DE10348536B4 - Arrangement for heating service water - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Erwärmung von Brauchwasser in einem Sekundärkreis einer Wärmetauscheranordnung (WA), wobei durch einen Primärkreis der Wärmetauscheranordnung (WA) mittels einer Pumpenanordnung (PA) heißes Wasser aus einer Wärmequelle förderbar ist, wobei die Förderleistung der Pumpenanordnung (PA) zur Erzielung einer gewünschten Temperatur des Brauchwassers über eine Steuereinrichtung (SE) veränderbar ist und die Pumpenanordnung (PA) mehrere Pumpen (P1, P2, P3) enthält, welche in einem Primärkreis parallel liegen, wobei die mehreren Pumpen (P1, P2, P3) unterschiedliche maximale Förderleistungen (VM1, VM2, VM3) aufweisen und über eine gemeinsame Verbindungsleitung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher zusammenwirken, wobei die mehreren Pumpen (P1, P2, P3) in einer Rücklaufleitung (RL) des Primärkreises angeordnet sind, wobei die mehreren Pumpen (P1, P2, P3) wenigstens eine leistungsschwächere Pumpe und eine leistungsstärkere Pumpe umfassen,wobei die Pumpen (P1, P2, P3) Volumenstrom-Teilbereiche (PV1, PV2, PV3) abdecken,wobei sich die Volumenstrom-Teilbereiche (PV1, PV2, PV3) überlappen, wobei sich der gesamte primärseitige Volumenstrom-Teilbereich (PV1, PV2, PV3) von einem Wert null bis zu einem Maximum (PVMax) erstreckt,wobei eine Einstellung und/oder Regelung einer weitgehend konstanten Brauchwassertemperatur am Ausgang der Wärmetauscheranordnung (WA) durch mehrere in der gesamten Anordnung gewonnene Messwerte, die in einer Steuereinrichtung (SE) nach Steuervorgaben und/oder Regelalgorithmen zu Steuersignalen (SS) für die Pumpenanordnung (PA) verknüpft werden, erfolgt, wobei ein Betriebswechsel zwischen einer leistungsschwächeren und einer leistungsstärkeren Pumpe beim Durchlaufen einer Teilbereichsgrenze gleitend erfolgt, indem eine Pumpe schrittweise angefahren und die andere schrittweise zurückgefahren wird.Arrangement for heating service water in a secondary circuit of a heat exchanger arrangement (WA), hot water from a heat source being able to be conveyed through a primary circuit of the heat exchanger arrangement (WA) by means of a pump arrangement (PA), the delivery capacity of the pump arrangement (PA) being used to achieve a desired temperature of the process water can be changed via a control device (SE) and the pump arrangement (PA) contains a number of pumps (P1, P2, P3) which lie in parallel in a primary circuit, the number of pumps (P1, P2, P3) having different maximum delivery rates (VM1 , VM2, VM3) and interact via a common connecting line with a common heat exchanger, the plurality of pumps (P1, P2, P3) being arranged in a return line (RL) of the primary circuit, the plurality of pumps (P1, P2, P3) comprise at least one less powerful pump and one more powerful pump, the pumps (P1, P2, P3) volume flow dividers Ie (PV1, PV2, PV3) cover, with the volume flow sub-ranges (PV1, PV2, PV3) overlapping, with the entire primary-side volume flow sub-range (PV1, PV2, PV3) from a value of zero to a maximum (PVMax ). Pump arrangement (PA) are linked, takes place, with a change in operation between a less powerful and a more powerful pump when passing through a sub-range boundary is sliding by starting a pump step by step and the other is gradually reduced.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erwärmung von Brauchwasser.The invention relates to an arrangement for heating service water.

Die Erwärmung von Brauchwasser unter Einsatz einer Wärmetauscheranordnung ist insbesondere von Bedeutung in Verbindung mit solarthermischen Anlagen, Fernwärmeversorgung etc., bei welchen ein Warmwasserspeicher, eine Fernwärmezuleitung etc. eine Wärmequelle im Primärkreislauf der Wärmetauscheranordnung bildet. Die Sekundärseite des Wärmetauschers wird von Brauchwasser durchströmt, welcher aus einer unter Druck stehenden Kaltwasser-Zuleitung in den Sekundäreingang der Wärmetauscheranordnung geleitet und beim Durchströmen des Wärmetauschers mittels des durch dessen Primärseite gepumpten Heißwassers des Primärkreislaufs auf eine Temperatur in der Ausgangsleitung der Sekundärseite des Wärmetauschers erwärmt wird, welche idealerweise einem vorgebbaren Sollwert entspricht. Zur Einhaltung eines solchen vorgebbaren Sollwerts können Eingangs- und/oder Ausgangstemperaturen an Sekundär- und/oder Primärseite der Wärmetauscheranordnung sowie die Brauchwasser-Durchflussmenge gemessen und in einer Steuereinrichtung, welche typischerweise Teil eines Regelkreises ist, ausgewertet werden. Die Steuereinrichtung beeinflusst typischerweise die Förderleistung einer Pumpenanordnung im Primärkreis und/oder die Vorlauftemperatur des Primärkreises der Wärmetauscheranordnung.The heating of process water using a heat exchanger arrangement is particularly important in connection with solar thermal systems, district heating, etc., in which a hot water tank, a district heating supply line, etc. forms a heat source in the primary circuit of the heat exchanger arrangement. Process water flows through the secondary side of the heat exchanger, which is conducted from a pressurized cold water supply line into the secondary inlet of the heat exchanger arrangement and, as it flows through the heat exchanger, is heated to a temperature in the outlet line of the secondary side of the heat exchanger by means of the hot water of the primary circuit pumped through its primary side , which ideally corresponds to a definable setpoint. To maintain such a specifiable setpoint, input and/or output temperatures on the secondary and/or primary side of the heat exchanger arrangement and the service water flow rate can be measured and evaluated in a control device, which is typically part of a control circuit. The control device typically influences the delivery rate of a pump arrangement in the primary circuit and/or the flow temperature of the primary circuit of the heat exchanger arrangement.

Besondere Probleme ergeben sich in Anlagen, bei welchen der Volumenstrom auf der Sekundärseite der Wärmetauscheranordnung über einen großen Bereich variieren kann. Eine für maximal benötigte Wärmeübertragung ausgelegte Wärmetauscheranordnung ist dann bei nur geringer Entnahme nicht mehr hinreichend fein regelbar und führt insbesondere zu Temperaturschwankungen am sekundärseitigen Ausgang.Particular problems arise in systems in which the volume flow on the secondary side of the heat exchanger arrangement can vary over a wide range. A heat exchanger arrangement designed for the maximum required heat transfer can then no longer be sufficiently finely regulated when only a small amount is drawn off, and in particular leads to temperature fluctuations at the secondary-side outlet.

Aus der DE 43 04 983 C2 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Heizkreises bekannt, bei dem sich im Vorlauf des Primärteils eines Heizkreises zwei parallel geschaltete Pumpen befinden. Die Pumpen werden über eine Steuerung angesteuert, wobei als Regelgröße der Steuerung die Außentemperatur herangezogen wird. Von den Pumpen kann eine leistungsschwächer sein und eine leistungsstärker, wobei die leistungsschwächere so lange in Betrieb ist, bis sich die leistungsstärkere Pumpe aufgrund eines Steuerungssignales hinzuschaltet.From the DE 43 04 983 C2 a method for controlling a heating circuit is known in which there are two pumps connected in parallel in the flow of the primary part of a heating circuit. The pumps are controlled via a controller, with the outside temperature being used as the controlled variable of the controller. One of the pumps can be less powerful and one more powerful, with the weaker one being in operation until the more powerful pump switches on due to a control signal.

In der DE 101 30 805 C1 ist eine Anordnung zur Warmwasserbereitung von Brauchwasser beschrieben, bei welcher die Wärmetauscheranordnung mehrere gleiche parallele Wärmetauscher enthält und jeder Wärmetauscher im Primärkreis einer eigenen Umwälzpumpe zugeordnet ist. Bei geringer Wasserentnahme auf Sekundärseite ist primärseitig nur ein erster Wärmetauscher mit der zugeordneten Umwälzpumpe in Betrieb. Bei steigendem sekundärseitigem Durchfluss wird ein zweiter und dritter Wärmetauscher durch Betrieb der zugeordneten Umwälzpumpen zugeschaltet. Die Umwälzpumpen sind ebenso wie ein Mischventil in der primärseitigen Vorlaufleitung zwischen dem Speicher und den Wärmetauschern angeordnet.In the DE 101 30 805 C1 an arrangement for heating domestic water is described, in which the heat exchanger arrangement contains several identical parallel heat exchangers and each heat exchanger in the primary circuit is assigned its own circulating pump. If there is little water withdrawal on the secondary side, only a first heat exchanger with the associated circulating pump is in operation on the primary side. When the flow on the secondary side increases, a second and third heat exchanger is switched on by operating the assigned circulation pumps. The circulating pumps, like a mixing valve, are located in the primary-side flow line between the storage tank and the heat exchangers.

Die DE 100 32 714 A1 beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser unter Einsatz eines Mischventils in der Vorlaufleitung des Primärkreislaufs, um Temperaturschwankungen am primärseitigen Eingang eines Wärmetauschers gering zu halten.The DE 100 32 714 A1 describes an arrangement and a method for providing hot service water using a mixing valve in the supply line of the primary circuit in order to keep temperature fluctuations at the primary-side input of a heat exchanger low.

Bei einer aus der DE 100 48 912 A1 bekannten Anordnung zum Bereitstellen warmen Brauchwassers sind mehrere Wärmetauscher mit jeweils einzeln zugeordneten steuerbaren Umwälzpumpen vorgesehen, wobei die einzelnen Wärmetauscher ausgehend von geringer sekundärseitiger Warmwasserentnahme und Betrieb nur eines Wärmetauschers mit steigender Entnahme weitere Wärmetauscher sukzessive zugeschaltet werden.At one from the DE 100 48 912 A1 known arrangement for providing hot service water, several heat exchangers are provided, each with individually assigned controllable circulating pumps, the individual heat exchangers being successively switched on starting from low secondary-side hot water extraction and operation of only one heat exchanger with increasing extraction further heat exchangers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Anordnung zur Erwärmung von Brauchwasser über eine Wärmetauscheranordnung anzugeben.The invention is based on the object of specifying an advantageous arrangement for heating service water via a heat exchanger arrangement.

Die Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is set out in claim 1. The dependent claims contain advantageous refinements and developments of the invention.

Die Kombination einer Pumpenanordnung aus mehreren einzeln in ihrer Förderleistung veränderlich steuerbaren Pumpen, deren maximale Förderleistungen unterschiedlich sind, mit einem gemeinsamen Wärmetauscher führt überraschend zu einer besonders gleichmäßigen Temperatur des Brauchwassers in der Ausgangsleitung der Sekundärseite des Wärmetauschers und zu einem vorteilhaft geringen Regelaufwand. Insbesondere bei einer stärkeren Veränderung des sekundärseitigen Volumenstroms, welche zu einem Zu- oder Abschalten einer Pumpe im Primärkreis führt, zeigt die Anordnung den Vorteil, dass durch den einheitlichen Wärmetauscher keine Ausgangstemperaturschwankungen durch Zuschalten eines zuvor abgekühlten Wärmetauschers auftreten und dass auch keine nennenswerten Druckschwankungen auftreten, da der Übergang zwischen zwei Pumpen mittels der Steuereinrichtung gleitend erfolgen kann.The combination of a pump arrangement made up of several pumps that can be individually controlled in terms of their delivery rate and whose maximum delivery rates are different, with a common heat exchanger surprisingly leads to a particularly uniform temperature of the process water in the output line of the secondary side of the heat exchanger and to an advantageously low level of control effort. In particular, in the event of a major change in the volume flow on the secondary side, which leads to a pump in the primary circuit being switched on or off, the arrangement has the advantage that, thanks to the uniform heat exchanger, no output temperature fluctuations occur due to the switching on of a previously cooled heat exchanger and that no significant pressure fluctuations occur either. since the transition between two pumps can take place smoothly by means of the control device.

Durch die Einwirkung der mehreren parallel geschalteten Pumpen auf einen gemeinsamen Wärmetauscher ist eine besonders gleichmäßige Veränderung des Volumenstroms auf der Primärseite möglich, was vorteilhafterweise zu besonders geringen Schwankungen in der Ausgangsleitung der Sekundärseite des Wärmetauschers führt. Durch die unterschiedliche maximale Förderleistungen der mehreren Pumpen kann insbesondere auch bei geringer in Anspruch genommener Wärmeübertragungsleistung durch Einsatz einer Pumpe niedriger maximaler Förderleistung eine hinreichend feine Steuerung des primärseitigen Volumenstroms durch den Wärmetauscher erfolgen. Durch die Staffelung der Pumpenleistung kann mit wenigen Pumpen eine feine Steuerbarkeit bei geringem Volumenstrom erreicht werden. Vorteilhafterweise können dabei kostengünstige, an dem allgemeinen Stromnetz betreibbare Pumpen mit Drehzahlsteuerung durch üblicher Halbwellen-Unterdrückung eingesetzt werden. Die maximale Förderleistung der leistungsschwächsten der mehreren Pumpen beträgt vorteilhafterweise maximal 35 %, insbesondere maximal 25 %, vorzugsweise maximal 20 % des maximalen, für die Anordnung vorgesehenen Volumenstroms durch die Primärseite des Wärmetauschers. Vorteilhafterweise beträgt die maximale Förderleistung der leistungsstärksten Pumpe wenigstens 250 % der maximalen Förderleistung der leistungsschwächsten Pumpe.Due to the effect of the several pumps connected in parallel on a common heat exchanger, a particularly uniform change in the volume flow on the primary side is possible, which advantageously leads to particularly small fluctuations in the output line of the secondary side of the heat exchanger. Due to the different maximum delivery rates of the multiple pumps, a sufficiently fine control of the volume flow on the primary side through the heat exchanger can take place, in particular even when the heat transfer capacity used is low, by using a pump with a low maximum delivery rate. By staggering the pump output, fine controllability can be achieved with a small volume flow with just a few pumps. Inexpensive pumps that can be operated on the general power supply system and that have speed control by means of conventional half-wave suppression can advantageously be used in this case. The maximum delivery rate of the least powerful of the several pumps is advantageously a maximum of 35%, in particular a maximum of 25%, preferably a maximum of 20% of the maximum volume flow provided for the arrangement through the primary side of the heat exchanger. The maximum delivery rate of the pump with the highest performance is advantageously at least 250% of the maximum delivery rate of the pump with the lowest performance.

Die maximalen Förderleistungen sind in erster Näherung mit den Nennleistungen der Pumpen identisch, können aber von diesen je nach Strömungswiderstand von Komponenten im Primärkreis mehr oder weniger abweichen.As a first approximation, the maximum delivery rates are identical to the rated capacities of the pumps, but can deviate from these to a greater or lesser extent depending on the flow resistance of components in the primary circuit.

Vorzugsweise sind die mehreren Pumpen der Pumpenanordnung jeweils nur einzeln betrieben, wobei die verschiedenen Pumpen unterschiedliche Bereiche des gesamten primärseitigen Förderleistungsbereichs abdecken. Es zeigt sich, dass die Steuerung und/oder Regelung der Einzelpumpen an einem gemeinsamen Wärmetauscher vorteilhaft ist gegenüber der gleichzeitigen Regelung mehrerer paralleler Primärströme mit jeweils separaten Pumpen und Wärmetauschern. Die unterschiedlichen Bereiche können vorteilhafterweise überlappen, wobei bei sich veränderndem primärseitigem Förderleistungsbedarf der Wechsel zwischen zwei Pumpen vorübergehend abweichend von dem bevorzugten Einzelbetrieb der Pumpen eine steigende Förderleistung der einen Pumpe mit einer abnehmenden Förderleistung der anderen Pumpe einhergehen und durch die Steuereinrichtung koordiniert sein kann.Preferably, the multiple pumps of the pump arrangement are only operated individually, with the different pumps covering different areas of the entire primary-side delivery rate range. It has been shown that the control and/or regulation of the individual pumps on a common heat exchanger is advantageous compared to the simultaneous regulation of a number of parallel primary streams, each with separate pumps and heat exchangers. The different areas can advantageously overlap, with the change between two pumps temporarily deviating from the preferred individual operation of the pumps when the primary-side delivery capacity requirement changes, an increasing delivery capacity of one pump can be accompanied by a decreasing delivery capacity of the other pump and can be coordinated by the control device.

Vorteilhafterweise liegen die Steigerungsfaktoren von einer Pumpe zur nächststärkeren Pumpe (leistungsbenachbarte Pumpen) vorteilhafterweise zwischen 2 und 6, insbesondere zwischen 2,5 und 5. Die Steigerungsfaktoren liegen im arithmetischen Mittel vorzugsweise zwischen 2,5 und 5. Bei Vorliegen zweier leistungsgleicher Pumpen ist der Faktor dann F=1. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Pumpen unterschiedliche maximale Förderleistungen auf.Advantageously, the increase factors from one pump to the next more powerful pump (pumps with the same power) are advantageously between 2 and 6, in particular between 2.5 and 5. The arithmetic mean of the increase factors is preferably between 2.5 and 5. If there are two pumps of the same power, the factor is then F=1. According to a preferred embodiment, all pumps have different maximum delivery rates.

Bei Vorliegen einer an sich bekannten Bypassleitung zwischen Rücklaufleitung und Vorlaufleitung im Primärkreis ist vorteilhafterweise anstelle des gebräuchlichen, in der Vorlaufleitung eingefügten Mischventils ein Verteilventil in die Rücklaufleitung eingefügt, welches in Abhängigkeit von der Temperatur der Wärmeflüssigkeit in der Vorlaufleitung eine Verteilung des Volumenstroms auf die Bypassleitung und den Rücklauf-Eingang des Wärmespeichers in der Weise vornimmt, dass bei höheren Rücklauftemperaturen ein größerer Anteil in die Bypassleitung geführt wird als bei niedrigen Rücklauftemperaturen. Hierdurch kann die Temperatur der in den Wärmetauscher eintretenden Wärmeflüssigkeit innerhalb eines Sollbereichs gehalten werden.If there is a known bypass line between the return line and the flow line in the primary circuit, a distribution valve is advantageously inserted in the return line instead of the usual mixing valve inserted in the flow line, which distribution valve, depending on the temperature of the heating fluid in the flow line, distributes the volume flow to the bypass line and the return inlet of the heat accumulator in such a way that at higher return temperatures a larger proportion is routed into the bypass line than at low return temperatures. As a result, the temperature of the thermal fluid entering the heat exchanger can be kept within a target range.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:

• 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung,
• 2 ein Beispieldiagramm zur veränderlichen Pumpensteuerung.

The invention is illustrated in more detail below using a preferred exemplary embodiment with reference to the figures. It shows:

• 1 the basic structure of an arrangement according to the invention,
• 2 an example variable pump control diagram.

In 1 ist ein Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung skizziert, welcher an einer Wärmetauscheranordnung WA primärseitig eine Wärmequelle, z. B. einen Wärmespeicher SP als Wärmequelle aufweist, aus welchem heißes Wasser als Speicherflüssigkeit über eine Vorlaufleitung VL auf den Eingang der Primärseite WP einer Wärmetauscheranordnung WA geleitet ist. Der primärseitige Ausgang der Wärmetauscheranordnung WA ist über eine Rücklaufleitung RL wieder zum Wärmespeicher SP zurückgeführt. Bei Speisung aus einem Fernwärmesystem kann der Wärmespeicher SP entfallen. Der Einfachheit halber ist im Folgenden jeweils nur auf die Anordnung mit einem Wärmespeicher SP Bezug genommen. Die Ausführungen sind aber ohne weiteres auf eine Fernwärmeanordnung oder eine andere Wärmequelle übertragbar.In 1 a structure of an arrangement according to the invention is outlined, which on the primary side of a heat exchanger arrangement WA has a heat source, e.g. B. has a heat accumulator SP as a heat source, from which hot water is passed as storage liquid via a flow line VL to the input of the primary side WP of a heat exchanger arrangement WA. The output of the heat exchanger arrangement WA on the primary side is routed back to the heat accumulator SP via a return line RL. When fed from a district heating system, the heat accumulator SP can be omitted. For the sake of simplicity, only the arrangement with a heat accumulator SP is referred to below. However, the explanations can easily be transferred to a district heating arrangement or another heat source.

Der Sekundärseite WS der Wärmetauscheranordnung WA ist aus einer Kaltwasserleitung KW kaltes Brauchwasser zugeführt, welches nach Durchströmen der Sekundärseite WS der Wärmetauscheranordnung WA an deren sekundärseitigem Ausgang AL erwärmt austritt und z. B. über eine Warmwasserleitung WW an Zapfstellen als Warmwasser entnommen werden kann.The secondary side WS of the heat exchanger assembly WA is supplied from a cold water line KW cold service water, which exits heated after flowing through the secondary side WS of the heat exchanger assembly WA at the secondary-side output AL and z. B. can be removed as hot water via a hot water pipe WW at taps.

Während auf der Sekundärseite WS der Wärmetauscheranordnung WA das Brauchwasser in der Kaltwasserleitung KW unter Druck steht und die Warmwasserleitung WW im Entnahmefall weitgehend drucklos ist, so dass Brauchwasser unter dem Druck in der Kaltwasserleitung KW durch die Sekundärseite WS der Wärmetauscheranordnung WA in die Warmwasserleitung WW strömt, ist im Primärkreislauf zur Umwälzung der Speicherflüssigkeit eine veränderlich steuerbare Pumpenanordnung PA vorgesehen.While on the secondary side WS of the heat exchanger arrangement WA the process water in the cold water line KW is under pressure and the hot water line WW is largely depressurized when it is being drawn off, so that process water flows under the pressure in the cold water line KW through the secondary side WS of the heat exchanger arrangement WA into the hot water line WW, a variably controllable pump arrangement PA is provided in the primary circuit for circulating the storage liquid.

Für den Verbraucher ist von Bedeutung, dass bei Warmwasserentnahme einer Zapfstelle Temperaturschwankungen und Druckschwankungen möglichst gering sind, auch wenn er den Volumenstrom entnommenen Warmwassers verändert.It is important for the consumer that temperature fluctuations and pressure fluctuations are as small as possible when hot water is drawn from a tap, even if he changes the volume flow of hot water drawn off.

Zur Einstellung und/oder Regelung einer weitgehend konstanten Brauchwassertemperatur am sekundärseitigen Ausgang AL der Wärmetauscheranordnung WA ist es an sich gebräuchlich, mehrere in der gesamten Anordnung gewonnene Messwerte in einer Steuereinrichtung SE nach Steuervorgaben und/oder Regelalgorithmen zu Steuersignalen SS für die Pumpenanordnung PA zu verknüpfen. Derartige Messwerte können insbesondere die Vorlauftemperatur T1V der Speicherflüssigkeit am primärseitigen Eingang der Wärmetauscheranordnung WA, die Rücklauftemperatur T1A der Speicherflüssigkeit am primärseitigen Ausgang der Wärmetauscheranordnung WA, die Kaltwassertemperatur T2E am sekundärseitigen Eingang der Wärmetauscheranordnung WA, die Warmwassertemperatur T2A am sekundärseitigen Ausgang AL der Wärmetauscheranordnung WA oder der sekundärseitige Brauchwasser-Volumenstrom VSS durch die Wärmetauscheranordnung WA sein. Sensoren und Messfühler für diese Größen sind allgemein bekannt.In order to set and/or control a largely constant service water temperature at the secondary-side output AL of the heat exchanger arrangement WA, it is customary per se to combine several measured values obtained in the entire arrangement in a control device SE according to control specifications and/or control algorithms to form control signals SS for the pump arrangement PA. Such measured values can in particular be the flow temperature T1V of the storage liquid at the primary-side inlet of the heat exchanger arrangement WA, the return temperature T1A of the storage liquid at the primary-side outlet of the heat exchanger arrangement WA, the cold water temperature T2E at the secondary-side inlet of the heat exchanger arrangement WA, the hot water temperature T2A at the secondary-side outlet AL of the heat exchanger arrangement WA or the be secondary-side hot water volume flow VSS through the heat exchanger assembly WA. Sensors and measuring probes for these quantities are generally known.

Die Verwendung nur eines über den gesamten Volumenstrombereich immer durchströmten Wärmetauschers anstelle mehrerer, je nach Bedarf an Wärmestrom PQ von der Primärseite WP zur Sekundärseite WS der Wärmetauscheranordnung WA zuschaltbarer oder abschaltbarer separater Wärmetauscher vermeidet auf vorteilhafte Weise die beim Zu- und Abschalten von Wärmetauschern auftretenden Druckschwankungen in der Warmwasserleitung WW sowie die Temperaturschwankungen beim Zuschalten eines einzelnen abgekühlten Wärmetauschers. Der im Sinne der Erfindung einzige Wärmetauscher kann dabei durchaus modular aufgebaut sein. Wesentlich ist die gemeinsame Verbindungsleitung zu der Pumpenanordnung PA und das Fehlen der Zu- oder Abschaltung einzelner Teile der Wärmetauscheranordnung WA beim Durchfahren des gesamten Volumenstrombereichs.The use of only one heat exchanger, which is always flowed through over the entire volume flow range, instead of several separate heat exchangers that can be switched on or off depending on the need for heat flow PQ from the primary side WP to the secondary side WS of the heat exchanger arrangement WA, advantageously avoids the pressure fluctuations that occur when heat exchangers are switched on and off of the hot water pipe WW and the temperature fluctuations when switching on a single cooled heat exchanger. The only heat exchanger within the meaning of the invention can certainly have a modular design. What is essential is the common connection line to the pump arrangement PA and the fact that individual parts of the heat exchanger arrangement WA are not switched on or off when passing through the entire volume flow range.

Die veränderlich steuerbare Pumpenanordnung PA enthält mehrere, im Beispielsfall drei einzelne Pumpen P1, P2, P3 mit unterschiedlichen maximalen Förderleistungen VM1, VM2, VM3. Die Pumpen P1, P2, P3 sind parallel geschaltet und über eine gemeinsame Verbindungsleitung mit dem Wärmetauscher verbunden. Die Pumpenanordnung PA liegt vorteilhafterweise am Ausgang der Primärseite WP des Wärmetauschers, so dass beim Zuschalten einer zuvor ausgekühlten Pumpe, insbesondere bei einer leistungsstärkeren größeren Pumpe keine Temperaturschwankung am primärseitigen Eingang des Wärmetauschers auftritt, welche Anlass zu Regelschwankungen sein könnte.The variably controllable pump arrangement PA contains several, in the example three, individual pumps P1, P2, P3 with different maximum delivery rates VM1, VM2, VM3. The pumps P1, P2, P3 are connected in parallel and connected to the heat exchanger via a common connecting line. The pump arrangement PA is advantageously located at the outlet of the primary side WP of the heat exchanger, so that when a previously cooled pump is switched on, especially with a larger, more powerful pump, there are no temperature fluctuations at the primary-side inlet of the heat exchanger, which could give rise to control fluctuations.

Die maximalen Förderleistungen VM1, VM2, VM3 der mehreren Pumpen P1, P2, P3 sind vorteilhafterweise deutlich verschieden. Im Beispiel der 2 ist angenommen, dass die maximale Förderleistung VM1 bei der leistungsstärksten Pumpe P1 das 3-fache der zweiten Pumpe P2 und das 9-fache der leistungsschwächsten Pumpe P3 entsprechend Leistungssteigerungsfaktoren von jeweils F12=VM1/VM2=3 und F23=VM2/VM3=3 beträgt. Typischerweise ist das kleinste Leistungsinkrement einer Pumpe mit veränderlich steuerbarer Leistung an deren maximale Förderleistung geknüpft und beträgt z. B. einige Prozent der maximalen Förderleistung. Durch die weite Staffelung der maximalen Förderleistungen VM1, VM2, VM3 der mehreren Pumpen P1, P2, P3 ist dann eine besonders im Bereich geringen Volumenstroms wesentliche fein unterteilte Steuerung des primärseitigen Volumenstroms möglich, z. B. im Bereich von wenigen Promille des im wesentlichen durch die leistungsstärkste Pumpe P1 bestimmten maximalen Volumenstroms durch die Sekundärseite WS des Wärmetauschers, was wiederum zu besonders geringen Schwankungen der Warmwassertemperatur T2A am sekundärseitigen Ausgang AL des Wärmetauschers führt. Durch die Staffelung der Pumpenleistung kann ein großer Gesamtbereich des Volumenstroms mit nur wenigen Pumpen erreicht und dennoch in allen Teilbereichen eine hinreichend feine relative Steuerung des Volumenstroms vorgenommen werden.The maximum delivery rates VM1, VM2, VM3 of the multiple pumps P1, P2, P3 are advantageously significantly different. In the example of 2 it is assumed that the maximum flow rate VM1 for the most powerful pump P1 is 3 times that of the second pump P2 and 9 times that of the least powerful pump P3, corresponding to performance increase factors of F12=VM1/VM2=3 and F23=VM2/VM3=3, respectively . Typically, the smallest power increment of a pump with variably controllable power is linked to its maximum flow rate and is z. B. a few percent of the maximum flow rate. Due to the wide staggering of the maximum delivery rates VM1, VM2, VM3 of the several pumps P1, P2, P3, a finely subdivided control of the volume flow on the primary side, which is particularly important in the area of low volume flow, is then possible, e.g. B. in the range of a few parts per thousand of the essentially determined by the most powerful pump P1 maximum volume flow through the secondary side WS of the heat exchanger, which in turn leads to particularly small fluctuations in the hot water temperature T2A at the secondary-side output AL of the heat exchanger. By staggering the pump performance, a large overall range of the volume flow can be achieved with just a few pumps, and yet a sufficiently fine relative control of the volume flow can be carried out in all sub-ranges.

Die Pumpen P1, P2, P3 werden vorteilhafterweise überwiegend einzeln betrieben und decken Volumenstrom-Teilbereiche PV1, PV2 und PV3 des gesamten primärseitigen Volumenstrombereichs von 0 bis zu einem Maximum PVmax ab. Insbesondere sind vorteilhafterweise die leistungsstärkeren Pumpen in den den leistungsschwächeren Pumpen zugeordneten Teilbereichen abgeschaltet. Die Volumenstrom-Teilbereiche PV1, PV2, PV3 überlappen vorteilhafterweise in dem Sinne, dass beim Betrieb der Pumpenanordnung PA bei einer Teilbereichsgrenze nicht ständig zwischen zwei Pumpen umgeschaltet wird, sondern ein Schalthystereseverhalten vorliegt. Der Betriebswechsel zwischen einer leistungsschwächeren und einer leistungsstärkeren Pumpe beim Durchlaufen einer Teilbereichsgrenze erfolgt vorzugsweise gleitend, indem eine Pumpe schrittweise angefahren und die andere schrittweise zurückgefahren wird. Bei jeweils einzelnem Betrieb ist der maximale Volumenstrom durch die maximale Förderleistung der leistungsstärksten Pumpe bestimmt. In anderer Ausführung können auch verschiedene Pumpen P1, P2, P3 gleichzeitig betrieben werden, so dass sich deren maximale Förderleistungen VM1, VM2, VM3 summieren.The pumps P1, P2, P3 are advantageously operated predominantly individually and cover partial volume flow ranges PV1, PV2 and PV3 of the entire volume flow range on the primary side from 0 to a maximum PVmax. In particular, the more powerful pumps are advantageously switched off in the partial areas assigned to the less powerful pumps. The volume flow sub-ranges PV1, PV2, PV3 advantageously overlap in the sense that when the pump arrangement PA is operated at a sub-range limit, there is no constant switching between two pumps, but there is a switching hysteresis behavior. The change of operation between a leis weaker and a more powerful pump when passing through a sub-area limit is preferably carried out smoothly, in that one pump is started up step by step and the other pump is reduced step by step. With each individual operation, the maximum flow rate is determined by the maximum flow rate of the most powerful pump. In another embodiment, different pumps P1, P2, P3 can also be operated simultaneously, so that their maximum delivery rates VM1, VM2, VM3 add up.

Das Diagramm nach 2 zeigt auf der Abszisse den Sollwert VS des primärseitigen Volumenstroms, auf der Ordinate rechts auf die jeweilige maximale Drehzahl DM bezogenen zugeordnete Drehzahl (Kurven DZ1, DZ2, DZ3) der einzelnen Pumpen P1, P2, P3 und auf der Ordinate links den tatsächlichen Volumenstrom V (Kurven V1, V2, V3) der einzelnen Pumpen P1, P2, P3 sowie den gesamten Volumenstrom VG, welcher an den Übergabebereichen zwischen zwei Pumpen im wesentlichen schwankungsfrei dem Sollwert folgt.The diagram after 2 shows the setpoint VS of the volume flow on the primary side on the abscissa, the associated speed (curves DZ1, DZ2, DZ3) of the individual pumps P1, P2, P3 related to the respective maximum speed DM on the ordinate on the right and the actual volume flow V ( Curves V1, V2, V3) of the individual pumps P1, P2, P3 as well as the total volume flow VG, which follows the desired value essentially without fluctuation at the transfer areas between two pumps.

Da für die Zufuhr von Speicherflüssigkeit durch die gemeinsame Verbindungsleitung zwischen Pumpenanordnung PA und Wärmetauscher nur der gesamte Volumenstrom VG maßgebend ist und durch die Anordnung der Pumpenanordnung PA in der Rücklaufleitung RL ein Betriebswechsel zwischen zwei Pumpen die Vorlauftemperatur T1V nicht beeinflusst, ist die gewünschte Wärmezufuhr zum Wärmetauscher besonders präzise und gleichmäßig einstellbar, insbesondere auch bei Verwendung des Temperaturwerts der Vorlauftemperatur T1V als Störgröße in einem Regelalgorithmus der Steuereinrichtung SE.Since only the entire volume flow VG is decisive for the supply of storage liquid through the common connecting line between the pump arrangement PA and the heat exchanger and due to the arrangement of the pump arrangement PA in the return line RL, a change in operation between two pumps does not affect the flow temperature T1V, the desired heat supply to the heat exchanger particularly precise and uniformly adjustable, especially when using the temperature value of the flow temperature T1V as a disturbance variable in a control algorithm of the control device SE.

In der Gesamtanordnung kann in an sich bekannter Weise eine die Warmwasserleitung WW auf den sekundärseitigen Eingang des Wärmetauschers zurückführende Zirkulationsleitung ZL mit einer Zirkulationspumpe ZP vorgesehen sein. Zwischen Rücklaufleitung RL und Vorlaufleitung VL im Primärkreis ist im Beispiel der 1 eine Bypassleitung BL eingefügt, über welche rücklaufende Speicherflüssigkeit der niedrigen Rücklauftemperatur T1A der den Wärmespeicher SP mit der Temperatur TV entnommenen Flüssigkeit zugemischt wird und dadurch die Temperatur am primärseitigen Eingang, die die Vorlauftemperatur T1V ist, reduziert wird. Hierfür ist in die Rücklaufleitung RL ein temperaturgesteuertes (durch das Bezugszeichnen T veranschaulicht) Verteilventil W eingefügt, welches in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur T1A den Volumenstrom in der Rücklaufleitung RL in einen ersten Teilstrom zum Wärmespeicher SP und einen zweiten Teilstrom in die Bypassleitung BL aufteilt, wobei der zweite Teilstrom bei höheren Rücklauftemperaturen T1A größer ist als bei niedrigeren Rücklauftemperaturen T1A. Hierdurch kann die Temperatur der in dem Wärmespeicher SP eintretenden Wärmeflüssigkeit in einem Sollbereich gehalten werden. Durch die Anordnung in der kälteren Rücklaufleitung RL ist die Lebensdauer eines solchen Verteilventils W höher als die eines in der Vorlaufleitung VL angeordneten Mischventils. Das Verteilventil W in der Rücklaufleitung RL ist auch unabhängig von der Leistungsstaffelung der Pumpenanordnung PA vorteilhaft realisierbar.In the overall arrangement, a circulation line ZL with a circulation pump ZP returning the hot water line WW to the secondary-side input of the heat exchanger can be provided in a manner known per se. In the example, between the return line RL and the flow line VL in the primary circuit 1 a bypass line BL is inserted, via which returning storage liquid of the low return temperature T1A is mixed with the liquid taken from the heat storage SP with the temperature TV, and the temperature at the primary-side input, which is the flow temperature T1V, is reduced. For this purpose, a temperature-controlled distribution valve W (illustrated by the reference symbol T) is inserted in the return line RL, which divides the volume flow in the return line RL into a first partial flow to the heat accumulator SP and a second partial flow into the bypass line BL, depending on the return temperature T1A, where the second partial flow is larger at higher return temperatures T1A than at lower return temperatures T1A. As a result, the temperature of the thermal fluid entering the heat accumulator SP can be kept within a target range. Due to the arrangement in the colder return line RL, the service life of such a distribution valve W is longer than that of a mixing valve arranged in the flow line VL. The distribution valve W in the return line RL can also be implemented advantageously independently of the power grading of the pump arrangement PA.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features specified above and in the claims, as well as the features that can be inferred from the illustrations, can be advantageously implemented both individually and in various combinations. The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but can be modified in many ways within the scope of specialist knowledge.

Claims (9)

Anordnung zur Erwärmung von Brauchwasser in einem Sekundärkreis einer Wärmetauscheranordnung (WA), wobei durch einen Primärkreis der Wärmetauscheranordnung (WA) mittels einer Pumpenanordnung (PA) heißes Wasser aus einer Wärmequelle förderbar ist, wobei die Förderleistung der Pumpenanordnung (PA) zur Erzielung einer gewünschten Temperatur des Brauchwassers über eine Steuereinrichtung (SE) veränderbar ist und die Pumpenanordnung (PA) mehrere Pumpen (P1, P2, P3) enthält, welche in einem Primärkreis parallel liegen, wobei die mehreren Pumpen (P1, P2, P3) unterschiedliche maximale Förderleistungen (VM1, VM2, VM3) aufweisen und über eine gemeinsame Verbindungsleitung mit einem gemeinsamen Wärmetauscher zusammenwirken, wobei die mehreren Pumpen (P1, P2, P3) in einer Rücklaufleitung (RL) des Primärkreises angeordnet sind, wobei die mehreren Pumpen (P1, P2, P3) wenigstens eine leistungsschwächere Pumpe und eine leistungsstärkere Pumpe umfassen, wobei die Pumpen (P1, P2, P3) Volumenstrom-Teilbereiche (PV1, PV2, PV3) abdecken, wobei sich die Volumenstrom-Teilbereiche (PV1, PV2, PV3) überlappen, wobei sich der gesamte primärseitige Volumenstrom-Teilbereich (PV1, PV2, PV3) von einem Wert null bis zu einem Maximum (PVMax) erstreckt, wobei eine Einstellung und/oder Regelung einer weitgehend konstanten Brauchwassertemperatur am Ausgang der Wärmetauscheranordnung (WA) durch mehrere in der gesamten Anordnung gewonnene Messwerte, die in einer Steuereinrichtung (SE) nach Steuervorgaben und/oder Regelalgorithmen zu Steuersignalen (SS) für die Pumpenanordnung (PA) verknüpft werden, erfolgt, wobei ein Betriebswechsel zwischen einer leistungsschwächeren und einer leistungsstärkeren Pumpe beim Durchlaufen einer Teilbereichsgrenze gleitend erfolgt, indem eine Pumpe schrittweise angefahren und die andere schrittweise zurückgefahren wird. Arrangement for heating service water in a secondary circuit of a heat exchanger arrangement (WA), hot water from a heat source being able to be conveyed through a primary circuit of the heat exchanger arrangement (WA) by means of a pump arrangement (PA), the delivery capacity of the pump arrangement (PA) being used to achieve a desired temperature of the service water can be changed via a control device (SE) and the pump arrangement (PA) contains several pumps (P1, P2, P3) which are located in parallel in a primary circuit, the several pumps (P1, P2, P3) having different maximum delivery rates (VM1 , VM2, VM3) and interact via a common connecting line with a common heat exchanger, the plurality of pumps (P1, P2, P3) being arranged in a return line (RL) of the primary circuit, the plurality of pumps (P1, P2, P3) comprise at least one less powerful pump and one more powerful pump, the pumps (P1, P2, P3) volume flow part calculation calibration (PV1, PV2, PV3), with the volume flow sub-ranges (PV1, PV2, PV3) overlapping, with the entire primary-side volume flow sub-range (PV1, PV2, PV3) ranging from a value of zero to a maximum (PVMax ) extends, with an adjustment and / or regulation of a largely constant service water temperature at the outlet of the heat exchanger arrangement (WA) by several measured values obtained in the entire arrangement, which in a control device (SE) according to control specifications and / or control algorithms to control signals (SS) for the Pump assembly (PA) are linked, takes place, with an operational change between a less powerful and a more powerful pump when running through a sub-area boundary is carried out gradually by starting up one pump step-by-step and reducing the other step-by-step. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Förderleistung der leistungsschwächsten Pumpe maximal 35 %, insbesondere maximal 25 % des maximalen primärseitigen Volumenstroms durch den Wärmetauscher beträgt.arrangement according to claim 1 , characterized in that the maximum delivery rate of the pump with the lowest performance is a maximum of 35%, in particular a maximum of 25%, of the maximum primary-side volume flow through the heat exchanger. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Steigerungsfaktoren der Förderleistung von leistungsbenachbarten Pumpen zwischen 2 und 6, insbesondere zwischen 2,5 und 5 liegen.arrangement according to claim 1 or 2 , characterized in that factors for increasing the delivery capacity of pumps of adjacent capacity are between 2 and 6, in particular between 2.5 and 5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das arithmetische Mittel der Steigerungsfaktoren der Förderleistung zwischen leistungsbenachbarten Pumpen zwischen 2,5 und 5 liegt.arrangement according to claim 3 , characterized in that the arithmetic mean of the increase factors of the delivery rate between pumps with the same performance is between 2.5 and 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei und maximal vier Pumpen (P1, P2, P3) vorliegen.Arrangement according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that at least two and a maximum of four pumps (P1, P2, P3) are present. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Vorlaufleitung (VL) und Rücklaufleitung (RL) des Primärkreises durch eine Bypassleitung (BL) verbunden sind und dass in der Rücklaufleitung (RL) zwischen der Pumpenanordnung (PA) und der Wärmequelle ein Verteilventil (W) angeordnet ist, welches eine temperaturabhängige Verteilung des Pumpenausgangsstroms auf die Bypassleitung (BL) und die Wärmequelle bewirkt.Arrangement according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the flow line (VL) and return line (RL) of the primary circuit are connected by a bypass line (BL) and that a distribution valve (W) is arranged in the return line (RL) between the pump arrangement (PA) and the heat source, which causes a temperature-dependent distribution of the pump output flow to the bypass line (BL) and the heat source. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen den Pumpen (P1, P2, P3) mittels der Steuereinrichtung (SE) gleitend erfolgt.Arrangement according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the transition between the pumps (P1, P2, P3) takes place smoothly by means of the control device (SE). Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (SE) ein Messwert der Temperatur des Heißwassers im Primärkreis zugeführt ist.Arrangement according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the control device (SE) is supplied with a measured value of the temperature of the hot water in the primary circuit. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (SE) Teil eines Regelkreises zum Eingeben einer vorgebbaren Brauchwasser-Temperatur in der Ausgangsleitung des Sekundärkreises ist und dass der Messwert der Temperatur des Heißwassers im Primärkreis der Regelung als Störgröße aufgeschaltet ist.arrangement according to claim 8 , characterized in that the control device (SE) is part of a control circuit for entering a predefinable service water temperature in the output line of the secondary circuit and that the measured value of the temperature of the hot water in the primary circuit of the control system is applied as a disturbance variable.

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