NO148828B - Varmtvannsberedersystem. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et varmtvannsberedersystem omfattende en flerhet av sammenkoblede beredere med et inntak for kaldtvann og et utløp for oppvarmet vann,

idet berederne er innbyrdes forbundet for overføring av vann fra kaldtvannssiden mot varmtvannssiden.

Varmtvannsberedersystemer for flerfamiliehus, boligblokker, institusjoner etc. krever som regel store varmtvannsberedere som kan inneholde fra 1000 til 10 000 liter vann og mer. Slike beredere utgjør meget store enheter som ved nyoppføring av et bygg må monteres tidlig på byggestedet for innbygging i selve bygningen, noe som krever nitid planlegging og spesielle overvåkningstiltak under byggeperioden. I og med at slike beredere har en begrenset levetid, vil de også by på problemer ved utskifting, idet de ikke kan bringes ut og inn av bygningen i hel tilstand på grunn av stør-relsen. Berederne må derfor demonteres og monteres på stedet, noe som tar lang tid og følgelig medfører økte omkostninger.

Fra NO-patentskrift 140 119 er der kjent et varmtvannsberedersystem som omfatter en rekke sammenkoblede beredere som er tilkoblet et felles inntak for kaldt vann, og som dessuten er forbundet med en felles utløpsledning for varmtvann via individuelle stengeventiler. Dessuten omfatter systemet organer til å styre stillingen av de nevnte ventiler i overensstemmelse med en ønsket strategi for tapping av varmt vann fra de enkelte beredere.

Et slikt system løser problemet med store enheter, idet de enkelte beredere som inngår i systemet/har såpass moderate dimen-sjoner at de kan transporteres inn og ut av vanlige døråpninger som eksisterer i moderne bygninger. Det kjente varmtvannsberedersystem, bestående av en rekke sammenkoblede beredere, krever imidlertid en nøyaktig avbalansering mellom de respektive stengeventiler, samtidig som antallet av ventiler øker i takt med antallet av innstallerte beredere.

Til grunn for den forliggende oppfinnelse ligger den oppgave å komme frem til et varmtvannsberedersystem som fortsatt innebærer den fordel at det består av en flerhet av sammenkoblede beredere, men hvor denne sammenkobling er gjort på en slik måte at installasjonen blir raskere og enklere enn med det kjente system, samtidig som antallet av ventilkomponenter er redusert i betydelig grad.

En annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe et varmtvannsberedersystem hvis kapasitet lett kan utvides, ikke bare med beredere som omfatter oppvarmingselementer, men også med beredere som bare tjener til lagring av forhånds-varmet vann.

Ifølge oppfinnelsen oppnås disse hensikter ved et varmtvannsberedersystem ifølge den innledningsvis angitte art,

sorn er karakterisert ved at en bereder nær tappestedet er forbundet med en bereder nær inntaksstedet via en sirkulasjonsledning.

Det vesentlige ved det nye system er således sirkulasjonsledningen med en deri montert sirkulasjonspumpe som tjener til å fordele oppvarmet vann i samtlige beredere etter en viss strategi, slik at man kan dekke de forskjellige varmtvannsbehov og samtidig utnytte de i berederne anordnede oppvarmingselementer optimalt.

For eksempel kan pumpeintensiteten reguleres i avhengighet av temperaturen på vannet i den bereder (tappeberederen) som befinner seg nærmest tappestedet.

Dersom en eller flere av de beredere som befinner seg nærmest tappestedet,omfatter eller er tilkoblet en forholdsvis kraftig oppvarmingskilde som gir rask oppvarming av vannet i tappe-berederne, samtidig som hver av de øvrige beredere omfatter en forholdsvis liten eller ingen oppvarmingskilde, kan for eksempel sirkulasjonspumpen styres for diskontinuerlig drift- Det innebærer at pumpen kan startes for sirkulasjon av varmtvann fra tappeberederen eller -berederne til inntaksberederen når temperaturen på vannet i tappeberederen overskrider en viss høyere verdi, hvoretter sirkulasjonen stoppes når temperaturen i tappebeholderen er sunket under en viss midlere verdi, hvoretter sirkulasjonen gjenopptas ved temperaturøkning til den høyere verdi.

En slik diskontinuerlig drift av pumpen kan enkelt reali-seres ved en termostat som avføler temperatursprangene i vannet i tappeberederen. I og med at sirkulasjon bare finner sted når vannet i tappeberederen har en høy temperatur, innebærer det at overskuddsvarmen fra tappeberederen overføres til de forankoblede beredere,respektive beholdere. Ved stor tapping av vann fra systemet vil derfor først beredskapsvarmt vann bli tappet fra tappeberederen, samtidig som denne fylles med vann som er forbånds-varmet enten fra sin egen overskuddsvarme, eller fra de elementer som er montert i de øvrige beredere.

Fortrinnsvis kan det ovennevnte beskrevne system utvides

til også å kunne innbefatte eller kunne tilkobles et sirkula-sjonssystem for forbrukere, slik at det i berederne oppvarmede og temperaturutjevnende vann kan ha samme passende høye temperatur ved alle forbrukertappesteder. En realisering av dette utvidede system kan derfor gå ut på at der parallelt med den del av sirkulasjonsledningen som ligger mellom tappeberederen og sirkulasjonspumpen, er innkoblet et forbrukersirkulasjonssystem, og at der i nevnte forbrukersirkulasjonssystem inngår et blandeledd for tilførsel av kaldt vann.

Ved et slikt system med en sirkulasjonsledning for utjevnxny av vanntemperaturen i de i systemet involverte beredere sammen med et f orbrukersirkulas jonssysteir, kander i den nevnte del av sir-kulas jonsledningen være montert en styrbar ventil somåpner og lukker seg avhengig av temperaturen i tappeberederen.

Det skal forstås at pumpens sirkulasjonseffekt ikke bare

kan styres av temperaturen på vannet i tappeberederen, men også

av temperaturen på vannet i de forankoblede beredere og /eller beholdere, idet systemet kan omfatte én eller flere beredere som omfatter en slynge for gjennomstrømning av et energibærende medium og indirekte oppvarming av vann i lederen, samt én eller flere beredere med elektriske elementer for direkte oppvarming av be-redervann.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, som viser utførelseseksempler på den foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser en skjematisk sammenstilling av en første ut-førelsesform for varmtvannsberedersystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er en skjematisk sammenstilling av en annen utføre-lsesform for varmtvannsberedersystemet ifølge oppfinnelsen.

Det på fig. 1 viste utførelseseksempel på et varmtvannsberedersystem ifølge oppfinnelsen omfatter en flerhet av beredere respektive beholdere som på figuren er betegnet med 1-6.

Hver bereder respektive beholder er forbundet med hverandre ved toppen, idet hver bereder respektive beholder omfatter et ut-løpsrør 7 for varmt respektive oppvarmet vann, samt en innløps-ledning 8 for kaldere vann. Forbindelsen mellom de enkelte beredere respektive beholdere 1-6 er således utført ved det viste utførelseseksempel ved sammenkobling av motsvarende utløpsrør 7

og innløpsrør 8.

En første bereder, nemlig berederen 1, omfatter en slynge 9 som for eksempel kjelevann fra et fyranlegg kan sirkulere gjennom for indirekte oppvarming av det vann som befinner seg i berederen 1. Utløpsledningen 7 fra berederen 1 er tilkoblet en varmtvanns-ledning 10 som ved et grenpunkt 11 grener seg ut i en forbruks-ledning 12 og en sirkulasjonsledning 13 som før innløpet til beholderen 6 er sammenkoblet med en kaldtvannsledning 14 for til-førsel av kaldtvann til nevnte beholder 6. I kaldtvannsledningen 14 inngår der en tilbakeslagsventil 14a og en avstengningsventi1 1 4b.

I varmtvannsledningen 10 inngår der en avstengningsventil

15, en sikkerhetsventil 16 og et sjokkabsorberende organ eller såkalt støtpute 17. I sirkulasjonsledningen 13 er der innkoblet en avstengningsventil 18 og en tilbakeslagsventil 19, samt en sirkulasjonspumpe 20 som styres ved hjelp av et temperaturav-følende organ 21 innkoblet i varmtvannsledningen 10, idet det temperaturfølende organ for eksempel kan være en termostat av den type som vil bli beskrevet nedenfor.

Av de øvrige beredere respektive beholdere 2-6 omfatter berederen 2 en rekke elektriske oppvarmingselementer 22. Berederne 3, 4 og 5 omfatter også elektriske oppvarmingselemen-

ter 23, men disse utvikler mindre effekt enn elementene 22.

Sluttelig omfatter systemet en beholder eller lagringsdel 6 som ved den viste utførelsesform ikke omfatter noe oppvarmings-element i det hele tatt.

Det vesentlige ved den utførelsesform for det foreliggende system som er vist på fig. 1, er således at berederne 1-5 samt lagringsbeholderen 6 er innbyrdes forbundet for gjennomstrømning av vann fra kaldtvannssiden, det vil si fra vanntilførselssiden 14, mot varmtvannssiden,eller varmtvannsledningen 10, samtidig som berederen 1 nærmest tappestedet er forbundet med beholderen 6 nærmest inntaksstedet via en sirkulasjonsledning 13 som innbe-fatter en sirkulasjonspumpe 20. Sirkulasjonspumpens primære oppgave er ved oppnådd vanntemperatur i hovedeffektdelen eller tappeberederen 1 å overføre varmtvannet til lagringsdelen eller beholderen 6, samt de forankoblede beredere 2-5, samtidig som der foregår en ytterligere, men eventuelt mindre intens oppvarming av vannet.

Ved den viste utførelsesform er berederne 1-5 samt beholderen

6 koblet i serie, men det skal forstås at de nevnte enheter også

kan være sammenkoblet i parallell/serie-konfigurasjon.

Ved den utførelsesform som er vist på figur 1, kan pumpen

20 styres av termostaten 21, idet pumpen startes for sirkulasjon av varmtvann fra tappeberederen 1 til inntaksbeholderen 6 når temperaturen i vannet i tappeberederen overskrider en viss høyere verdi TH, for eksempel 85°C. Sirkulasjonen stoppes når temperaturen i tappebeholderen 1 enten på grunn av tapping av varmtvann gjennom forbruksledningen 12 eller innblanding av kaldere vann fra de forankoblede beredere respektive beholdere er sunket under en viss midlere verdi TM, for eksempel 60°C. I og med at sirkulasjonen stopper, vil der fra tappebeholderen 1 fortsatt kunne tappes varmt vann med en passende beredskapstemperatur, og etter en fullstendig uttapping av varmtvann fra hele systemet vil tappeberederen 1 med sin store energikilde 9 kunne levere varmt vann hurtig, dog i begrenset mengde.

Ved oppnådd vanntemperatur TH pånytt i tappebeholderen 1, overføres vannet via pumpen 20 til lagringsdelen 6 og de forankoblede beredere 2-5 inntil vanntemperaturen i tappeberederen 1 igjen er sunket til den midlere verdi TM.

Sirkulasjonen av varmtvann fra tappeberederen 1 til de forankoblede beredere innebærer en lagring av varmtvann, samt en forvarming av tappevannet foran tappeberederen 1.

Dersom forbruket er lavt over en lengre periode, vil alt vannet i systemet kunne oppnå den høyere temperatur TM. Ytterligere oppvarming av vannet i beredersystemet er der da ikke behov for, bortsett fra behovet for dekning av varmetap og eventuelt småfor-bruk. Under en slik periode vil sirkulasjons-pumpen være virk-

som, samtidig som energitilførselen til berederne blir slått av av passende til berederne avpassede temperaturovervåkningsenheter, f.eks. av den type som er beskrevet i norsk patentskrift nr. 143 082.

Sirkulasjonspumpen 20 kan utifrå berederstørrelse og behovet for tapping, det vil si hvorvidt anlegget skal tilpasses jevnt forbruk, styrt-forbruk etc., reguleres på andre måter enn ved av/på-funksjonen som utført ved hjelp av termostaten 21.

For eksempel kan sirkulasjonsintensiteten reguleres avhengig av forskjellen i temperatur på vannet i de forskjellige beredere og/ eller avhengig av temperaturforskjell mellom ønsket og målt verdi, enten disse refererer seg til tappeberederen 1 eller til en verdi som er en funksjon av temperaturen i de øvrige beholdere, eller en funksjon av effektfordelingen til de med varmeelement utstyrte beredere, avhengig av antallet av disse sammenlignet med rene lagringsbeholdere.

Alternativt kan systemet vist på figur 1 omfatte bare én elektrisk oppvarmet bereder, for eksempel av den type som er vist ved 2 på figur 1. Denne kan da utgjøre tappebeholderen, samtidig som de øvrige beholdere kan være rene lagringsbeholdere uten lokal oppvarming. Ved bruk av bare én bereder som er oppvarmet lokalt, kan plasseringen av denne i forhold til tappestedet vur-deres avhengig av systemets bruksvariasjoner, eventuelt i kombi-nasjon med en slyngebereder av den type som er vist ved 1 på figur 1 .

På figur 2 er der vist en utvidet utførelsesform for

et varmtvannsberedersystem ifølge oppfinnelsen, idet de hoved-elementer som inngår i denne utførelsesform er de samme som ved utførelsesformen vist på figur 1, og er betegnet med samme henvisningssymboler.

Det som skiller utførelsesformen vist på figur 2 fra den overnfor beskrevne, er at der parallelt med den del av sirkulasjonsledningen 13 som ligger mellom tappeberederen 1 og sirku-las jonspumpen 20, nemlig ledningsdelen 13a, er innkoblet en for-brukerledning med sirkulasjon, i det følgende betegnet forbruker-sirkulas jonsledning 25, samtidig som der i ledningen 25 er innkoblet et blandeledd 26 som foruten å få tilført varmt vann fra varmtvannsledningen 10, også får tilført kaldt vann via en ledning 27. Denne er forbundet med kaldtvannsledningen 14 og omfatter en avstengningsventil 27a. I forbrukersirkulasjonsledningen 25 inngår der forøvrig en avstengningsventil 28, en tilbakeslagsventil 29, samt flére forbrukeruttak 30a, 30b, 30c...osv.

I ledningsdelen 13a som ligger mellom tappeberederen 1 og sirkulasjonspumpen 20, er der montert en styrbar ventil 31 som åpner og lukker seg avhengig av signaler som genereres fra termostaten 21 som avføler temperaturen på vannet i tappeberederen 1. Forøvrig inngår der i ledningsdelen 13a en strupeventil 32 som tjener til utbalansering av strømningsmotstanden i ledningsdelen 13a sammenlignet med strømningsmotstanden i forbrukersirkulasjonsledningen 25.

Ved utførelsesformen vist på figur 2 går en hensikts-

messig styrefunksjon ut på kontinuerlig drift av sirkulasjons-pumpen 20, idet der tilstrebes en kontinuerlig sirkulasjon av beredskapsvarmt vann gjennom forbrukersirkulasjonsledningen 25, slik at det i berederne oppvarmede og temperaturutjevnede vann kan ha samme temperatur ved alle tappesteder 30a-30c osv. Sirkulasjonen i forbrukersirkulasjonsledningen 25 er forholdsvis beskjeden og innebærer en kontinuerlig lav sirkulasjon i det foreliggende varmtvannsberedersystem.

Hovedsirkulasjonen av varmtvann fra tappeberederen 1 til de forankoblede beholdere respektive beredere finner imidlertid sted ved åpning av den styrte ventil 31 i ledningsdelen 13a, idet ventilen kan styres etter de samme kriterier som omtalt i forbindelse med utførelseseksempelet vist på figur 1. Således vil magnetventilen 31 være stengt under en oppvarmingsperiode av tappeberederen 1, og vil først åpne når vanntemperaturen i denne har nådd en passende høyere temperatur TH.

Sirkulasjonspumpen 20 vil da sirkulere vann fra tappeberederen 1 ikke bare gjennom forbrukersirkulasjonsledningen 25, men også gjennom ledningsdelen 13a, idet den samlede sirkulasjons-vannmengde vil føres tilbake til systemet via lagringsbeholderen 6 og de forankoblede beredere 2-5.

På grunn av den hydrauliske forskjell i forbrukersirkulasjonsledningen og ledningsdelen 13a med magnetventilen 31, vil pumpens vannlevering øke vesentlig og forårsake en hurtig utskiftning av varmt vann fra effektberederne til lagerbeholderne.

I denne periode kan sirkulasjonen i forbrukersirkulasjonsledningen tilnærmelsesvis bli satt ut av funksjon såfremt kretsene ikke ut-balanseres meget nøyaktig. En slik utbalansering kan for eksempel finne sted ved regulering av strupeventilen 32, enten manuelt eller automatisk, avhengig av de øvrige driftsbetingelser som systemet skal arbeide under. Da imidlertid hovedsirkulasjons-perioden kan gjøres kort, vil dette ikke medføre noen ulempe før hele varmtvannssystemet er toppladet. Ved toppladede beredere kan den minimale forbrukersirkulsjon være ekstra lav, idet den kompenseres av høy beredskapstemperatur.

Som det fremgår av de to ovenstående utførelsesek-sempler, er sirkulasjonspumpens primære oppgave ved oppnådd høy temperatur i effektdelen eller -delene å overføre varmtvannet til lagringsdelen eller -delene.

Pumpen kan eventuelt kombineres med et forbrukersir-kulas j onssystem for regulering av tappevannstemperaturen .

De i varmtvannsberedersystemet anordnede beredere

og beholdere kan sammenkobles i serie, eventuelt i serie/ parallell, idet effektdelene monteres fortrinnsvis nærmest tappestedet, hvorfor der sikres en kortest mulig oppvar-mingstid av effektdelenes vannvolum. Berederne kan således etter en full uttapping hurtig levere varmt vann igjen,

dog i en begrenset mengde.

Ved oppnådd høy vanntemperatur i tappebeholderne overføres vannet via pumper til første lagringsdel inntil vanntemperaturen i effektdelen er sunket til en lavere midlere verdi. Den innbyrdes sammenkobling av effektdeler og lagringsdeler innebærer en akkumulering av varmt vann, samt en forvarming av tappevannet foran effektdelene.

Overføringspumpen kan utifrå berederstørrelser og behovet for varmtvannssirkulasjonssystem reguleres på mange forskjellige måter, innbefattet de som er beskrevet ovenfor.

Det foreliggende varmtvannsberedersystem oppviser følgende fordeler: 1. På grunn av ens oppbygning av beredere og beholdere oppnår man en produksjonsteknisk gunstig fremstilling av disse . 2. Enkel oppbygning av beholdere og beredere som har forholdsvis beskjedne mål, reduserer fremstillingskostna-dene ytterligere. 3. De forholdsvis beskjedne mål og vekter av beholdere og beredere er gunstige ved montering i nye bygninger og spesielt ved utskiftning i eldre bygg, f.eks. ved rehabili-tering av disse. 4. Systemet lar seg meget enkelt utvide med ytterligere

beredere eller beholdere.

5. Varmtvannsberedersystemet forener akkumuleringsbe-redere og hurtige vannvarmere i ett og samme system. Det tillater full uttapping av varmt vann med rask oppvarmings-tid av et avpasset vannvolum. 6. Beredersystemet er monteringsvennlig, idet sammenkoblin-gen av de enkelte enheter er lite arbeidskrevende, både når det gjelder nye installasjoner og utvidelse av eksisterende anlegg. 7. Systemet er meget fleksibelt, idet de rene lagringsbeholdere og effektbeholdere kan kombineres i et utall av varianter for optimal utnyttelse av oppvarmingskildene og minimal belast-ning av de involverte komponeneter, samtidig som de sikrer varmt vann til enhver tid.

Dersom der benyttes beredere med elektrisk oppvarming, skal det forstås at temperaturen på disse kan reguleres optimalt ved hjelp av det styringssystem som er beskrevet i norsk patentskrift nr. 143 082.

Claims (6)

1. Varmtvannsberedersystem omfattende en flerhet av sammenkoblede beredere med et inntak for kaldtvann og et utløp for oppvarmet vann, idet berederne (1-6) er innbyrdes forbundet (7, 8) for overføring av vann fra kaldtvannssiden (14) mot varmtvannssiden (10), karakterisert ved at en bereder (1) nær tappestedet (10) er forbundet med en bereder (6) nær inntaksstedet (14) via en sirkulasjonsledning (13). ■

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at der i sirkulasjonsledningen (13) inngår en .pumpe (20) som styres av temperaturen på vannet i den bereder (1) (tappeberederen) som befinner seg nærmest tappestedet (10).

3. System som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at én eller flere av de beredere (1, 2) som befinner seg nærmest tappestedet (10) omfatter eller er tilkoblet en forholdsvis kraftig oppvarmingskilde (9, 22) som gir rask oppvarming av vannet i berederen, og at hver av de øvrige beredere (3-6) omfatter en forholdsvis liten eller ingen oppvarmingskilde.

4. System som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at sirkulasjonspumpen (20) styres for diskontinuerlig drift, idet pumpen (20) startes for sirkulasjon av varmtvann fra tappeberederen (1) til inntaksberederen (6) når temperaturen på vannet i tappeberederen (1) overstiger en viss høyere verdi (TH), og at sirkulasjonen stoppes når vanntemperaturen i tappeberederen er sunket under en viss midlere verdi (TM), hvoretter sirkulasjonen gjenopptas ved temperaturøkning til den høyere verdi.

5. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at pumpens sirkulasjonseffekt styres ikke bare av temperaturen på vannet i tappeberederen (1), men også av temperaturen på vannet i de forankoblede beredere og/eller beholdere (2-6).

6. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det omfatter én eller flere beredere som omfatter en slynge (9) for gjennomstrømning av et energibærende medium for indirekte oppvarming av vannet i berederen og/eller omfatter én eller flere beredere (2-5) med elektriske elementer (22, 23) for direkte oppvarming av beredervannet.