EP3705789B1 - Wasserversorgungssystem und verfahren zum betreiben eines solchen - Google Patents

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EP3705789B1
EP3705789B1 EP20161155.5A EP20161155A EP3705789B1 EP 3705789 B1 EP3705789 B1 EP 3705789B1 EP 20161155 A EP20161155 A EP 20161155A EP 3705789 B1 EP3705789 B1 EP 3705789B1
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EP
European Patent Office
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hot water
water supply
supply system
heat
heat exchanger
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EP20161155.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3705789A1 (de
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Roland Blumenthal
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Gebr Kemper GmbH and Co KG
Original Assignee
Gebr Kemper GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0078—Recirculation systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • F24D19/1054—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump

Definitions

  • the present invention is in the field of domestic technology and relates to a water supply system in a building and a method for operating such a system.
  • a water supply system is connected to a public potable water supply. This connection is made via a house connection.
  • the house connection is also characterized by a line penetrating an outer wall of a building, usually in the area of a basement, with a water meter usually being provided inside the building immediately adjacent to the penetration of the wall.
  • the drinking water supplied in this way is fed to a hot water supply system inside the building and to a cold water supply system inside the building.
  • Each of the supply systems has at least one consumer.
  • a consumer of the system according to the invention is in particular a washbasin, a toilet, a shower, a bathtub or devices that consume drinking water, such as washing machines, dishwashers, steam cookers or refrigerators.
  • the hot water supply system has at least one hot water supply line for connecting the consumer or consumers.
  • a hot water heat exchanger is installed in the hot water supply line, via which the water, which is initially regularly fed into the building as cold drinking water, is brought to hot water temperature so that it is suitable for showering or bathing.
  • a hot water circulation line is provided to prevent the hot water from cooling down due to heat losses in the pipe network, which returns the hot water from the hot water supply line to the heat exchanger.
  • a thermal control valve is usually provided in the hot water circulation line, which is provided with a thermal actuator which, by appropriate adjustment, ensures such a circulation flow that the required minimum temperature of the hot water does not fall below either the hot water supply line or the hot water circulation line becomes. If the hot water is too cold because the circulation flow is too low, the control valve increasingly opens a control gap so that an increasing volume flow of cooled hot water is fed to the heat exchanger and is heated up again there by the heat exchanger.
  • the circulation is usually effected by a pump that is regularly installed in the hot water circulation line.
  • a cold water circulation is known, which is intended to ensure that the cold water in the cold water supply system does not exceed a predetermined temperature.
  • overheated cold water is fed to a cooling system via a cold water circulation line, with the volume flow usually being controlled by a thermal control valve.
  • the present invention also generally makes use of this basic proposal.
  • the prescribed solution has a heat exchanger that cools the cold drinking water.
  • the options for connecting consumers to various line sections of the cold water supply lines described there are also conceivable configurations of the cold water supply system according to the invention. The same applies to the connection of consumers in the hot water supply system of the present invention.
  • a water supply system with the preamble features of claim 1 and a method for operating such a water supply system with the preamble features of claim 6 are from WO 2011/071369 A1 , DE20 2014 001131 U1 and DE20 2014 103191 U1 known.
  • potable water is heated by a heating coil in a hot water buffer tank and heat loss is compensated by circulating the hot potable water with a heat transfer device that transfers heat between a cold water buffer tank and the hot water buffer tank.
  • the present invention is based on the problem of specifying a water supply system that can be operated more efficiently.
  • the solution according to the invention should be able to be operated in a resource-saving manner.
  • the invention also intends to specify a corresponding method for operating a water supply system.
  • the present invention proposes a water supply system with the features of claim 1.
  • This has a heat transfer device that extracts heat from the cold water and supplies this heat to the hot water.
  • the cold water supply system is thermally coupled to the hot water supply system by the heat transfer device. This makes it possible to use the thermal energy extracted from the cold water for cooling to heat the to use hot water. In this way, the undesirable circulation losses - heat loss to the environment in the hot water supply system and heat absorption from the environment in the cold water supply system - are combated much more efficiently.
  • the present invention is based on the fact that the heat extracted from the cold water is supplied to the hot water, this does not necessarily mean that the exact amount of heat extracted from the cold water serves as heat input for the hot water, since all heat-transferring components entail certain heat losses. Nevertheless, compared to the previously known solutions, the water supply system can be operated in a much more economical and resource-saving manner, since, in contrast to the EP 3 037 591 B1 known proposal the heat generated as part of the cooling of the cold water supply system is fed into the hot water supply system.
  • Any heat pump that enables the necessary ratio of heat extracted from the cold water and heat supplied to the hot water to maintain a maximum permissible cold water temperature and/or minimum hot water temperature can be used as a heat pump in the sense of the present invention. Depending on the application, it can also make sense to design a heat pump using Peltier elements.
  • the electrical power supplied to the heat pump does not necessarily have to bring about heat input into the hot water supply system within the scope of the invention. Rather, this electrical energy can be used solely for the pumping function of the heat pump, which consists of feeding the heat extracted from the cold water to the hot water.
  • the heat pump can preferably be operated in such a way that circulation heat losses in the hot water supply system are completely compensated for by the electrical power and the heat extracted from the cold water. In order to exchange circulation heat losses, the operation of a boiler, a burner or the like, which is provided in a primary circuit of the heat exchanger assigned to the hot water, can possibly be dispensed with.
  • the heat pump and the pump capacity of associated circulation pumps for the cold water and the hot water are preferably controlled in such a way that the cold water temperature required in the cold water system, preferably the required temperatures in the two systems, are reached.
  • a pump is preferably also controlled in a corresponding manner, which is installed as a hot water heat exchanger pump in a primary circuit of the hot water heat exchanger and communicates with a buffer storage tank.
  • the buffer tank of the hot water system represents a heat store that can be used by operating the hot water heat exchanger pump to feed additional heat into the secondary system of circulating hot water via the hot water heat exchanger.
  • a heat transfer device will exchange heat between two possibly identical heat transfer media, which are each connected to the cold drinking water or hot drinking water via an assigned heat exchanger.
  • a hot water heat exchanger has previously been described as a separation between a primary heat transfer medium and the hot water to be heated.
  • the cold water supply system also has a cold water heat exchanger, the primary side of which preferably communicates with a buffer store, preferably with the same buffer store as the primary side of the hot water heat exchanger.
  • the heat transfer takes place on the primary side between the heat transfer media of the hot water and cold water heat exchangers.
  • the heat pump can be assigned to the buffer store.
  • the heat pump is provided within the storage volume of the buffer tank. Rather, the heat pump can also be connected by pipes to the two storage volumes or the uniform storage volume of the buffer storage. However, the heat pump can also be arranged within the single store.
  • the heat pump usually causes temperature stratification in the buffer storage tank, so that the maximum cold heat transfer medium of the primary circuit is provided at the bottom of the buffer storage tank, whereas the maximum warm heat storage medium is provided in the uppermost area of the uniform buffer storage tank.
  • the supply lines to the heat accumulator for the cold water on the one hand and for the hot water on the other hand connect there.
  • the return of the heat transfer media circulating in the primary circuits takes place in a central area of the buffer tank, with that from the cold water heat exchanger recirculated stream of heat transfer medium is introduced into the buffer tank below the corresponding medium recirculated from the hot water heat exchanger.
  • the buffer memory can preferably according to one of the embodiments according to DE 20 2015 006 684 U1 be trained.
  • the uniform buffer storage can be designed in such a way that due to the internal heat pump, a flow of heat within the buffer storage flows from the cold to the warm side.
  • the power of the four pumps involved and the heat pump is preferably regulated in such a way that the minimum hot water temperature in the hot water supply system is reached on the one hand and the maximum cold water temperature of the cold water supply system is not exceeded.
  • the heat pump assigned to the buffer memory and preferably installed in the buffer memory can also use Peltier elements, as is the case with DE 20 2015 006 684 U1 teaches.
  • the heat transfer device described above offers the possibility of maintaining the desired temperature values for providing drinking water to the respective consumers and at any other point in the drinking water supply system with a relatively simple structure in a water supply system in a building with drinking cold water and domestic hot water.
  • the circulation-related heat losses of the domestic hot water are partially compensated for by extracting heat from the domestic hot water.
  • the solution according to the invention thus offers improved drinking water hygiene, since the cold drinking water does not reach a supercritical warm temperature, but at the same time also more efficient use of the resources energy and water. Because the temperature values for the cold water and the hot water are maintained and this circulates, regular rinsing with the drainage of the cold and/or hot drinking water can be reduced or, if used accordingly, it can be dispensed with altogether.
  • the two figures each illustrate a water supply system 2, which is connected to a house connection 4, the position of which is marked approximately by a water meter 5, which is not shown.
  • a water meter 5 which is not shown.
  • the supplied drinking water is branched. This is fed to either a hot water supply system 6 or a cold water supply system 8 .
  • the cold water fed into the hot water supply system 6 is first passed through a hot water heat exchanger 10 and heated in the process.
  • the heat is provided via a primary circuit 12 of the hot water heat exchanger 10 which communicates with a buffer storage tank 16 via a heat exchanger pump 14 .
  • a heat generator, which supplies heat to the primary circuit 12 is usually also integrated in this primary circuit 12 .
  • the hot drinking water TWW In the direction of flow of the hot drinking water TWW, it circulates from the house connection 4 via the hot water heat exchanger 10 through a hot water supply line 18 to various consumers that are directly connected to the hot water supply line 18 .
  • the hot water supply line 18 ends behind the last consumer in the direction of flow.
  • a thermal control valve 20 is integrated into the hot water supply system 6 behind it.
  • the hot water supply line 18 is followed by a hot water circulation line 22 which supplies the hot water TWW, which has cooled down due to circulation losses, to the hot water heat exchanger 10 again via a hot water circulation pump 24 .
  • the cold water supply system 8 is constructed in a corresponding manner.
  • the components conducting the cold drinking water TWK are marked with the reference numbers 26 to 32 .
  • a heat exchanger, which is installed in the cold water supply system 8, is missing in this exemplary embodiment.
  • a corresponding heat exchanger 10 is required in the hot water supply system 6 for the provision of domestic hot water, whereas the cold water is already provided at the house connection 4 at the desired temperature.
  • a heat pump 34 Upstream of the pumps 24 or 32 in the flow direction is a heat pump 34 as an embodiment of a heat transfer device. This extracts heat from the circulating cold water from the cold water circulation line 30 and feeds this heat together with the electrical energy supplied to the heat pump into the hot water circulation line 22 .
  • the dash-dotted lines in figure 1 illustrate the control-related coupling between the hot water circulation pump 24, the cold water circulation pump 32 and the heat pump 34.
  • the control is assigned at least one thermometer, which is provided in the area of the cold water circulation line 30 and monitors, for example, a cold water flow temperature, with which the cold water TWK cooled in the heat pump 34 is supplied to the cold water supply line 26 .
  • This temperature is the manipulated variable of the control circuit.
  • the respective volume flows of the cold water TWK and the hot water TWW in the circulation lines 22, 30 are controlled so that the corresponding preset flow temperature of the cold water TWK is reached, taking into account the electrical output of the heat pump 34.
  • a greater heat output can be dissipated, for example, by increasing the volume flow of the domestic hot water through the output of the corresponding hot water circulation pump 24 .
  • the hot water heat exchanger pump 14 is usually also integrated into the control circuit, which, if the domestic hot water TWW is not heated sufficiently, due to the heat pump 34, increasingly circulates the primary heat storage medium contained in the buffer 16 in order to transfer more heat via the hot water heat exchanger 10 in the direction of the to transfer domestic hot water TWW.
  • the figure 2 shows a connection diagram embodiment of the invention. The same components are compared to the in figure 1 shown connection diagram provided with the same reference numerals.
  • the heat pump In contrast to the in figure 1 shown hot water supply system according to the embodiment figure 2 no heat pump transferring heat between the two circulation lines 22,30. Rather, the heat pump is located within the buffer store 16 and is identified by reference number 36 . This buffer heat pump 36 ensures an appropriate temperature stratification within the buffer memory 16. The buffer heat pump 36 causes heat to flow from the cold side to the warm side of the buffer memory 16. The buffer heat pump 36 can in accordance with DE 20 2015 006 684 U1 be trained by the applicant.
  • the exemplary embodiment shown also has a cold water heat exchanger identified by reference number 38 to which a cold water heat exchanger pump 40 is assigned, which are parts of a primary circuit of the cold water supply system 8 identified by reference number 42 .
  • a cold water heat exchanger pump 40 circulates the heat transfer medium of the primary circuit 42 of the cold water heat exchanger 38 with the buffer storage 16.
  • the cold primary heat transfer medium is withdrawn from the bottom of the buffer storage 16, fed to the cold water heat exchanger 38 and introduced into the buffer storage 16 in a central area. The introduction takes place in the earth's gravitational field below the buffer storage heat pump 36.
  • the heat transfer medium circulates in a corresponding manner on the primary side of the hot water heat exchanger 10. For this purpose, the heat transfer medium is drawn off at the top point of the buffer storage 16, fed to the hot water heat exchanger 10 and in the middle Area above the buffer heat pump 36 returned to the buffer storage 16.
  • the heat between the cold water and the hot water side is accordingly not pumped directly between TWW and TWK. Rather, the heat transfer takes place in the primary circuit. The heat transferred in this way is fed to or withdrawn from the cold drinking water or hot drinking water via the respective heat exchangers 10, 38.
  • the regulation is preferably carried out via the flow temperature of the cold water.
  • the performance of the heat pump and the performance of the four pumps 14, 24, 32, 40 involved are adjusted so that the desired flow temperature in the cold water supply system and the desired flow temperature in the hot water supply system is achieved in each case.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Haustechnik und betrifft ein Wasserversorgungssystem in einem Gebäude sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems.
  • Ein Wasserversorgungssystem gemäß der vorliegenden Anmeldung ist an eine öffentliche Trinkwasser-Wasserversorgung angeschlossen. Dieser Anschluss erfolgt über einen Hausanschluss. Der Hausanschluss ist auch bei der vorliegenden Erfindung gegenständlich durch eine eine Gebäudeaußenwand üblicherweise im Bereich eines Kellergeschosses durchsetzende Leitung gekennzeichnet, wobei unmittelbar benachbart zu der Durchsetzung der Wand regelmäßig im Gebäudeinnern ein Wasserzähler vorgesehen ist. In Strömungsrichtung hinter dem Hausanschluss wird das so zugeführte Trinkwasser einem Warmwasser-Versorgungssystem innerhalb des Gebäudes und einem Kaltwasser-Versorgungssystem innerhalb des Gebäudes zugeführt. Jedes der Versorgungssysteme hat zumindest einen Verbraucher. Bei einem Verbraucher auch des erfindungsgemäßen Systems handelt es sich insbesondere um ein Waschbecken, eine Toilette, eine Dusche, eine Badewanne oder Trinkwasser verbrauchende Geräte wie Waschmaschinen, Spülmaschinen, Dampfkocher oder Kühlschränke.
  • Das Warmwasser-Versorgungssystem hat zum Anschluss des oder der Verbraucher zumindest eine Warmwasser-Versorgungsleitung. In Strömungsrichtung dem Verbraucher vorgelagert ist in die Warmwasser-Versorgungsleitung ein Warmwasser-Wärmeübertrager eingebaut, über den das zunächst regelmäßig als kaltes Trinkwasser in das Gebäude eingeleitete Wasser auf Warmwassertemperatur gebracht wird, sodass sich dieses zum Duschen oder Baden eignet. In Strömungsrichtung hinter dem letzten Verbraucher ist zur Vermeidung der Abkühlung des Warmwassers durch Wärmeverluste im Rohrleitungsnetz eine Warmwasserzirkulationsleitung vorgesehen, die das Warmwasser von der Warmwasser-Versorgungsleitung an den Wärmeübertrager zurückleitet. In der Warmwasser-Zirkulationsleitung ist üblicherweise ein thermisches Regulierventil vorgesehen, welches mit einem thermischen Stellglied versehen ist, das durch ein entsprechendes Einstellen eine solche Zirkulationsströmung sicherstellt, sodass die erforderliche Minimaltemperatur des Warmwassers weder in der Warmwasser-Versorgungsleitung noch in der Warmwasser-Zirkulationsleitung nicht unterschritten wird. Bei, aufgrund einer zu geringen Zirkulationsströmung, zu kaltem Warmwasser öffnet das Regulierventil vermehrt einen Regelspalt, sodass ein zunehmender Volumenstrom an abgekühltem Warmwasser dem Wärmeübertrager zugeführt und dort durch den Wärmeübertrager wieder erwärmt wird. Die Zirkulation wird üblicherweise durch eine Pumpe bewirkt, die regelmäßig in der Warmwasser-Zirkulationsleitung eingebaut ist.
  • Die zuvor beschriebene Gestaltung des Warmwasser-Versorgungssystems ist im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie sind auch Merkmale erfindungsgemäßen Lösung.
  • Ferner ist beispielsweise aus EP 3 037 591 B1 eine Kaltwasser-Zirkulation bekannt, die sicherstellen soll, dass das Kaltwasser in dem Kaltwasser-Versorgungssystem eine vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet. Analog zum Warmwasser-Wasserzirkulationssystem wird aufgrund der Wärmeaufnahme des Rohrleitungssystems zu stark erwärmtes Kaltwasser über eine Kaltwasser-Zirkulationsleitung einer Kühlung zugeführt, wobei der Volumenstrom üblicherweise durch ein thermisches Regulierventil gesteuert wird. Auch von diesem grundlegenden Vorschlag macht die vorliegende Erfindung in der Regel Gebrauch.
  • Die aus EP 3 037 591 B1 vorgeschriebene Lösung hat einen Wärmeübertrager, der das Trinckaltwasser kühlt. Die dort beschriebenen Anschlussmöglichkeiten von Verbrauchern an verschiedene Leitungsabschnitte der Kaltwasser-Versorgungsleitungen sind auch denkbare Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kaltwasser-Versorgungssystems. Entsprechendes gilt für den Anschluss von Verbrauchern in dem Warmwasser-Versorgungssystem der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Wasserversorgungssystem mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Wasserversorgungssystems mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 6 sind aus der WO 2011/071369 A1 , DE20 2014 001131 U1 und DE20 2014 103191 U1 bekannt. In dem Wasserversorgungssystem nach WO 2011/071369 A1 wird Trinkwasser durch eine Heizspule in einem Warmwasserpufferspeicher erwärmt und Wärmeverlust durch Zirkulation des warmen Trinkwassers mit einer Wärmeübertragungseinrichtung ausgeglichen, die Wärme zwischen einem Kaltwasserpufferspeicher und dem Warmwasserpufferspeicher überträgt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein effizienter zu betreibendes Wasserversorgungssystem anzugeben. Dabei soll die erfindungsgemäße Lösung ressourcenschonender betrieben werden können. Die Erfindung will auch ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Wasserversorgungssystems angeben.
  • Hinsichtlich des vorrichtungsmäßigen Problems schlägt die vorliegende Erfindung ein Wasserversorgungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Dieses hat eine Wärmeübertragungseinrichtung, die dem Kaltwasser Wärme entzieht und diese Wärme dem Warmwasser zuführt. Durch die Wärmeübertragungseinrichtung wird das Kaltwasser-Versorgungssystem thermisch mit dem Warmwasser-Versorgungssystem gekoppelt. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, die dem Kaltwasser zum Kühlen entzogene Wärmeenergie zum Erwärmen des Warmwassers zu nutzen. Auf diese Art und Weise werden die unerwünschten Zirkulationsverluste - Wärmeabgabe an die Umgebung im Warmwasser-Versorgungssystem und Wärmeaufnahme von der Umgebung im Kaltwasser-Versorgungssystem - deutlich effizienter bekämpft. Soweit die vorliegende Erfindung darauf abstellt, dass die dem Kaltwasser entzogene Wärme dem Warmwasser zugeführt wird, bedeutet dies nicht zwingend, dass die dem Kaltwasser exakt entzogene Wärmemenge als Wärmeeintrag für das Warmwasser dient, da sämtliche wärmeübertragende Komponenten gewisse Wärmeverluste mit sich bringen. Gleichwohl aber kann gegenüber den vorbekannten Lösungen das Wasserversorgungssystem wesentlich wirtschaftlicher und ressourcenschonender betrieben werden, da im Gegensatz zu dem aus EP 3 037 591 B1 bekannten Vorschlag die im Rahmen der Kühlung des Kaltwasser-Versorgungssystems anfallende Wärme in das Warmwasser-Versorgungssystem eingespeist wird.
  • Als Wärmepumpe im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jedwede Wärmepumpe verwendet werden, die das notwendige Verhältnis von dem Kaltwasser entzogener Wärme und dem Warmwasser zugeführter Wärme zur Aufrechterhaltung einer maximal zulässigen -Kaltwasser-Temperatur und/oder Mindest-Warmwasser-Temperatur ermöglicht. Je nach Anwendungsfall kann es auch sinnvoll sein, eine Wärmepumpe mithilfe von Peltier-Elementen auszubilden.
  • Die der Wärmepumpe zugeführte elektrische Leistung muss nicht notwendigerweise im Rahmen der Erfindung einen Wärmeeintrag in das Warmwasser-Versorgungssystem bewirken. Vielmehr kann diese elektrische Energie allein für die Pumpfunktion der Wärmepumpe verbraucht werden, die darin besteht, die dem Kaltwasser entzogene Wärme dem Warmwasser zuzuführen. Die Wärmepumpe kann aber bevorzugt so betrieben werden, dass Zirkulations-Wärmeverluste in dem Warmwasser-Versorgungssystem durch die elektrische Leistung und die dem Kaltwasser entzogene Wärme vollständig ausgeglichen werden. So kann zum Austausch von Zirkulations-Wärmeverlusten auf den Betrieb eines Boilers, eines Brenners oder dergleichen, der in einem Primärkreislauf des dem Warmwasser zugeordneten Wärmeübertragers vorgesehen ist, gegebenenfalls verzichtet werden.
  • Die Wärmepumpe sowie die Pumpleistung von zugeordneten Zirkulationspumpen für das Kaltwasser und das Warmwasser werden bevorzugt so geregelt, dass die in dem Kaltwasser-System erforderliche Kaltwassertemperatur, bevorzugt in den beiden Systemen die erforderlichen Temperaturen erreicht werden.
  • In entsprechender Weise wird vorzugsweise auch eine Pumpe gesteuert, die als Warmwasser-Wärmeübertrager-Pumpe in einen Primärkreislauf des Warmwasser-Wärmeübertrager eingebaut ist und mit einem Pufferspeicher kommuniziert. Der Pufferspeicher des Warmwassersystems stellt dabei einen Wärmespeicher dar, der durch Betrieb der Warmwasser-Wärmeübertrager-Pumpe genutzt werden kann, um zusätzliche Wärme über den Warmwasser-Wärmeübertrager in das Sekundärsystem des zirkulierenden Trinkwarmwassers einzuspeisen. Es versteht sich, dass im Rahmen des Betriebs des erfindungsgemäßen Wasserversorgungssystems der Warmwasser- Wärmeübertrager und die diesem zugeordnete Pumpe vornehmlich den Bedarf an Warmwasser in dem Warmwasser-Versorgungssystem decken sollen und in entsprechender Weise betrieben werden. Diese Anforderung wird im Rahmen der Steuerung des Gesamtsystems priorisiert.
  • Gemäß der Erfindung wird eine Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zwischen zwei ggf. stoffidentischen Wärmeübertragungsmedien tauschen, die jeweils über einen zugeordneten Wärmeübertrager mit dem Trinkkaltwasser bzw. Trinkwarmwasser verbunden sind. Ein Warmwasser-Wärmeübertrager wurde zuvor bereits als Trennung zwischen einem primären Wärmeträger und dem zu erwärmenden Warmwasser beschrieben. Auch das Kaltwasser-Versorgungssystems weist gemäß der Erfindung einen Kaltwasser-Wärmeübertrager auf, dessen Primärseite bevorzugt mit einem Pufferspeicher, bevorzugt mit dem gleichen Pufferspeicher kommuniziert wie die Primärseite des Warmwasser-Wärmeübertragers.
  • Die Wärmeübertragung erfolgt auf der Primärseite zwischen den Wärmeübertragungsmedien der von Warmwasser- und Kaltwasser-Wärmeübertrager.
  • Dabei kann insbesondere die Wärmepumpe dem Pufferspeicher zugeordnet sein.
  • Dies bedeutet nicht notwendig, dass die Wärmepumpe innerhalb des Speichervolumens des Pufferspeichers vorgesehen ist. Vielmehr kann die Wärmepumpe auch durch Rohre mit den beiden Speichervolumen oder dem einheitlichen Speichervolumen des Pufferspeichers verbunden sein. Die Wärmepumpe kann aber auch innerhalb des einheitlichen Speichers angeordnet sein.
  • Die Wärmepumpe bewirkt üblicherweise eine Temperaturschichtung in den Pufferspeicher, sodass maximal kaltes Wärmeträgermedium des Primärkreislaufs an dem Boden des Pufferspeichers vorgesehen ist, wohingegen maximal warmes Wärmespeichermedium im obersten Bereich des einheitlichen Pufferspeichers vorgesehen ist. Dort schließen die Zufuhrleitungen zu dem Wärmespeicher für das Kaltwasser einerseits und für das Warmwasser andererseits an. Die Rückführung der in den Primärkreisläufen zirkulierenden Wärmeübertragungsmedien erfolgt in einem mittleren Bereich des Pufferspeichers, wobei der von dem Kaltwasser-Wärmeübertrager zurückführte Strom des Wärmeübertragungsmediums unterhalb des entsprechenden, von dem Warmwasser-Wärmeübertrager zurückgeführten Mediums in den Pufferspeicher eingeleitet wird. Der Pufferspeicher kann dabei bevorzugt nach einem der Ausführungsbeispiele gemäß DE 20 2015 006 684 U1 ausgebildet sein.
  • Insbesondere kann der einheitliche Pufferspeicher so ausgebildet sein, dass aufgrund der internen Wärmepumpe ein Wärmestrom innerhalb des Pufferspeichers von der kalten zu der warmen Seite fließt.
  • Auch hier erfolgt die Regelung der Leistungen der vier beteiligten Pumpen und der Wärmepumpe bevorzugt so, dass die minimale Warmwasser-Temperatur in dem Warmwasser-, Versorgungssystem einerseits erreicht und die maximale Kaltwassertemperatur des Kaltwasser-, Versorgungssystems nicht überschritten wird. Auch die dem Pufferspeicher zugeordneten, bevorzugt in dem Pufferspeicher eingebaute Wärmepumpe kann sich des Einsatzes von Peltier-Elementen bedienen, wie dies die DE 20 2015 006 684 U1 lehrt.
  • Die zuvor beschriebene Wärmeübertragungseinrichtung bietet die Möglichkeit, bei relativ einfachem Aufbau in einem Wasserversorgungssystem in einem Gebäude mit Trinkkaltwasser und Trinkwarmwasser die gewünschten Temperaturwerte zur Bereitstellung von Trinkwasser an den jeweiligen Verbrauchern und an jeder sonstigen Stelle des Trinkwasserversorgungssystems einzuhalten. Die zirkulationsbedingten Wärmeverluste des Trinkwarmwassers werden teilweise durch Entzug von Wärme aus dem Trinkwarmwasser ausgeglichen.
  • So bietet die erfindungsgemäße Lösung eine verbesserte Trinkwasserhygiene, da das Trinckaltwasser eine überkritische warme Temperatur nicht erreicht, gleichzeitig aber auch eine effizientere Nutzung der Ressourcen Energie und Wasser. Denn da die Temperaturwerte für das Kaltwasser und das Warmwasser eingehalten werden und dieses zirkuliert, kann ein regelmäßiges Spülen unter Ableitung des Trinkkaltwassers und/oder des Trinkwarmwassers reduziert oder bei entsprechender Nutzung gänzlich darauf verzichtet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung vorgestellt. In dieser zeigen:
    • Figur 1: ein Anschlussschaubild für ein Warmwasserversorgungssystem, das nicht Teil der Erfindung ist und
    • Figur 2: ein Anschlussschaubild für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die beiden Figuren verdeutlichen jeweils ein Wasserversorgungssystem 2, welches an einen Hausanschluss 4 angeschlossen ist, dessen Position in etwa durch einen nicht dargestellten Wasserzähler mit 5 gekennzeichnet ist. In Strömungsrichtung hinter dem Hausanschluss 4 wird das zugeleitete Trinkwasser verzweigt. Dieses wird entweder einem Warmwasser-Versorgungssystem 6 oder einem Kaltwasser-Versorgungssystem 8 zugeleitet.
  • Das in das Warmwasser-Versorgungssystem 6 eingeleitete kalte Wasser wird zunächst über einen Warmwasser-Wärmeübertrager 10 geführt und hierbei erwärmt. Die Wärme wird dabei über einen Primärkreislauf 12 des Warmwasser-Wärmeübertragers 10 bereitgestellt, der über eine Wärmeübertrager-Pumpe 14 mit einem Pufferspeicher 16 kommuniziert. In diesem Primärkreislauf 12 ist üblicherweise auch ein Wärmeerzeuger integriert, der dem Primärkreislauf 12 Wärme zuführt.
  • In Strömungsrichtung des warmen Trinkwassers TWW zirkuliert dieses von dem Hausanschluss 4 über den Warmwasser-Wärmeübertrager 10 durch eine Warmwasser-Versorgungsleitung 18 zu verschiedenen Verbrauchern, die an die Warmwasser-Versorgungsleitung 18 unmittelbar angeschlossen sind. Hinter dem in Strömungsrichtung letzten Verbraucher endet die Warmwasser-Versorgungsleitung 18. Dahinter ist ein thermisches Regulierventil 20 in das Warmwasser-Versorgungssystem 6 integriert. Der Warmwasser-Versorgungsleitung 18 schließt sich eine Warmwasser-Zirkulationsleitung 22 an, die das aufgrund von Zirkulationsverlusten erkaltete Warmwasser TWW über eine Warmwasser-Zirkulationspumpe 24 erneut dem Warmwasser-Wärmeübertrager 10 zuführt.
  • Das Kaltwasser-Versorgungssystem 8 ist in entsprechender Weise aufgebaut. Die das kalte Trinkwasser TWK leitenden Komponenten sind mit dem Bezugszeichen 26 bis 32 gekennzeichnet. Ein Wärmeübertrager, der in das Kaltwasser-Versorgungssystem 8 eingebaut ist, fehlt bei diesem Ausführungsbeispiel. Denn für die Bereitstellung von Trinkwarmwasser ist in dem Warmwasser-Versorgungssystem 6 ein entsprechender Wärmeübertrager 10 notwendig, wohingegen das Kaltwasser mit der gewünschten Temperatur bereits an dem Hausanschluss 4 bereitgestellt wird.
  • In Strömungsrichtung den Pumpen 24 bzw. 32 vorgelagert befindet sich als Ausführungsbeispiel einer Wärmeübertragungseinrichtung eine Wärmepumpe 34. Diese entzieht dem zirkulierenden Kaltwasser aus der Kaltwasser-Zirkulationsleitung 30 Wärme und speist diese Wärme zusammen mit der der Wärmepumpe zugeführten elektrischen Energie in die Warmwasser-Zirkulationsleitung 22 ein.
  • Die strich-punktierten Linien in Figur 1 verdeutlichen die steuerungsmäßige Kopplung zwischen der Warmwasser-Zirkulationspumpe 24, der Kaltwasser-Zirkulationspumpe 32 und der Wärmepumpe 34. Der Steuerung ist zumindest ein Thermometer zugeordnet, das im Bereich der Kaltwasser-Zirkulationsleitung 30 vorgesehen ist und beispielsweise eine Kaltwasser-Vorlauftemperatur überwacht, mit welcher das in der Wärmepumpe 34 gekühlte Kaltwasser TWK der Kaltwasser-Versorgungsleitung 26 zugeführt wird. Diese Temperatur ist Stellgröße des Regelkreises. Die jeweiligen Volumenströme des Kaltwassers TWK bzw. des Warmwassers TWW in den Zirkulationsleitungen 22, 30 werden dabei so gesteuert, dass die entsprechende voreingestellte Vorlauftemperatur des Kaltwassers TWK unter Berücksichtigung der elektrischen Leistung der Wärmepumpe 34 erreicht wird. Eine größere Wärmeleistung kann beispielsweise dadurch abgeführt werden, dass der Volumenstrom des Trinkwarmwassers durch die Leistung der entsprechenden Warmwasser-Zirkulationspumpe 24 erhöht wird.
  • In den Regelkreis wird üblicherweise auch die Warmwasser-Wärmeübertrager-Pumpe 14 eingebunden, die bei unzureichender Erwärmung des Trinkwarmwassers TWW aufgrund der Wärmepumpe 34 zunehmend das in dem Puffer 16 enthaltene primäre Wärmespeichermedium umwälzt, um vermehrt Wärme über den Warmwasser-Wärmeübertrager 10 in Richtung auf das Trinkwarmwasser TWW zu übertragen.
  • Die Figur 2 zeigt ein Anschlussschaubild Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Bauteile sind gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Anschlussschaubild mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Warmwasserversorgungssystem hat das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 keine Wärmepumpe, die Wärme zwischen den beiden Zirkulationsleitungen 22, 30 überträgt. Vielmehr befindet sich die Wärmepumpe innerhalb des Pufferspeichers 16 und ist mit Bezugszeichen 36 gekennzeichnet. Diese Puffer-Wärmepumpe 36 sorgt für eine angemessene Temperaturschichtung innerhalb des Pufferspeichers 16. Die Puffer-Wärmepumpe 36 bewirkt einen Wärmefluss von der kalten Seite auf die warme Seite des Pufferspeichers 16. Die Puffer-Wärmepumpe 36 kann dabei gemäß DE 20 2015 006 684 U1 der Anmelderin ausgebildet sein.
  • Das in Figur 2 gezeigt Ausführungsbeispiel hat ferner einen mit Bezugszeichen 38 gekennzeichneten Kaltwasser-Wärmeübertrager, dem eine Kaltwasser-Wärmeübertrager-Pumpe 40 zugeordnet ist, die Teile eines mit Bezugszeichen 42 gekennzeichneten Primärkreislauf des Kaltwasser-Versorgungssystems 8 sind. Über diese Kaltwasser-Wärmeübertrager-Pumpe 40 zirkuliert das Wärmeübertragungsmedium des Primärkreislaufs 42 des Kaltwasser-Wärmeübertrager 38 mit dem Pufferspeicher 16. Wie ersichtlich wird das kalte primäre Wärmeübertragungsmedium von dem Boden des Pufferspeichers 16 abgezogen, dem Kaltwasser-Wärmeübertrager 38 zugeführt und in einem mittleren Bereich in den Pufferspeicher 16 eingeleitet. Die Einleitung erfolgt im Schwerefeld der Erde unterhalb der Pufferspeicher-Wärmepumpe 36. In entsprechender Weise zirkuliert das Wärmeübertragungsmedium auf der Primärseite des Warmwasser-Wärmeübertrager 10. Dazu wird das Wärmeübertragungsmedium am obersten Punkt des Pufferspeichers 16 abgezogen, dem Warmwasser-Wärmeübertrager 10 zugeführt und im mittleren Bereich oberhalb der Puffer-Wärmepumpe 36 in den Pufferspeicher 16 zurückgeleitet.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Wärme zwischen der Kaltwasser- und der Warmwasserseite dementsprechend nicht unmittelbar zwischen TWW und TWK gepumpt. Vielmehr erfolgt die Wärmeübertragung im Primärkreislauf. Die so übertragene Wärme wird über die jeweiligen Wärmeübertrager 10, 38 dem Trinkkaltwasser bzw. Trinkwarmwasser zugeführt bzw. entzogen.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Regelung vorzugsweise über die Vorlauftemperatur des Kaltwassers. Die der Pufferspeicher-Wärmepumpe 36 zugeführte elektrische Energie ergibt zusammen mit der dem kalten Trinkwasser TWK im Primärkreislauf entzogene Wärme, die dem Warmwasser im Primärkreislauf zugeführte Wärme. Die Leistung der Wärmepumpe sowie die Leistungen der vier beteiligten Pumpen 14, 24, 32, 40 werden so eingestellt, dass die gewünschte Vorlauftemperatur im Kaltwasser-Versorgungssystem und die gewünschte Vorlauftemperatur im Warmwasser-Versorgungssystem jeweils erreicht wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Wasserversorgungssystem
    4
    Hausanschluss
    5
    Wasserzähler
    6
    Warmwasser-Versorgungssystem
    8
    Kaltwasser-Versorgungssystem
    10
    Warmwasser-Wärmeübertrager
    12
    Primärkreislauf - Warmwasser-Versorgungssystem
    14
    Warmwasser-Wärmeübertrager-Pumpe
    16
    Pufferspeicher
    18
    Warmwasser-Versorgungsleitung
    20
    Regulierventil TWW
    22
    Warmwasser-Zirkulationsleitung
    24
    Warmwasser-Zirkulationspumpe
    26
    Kaltwasser-Versorgungsleitung
    28
    Regulierventil TWK
    30
    Kaltwasser-Zirkulationsleitung
    32
    Kaltwasser-Zirkulationspumpe
    34
    Wärmepumpe
    36
    Pufferspeicher-Wärmepumpe
    38
    Kaltwasser-Wärmeübertrager
    40
    Kaltwasser-Wärmeübertrager-Pumpe
    42
    Primärkreislauf - Kaltwasser-Versorgungssystem

Claims (6)

  1. Wasserversorgungssystem (2) mit einem an eine öffentliche Trinkwasser-Wasserversorgung angeschlossenen Hausanschluss (4), einem dem Hausanschluss (4) in Strömungsrichtung nachgeordneten und zumindest einen Verbraucher mit warmem Trinkwasser (TWW) versorgenden Warmwasser-Versorgungssystem (6) mit einer Warmwasser-Versorgungsleitung (18), die an einen Warmwasser-Wärmeübertrager (10) zum Erwärmen des Trinkwassers (TWW) angeschlossen ist und mit einer Warmwasser-Zirkulationsleitung (22) kommuniziert, die das warme Trinkwasser (TWW) von der Warmwasser-Versorgungsleitung (18) an den Warmwasser-Wärmeübertrager (10) zurückleitet, einem dem Hausanschluss (4) in Strömungsrichtung nachgeordneten und zumindest einen Verbraucher mit kaltem Trinkwasser (TWK) versorgenden Kaltwasser-Versorgungssystem (8) mit einer Kaltwasser-Versorgungsleitung (26), die mit einer Kaltwasser Zirkulationsleitung (30) kommuniziert, und einer Wärmeübertragungseinrichtung (36), die dem kalten Trinkwasser (TWK) Wärme entzieht und diese Wärme dem warmen Trinkwasser (TWW) zuführt, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (36) eine die Wärme zwischen der Kaltwasser-Zirkulationsleitung (30) und der Warmwasser-Zirkulationsleitung (22) übertragende Wärmepumpe (36) ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kaltwasser-Versorgungssystem (8) einen Kaltwasser-Wärmeübertrager (38) aufweist, in dessen Primärkreislauf eine Kaltwasser-Wärmeübertrager-Pumpe (40) integriert ist, und dass der Primärkreislauf des Kaltwasser-Wärmeübertragers (38) über die Wärmeübertragungseinrichtung (36) wärmemäßig mit dem Primärkreislauf des Warmwasser-Wärmeübertragers (10) gekoppelt ist.
  2. Wasserversorgungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im Primärkreislauf des Warmwasser-Wärmeübertragers (10) vorgesehenen Pufferspeicher (16) und einer auf der Primärseite des Warmwasser-Wärmeübertragers (10) vorgesehene Warmwasser-Wärmeübertrager-Pumpe (14).
  3. Wasserversorgungssystem (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf des Kaltwasser-Wärmeübertragers (38) und der Primärkreislauf des Warmwasser-Wärmeübertragers (10) mit dem gleichen Pufferspeicher (16) kommunizieren.
  4. Wasserversorgungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (36) dem Pufferspeicher (16) zugeordnet ist.
  5. Wasserversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (36) in den Pufferspeicher (16) integriert ist.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Wasserversorgungssystems (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Wärmeverluste des Warmwasser-Versorgungssystems (6) durch Abfuhr von Wärme aus dem Kaltwasser-Versorgungssystem (8) ausgeglichen werden und wobei
    zur Einstellung einer Solltemperatur in einem von Warmwasser-Versorgungssystem (6) und Kaltwasser-Versorgungssystem (8) der Volumenstrom zumindest eines von Warmwasser (TWW) oder Kaltwasser (TWK) und/oder eines primären Wärmeübertragungsmediums in dem wärmemäßig mit dem Warmwasser (TWW) oder dem Kaltwasser (TWK) gekoppelten Kreislauf gesteuert wird.
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