dem Heizwasser- Vorlauf zugemischt und dadurch die Temperatur des in den Primärkreis 20 eintretenden Wassers vermindert werden. Die Zumischung von aus dem Zwischenanschluss 1.2 abgezogenem Wasser erfolgt durch mehr oder weniger weites Öffnen der Verbindung zwischen der An¬ schlussleitung 7 und dem Anschluss 1.1 des Primärkreises 20.

[0028] Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist ein Temperaturfühler 5 in der

Brauchwasser- Ablaufleitung 10 angeordnet, der über eine Steuerleitung mit dem Mischventil 4 verbunden ist und dieses steuert. Weiters ist in der Brauchwasser-Zu¬ laufleitung 9 ein Durchflussschalter 2 vorgesehen, der die Pumpe 3 steuert. Dabei kann diese mit konstanter Drehzahl betrieben werden und wird bei Beginn einer Zapfung von Brauchwasser gestartet.

[0029] Je nach der Temperatur des bereitgestellten Heizwassers und der Zapfmenge des Brauchwassers, dessen Temperatur über den Temperaturfühler 5 gesteuert ist, wird mehr oder weniger über den Zwischenanschluss 1.2 aus dem Primärkreis 20 ab¬ gezogenes und verglichen mit dem Heizwasser- Vorlauf kühleres Wasser diesem über das Mischventil 4 zugemischt.

[0030] Dadurch ist sichergestellt, dass das über den Heizwasserrücklauf 8 abfließende Heizwasser entsprechend stark abgekühlt ist und daher einem nicht dargestellten Puffer- Schichtenspeicher zugeführt werden kann, ohne dessen Schichtung zu stören.

[0031] Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist das Misch ventil 4 von einem in der Heizwasser-Rücklaufleitung 8 angeordneten Temperaturfühler 5 gesteuert. Dabei erfolgt die Steuerung der Temperatur des Brauchwassers indirekt über die Temperatur des Heizwasserrücklaufs. Dadurch wird gewährleistet, dass die Temperatur des Heizwasser- Rücklaufs weitgehend konstant bleibt. Allerdings kann dabei die Temperatur des Brauchwassers nicht in so engen Grenzen gehalten werden wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1.

[0032] Die Steuerung der Pumpe 3 erfolgt dabei wieder durch den in der Brauchwasser-Zu¬ laufleitung 9 angeordneten Durchflussschalter 2, wobei die Steuerung der Pumpe 3 im Wesentlichen durch eine EIN-AUS -Steuerung gebildet ist.

[0033] Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 ist in der Brauchwasser-Ablaufleitung 10 neben dem Temperaturfühler 5 ein Temperaturschalter 2.1 vorgesehen, der die Pumpe 3 steuert.

[0034] Wenn es bei längeren Pausen bei der Zapfung von Brauchwasser aufgrund der Ableitung von Wärme über die Rohrleitungen zu einem zu tiefen Absinken der Temperatur in der Brauchwasser- Ablaufleitung 10 kommt, wird die Pumpe 3 gestartet. Dadurch kommt es zu einer Zirkulation im Primärkreis 20 des Wärmetauschers 1 über den Zwischenanschluss 1.2, die Anschlussleitung 7, das Mischventil 4 und die Pumpe 3 zum Anschluss 1.1. Dadurch ist sichergestellt, dass bei Beginn einer neuerlichen Zapfung das Brauchwasser rasch die gewünschte Temperatur erreicht und somit ein hoher Benutzerkomfort gewährleistet ist.

[0035] Die Ausführungsform nach der Fig. 4 bezieht sich auf eine Installation mit Zirkula¬ tionsleitung.

[0036] An den Sekundärkreis 21 ist über einen Zwischenanschluss 1.6 eine Zirkulati¬ onsleitung 12 angeschlossen, in der eine Zirkulationspumpe 13 angeordnet ist, die z.B. zeitgesteuert sein kann. Die in der Heizwasser- Vorlaufleitung 6 angeordnete Pumpe 3 ist von einem in der Brauchwasser- Ablaufleitung 10 angeordneten Durchflussschalter 2 gesteuert. Die Pumpe 3 läuft also immer dann, wenn gezapft wird oder die Zirkulati¬ onsleitung in Betrieb ist. Das Mischventil 4 ist von einem ebenfalls in der Brauchwasser- Ablaufleitung 10 angeordneten Temperaturfühler 5 gesteuert.

[0037] Eine Anschlussleitung 7, die an den Zwischenanschluss 1.2 des Primärkreises 20 angeschlossen ist, ist mit einem Ventil 14 versehen, an das eine Verbindungsleitung 11 angeschlossen ist, die zu einem nicht dargestellten Puffer-Schichtenspeicher führt und in diesen in einem Bereich mündet, der einem mittleren Temperaturbereich entspricht.

[0038] Weiters ist auch in der Heizwasser-Rücklaufleitung 8 ein Ventil 16 angeordnet,

wobei die beiden Ventile 14 und 16 wechselweise offen bzw. geschlossen sind. Gesteuert werden diese beiden Ventile 14, 16 von einem in der Brauchwasser-Zu¬ laufleitung 9 angeordneten Durchflussschalter 15, wobei bei Beginn einer Zapfung und damit dem Beginn einer Strömung in der Leitung 9 das Ventil 14 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Ventil 16 durch eine Blende zu ersetzen, die sicherstellt, dass im Zuge der Heizwasser-Rücklaufleitung 8 ein höherer Strömungs widerstand gegeben ist als über das geöffnete Ventil 14. Dabei ist es auch möglich, in den Leitungen 8 und 11 Rückschlagklappen vorzusehen, um eine definierte Strömungsrichtung sicherzustellen.

[0039] Über die Zirkulationsleitung 12 kann durch entsprechende Umwälzung des

Brauchwassers dieses in der gesamten Leitung auch bei langen Zapfpausen auf einer gewünschten Temperatur gehalten werden, wodurch sich ein hoher Benutzerkomfort ergibt.

[0040] Bei einer Zapfung wird ebenfalls, je nach der Temperatur des bereitgestellten

Heiz wassers und der gewünschten Temperatur des Brauchwassers, die durch den Tem¬ peraturfühler 5 erfasst wird, dem Heizwasservorlauf mehr oder weniger Wasser aus dem Zwischenanschluss 1.2 über die Anschlussleitung 7 zugemischt. Die Pumpe 3 im Heizwasservorlauf 6 wird durch einen in der Brauchwasser-Ablaufleitung 10 an¬ geordneten Durchflussschalter 2 gesteuert.

[0041] Die Temperaturfühler 5 und der Temperaturschalter 2.1 können bei allen Ausfüh¬ rungsformen beliebig ausgebildet sein, desgleichen auch das Mischventil 4.

[0042] Bei allen Ausführungsformen fließt von der Heizwasser- Vorlaufleitung 6 nur soviel Heizwasser über das Mischventil 4 zu, wie es für die Erreichung der vorgesehenen Temperatur des Brauchwassers erforderlich ist. Genau diese Menge fließt auch über die Heizwasser-Rücklaufleitung 8 ab, wobei das Rücklaufwasser stark abgekühlt wird. Ist die vorgesehene Temperatur des Brauchwassers erreicht, so schließt das Mischventil 4 den Heizwasserzulauf, und es wird der Bereich des Primärkreises zwischen den Anschlüssen 1.1 und 1.2 im Kurzschluss betrieben. Grundsätzlich können auch mehrere Zwischenanschlüsse im Primärkreis 20 des Wärmetauschers 1 vorgesehen sein, aus denen je nach Bedarf Wasser abgezogen und dem Heizwas¬ servorlauf 6 zugemischt werden kann.