Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserheizungsanlage gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Patentanspruches.
Bei derartigen Wasserheizungsanlagen ergibt sich das Problem der Auslegung der Heizleistung für den Wasserheizer. So ergeben sich bei gleichzeitigem Vorliegen einer Wärmeanforderung an die Heizkörperanordnung und des Brauchwasserspeichers ein sehr hoher Leistungsbedarf. Andererseits ergibt sich bei fehlendem Brauchwasserbedarf, insbesondere bei Heizkörperanlagen in gut wärmegedämmten Wohneinheiten, ein nur sehr geringer Wärmebedarf. Bei brennerbeheizten Wasserheizern ergeben sich bei einer Auslegung der Brennerleistung auf den Spitzenbedarf erhebliche Verringerungen des Wirkungsgrades bei einem Betrieb mit nur geringer Leistung.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Wasserheizungsanlage der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der mit einer relativ geringen Heizleistung das Auslangen gefunden werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Wasserheizungsanlage der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es möglich, die Heizleistung des Wasserheizers gemäss den Erfordernissen der Brauchwasserbereitung abzustimmen und die Heizkörperanordnung im Wesentlichen nur dann mit Heizwasser zu versorgen, wenn entweder bei fehlender Brauchwasserbereitung oder bei vermindertem Leistungsbedarf für die Brauchwasserbereitung Leistungsreserven des Wasserheizers vorhanden sind.
Dies führt kaum zu Komforteinbussen bei der Beheizung von Räumen, da diese in der Regel eine erhebliche thermische Trägheit aufweisen.
Bei einer Wasserheizungsanlage gemäss dem Anspruch 2 ergibt sich der Vorteil einer sehr einfachen Ausbildung, die während der Endphase der Aufheizung des Brauchwasserspeichers eine gleichzeitige Versorgung der Heizkörperanordnung mit Heizwasser ermöglicht.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich ebenfalls ein sehr einfache Anordnung, wobei bei Anordnung der Umwälzpumpe in der Vorlaufleitung des Wasserheizers die Durchströmung der Heizkörperanordnung bei steigender Temperatur in der Vorlaufleitung allmählich einsetzen kann. Dabei ist eine steigende Temperatur in der Vorlaufleitung bei gleichbleibender Heizleistung des Wasserheizers ein eindeutiges Zeichen, dass der Wärmetauscher im Brauchwasserspeicher aufgrund der steigenden Temperatur seines Inhaltes dem Heizwasser weniger Wärme entzieht.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ist es möglich, mit dem aus dem Wärmetauscher abströmenden Heizwasser die Heizkörperanordnung zu versorgen, wobei es auch möglich ist, die Temperatur des in den Wasserheizer rückfliessenden Wassers innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten.
Bei einer Wasserheizungsanlage gemäss dem Anspruch 5 ergibt sich eine von der Temperatur des in den Wärmetauscher einströmenden Wassers abhängige Aufteilung der Durchströmung des Wärmetauschers und der Heizkörperanordnung auf einfache Weise.
Bei einer Wasserheizungsanlage gemäss den Ansprüchen 6 und 7 ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 6 die Möglichkeit, den Wasserheizer nach einer längeren Stillstandszeit rasch auf Betriebstemperatur zu bringen, wodurch eine Kondensatbildung weitgehend vermieden werden kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 8 ist es möglich, abwechselnd eine Durchströmung des Wärmetauschers und der Heizkörperanordnung vorzusehen, wobei die Phasen der Durchströmung des Wärmetauschers mit steigender Temperatur in der Wärmetauschervorlaufleitung kürzer gewählt werden können.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 bis 7 verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemässen Wasserheizungsanlagen.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist an einen Wasserheizer 1 eine Wasserheizervorlaufleitung 41 angeschlossen, an der eine Umwälzpumpe 6 angeschlossen ist. Von dieser führt eine Wärmetauschervorlaufleitung 45 zu einem in einem Brauchwasserspeicher 2 angeordneten Wärmetauscher 3.
An eine Wärmetauscherrücklaufleitung 46 ist ein Drei-Wege-Mischer 9 angeschlossen, an den eine Wasserheizerrücklaufleitung 42 anschliesst, die zum Wasserheizer 1 führt. Weiter ist an dem Drei-Wege-Mischer 9 eine Heizkörperanordnung-Rücklaufleitung 44 angeschlossen, wobei die Heizkörperanordnung 4 über eine Heizkörperanordnung-Vorlaufleitung 43 mit der Wärmetauschervorlaufleitung 45 verbunden ist.
Im Bereich der Heizkörperanordnung 4 ist ein Raumtemperaturfühler 31 angeordnet, der über eine Leitung 21 mit einer Steuerung 5 verbunden ist. Weiter ist ein Wärmetauscher-Vorlauftemperaturfühler 33 in der Wärmetauschervorlaufleitung 45 angeordnet und ein Speichertemperaturfühler 34 im Mittelbereich des Brauchwasserspeichers 2, die über Leitungen 23 und 24 ebenfalls mit der Steuerung 5 verbunden sind. Die Steuerung 5 ist weiter über eine Leitung 22 mit einem Aussentemperaturfühler 32 eingangsseitig verbunden.
Ausgangsseitig ist die Steuerung 5 mit dem Wasserheizer 1 über eine Leitung 27 und über eine Leitung 16 mit der Umwälzpumpe 6 verbunden. Weiter ist die Steuerung 5 ausgangsseitig noch mit dem Drei-Wege-Mischer 9 über eine Leitung 19 verbunden.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt bei gleichzeitigem Vorliegen einer Wärmeanforderung durch den Raumtemperaturfühler 31 und den Speichertemperaturfühler 34 eine Versorgung des Wärmetauschers 3 mit Heizwasser, wobei bei niedriger Wärmetauschervorlauftemperatur der Drei-Wege-Mischer 9 einen Durchfluss von der Heizkörperanordnung-Rücklaufleitung 44 zur Wasserheizerrücklaufleitung 42 unterbindet, sodass keine Durchströmung der Heizkörperanordnung 4 erfolgt. Mit steigender Wärmetauschervorlauftemperatur wird der Durchfluss von der Heizkörperanordnung 4 zum Wasserheizer 1 mehr und mehr geöffnet und der Durchfluss vom Wärmetauscher 3 zum Wasserheizer 1 vermindert, bis die mittels des Soll-Temperaturgebers 14 vorgegebene Soll-Temperatur im Brauchwasserspeicher 2 erreicht ist.
Bei fehlender Wärmeanforderung durch den Raumtemperaturfühler 31 sperrt der Drei-Wege-Mischer 9 den Durchfluss durch die Heizkörperanordnung 4.
Die Ausführungsform nach der Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass die Steuerung 5 noch mit einem Zeitgeber 13 versehen ist, der den Drei-Wege-Mischer 9 im Sinne einer zeitweiligen \ffnung des Durchflusses von der Heizkörperanordnung 4 zum Wasserheizer 1 auch bei niedriger Wärmetauschervorlauftemperatur beeinflusst, wobei das Tastverhältnis mit steigender Wärmetauschervorlauftemperatur zu Gunsten des Durchflusses durch die Heizkörperanordnung 4 verändert wird.
Die Ausführungsform nach der Fig. 5 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass die Steuerung 5 einen weiteren Soll-Wertgeber 15 zur Vorgabe jener Temperatur des Brauchwassers im Brauchwasserspeicher 2 aufweist, bei der mit dessen Aufladung wieder begonnen werden soll.
Die Ausführungsform nach der Fig. 7 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass der dritte Anschluss des Drei-Wege-Mischers 9 über eine Verbindungsleitung 48 mit der Vorlaufleitung 43 verbunden ist. Weiter ist der Pumpe 6 über eine Verbindungsleitung 50 ein Drei-Wege-Umschaltventil 11 nachgeordnet, deren dritter Anschluss mit der Heizkörperanordnung-Vorlaufleitung 43 verbunden ist. Dabei ist das Drei-Wege-Umschaltventil 11 über eine Leitung 28 mit der Steuerung 5 verbunden.
Die Heizkörperanordnung-Rücklaufleitung 44 mündet direkt in die Wasserheizervorlaufleitung 42.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, während der Speicherladung über den Drei-Wege-Mischer 9 warmes Wasser aus der Wärmetauscherrücklaufleitung 46 der Heizkörperanordnung-Vorlaufleitung 43 zuzuführen. Dabei ist in der Wärmetauscherrücklaufleitung 46 ein Wärmetauscher-Rücklauftemperaturfühler 36 angeordnet, der über eine Leitung 26 mit der Steuerung 5 verbunden ist.
Bei Heizungsbetrieb kann durch entsprechendes Umschalten des Drei-Wege-Umschaltventiles 11 eine Durchströmung des Wärmetauschers 3 unterbunden werden, wobei dann der Vorlauf der Heizkörperanordnung 4 über den dritten Anschluss des Drei-Wege-Umschaltventils 11 vom Wasserheizer 1 erfolgt.
Die Ausführungsform nach der Fig. 4 weist zwei Umwälzpumpen 7 und 8 auf. Dabei versorgt die Umwälzpumpe 8 den Wärmetauscher 3, während die Umwälzpumpe 7 die Heizkörperanordnung 4 versorgt. Die Umwälzpumpen 7, 8 sind über Leitungen 17 und 18 mit der Steuerung 5 verbunden, die einen Zeitgeber 13 aufweist.
Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Umwälzpumpen 7, 8 bei gleichzeitiger Wärmeanforderung vom Raumtemperaturfühler 31 und vom Speichertemperaturfühler 34 abwechselnd aktiviert, wobei bei steigender Temperatur in der Wärmetauschervorlaufleitung 33 das Tastverhältnis der beiden Umwälzpumpen 7, 8 zugunsten der Umwälzpumpe 7 verändert wird.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 4 mündet die Heizkörperanordnung-Rücklaufleitung 44 direkt in die Wasserheizerrücklaufleitung 42, und in der Heizkörpervorlaufleitung 43 ist ein über eine Leitung 25 mit der Steuerung 5 verbundener Heizungsvorlauftemperaturfühler 35 angeordnet.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 4 dadurch, dass der Zeitgeber 13 der Steuerung 5 fehlt und eine in der Heizkörperanordnung-Rücklaufleitung 44 ein Drei-Wege-Mischer 10 angeordnet ist, dessen dritter Anschluss mit einer Bypassleitung 47 verbunden ist, die mit der Heizungsvorlaufleitung 43 in Verbindung steht und die Umwälzpumpe 7 und die Heizkörperanordnung 4 überbrückt.
Bei dieser Ausführungsform kann bei Vorliegen einer Wärmeanforderung die Umwälzpumpe 7 parallel zur Umwälzpumpe 8 in Abhängigkeit von der Wärmetauschervorlauftemperatur in Betrieb genommen werden, wobei durch den Drei-Wege-Mischer 10 Wasser über die Bypassleitung 47 aus dem Rücklauf der Heizkörperanordnung 10 von der Umwälzpumpe 7 angesaugt und wieder der Heizkörperanordnung 4 zugeführt werden kann, wodurch die Vorlauftemperatur der Heizkörperanordnung 4 entsprechend gesenkt werden kann. Dies ermöglicht einen Betrieb der Heizkörperanordnung 4 mit üblicher Vorlauftemperatur während einer Speicherladung, die üblicherweise mit einer höheren Vorlauftemperatur durchgeführt wird.
Die Ausführungsform nach der Fig. 6 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 4 dadurch, dass ein Drei-Wege-Mischer 9 vorgesehen ist, der die Wärmetauscherrücklaufleitung 46 mit der Wasser-heizerrücklaufleitung 42 verbindet und dessen dritter Anschluss über eine Verbindungsleitung 48 mit der Heizkörpervorlaufleitung 43 in Verbindung steht und die Heizkörperanordnung-Rücklaufleitung 44 zwischen dem Drei-Wege-Mischer 9 und dem Wasserheizer 1 in die Wasserheizerrücklaufleitung 42 mündet.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, bei Speicherladung das Wärmetauscherrücklaufwasser über den Drei-Wege-Mischer 9 der Heizkörperanordnung 4 zuzuführen. Dabei kann die Umwälzpumpe 7 stillstehen.
The invention relates to a water heating system according to the introductory part of the independent claim.
With such water heating systems, there is the problem of designing the heating power for the water heater. This results in a very high power requirement when there is a heat requirement for the radiator arrangement and the domestic hot water tank. On the other hand, when there is no need for hot water, especially in radiator systems in well-insulated residential units, the heat requirement is very low. With burner-heated water heaters, when the burner output is designed to meet the peak demand, there are considerable reductions in efficiency when operating with only low output.
The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a water heating system of the type mentioned at the beginning in which it is possible to find sufficiency with a relatively low heating output.
According to the invention, this is achieved in a water heating system of the type mentioned at the outset by the features of the independent patent claim.
The proposed measures make it possible to adjust the heating output of the water heater according to the requirements of the domestic hot water preparation and to supply the radiator arrangement with heating water essentially only if there are power reserves of the water heater either when there is no domestic hot water preparation or when there is a reduced power requirement for the domestic water preparation.
This hardly leads to a loss of comfort when heating rooms, since these generally have considerable thermal inertia.
In a water heating system according to claim 2, there is the advantage of a very simple design, which enables a simultaneous supply of the heating element arrangement with heating water during the final phase of heating the domestic water storage.
The features of claim 3 also result in a very simple arrangement, wherein when the circulation pump is arranged in the feed line of the water heater, the flow through the radiator arrangement can gradually start in the feed line as the temperature rises. A rising temperature in the supply line with the heating power of the water heater remaining the same is a clear sign that the heat exchanger in the domestic hot water tank draws less heat from the heating water due to the rising temperature of its contents.
The features of claim 4 make it possible to supply the radiator arrangement with the heating water flowing out of the heat exchanger, it also being possible to keep the temperature of the water flowing back into the water heater within predetermined limits.
In a water heating system according to claim 5, a division of the flow through the heat exchanger and the radiator arrangement depending on the temperature of the water flowing into the heat exchanger is obtained in a simple manner.
In a water heating system according to claims 6 and 7, the features of claim 6 give the possibility of quickly bringing the water heater to operating temperature after a long period of inactivity, whereby condensation can be largely avoided.
The features of claim 8 make it possible to alternately provide a flow through the heat exchanger and the radiator arrangement, the phases of the flow through the heat exchanger being able to be chosen to be shorter with increasing temperature in the heat exchanger feed line.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show:
Fig. 1 to 7 different embodiments of water heating systems according to the invention.
The same reference numerals mean the same details in all figures.
In the embodiment according to FIG. 1, a water heater feed line 41 is connected to a water heater 1, to which a circulation pump 6 is connected. From this, a heat exchanger supply line 45 leads to a heat exchanger 3 arranged in a service water tank 2.
A three-way mixer 9 is connected to a heat exchanger return line 46, to which a water heater return line 42 connects, which leads to the water heater 1. Furthermore, a radiator arrangement return line 44 is connected to the three-way mixer 9, the radiator arrangement 4 being connected to the heat exchanger supply line 45 via a radiator arrangement supply line 43.
In the area of the radiator arrangement 4, a room temperature sensor 31 is arranged, which is connected to a controller 5 via a line 21. Furthermore, a heat exchanger flow temperature sensor 33 is arranged in the heat exchanger supply line 45 and a storage tank temperature sensor 34 in the central region of the domestic hot water tank 2, which are also connected to the controller 5 via lines 23 and 24. The controller 5 is also connected via a line 22 to an outside temperature sensor 32 on the input side.
On the output side, the controller 5 is connected to the water heater 1 via a line 27 and via a line 16 to the circulation pump 6. The controller 5 is also connected on the output side to the three-way mixer 9 via a line 19.
In this embodiment, when there is a simultaneous heat request from the room temperature sensor 31 and the storage tank temperature sensor 34, the heat exchanger 3 is supplied with heating water, and when the heat exchanger inlet temperature is low, the three-way mixer 9 prevents flow from the radiator arrangement return line 44 to the water heater return line 42, so that there is no flow through the radiator arrangement 4. With increasing heat exchanger inlet temperature, the flow from the radiator arrangement 4 to the water heater 1 is opened more and more and the flow from the heat exchanger 3 to the water heater 1 is reduced until the target temperature in the domestic hot water tank 2, which is predetermined by means of the target temperature sensor 14, is reached.
If there is no heat request from the room temperature sensor 31, the three-way mixer 9 blocks the flow through the radiator arrangement 4.
The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 1 in that the controller 5 is also provided with a timer 13 which switches the three-way mixer 9 in the sense of temporarily opening the flow from the radiator arrangement 4 to the water heater 1 even at low heat exchanger inlet temperature, the duty cycle being changed with increasing heat exchanger inlet temperature in favor of the flow through the radiator arrangement 4.
The embodiment according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 1 in that the controller 5 has a further set value generator 15 for specifying that temperature of the process water in the process water storage tank 2 at which charging should be started again.
The embodiment according to FIG. 7 differs from that according to FIG. 1 in that the third connection of the three-way mixer 9 is connected to the flow line 43 via a connecting line 48. The pump 6 is further connected via a connecting line 50 to a three-way changeover valve 11, the third connection of which is connected to the radiator arrangement flow line 43. The three-way switch valve 11 is connected to the controller 5 via a line 28.
The radiator arrangement return line 44 opens directly into the water heater supply line 42.
In this embodiment, it is possible to supply hot water from the heat exchanger return line 46 to the radiator arrangement supply line 43 via the three-way mixer 9 during the store charging. A heat exchanger return temperature sensor 36 is arranged in the heat exchanger return line 46 and is connected to the controller 5 via a line 26.
During heating operation, flow through the heat exchanger 3 can be prevented by appropriately switching the three-way changeover valve 11, in which case the radiator arrangement 4 is supplied by the water heater 1 via the third connection of the three-way changeover valve 11.
The embodiment according to FIG. 4 has two circulation pumps 7 and 8. The circulation pump 8 supplies the heat exchanger 3, while the circulation pump 7 supplies the radiator arrangement 4. The circulation pumps 7, 8 are connected via lines 17 and 18 to the controller 5, which has a timer 13.
In this embodiment, the two circulation pumps 7, 8 are activated alternately with simultaneous heat demand from the room temperature sensor 31 and from the storage temperature sensor 34, the duty cycle of the two circulation pumps 7, 8 being changed in favor of the circulation pump 7 as the temperature in the heat exchanger supply line 33 increases.
In the embodiment according to FIG. 4, the radiator arrangement return line 44 opens directly into the water heater return line 42, and a heating flow temperature sensor 35 connected to the controller 5 via a line 25 is arranged in the radiator supply line 43.
The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 4 in that the timer 13 of the control 5 is missing and a three-way mixer 10 is arranged in the radiator arrangement return line 44, the third connection of which is connected to a bypass line 47 is connected, which is connected to the heating flow line 43 and bridges the circulation pump 7 and the radiator arrangement 4.
In this embodiment, if there is a heat requirement, the circulating pump 7 can be started up in parallel to the circulating pump 8 depending on the heat exchanger inlet temperature, water being sucked in by the three-way mixer 10 via the bypass line 47 from the return of the radiator arrangement 10 by the circulating pump 7 and can be fed back to the radiator arrangement 4, as a result of which the flow temperature of the radiator arrangement 4 can be reduced accordingly. This enables the radiator arrangement 4 to be operated at a normal flow temperature during storage charging, which is usually carried out at a higher flow temperature.
The embodiment according to FIG. 6 differs from that according to FIG. 4 in that a three-way mixer 9 is provided, which connects the heat exchanger return line 46 to the water heater return line 42 and whose third connection via a connecting line 48 to the Radiator flow line 43 is connected and the radiator arrangement return line 44 between the three-way mixer 9 and the water heater 1 opens into the water heater return line 42.
In this embodiment, it is possible to supply the heat exchanger return water to the radiator arrangement 4 via the three-way mixer 9 when the storage tank is charged. The circulation pump 7 can stand still.