DE4138858C2 - Warmwasser-Versorgungssystem mit einem Kessel, der mit einer Zirkulationsleitung verbunden ist - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Warmwasser-Versor­ gungssystem gemäß dem Oberbegrif des Anspruchs 1.

Herkömmliche Warmwasser-Versorgungssysteme sind oft so aufge­ baut, daß einzelne Versorgungsleitungen direkt mit einem Warmwasserkessel verbunden sind. Wenn nach längerer Nichtbe­ nutzung aus den Versorgungsleitungen Warmwasser entnommen werden soll, muß zunächst das in den Versorgungsleitungen befindliche abgekühle Wasser ausfließen. Dies hat den Nach­ teil, daß das abgekühlte Wasser ungenutzt in das Abwasser fließt und damit verloren geht.

Zur Lösung dieses Problems ist bereits eine Zirkulationslei­ tung vorgeschlagen worden, die mit dem Warmwasserkessel aus­ gangsseitig verbunden und an einer anderen Stelle in diesen zurückgeführt ist. Die einzelnen Warmwasser-Versorgungslei­ tungen sind an der Zirkulationsleitung angeschlossen. In der Zirkulationsleitung ist ferner eine Zirkulationspumpe an­ geordnet, die zu bestimmten Tageszeiten in Gang gesetzt wird, um an den Anschlußstellen der Versorgungsleitungen Warmwasser zur Verfügung zu stellen. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei langandauernder Zirkulation des Warmwassers Wärmeverluste im Leitungssystem der Zirkula­ tionsleitung auftreten und die Zirkulationspumpe während des Betriebs Strom verbraucht. Da nur zu bestimmten Zeiten Warm­ wasser entnommen wird, ist es unnötig, die Zirkulationspumpe über eine längere Zeitdauer zu betreiben. Außerdem lassen sich die Bedarfszeiten nur ungenügend vorhersehen, so daß bei einer unerwarteten Warmwasserentnahme das Wasser in der Zirkulationsleitung bereits abgekühlt ist.

Aus der gattungsbildenden DE-OS 29 45 568 ist ein Warmwasserversorgungssystem bekannt, welches die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist. Dieses System hat jedoch den Nachteil, daß aufgrund eines in der Zirkulationsleitung fehlenden Absperrorgans eine fortwährende Schwerkraft-Zirkulation stattfindet. Die Schwerkraft-Zirkulation entsteht durch Gravitationskräfte, die auf das in der Zirkulationsleitung befindliche Wasser wirken und dieses vermischen bzw. Kessel zurücktreiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Warm­ wasser-Versorgungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß Wärmeverluste in der Zirkulationsleitung auf ein Mindestmaß reduziert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Warmwasser-Versorgungssystem gemäß Anspruch 1.

Das Absperrventil hat einerseits die Aufgabe, nach Abschalten der Zirkulationspumpe jede weitere Strömung in der Zirkulationsleitung zu unterbinden, um eine unnötige Schwerkraft-Zirkulation in Zwischenzeiten zu verhindern. Zu diesem Zweck kann das Absperrventil geöffnet werden, wenn der Durchfluß in der Kaltwasserleitung einen vorbestimmten Wert überschreitet und das Absperrventil kann geschlossen werden, wenn die Nachlaufzeit abgelaufen ist. Auf diese Weise können auch bei längeren Standzeiten, insbesondere in der Nacht, Wärmeverluste aufgrund der Schwerkraftströmung vermieden werden.

Zum anderen läßt sich mit dem Absperrventil die Schwerkraft-Zirkulation auch steuern. Zu diesem Zweck wird die Schwerkraft-Zirkulation beispielsweise zu Beginn der Hauptbedarfszeiten durch Öffnen des Absperrventils eingeschaltet, so daß die Zirkulationsleitung mit geringem Energieverlust vorgewärmt wird. Auf diese Weise ist die Zirkulationsleitung bei Einschaltung der Zirkulationspumpe bereits vorgewärmt, so daß das zuerst aus dem Kessel in die Zirkulationsleitung gepumpte Wasser kaum abkühlt. Die Wärmeverluste sind bei völlig ausgekühlter Zirkulationsleitung relativ hoch, so daß auch die Zeitdifferenz zwischen Öffnung eines Verbrauchers und Entnahme von heißem Wasser bei ausgekühlter Zirkulationsleitung höher ist als bei durch Schwerkraft-Zirkulation vorgewärmter Zirkulationsleitung. Die Schwerkraft-Zirkulation läßt sich durch den elektronischen Zeitgeber beliebig einstellen.

Die Erfindung leistet einen wesentlichen Beitrag zum Umwelt­ schutz, und zur Energieeinsparung da die Ein­ schaltzeit der Zirkulationspumpe und das Auftreten der Schwerkraft-Zirkulation auf ein Mindestmaß redu­ ziert wird und nur bei Bedarf erfolgt. Dadurch sind unnötige Wärmeverluste im Zirkulationsleitungssystem vermieden. Die Anwendung der Erfindung auf Solaranlagen ist besonders be­ vorzugt, da der herkömmliche Betrieb der Zirkulationspumpe in der Nacht infolge der fehlenden Nachheizung des Wassers im Kessel zu einer völligen Abkühlung des Systems führt.

Ferner liegt ein Vorteil der Erfindung darin, daß sie auch bei Altanlagen mit geringem Installationsaufwand nachgerüs­ tet werden kann.

Es ist ferner bevorzugt, daß der elektronische Zeitgeber das Absperrventil bei Überschreiten einer bestimmten Durchflußmenge in der Kaltwasserleitung öffnet und nach Ablauf einer einstellbaren Nachlaufzeit schließt. Der Zeitgeber schaltet auch die Zirkulationspumpe unmittelbar nach Empfang des Auslösesignals ein und betreibt sie bis zur Umwälzung des gesamten Wassers der Zirkulationsleitung. Nach Ablauf der einstellbaren Nachlaufzeit ist an jeder Anschluß­ stelle einer Warmwasser-Versorgungsleitung heißes Wasser vorhanden. Ein darüber hinausgehender Betrieb der Zirkula­ tionspumpe ist unerwünscht.

Es ist bevorzugt, daß der elektronische Zeitgeber eine Steuereinheit aufweist, die mit dem Absperrventil gekoppelt ist und zu einer vorgegebenen Zeit das Absperrventil für eine bestimmte Zeitdauer öffnet und geöffnet hält. Diese Modifikation ermöglicht, daß zu bestimmten Bedarfszeiten eine etwa durch Schwerkraft erzeugte Strömung in der Zirkulationsleitung stattfindet und zu einer (geringen) Grundzirkulation des Wassers führt.

Es ist bevorzugt, daß von der Zirkulationsleitung einzelne Warmwasser-Versorgungsleitungen für die Wasserentnahme ab­ zweigen. Dieses Merkmal ermöglicht, daß die Leitungswege der Versorgungsleitungen auf ein Mindestmaß beschränkt sind, so daß das in der Zirkulationsleitung bereitgestellte Heißwas­ ser unmittelbar an den Verbrauchsort gelangt.

Es ist ferner bevorzugt, daß sich die Zirkulationspumpe in Strömungsrichtung hinter den Abzweigungsstellen der Warmwas­ ser-Versorgungsleitungen befindet. Die Anordnung an dieser Stelle der Zirkulationsleitung ist bevorzugt, da an dem Ort der Zirkulationspumpe ein Druckverlust und eine Strömungs­ verzögerung stattfinden, die vor der Abzweigung der Versor­ gungsleitungen unerwünscht sind, da sie die Umwälzung des Zirkulationswassers verzögern. Hinter den Verzweigungsstel­ len für die Versorgungsleitung ist die Anordnung der Zirku­ lationspumpe nicht mehr nachteilig.

Es ist bevorzugt, daß das Absperrventil ein Magnetventil ist. Derartige Magnetventile sind schnellschaltend und ver­ läßlich.

Es ist bevorzugt, daß der Durchflußsensor bei Messung einer Strömung in der Kaltwasserleitung das Auslösesignal an den Zeitgeber gibt. Bei dieser Ausgestaltung ist die vorbestimm­ te Grenz-Durchflußmenge auf nahe null eingestellt, so daß bereits eine geringe Strömung zur Auslösung führt.

Es ist bevorzugt, daß der Zeitgeber die Zirkulationspumpe gleichzeitig mit Öffnung des Absperrventils einschaltet. Diese Ausführungsform eignet sich zur unmittelbaren und ein­ fachen Schaltung von Zirkulationspumpe und Absperrventil.

Es ist schließlich bevorzugt, daß der Zeitgeber das Absperr­ ventil gleichzeitig mit Abschalten der Zirkulationspumpe schließt. Auch in dieser Ausgestaltung ist ein geringer Schaltungsaufwand gewährleistet.

Eine Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Warmwasser-Versorgungssystems.

Mittelpunkt des Systems ist ein Warmwasser-Kessel 2, der ein bestimmtes Volumen an Wasser fassen kann und dieses vermittels einer inwändigen Heizeinrichtung erwärmt. Der Kessel 2 ist ausgangsseitig mit einer Zirkulationslei­ tung 4 verbunden, die im Kreislauf zu dem Kessel 2 zurückge­ führt ist. In Strömungsrichtung des Zirkulationswassers in der Zirkulationsleitung sind zunächst Anschlußstellen für Warmwasser-Versorgungsleitungen 18, 20 und 22 vorgesehen, durch die Warmwasser zur Entnahme gelangt. Hinter den An­ schlußstellen für die Versorgungsleitungen ist im Rücklauf der Zirkulationsleitung 4 eine Zirkulationspumpe 8 angeord­ net, die zur Umwälzung des Zirkulationswassers dient. In Strömungsrichtung hinter der Zirkulationspumpe ist ein Ma­ gnetventil 10 angeordnet, das zum Verschluß der Zirkula­ tionsleitung dient. Hinter dem Magnetventil mündet die Zir­ kulationsleitung zurück in den Kessel 2.

An der Eingangsseite des Kessels 2 ist eine Kaltwasserlei­ tung 6 angeschlossen, durch die Kaltwasser nach Entleerung des Kessels 2 in diesen einströmt. Das Versorgungssystem hat die Eigenschaft, daß unmittelbar nach Entnahme von Wasser aus einer der Versorgungsleitungen 18, 20 oder 22 der über­ tragene Druckverlust zum Nachströmen von Kaltwasser führt. In der Kaltwasserleitung 6 ist vor der Anschlußstelle des Kessels 2 ein Durchflußsensor bzw. Durchflußwächter 14 an­ geordnet, der zur Erfassung des Durchflusses bzw. der Strö­ mung des Kaltwassers dient.

Der Durchflußsensor 14 erzeugt bei Überschreiten einer vor­ bestimmten Grenz-Durchflußmenge ein Auslösesignal, das elek­ trisch an einen elektronischen Zeitgeber 12 übertragen wird. Bei Empfang des Auslösesignals schaltet der Zeitgeber die mit ihm verbundene Zirkulationspumpe 8 ein. Ebenfalls bei Empfang des Auslösesignals öffnet der Zeitgeber 12 das mit ihm verbundene Magnetventil 10, so daß nun eine Umwälzung des Zirkulationswassers stattfindet. Im Zeitgeber 12 ist eine Nachlaufzeit eingestellt, die 1/2 Minute bis 1 Minute be­ trägt. Diese Nachlaufzeit verstreicht nach Einschaltung der Zirkulationspumpe 8. Nach Ablauf der Nachlaufzeit, in der eine vollständige Umwälzung des Zirkulationswassers statt­ findet, wird die Zirkulationspumpe abgeschaltet und gleich­ zeitig das Magnetventil 10 geschlossen.

Der elektronische Zeitgeber 12 besitzt eine zugeordnete Steuereinheit 16, die lediglich mit dem Magnetventil 10 bzw. einer Steuerleitung zum Magnetventil 10 verbunden ist. Die Steuereinheit hat die Aufgabe, das Magnetventil 10 zu einer vorgegebenen Tageszeit für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet zu halten, so daß in dieser Zeit eine Grundzirkulation auf­ grund einer Schwerkraftströmung in dem Zirkulationssystem stattfindet. Somit hemmt die Steuereinheit 16 einen Schließ­ impuls des Zeitgebers 12, der durch die Steuerleitung an das Magnetventil 10 gegeben wird.

Dieses Warmwasser-Versorgungssystem arbeitet wie folgt. Nach Öffnung einer der Versorgungsleitungen 18 bis 22 entsteht ein Druckabfall in der Zirkulationsleitung 4, die unmittelbar auf den Kessel 2 übertragen wird. Der Druckabfall führt zum Nachströmen von Kaltwasser durch die Kaltwasserleitung 6. Der dort angeordnete Durchflußsensor 14 erfaßt bzw. mißt eine Strömung und erzeugt ein Auslösesi­ gnal, das unmittelbar an den Zeitgeber 12 gegeben wird, wel­ cher die Zirkulationspumpe 8 einschaltet und das Magnetven­ til 10 öffnet. Dadurch findet kurze Zeit nach Öffnung einer der Versorgungsleitungen eine pumpengetriebene Umwälzung des Zirkulationswassers statt, die schon nach kurzer Zeit aus dem Kessel 2 stammendes Warmwasser an den Anschlußstellen für die Versorgungsleitungen 18 bis 22 bereitstellt. Das zu­ nächst in der Zirkulationsleitung unterhalb der Anschluß­ stellen befindliche Kaltwasser gelangt nicht mehr in die Versorgungsleitungen. Nach völliger Umwälzung des Zirkula­ tionswassers wird die Zirkulationspumpe 8 abgeschaltet und das Magnetventil 10 geschlossen. Die dafür benötigte Zeit entspricht der Nachlaufzeit des Zeitgebers 12. Die Erfindung liefert demnach eine Stromersparnis, da die Zirkulationspum­ pe nur bei Wasserentnahme und nur für die notwendige Zeit läuft. Ferner findet kein unnötiger Betrieb der Zirkula­ tionspumpe statt, die bei herkömmlichen Systemen zu einer Entleerung des Kessels und damit zu einem unnötigen Wärme­ verlust führt. Dieser Vorteil ist insbesondere bei Solaran­ lagen von Nutzen, da diese den durch die Umwälzung eintre­ tenden Wärmeverlust in den Nachtzeiten nicht ausgleichen können.

Claims (9)

1. Warmwasser-Versorgungssystem, mit
einem Kessel (2), der ausgangsseitig mit einer Zirkulationsleitung (4) verbunden ist, welche in den Kessel (2) rückgeführt ist,
einer in der Zirkulationsleitung (4) angeordneten Zirkulationspumpe (8), und
einer Kaltwasserleitung (6), die mit der Eingangsseite des Kessels verbunden ist, wobei in der Kaltwasserleitung (6) ein Durchflußsensor (14) angeordnet ist, der mit der Zirkulationspumpe (8) gekoppelt ist, und zwischen Durchflußsensor (14) und Zirkulationspumpe (8) ein elektrischer Zeitgeber (12) angeordnet ist, der die Zirkulationspumpe (8) bei Überschreiten einer vorbestimmten Durchflußmenge in der Kaltwasserleitung (6) einschaltet und nach Ablauf einer einstellbaren Nachlaufzeit abschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zirkulationsleitung (4) in Strömungsrichtung hinter der Zirkulationspumpe (8) ein Absperrventil (10) angeordnet ist, das mit dem elektronischen Zeitgeber (12) gekoppelt ist.

2. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Zeitgeber (12) das Absperrventil (10) öffnet, wenn die Durchflußmenge in der Kaltwasserleitung (6) den vorbestimmten Wert überschreitet, und schließt, wenn die Nachlaufzeit der Zirkulationspumpe (8) abgelaufen ist.

3. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Zeitgeber (12) eine Steuereinheit (16) aufweist, die mit dem Absperrventil (10) gekoppelt ist und zu einer vorgegebenen Zeit das Absperrventil (10) für eine bestimmte Zeitdauer öffnet und geöffnet hält.

4. Warmwasser-Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zirkulationsleitung (4) einzelne Warmwasser-Versorgungsleitungen (18, 20, 22) für die Wasserentnahme abzweigen.

5. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zirkulationspumpe (8) in Strömungsrichtung hinter den Abzweigungsstellen der Warmwasser-Versorungsleitung (18, 20, 22) befindet.

8. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil ein Magnetventil ist.

7. Warmwasser-Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußsensor bei Messung einer Strömung in der Kaltwasserleitung (6) das Auslösesignal an den Zeitgeber (12) gibt.

8. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (12) die Zirkulationspumpe (8) gleichzeitig mit Öffnung des Absperrventils (10) einschaltet.

9. Warmwasser-Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber (12) das Absperrventil (10) gleichzeitig mit Abschaltung der Zirkulationspumpe (8) schließt.