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Die Erfindung bezieht sich auf eine Pufferspeicherheizanlage für Heizung und Brauchwasseraufbereitung, bei welcher das Brauchwasser über einen gesonderten aus dem Pufferspeicher gespeisten Wärmetauscher erwärmbar ist und das Heizmedium für die Heizung aus dem Pufferspeicher abgezogen und in den Pufferspeicher rückführbar ist, wobei der Heizungsvorlauf oberhalb der Höhenmitte des Pufferspeichers angeschlossen ist und das Heizmedium für den Brauchwasser-Wärmetauscher am Kopf des Pufferspeichers über eine Pumpe abgezogen und in den unteren Bereich des Pufferspeichers rückführbar ist.
Die DE-OS 38 28 578 betrifft Pumpen für eine Warmwasserheizungsanlage, wobei in in der Heizungstechnik an sich üblicher Art und Weise eine hydraulische Verrohrung einer Warmwasserheizungsanlage mit zwei Umwälzpumpen vorgesehen ist, wobei eine Pumpe für den Heizungskreislauf und eine weitere Pumpe für die Versorgung eines Brauchwasser-Wärmetauschers zuständig ist. Eine derartige Anlage einer Warmwasserheizungsanlage mit zwei Umwälzpumpen und zwei vollkommen getrennten Kreisläufen unterscheidet sich jedoch von einer obengenannten Pufferspeicherheizanlage dahingehend, dass bei einer derartigen Ausbildung ein einem Pufferspeicher vergleichbarer Bauteil nicht vorgesehen ist.
Der DE-OS 36 24 261 ist ein, insbesondere als Schichtenspeicher ausgebildeter Wärmetauscher zu entnehmen, wobei dieser Brauchwasserspeicher über einen Wärmetauscher und eine Umwälzpumpe beladen wird.
Bei Speicherheizeinrichtungen für die Warmwasseraufbereitung der eingangs genannten Art besteht ein grundsätzliches Problem darin, dass insbesondere bei Niedertemperaturheizungen der Speicher auf vergleichsweise günstigen Temperaturen für das Wachstum von Bakterien gehalten wird. Legionellen vermehren sich beispielsweise im Niedertemperaturwasser im Bereich zwischen 40. C und 55. C besonders stark und finden ihren Nährboden im Bodenschlamm des grossvolumigen Wasserspeichers. Wenn aus einem derartigen Wasserspeicher unmittelbar das Brauchwasser abgezogen wird, gelangen daher grosse Mengen unerwünschter Bakterienarten in das Leitungswasser.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, den Heizkreislauf für das Warmwasser vom Heizkreislauf für die Heizungsanlage zu trennen, und es sind Pufferspeicherheizeinrichtungen bekannt, bei welchen im Kopf des Pufferspeichers Wärmetauscher angeordnet sind. Derartige Wärmetauscher müssen aber für grössere, benötigte Brauchwassermengen äusserst gross dimensioniert werden und neben den für derartige grossvolumige Wärmetauscher charakteristischen Strömungsverlusten und damit Druckverlusten erfordern derartige, im Inneren des Pufferspeichers angeordnete Wärmetauscher für das Brauch- bzw. Warmwasser ein relativ hohes Temperaturniveau im Pufferspeicher, um die gewünschte Heizleistung für das Warmwasser zu erbringen.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Temperaturniveau im Pufferspeicher und der Warmwasserleitung sind auch externe Hochgeschwindigkeitswärmetauscher bereits bekanntgeworden, welche ein geringeres Leervolumen mit sich bringen und damit die Gefahr der Vermehrung von Legionellen deutlich herabsetzen. Bei Verwendung derartiger Hochgeschwindigkeitswärmetauscher wird über eine zusätzliche Pumpe Warmwasser dem Pufferspeicher entnommen und über den Hochgeschwindigkeitswärmetauscher gefuhrt sowie anschliessend in den Pufferspeicher wiederum rückgeführt.
Für diesen zusätzlichen Kreislauf sind relativ grosse Pumpenleistungen erforderlich, und die Entnahme des Heizwassers aus dem Pufferspeicher und die neuerliche Einleitung dieses Heizwassers nach Durchströmen des Hochgeschwindigkeitswärmetauschers führt zu einer deutlichen Ausbildung von Turbulenzen im Pufferspeicher, wodurch der Inhalt des Pufferspeichers nahezu vollständig homogen durchgemischt wird. Insbesondere in der Übergangszeit, wenn geringere Heizleistungen gefordert werden, erscheint es aber wünschenswert, nicht das gesamte Volumen des Pufferspeichers auf relativ hohem Temperaturniveau zu halten. Vielmehr wäre es wünschenswert, innerhalb eines derartigen Pufferspeichers eine Schichtung aufrechtzuerhalten, bei welcher Wasser höherer Temperatur nahe dem Kopf und Wasser niederer Temperatur nahe dem Boden des Pufferspeichers aufrechterhalten wird.
Die Verwendung des Pufferspeichers bietet hiebei prinzipiell den Vorteil, dass ein gedrosselter Betrieb des Heizkessels bei niedrigem Wärmebedarf verringert werden kann und dass der Kesselnutzungsgrad verbessert werden kann und die Schadstoffemissionen verringert werden können. Insbesondere bei Ölfeuerungen können häufige und kurze Brennerschaltintervalle besonders in der Übergangszeit vermieden werden, und bei Betrieb eines Pufferspeichers mit einer Wärmepumpe kann das Takten des Kompressors bei geringer Wärmeabnahme verhindert werden.
Neben diesen grundsätzlichen Vorteilen eines Pufferspeichersystems ergeben sich aber insbesondere In der Übergangszeit bei geringem Heizbedarf energetische Probleme, da für die Warmwasserbereitung immer wieder der gesamte Pufferspeicherinhalt auf die für den Betrieb des Wärmetauschers für die Warmwasserleitung erforderlichen Temperaturen geheizt werden muss.
Ausserdem wird bei geringen Warmwasserzapfungen und die damit geringe Wärmeentnahme am Wärmetauscher das Rücklauftemperaturniveau zu wenig abgebaut, und damit erfolgt aber eine Durchmischung des Speichers auf ein Temperaturniveau, das für die Warmwasserbereitung nicht mehr genutzt werden kann.
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Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Pufferspeicherheizanlage der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass auch in der Übergangszeit bei geringerer Heizentnahme und unverminderter Warmwasserentnahme der Energieverbrauch und die vom Kessel zur Verfügung gestellte Leistung herabgesetzt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Pufferspeicherheizanlage der eingangs genannten Art im wesentlichen darin, dass in die Rücklaufleitung vom Wärmetauscher in den Speicher ein Temperaturfühler eingebaut ist und dass die Pumpe für den Wärmetauscher in Abhängigkeit von der gemessenen Rücklauftemperatur geregelt ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass bei geringerem Brauchwasser- bzw.
Warmwasserverbrauch die Pumpenleistung für diesen gesonderten Heizkreislauf des Wärmetauschers herabgesetzt werden kann, so dass die sich natürlich in einem Pufferspeicher auf Grund der Schwerkraft ergebende Schichtung weitgehend aufrechterhalten werden kann. Wenn nämlich die Pumpe für den Wärmetauscher unabhängig vom Warmwasserverbrauch jedesmal mit voller Pumpenlei- stung eingeschaltet wird, würde dies zu grösseren Turbulenzen im Inneren des Pufferspeichers und damit zu einer homogen Verteilung der Temperaturniveaus im inneren des Speichers führen.
Durch die Möglichkeit, diese Pumpe in Abhängigkeit vom tatsächlichen Bedarf zu drosseln, kann die natürliche Schichtung, bei welcher das heisse Wasser nahe dem Kopf des Pufferspeichers und das kühlere Wasser nahe dem Boden des Pufferspeichers geschichtet ist, aufrechterhalten werden, und es können weitere selektive Massnahmen für das Aufladen des Pufferspeichers unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der gewünschten Schichtung sinnvoll angewandt werden.
Als Temperaturregelung kann, wie es einer bevorzugten Ausführungsform entspricht, ein zweistufiger Thermostat mit Umschaltkontakt verwendet werden. Die Wärmetauscherpumpe erhält den vorrangigen Einschaltbefehl von einem Temperaturfühler in der Kaltwasserleitungsanschlussstelle am Wärmetauscher. Wird Brauchwasser gezapft, kühlt durch das Nachströmen des kalten Wassers der Temperaturfühler ab, und es wird die Wärmetauscherpumpe eingeschaltet. Wird kein Brauchwasser mehr gezapft, läuft die Pumpe so lange nach bis durch Wärmeleitung der Temperaturfühler wieder warm wird. Da durch eine zu lange Nachlaufzeit der Pumpe die Schichtung im Speicher gestört wird, ist es ein Bestreben, diese Nachlaufzeit möglichst kurz zu halten.
Um dies zu erreichen, ist der Wärmetauscher so eingebaut, dass die Kaltwasserzuleitung oben erfolgt, so dass dann bei Nachlauf der Pumpe durch die thermische Auftriebswirkung der Temperaturfühler schneller erwärmt wird. Als Wärmetauscher kann hiebei bevorzugt ein Plattenwärmetauscher Verwendung finden, welcher sich durch geringes Totvolumen und hohe Effizienz auszeichnet und auch für die Zwecke einer Entkalkung leicht gewartet werden kann.
Um insbesondere in der Übergangszeit eine selektive Erwärmung des Kopfes des Pufferspeichers zu ermöglichen und auf diese Weise die gewünschte Schichtung aufrechtzuerhalten, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass eine Pufferspeicherladeleitung für den Pufferspeicher vom Heizkessel und/oder einer Warmepumpe etwa mittig und vorzugsweise in der Höhe des Anschlusses für den Heizungsvorlauf am Pufferspeicher mündet. Die Anspeisung der Pufferspeicherladeleitung kann hiebei beispielsweise tangential vorgenommen werden, so dass das vom Kessel bzw. von der Wärmepumpe erwärmte Wasser zunächst in erster Linie den Kopfbereich des Pufferspeichers erwärmt.
Um eine schnelle Aufladung des oberen Speicherbereichs auf ein nützbares Temperaturniveau zu bringen, insbesondere bei Wärmepumpenbetrieb, wird der Rücklauf zum Kessel bzw. der Wärmepumpe vorerst aus der oberen Hälfte des Speichers entnommen, und nach Erreichen einer einstellbaren Temperatur die Entnahme über ein Dreiweg-Umschaltventil auf den unteren Bereich umgeschaltet.
Insbesondere bei langen Verbraucherleitungen für das Warmwasser entstehen üblicherweise verbraucherseitig relativ lange Wartezeiten, bis Warmwasser zu den jeweiligen Verbraucherhähnen gelangt. Bei derartigen Grossanlagen ist es bekannt, die Wartezeit durch Verwendung von Zirkulationspumpen zu verringern. Bei Verwendung eines Plattenwärmetauschers zur Warmwasser-Bereitung wäre eine Zirkulationserwärmung nur möglich, wenn auch die Wärmetauscher-Umwälzpumpe laufend einschalten würde.
Dies würde zu deutlichen Turbulenzen im Inneren des Pufferspeichers führen und die gewünschte Schichtung wiederum zunichte machen. Um im Falle der Verwendung derartiger Zirkulationspumpen die gewünschte Schichtung aufrechtzuerhalten, wird mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass am Kopf des Pufferspeichers ein Wärmetauscher angeordnet ist, an welchen eine Zirkulationsleitung und eine Zirkulationspumpe für Brauchwasser angeschlossen ist. Ein derartiger Wärmetauscher kann hiebei wesentlich geringer dimensioniert werden als der für die tatsächliche Erwärmung des zum Verbrauch gelangenden Warmwassers erforderliche Wärmetauscher und erfordert daher wesentlich kleiner bauende Wärmetauscher als dies für die tatsächliche Heizleistung für die Warmwasserleitung erforderlich wäre.
Mit Rücksicht auf die gewünschte Schichtung der Temperaturniveaus im Inneren des Pufferspeichers ist es erfindungsgemäss besonders vorteilhaft, die Ausbildung so zu treffen, dass in an sich bekannter Weise im oberen und im unteren Bereich des Pufferspeichers je ein gesonderter Temperaturfühler angeordnet ist und dass die Temperaturregeleinrichtung in Abhängigkeit von beiden Temperaturmesswerten geschaltet ist.
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Die Verwendung gesonderter Temperaturfühler in der oberen und in der unteren Hälfte des Wärmetauschers ermöglicht eine flexible Anpassung der jeweils geforderten Heizleistung, wobei insbesondere die Temperaturfühler auch geschaltet werden können, um dann, wenn beispielsweise die Heizungszirkulationspumpe abgeschaltet wird, lediglich sicherzustellen, dass im Kopfbereich des Pufferspeichersystems die erforderliche Temperatur aufrechterhalten wird.
Auch in der Übergangszeit, wenn ein Grossteil der Heizkörper nicht benötigt wird und die Zirkulationpumpe für die Heizung abgeschaltet werden kann, können aber immer noch einzelne Verbraucher, wie beispielsweise Heizkörper in Badezimmern, einen höheren Energiebedarf aufweisen. Eine flexible Anpassung an derartige, selektive Energieverbraucher kann hier durch einen gesonderten Schwerkraftkreislauf erfolgen, wobei die Ausbildung vorzugsweise so getroffen ist, dass bei Ausbildung des Heizkreislaufes als durch Schwerkraft zirkulierenden Heizkreislaufes die Vorlaufleitung unterhalb der Pufferspeicherladeleitung angeschlossen ist und die Rücklaufleitung im unteren Bereich des Pufferspeichers mündet.
Auch eine derartige Ausbildung beeinträchtigt in äusserst geringem Masse die gewünschte Schichtung der Temperaturniveaus im Pufferspeicher, so dass insgesamt durch selektive Erwärmung des Kopfbereiches in der Übergangszeit eine deutliche Energieeinsparung erzielt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In dieser ist mit 1 ein Pufferspeichersystem bezeichnet, welches einen Pufferspeicher 2 umfasst, aus welchem Warmwasser über eine Heizungsvorlaufleitung 3 durch eine Pumpe 4 zu-nicht näher dargestell- ten - Heizkörpern abgezogen wird und über eine Rücklaufleitung 5 dem Pufferspeicher 2 im unteren Bereich wiederum rückgeführt wird. Im Heizungskreislauf ist dabei eine Mischeinrichtung 6 angedeutet, welche über ein über eine Steuerleitung 7 gesteuertes Steuerorgan 8 bewirkt, dass Heizungswasser direkt aus dem Rücklauf teilweise wiederum in den Vorlauf 3 eingespeist wird.
Zur Bereitstellung von Warmwasser bzw. Brauchwasser wird aus dem Kopf des Pufferspeichers 2 über eine Leitung 9 von einer Pumpe 10 warmes Wasser einem Wärmetauscher 11 zugeführt, in welchem eine Erwärmung von über eine Leitung 12 zugeführtem kalten Wasser zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser vorgenommen wird, wobei ein Verbraucher mit 13 angedeutet ist. Aus dem Wärmetauscher 11 wird das zur Bereitstellung von Warmwasser bzw. Brauchwasser abgekühlte Wasser über eine Leitung 14 im Bereich des Bodens des Pufferspeichers 2 diesem wieder rückgeführt.
Um auch bei geringen, benötigten Brauchwassermengen einen optimalen Energieeinsatz zu ermöglichen und eine im Pufferspeicher 2 vorhandene Schichtung weitestgehend unberührt zu belassen, ist in die Leitung 14 ein Temperaturfühler 15 eingebaut, welcher über eine Steuerleitung 16 die Pumpe 10 zur Zufuhr von Warmwasser in den Wärmetauscher 11 regelt. Der Wärmetauscher 11 ist beispielsweise als Plattentauscher ausgebildet und für die Temperaturregelung kann vorzugsweise ein zweistufiger Regelthermostat mit Umschaltthermostat verwendet werden.
Zur Erwärmung des im Pufferspeicher 2 enthaltenen Wassers wird aus diesem im unteren Bereich über eine Leitung 18 durch eine Pumpe 19 Wasser einem Heizkessel 20 zugeführt. Aus dieser Kesselanlage 20 wird über eine Leitung 21 erwärmtes Wasser abgezogen und dem Pufferspeicher 2 über eine Pufferspeicherladeleitung 22 wiederum zugeführt. Die Einspeisung erfolgt etwas oberhalb der Speichermitte, damit die gegebenenfalls vorhandene Schichtung nicht gestört wird.
Der Heizkessel 20 wird in allgemein üblicher Weise durch unterschiedliche Parameter gesteuert. Neben diesen allgemein üblichen Steuer- und Regeleinrichtungen sind im Pufferspeicher 2 Temperaturfühler 23 und 24 jeweils im oberen und im unteren Bereich des Pufferspeichers 2 vorgesehen, welche ebenfalls zur Regelung der Kesselanlage herangezogen werden, wie dies durch die Steuerleitungen 25 und 26, welche mit einer Regeleinrichtung 27 verbunden sind, angedeutet ist.
Alternativ oder zusätzlich zur Kesselanlage 20 zur Aufrechterhaltung eines geeigneten Temperaturniveaus im Pufferspeicher 2 kann auch eine Wärmepumpe 28 Verwendung finden, welcher wiederum über die Pumpe 19 über die Leitung 18 und 29 aus dem Bodenbereich des Pufferspeichers 2 abgezogenes, kaltes Wasser zugeführt wird und aus welcher über die Pufferspeicherladeleitung 22 erwärmtes Wasser in den Speicher eingespeist wird.
Neben einer derartigen Wärmepumpe können weitere Anschlüsse für eine Solaranlage oder für eine Anlage zur Wärmerückgewinnung in ähnlicher Weise an den Pufferspeicher 2 angeschlossen werden.
Insbesondere in der Ubergangszeit, in welcher im allgemeinen geringere Heizleistungen erforderlich sind, kann an bestimmten Stellen dennoch eine relativ hohe Heizleistung erforderlich sein, wobei für derartige selektive, nur vereinzelt auftretende Energieverbraucher ein gesonderter Schwerkraftkreislauf vorgesehen ist. Für einen derartigen Schwerkraftkreislauf ist eine Vorlaufleitung 30 unterhalb der Pufferspeicherladeleitung 22 für entsprechend hohe Temperaturen am Pufferspeicher 2 angeschlossen und mündet in einen mit 31 schematisch angedeuteten Heizkörper, wobei die Rücklaufleitung 32 wiederum im unteren
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Bereich des Pufferspeichers 2 mündet.
Bei grossen Leitungslängen für Warmwasser bzw. Brauchwasser ist es darüberhinaus bekannt, Zirkulationssysteme vorzusehen, um die Rohrleitungen auf einer entsprechend hohen Temperatur zu halten. Um die im Pufferspeicher 2 aufgebaute Schichtung auch bei Betrieb von Zirkulationspumpen für derartige Zirkulationskreisläufe weitestgehend ungestört zu belassen, ist im Kopfbereich ein Wärmetauscher 33 vorgesehen, aus welchem über eine Leitung 34 durch eine entsprechend dimensionierte Pumpe 35 angewärmtes Wasser abgezogen wird und der entsprechenden Warmwasser- bzw. Brauchwasserleitung zugeführt wird, wobei der Rücklauf dieses Zirkulationskreislaufes mit 36 bezeichnet ist.
In der Zeichnung ist der Wärmepumpenkompressor mit Sammelbehälter mit 37 angedeutet. Der Anschluss für den Heizungsveriauf an den Pufferspeicher 2 ist mit 38 bezeichnet. Schliesslich ist ein Dreiwegumschaltventil 39 vorgesehen, welches die Kesselrücklaufleitung 5 wahlweise mit einem oberen Bereich oder einem unteren Bereich des Pufferspeichers verbindet.