Schichtenspeicher mit Rücklauftemperaturregelung

Abstract

 Warmwasserspeicher, insbesondere Schichtenspeicher (6), mit einem Kaltwasserzulauf (12), einer Brauchwasserentnahmeleitung (13) und einem aus dem unteren Bereich desselben wegführenden Kaltwasserabzug (4), in dem eine Umwälzpumpe (7) angeordnet ist und der zu einem Wärmetauscher (9) führt, von dem aus eine Warmwasserleitung (5) in den oberen Bereich des Schichtenspeichers (6) mündet, wobei der Wärmetauscher (9) einem Heizkreislauf (H) mit Heizgerät (10), Heizkreispumpe (8) und Vor- (11) und Rücklaufleitung (14) zugeordnet ist, und dass eine vorbestimmte Solltemperatur (T_Soll des Schichtenspeichers (6) den Sollwert für die Rücklauftemperatur (T_RL) des Heizkreislaufs (H) bestimmt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Speichern von Warmwasser in einem Speicher gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 13 bis 15.

[0002] Bislang am Markt angebotene Warmwasserspeicher, insbesondere Schichtenspeicher, sind relativ aufwendig gebaut, wobei insbesondere zur Regelung einer Brauchwassertemperatur (Speicherladetemperatur) zumindest zwei Fühler im Speicher und zwei weitere in einem zugeordneten Heizkreis angeordnet sind, über den derartige Schichtenspeicher üblicherweise mit Energie versorgt werden. Als Energiequelle für den Heizkreis werden üblicherweise Gas- oder Ölbrenner sowie Solarmodule eingesetzt. Zur strömungsberuhigten Wasserzu- und -abführung in den Schichtenspeicher bzw. aus diesem heraus werden konstruktiv aufwendige Maßnahmen vorgeschlagen, trotzdem lassen sich bei handelsüblichen Geräten Turbulenzen oder Fehlströmungen nicht vermeiden, die die Schichtung des Speichers vor allem unter Last zerstören.

[0003] Da die Speicherladetemperatur am brauchwasserseitigen Warmwasseraustritt eines Plattenwärmetauschers der gewünschten bzw. eingestellten Warmwassertemperatur entsprechen muß, verwenden bekannte Systeme einen Temperatursensor am Warmwasseraustritt des Plattenwärmetauschers. Mit diesem wird die Speicherladetemperatur erfaßt und geregelt. Zumindest ein weiterer Temperatursensor ist in dem Schichtenspeicher notwendig, um ein Abfallen der Speichertemperatur zu registrieren und eine Nachladung zu initiieren. Im Heizkreis ist bei gängigen Wärmeerzeugern zumindest ein Vorlauftemperaturfühler, in aller Regel jedoch auch ein Rücklauftemperaturfühler vorhanden.

[0004] Derzeit sind vor allem für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern geeignete Schichtenspeichermodule bekannt, die mit Brennwertheizgeräten kombinierbar sind. Problematisch bei all diesen Geräten ist jedoch eine temperaturgenaue Zurverfügungstellung von Brauchwasser. Dies ist zum einen darin begründet, daß dortige Schichtenspeicherlade- und -entnahmeeinrichtungen die Schichtung des bereits in dem Schichtenspeicher enthaltenen erwärmten Brauchwassers zerstören und somit eine temperaturgenaue Einschichtung bzw. Aufrechterhaltung der Schichtung nahezu unmöglich ist. Zum anderen ist die Temperaturregelung zur Erzielung einer optimierten Speicherladetemperatur des Brauchwassers bei dortigen Geräten nur sehr aufwendig, d.h. nur unter Zuhilfenahme komplex angeordneter Temperatursensoren möglich.

[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung obiger Nachteile einen Warmwasserspeicher sowie eine Temperaturregelung für selbigen zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig aufgebaut und geeignet ist, schnell auf Temperaturänderungen in dem Schichtenspeicher zu reagieren und eine gewünschte Temperatur des Brauchwassers bereitzustellen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch einen Warmwasserspeicher gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß den Patentansprüchen 13 bis 15 gelöst.

[0007] Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Warmwasserspeicher, insbesondere Schichtenspeicher, mit einem Kaltwasserzulauf, einer Brauchwasserentnahmeleitung und einem aus dem unteren Bereich desselben wegführenden Kaltwasserabzug gelöst, in dessen Verlauf eine Umwälzpumpe angeordnet ist und der zu einem Wärmetauscher führt, von dem aus eine Warmwasserleitung in den oberen Bereich des Schichtenspeichers mündet, wobei der Wärmetauscher einem Heizkreislauf (H) mit Heizgerät, einer Heizkreispumpe und einer Vor- und Rücklaufleitung zugeordnet ist, und wobei eine vorbestimmte Solltemperatur (T_soll) des Schichtenspeichers den Sollwert für die Rücklauftemperatur (T_RL) des Heizkreislaufs (H) bestimmt.

[0008] Hierbei wurde erfindungsgemäß erkannt, daß unter Beachtung vorbestimmbarer Volumenströme der Umlaufwassermenge im Brauchwasserkreis sowie im Heizkreis die primärseitige Heizungs-Rücklauftemperatur des Wärmetauschers in etwa der Warmwasserauslauftemperatur im Sekundärkreis, also dem Brauchwasserkreis entspricht. Aufgrund dieser Korrelation der Rücklauftemperatur und der Warmwassertemperatur ist es somit möglich, bei dem erfindungsgemäßen Wärmeerzeuger nur einen Rücklauftemperaturfühler zu verwenden; weitere Temperaturfühler, wie beim Stand der Technik erforderlich, sind erfindungsgemäß somit nicht mehr notwendig. Aufgrund der Verwendung eines erfindungsgemäßen Schichtenspeichers, bei dem, wie nachfolgend beschrieben, eine Störung der Schichtung innerhalb des Speichers dadurch vermieden wird, daß dem Einlaß der in den oberen Bereich des Schichtenspeichers mündenden Warmwasserleitung und/oder dem Einlauf des aus dem unteren Bereich des Schichtenspeichers wegführenden Kaltwasserabzugs eine obere bzw. eine untere Wasserleit- und -verteileinrichtung zugeordnet sind, entspricht somit die Warmwassereinlauftemperatur in den Schichtenspeicher der Warmwasserauslauftemperatur aus dem Schichtenspeicher. Diese beiden Temperaturen korrelieren mit der Rücklauftemperatur und sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit dieser identisch bzw. zumindest näherungsweise identisch.

[0009] Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß der Wärmetauscher im Gleich- oder, insbesondere im Gegenstrom, betreibbar und so ausgelegt ist, daß die heizkreisseitige Rücklauftemperatur (T_RL) in etwa der Warmwassertemperatur (T_WW) in der Warmwasserleitung zwischen Wärmetauscher und Schichtenspeicher entspricht.

[0010] Bevorzugt ist es, wenn die umlaufenden Volumenströme im Heizkreislauf und Brauchwasserkreislauf so ausgelegt sind, daß eine mittlere Temperaturdifferenz dT_WT von etwa -50 K über den Wärmetauscher hinweg erreicht wird.

[0011] Bevorzugt ist weiterhin, daß die mittlere Temperaturdifferenz dT_WT durch eine Leistungsstufung an der Umwälzpumpe und/oder der Heizkreispumpe variierbar ist. Damit kann insbesondere bei niedrigen Speichersolltemperaturen die volle Geräteleistung zur Speichernachladung genutzt werden.

[0012] Bevorzugt liegt der umlaufende Volumenstrom im Brauchwasserkreislauf zwischen etwa 200 l/h bis 1000 l/h, insbesondere 400 l/h bis 800 l/h und der umlaufende Volumenstrom im Heizwasserkreislauf zwischen etwa 400 l/h bis 1400 l/h, insbesondere 600 l/h bis 1200 I/h. Dieser Zusammenhang bietet in guter Näherung Sicherheit dafür, daß die heizkreisseitige Rücklauftemperatur des Wärmetauschers in etwa der Warmwassertemperatur im Brauchwasserkreis entspricht. Selbstverständlich kann im Heizkreis anstelle von Wasser auch ein anderes wärmeabgebendes Medium mit vergleichbarer Wärmekapazität eingesetzt werden. Bei Verwendung eines Mediums mit geringerer Wärmekapazität müßte der Volumenstrom entsprechend erhöht werden und vice versa.

[0013] Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß bei Überschreitung einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz dT_Eln zwischen der gemessenen Speichertemperatur T_SP und/oder Rücklauftemperatur T_RL und der vorbestimmten Speichersolltemperatur T_Soll ein Ladevorgang auslösbar ist, bei dem die Umwälzpumpe und/oder das Heizgerät einoder umgeschaltet werden.

[0014] Fällt demnach die gemessene Speichertemperatur T_SP um z.B. 10 K unter die Speichersolltemperatur T_Soll, erfolgt eine Wärmeanforderung durch den Temperaturfühler im Schichtenspeicher. Speicherladepumpe und Brenner werden in der Folge eingeschaltet und die Rücklauftemperatur T_RL des Plattenwärmetauschers auf die Speichersolltemperatur T_Soll geregelt. Kaltes Trinkwasser wird dabei aus dem Bodenbereich des Schichtenspeichers oder bei gleichzeitiger Zapfung über den Kaltwasserzulauf angesaugt bzw. zugeführt, im Plattenwärmetauscher auf Speichersolltemperatur T_Soll erhitzt und über die Warmwasserleitung zwischen Wärmetauscher und Schichtenspeicher eingeschichtet. Der Schichtenspeicher wird dadurch von oben nach unten auf Speichersolltemperatur T_Soll erwärmt.

[0015] Bevorzugt liegt die Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein, also die Differenz zwischen Speicheristtemperatur minus Speichersolltemperatur im Bereich zwischen -0,5 K und -15 K, vorzugsweise im Bereich zwischen -1 K und -12 K und besonders bevorzugt im Bereich zwischen -2 K und -10 K. Durch die einstellbare Regelungshysterese kann bei einer maximalen Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein von -10 K die Lauf- bzw. Standzeit des Brenners vergrößert werden. Bei einer kleinen Hysterese von -2 K wird ein Komfortgewinn durch sofortiges Nachladen des Speichers erreicht.

[0016] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beim Unterschreiten einer vorgegebenen Ausschalttemperaturdifferenz dT_Aus zwischen der gemessenen Speichertemperatur T_SP und/oder Rücklauftemperatur T_RL und der vorbestimmten Speichersolltemperatur T_Soll der Ladevorgang abbrechbar ist, und die Umwälzpumpe und/oder das Heizgerät aus- oder umgeschaltet werden. Wenn das von oben eingeschichtete warme Brauch- bzw. Trinkwasser mit einer vorgegebenen Temperatur einen Temperaturfühler im unteren Bereich des Schichtenspeichers erreicht, wird die Speicherladung beendet. Dabei liegt der Abschaltpunkt unter der Speichersolltemperatur T_Soll, um auch bei Toleranzen der Warmwassertemperatur (Speicherladetemperatur) ein sicheres Abschalten zu gewährleisten. Die Umwälzpumpe und/oder das Heizgerät werden ausgeschaltet oder aus einem laufenden Betriebszustand umgeschaltet.

[0017] Bevorzugt liegt die Ausschalttemperaturdifferenz dT_Aus, also die Differenz zwischen Speicheristtemperatur und Speichersolltemperatur, im Bereich zwischen -0,5 K und -15 K, vorzugsweise im Bereich zwischen -1 K und -12 K, und besonders bevorzugt im Bereich zwischen -2 K und -10 K, insbesondere bei -5 K.

[0018] Bevorzugt ist es, wenn der Temperaturfühler in etwa auf Höhe der Mündung des Kaltwasserabzugs im unteren Bereich des Schichtenspeichers angeordnet ist. Die Positionierung des Temperaturfühlers zum Messen der Speichertemperatur T_SP ist insbesondere für die Leistungsdaten des Warmwasserspeichers von großer Bedeutung. Eine schnelle Reaktion bei Brauchwasserzapfung ist durch die Positionierung des Temperaturfühlers in Bodennähe des Schichtenspeichers in etwa auf Höhe der Mündung des Kaltwasserabzugs gewährleistet. Durch erfindungsgemäß mögliche schnelle Reaktionen beim Nachladen werden maximale Leistungskennzahlen des Warmwasserspeichers erreicht, so daß bei einem Speicherwasserinhalt von z.B. 90 Litern eine Leistungsstärke erreicht wird, wie sie ein herkömmlicher Speicher mit 160 bis 200 Litern Inhalt aufweist.

[0019] Bevorzugt wird der Temperaturfühler zwischen 1 cm und 12 cm, und besonders bevorzugt zwischen 2,5 cm und 4 cm über dem Bodenniveau des Schichtenspeichers angeordnet. Damit wird das von oben nach unten absinkende Temperaturniveau vollständig erfaßt und eine schnelle Speicherladung bei Unterschreiten der Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein sichergestellt.

[0020] Erfindungsgemäß weist der Warmwasserspeicher, insbesondere Schichtenspeicher, im oberen Bereich des Schichtenspeichers eine in den Schichtenspeicher mündende Warmwasserleitung und im unteren Bereich des Schichtenspeichers einen Kaltwasserabzug auf, wobei dem jeweiligen Ein- bzw. Auslauf eine obere bzw. eine untere Wasserleit- und -verteileinrichtung zugeordnet sind.

[0021] Ein wesentlicher Punkt besteht darin, daß mittels der Wasserleit- und -verteileinrichtung im Boden- und Deckelbereich des Schichtenspeichers Störungen im Temperaturprofil des in dem Schichtenspeicher enthaltenen Wassers auf ein Minimum reduziert werden können. In vorteilhafter Weise ist somit im Speicherladebetrieb, d.h. beim Zuführen von Warmwasser, eine temperaturgenaue Einschichtung des Warmwassers von oben nach unten gewährleistet. Darüber hinaus ist gewährleistet, daß auch durch den Abzug von Kaltwasser keine sich in das Hauptvolumen des Schichtenspeichers auswirkende Strömung, welche die Temperaturschichtung innerhalb des Schichtenspeichers stören würde, verursacht wird. Zudem ist unter Verwendung der erfindungsgemäßen Wasserleit- und -verteileinrichtung sichergestellt, daß eine Aufheizung aus dem kalten Zustand keine merklichen Temperaturschwankungen während der Zapfung auslöst, so daß abgezogenes Trink- oder Brauchwasser bis hin zu hohen Zapfvolumina von beispielsweise 15 l/min bis 25 l/min im wesentlichen immer die gleiche Temperatur aufweist.

[0022] Es sei betont, daß die erfindungsgemäße Wasserleit- und -verteileinrichtung sowohl im Boden- als auch im Deckelbereich des Schichtenspeichers einzeln oder in Kombination miteinander, je nach gewünschter und/oder vorgegebener Geometrie des Schichtenspeichers vorgesehen sind.

[0023] Gemäß einer Ausführungsform weist die obere Wasserleit- und -verteileinrichtung eine sich etwa horizontal erstreckende, als Prallplatte wirkende Verteilplatte auf, auf die das einzuspeichernde Warmwasser so gelenkt wird, daß sich zustromseitig der Verteilplatte eine im wesentlichen horizontal verlaufende Strömung ausbildet. In bevorzugter Weise ist so gewährleistet, daß einzuspeicherndes und in den Schichtenspeicher einströmendes Warmwasser nicht strahlförmig in das Hauptvolumen des Schichtenspeichers einströmt und zu einer Durchmischung der Schichten und einer damit einhergehenden Störung der Temperaturschichtung des in dem Schichtenspeicher bereits enthaltenen Wassers führt.

[0024] Durch die als Prallplatte wirkende Verteilplatte wird das einströmende Warmwasser oberhalb des Niveaus der Verteilplatte so umgelenkt, daß es im wesentlichen horziontal strömt und oberhalb der Verteilplatte eine im wesentlichen ringförmige Strömung ausbildet, die sich nur allmählich in Richtung Kaltwasser ausbreitet und letzteres quasi nach unten wegsiebt, ohne jedoch eine Vermischung mit dem Kaltwasser zu bewirken.

[0025] Dabei ist es vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Leit- und Verteilsystem eine relativ große Dimensionierung der Verteilplatte vorsieht, um eine optimierte Strömungsführung zu gewährleisten.

[0026] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein einer Wandung des Schichtenspeichers zugewandtes Ende der Verteilplatte in Richtung einer Zustromseite so abgewinkelt, daß sich dort eine in Richtung der Zustromseite wirkende Strömung ausbildet.

[0027] Auf diese Weise ist gewährleistet, daß an der Verteilplatte eine gleichmäßige homogene Strömung in im wesentlichen horizontaler Ebene mit einem geringen Anteil nach oben entsteht. Somit werden in den Schichtenspeicher einlaufende Strömungen durch die erfindungsgemäße Wasserleit- und -verteileinrichtung in vorteilhafter Weise so umgelenkt, daß diese auf den obersten Volumenbereich des Schichtenspeichers eingegrenzt sind. Temperaturschwankungen, auch zu Beginn des Ladevorgangs, werden somit ausgeglichen, da eine Durchmischung des Schichtenspeicherinhalts von vorneherein ausgeschlossen ist.

[0028] Erfindungsgemäß findet eine Warmwasserzapfung im Deckelbereich des Schichtenspeichers statt. Dadurch, daß einströmendes Warmwasser strömungstechnisch so umgelenkt wird, daß es zunächst nur im obersten Volumenbereich des Schichtenspeichers vorhanden ist, ist eine Warmwasserzapfung auch bei einem völlig entladenen Speicher praktisch unmittelbar möglich, da eine Abkühlung des einströmenden Warmwassers mit einem schichtenmäßig darunter befindlichen Kaltwasser nicht stattfindet.

[0029] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darüber hinaus, wie vorerwähnt, auch durch ein Verfahren gelöst, welches, abhängig von Brauchwasserentnahme und der Höhe derselben verschiedene Betriebsschritte vorsieht.

[0030] So wird im Fall keiner Brauchwasserentnahme zunächst eine vorgegebene Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein zwischen einer vorbestimmten Speichersolltemperatur T_Soll und einer gemessenen Speichertemperatur T_SP überwacht. Wenn diese Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein überschritten wird, folgt ein Einschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe und/oder des Heizgeräts zum Abziehen eines Volumenstroms von Kaltwasser aus dem Kaltwasserabzug, dem Erwärmen desselben in dem Wärmetauscher und Einspeichern des Volumenstroms als Warmwasser über die Warmwasserleitung in den Schichtenspeicher. Ist schließlich eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz dT_Aus zwischen der Speichertemperatur T_SP und einer Rücklauftemperatur T_RL in der heizkreisseitigen Rücklaufleitung erreicht, wird die Umwälzpumpe und/oder das Heizgerät aus- oder umgeschaltet.

[0031] Wird eine Brauchwasserentnahme vorgenommen, welche geringer ist als der maximal förderbare Volumenstrom einzuspeichernden Warmwassers, schließt sich an den Schritt des Überwachens einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein das Ein- oder Umschalten der Umwälzpumpe und/oder des Heizgeräts an, wenn die Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein überschritten wird. Dabei wird ein Volumenstrom von Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf abgezogen, in dem Wärmetauscher erwärmt und als Warmwasser über die Warmwasserleitung in den Schichtenspeicher wieder eingespeichert. Schließlich erfolgt das Ausschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe und/oder des Heizgeräts, wenn eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz dT_Aus zwischen der Speichersolltemperatur T_SP und Speicheristtemperatur erreicht ist.

[0032] Bei einem weiteren Betriebszustand wird im Fall einer Brauchwasserentnahme, welche größer ist als der maximal förderbare Volumenstrom einzuspeichernden Warmwassers in der Folge des Überwachens einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein das Einschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe und/oder des Heizgeräts vorgenommen, wenn die Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein überschritten wird. Dabei wird ein Teilvolumenstrom von Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf abgezogen, in dem Wärmetauscher erwärmt und als Warmwasser über die Warmwasserleitung in den Schichtenspeicher eingespeichert, sowie ein anderer Teilvolumenstrom von Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf über den Kaltwasserabzug in den Schichtenspeicher zugeführt. Die Umwälzpumpe und/oder das Heizgerät werden ausgeschaltet oder umgeschaltet, wenn eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz dT_Aus zwischen der Speichersolltemperatur T_SP und Speicheristtemperatur erreicht ist.

[0033] Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0034] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der Abbildung näher erläutert wird. Hierbei zeigt:

Fig. 1

eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Brauchwasserkreislauf und ein Heizkreislauf über einen im Gleichstrom betriebenen Plattenwärmetauscher miteinander gekoppelt sind.

[0035] In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

[0036] Die einzige Figur zeigt einen Brauchwasserkreislauf B und einen Heizkreislauf H, welche über einen im Gleichstrom betriebenen Plattenwärmetauscher 9 miteinander gekoppelt sind. Der Brauchwasserkreislauf B umfaßt einen Kaltwasserzulauf 12, welcher mit einem Kaltwasserabzug 4 eines Schichtenspeichers 6 verbunden ist. In dem Kaltwasserabzug 4 ist eine Umwälzpumpe 7 angeordnet, welche Kaltwasser zum Plattenwärmetauscher 9 transportiert, wo es erwärmt und als Warmwasser über eine Warmwasserleitung 5 einem oberen Bereich des Schichtenspeichers 6 zugeführt wird. Über eine Brauchwasserentnahmeleitung 13, deren Mündung 2 ebenfalls im oberen Bereich des Schichtenspeichers 6 angeordnet ist, kann das erwärmte Wasser entnommen werden. Weiterhin ist ein Temperaturfühler 1 zum Messen einer Speichertemperatur T_SP auf Höhe der Mündung 3 des Kaltwasserabzugs 4 angeordnet.

[0037] Der Heizkreislauf H umfaßt einen Brenner-Heizwasserwärmetauscher 10, welcher z.B. gasbetrieben sein kann. Von diesem Heizwasserwärmetauscher 10 verläuft eine Vorlaufleitung 11 zum heizkreisseitigen Wassereintritt des Plattenwärmetauschers 9 und eine Rücklaufleitung 14 mit einem zugeordneten Rücklauftemperaturfühler 15 und einer Heizkreispumpe 8 vom heizkreisseitigen Wasseraustritt zurück zum Heizwasserwärmetauscher 10. Der Plattenwärmetauscher 9 ist so ausgelegt, daß die Warmwassertemperatur T_WW in der Warmwasserleitung 5 zwischen Plattenwärmetauscher 9 und Schichtenspeicher 6 der Rücklauftemperatur T_RL entspricht. Hierbei dient die Solltemperatur T_Soll des Schichtenspeichers 6 als Führungsgröße für die Rücklauftemperatur T_RL. Damit wird ein - üblicherweise notwendiger - weiterer Temperaturfühler im Bereich des brauchwasserseitigen Wasseraustritts zur Warmwasserleitung 5 oder in derselben überflüssig. Der üblicherweise schon im Heizkreislauf vorgesehene Temperaturmeßfühler für die Rücklauftemperatur T_RL reicht somit aus, um einen Schichtenspeicher wie den gezeigten Schichtenspeicher 6 an vorhandene Heizkreisläufe anzukoppeln. Zur Regelung ist des weiteren lediglich noch der Temperaturfühler 1 zum Messen der tatsächlichen Speichertemperatur T_SP notwendig, um den Temperaturverlauf in der Schichtenstruktur beurteilen und zur Regelung heranziehen zu können. In Abhängigkeit von der Höhe der Brauchwasserentnahme über die Brauchwasserentnahmeleitung 13 können die zirkulierenden Volumenströme im Brauchwasserkreislauf und im Heizkreislauf mittels der Umwälzpumpe 7 bzw. der Heizkreispumpe 8 so angeglichen werden, daß die Rücklauftemperatur T_RL stets in etwa der Warmwassertemperatur (Speicherladetemperatur) T_WW entspricht. Die Positionierung des Temperaturfühlers 1 auf Höhe der Mündung 3 des Kaltwasserabzugs 4 gewährleistet eine schnelle Reaktion beim Nachladen des Schichtenspeichers 6, wodurch maximale Leistungskennzahlen erreicht werden. Ist z.B. eine Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein zwischen einer vorbestimmten Speichersolltemperatur T_Soll und einer am Temperaturfühler 1 gemessenen Speichertemperatur T_SP von -5 K vorgegeben, so wird beim Überschreiten dieser Einschalttemperaturdifferenz dT_Ein die Umwälzpumpe 7 und/oder der Heizwasserwärmetauscher 10 ein- oder umgeschaltet. Die heizkreisseitige Rücklauftemperatur T_RL wird dann auf Speichersolltemperatur T_Soll geregelt. Kaltes Trinkwasser wird im Plattenwärmetauscher 9 erhitzt und über die Warmwasserleitung 5 in den Schichtenspeicher 6 eingeschichtet. Dies geschieht schließlich so lange, bis eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz dT_Aus zwischen der Speicheristtemperatur T_RL und der Speichersolltemperatur T_Soll von z.B. -2 K erreicht ist. In diesem Fall werden die Umwälzpumpe 7 und/oder der Heizwasserwärmetauscher 10 aus- oder umgeschaltet.

[0038] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

Bezugszeichenliste

[0039] 

B

Brauchwasserkreislauf

H

Heizkreislauf

T_RL

Rücklauftemperatur bzw. Speicheristtemperatur

T_SP

Speichertemperatur

T_VL

Vorlauftemperatur

T_WW

Warmwassertemperatur

T_Soll

Schichtenspeicher-Soll-Temperatur

dT_WT

Wassertemperaturdifferenz

T_Ein

Einschalttemperatur

T_Aus

Ausschalttemperatur

1

Temperaturfühler

2

Brauchwasserauslass

3

Mündung des Kaltwasserabzugs

4

Kaltwasserabzug

5

Warmwasserleitung

6

Schichtenspeicher

7

Umwälzpumpe

8

Heizkreispumpe

9

Plattenwärmetauscher

10

Heizwasserwärmetauscher

11

Vorlaufleitung

12

Kaltwasserzulauf

13

Brauchwasserentnahmeleitung

14

Rücklaufleitung

15

Rücklauftemperaturfühler

Ansprüche

1. Warmwasserspeicher, insbesondere Schichtenspeicher (6), mit einem Kaltwasserzulauf (12), einer Brauchwasserentnahmeleitung (13) und einem aus dem unteren Bereich desselben wegführenden Kaltwasserabzug (4), in dessen Verlauf eine Umwälzpumpe (7) angeordnet ist und der zu einem Wärmetauscher (9) führt, von dem aus eine Warmwasserleitung (5) in den oberen Bereich des Schichtenspeichers (6) mündet,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmetauscher (9) einem Heizkreislauf (H) mit Heizgerät (10), Heizkreispumpe (8) und Vor- (11) und Rücklaufleitung (14) zugeordnet ist, und dass eine vorbestimmte Solltemperatur (T_Soll) des Schichtenspeichers (6) den Sollwert für die Rücklauftemperatur (T_RL) des Heizkreislaufs (H) bestimmt.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmetauscher (9) im Gleich- oder, insbesondere im Gegenstrom, betreibbar und so ausgelegt ist, dass die heizkreisseitige Rücklauftemperatur (T_RL) in etwa der Warmwassertemperatur (T_WW) in der Warmwasserleitung (5) zwischen Wärmetauscher (9) und Schichtenspeicher (6) entspricht.

3. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine mittlere Temperaturdifferenz (dT_WT) durch eine Leistungsstufung an der Umwälzpumpe (7) und/oder der Heizkreispumpe (8) variierbar ist.

4. Warmwasserspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Überschreitung einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) zwischen der gemessenen Speichertemperatur (T_SP) und der vorbestimmten Speichersolltemperatur (T_Soll) ein Ladevorgang auslösbar ist, bei dem die Umwälzpumpe (7) und/oder das Heizgerät (10) ein- oder umgeschaltet werden.

5. Warmwasserspeicher nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) im Bereich zwischen -0,5 K und -15 K, vorzugsweise im Bereich zwischen -1 K und -12 K und besonders bevorzugt im Bereich zwischen -2 K und -10 K liegt.

6. Warmwasserspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Unterschreiten einer vorgegebenen Ausschalttemperaturdifferenz (dT_Aus) zwischen der gemessenen Speichertemperatur (T_SP) und der vorbestimmten Speichersolltemperatur (T_Soll) der Ladevorgang abbrechbar ist, und die Umwälzpumpe (7) und/oder das Heizgerät (10) aus- oder umgeschaltet werden.

7. Warmwasserspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Temperaturregelung lediglich ein Temperaturfühler (1) im Schichtenspeicher (6) und ein Rücklauftemperaturfühler (15) im Bereich der Rücklaufleitung (14) des Heizkreislaufs (H) vorgesehen, insbesondere erforderlich, ist.

8. Warmwasserspeicher nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperaturfühler (1) in etwa auf Höhe der Mündung (3) des Kaltwasserabzugs (4) im unteren Bereich des Schichtenspeichers (6) angeordnet ist.

9. Warmwasserspeicher nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperaturfühler (1) zwischen 2,0 cm und 10 cm über dem Bodenniveau des Schichtenspeichers (6) angeordnet ist.

10. Verfahren zum Speichern von Warmwasser in einem Speicher, insbesondere in einem Schichtenspeicher (6), mit einem Kaltwasserzulauf (12), einer Brauchwasserentnahmeleitung (13) und einem aus dem unteren Bereich desselben wegführenden Kaltwasserabzug (4), in dessen Verlauf eine Umwälzpumpe (7) angeordnet ist und der zu einem Wärmetauscher (9) führt, von dem aus eine Warmwasserleitung (5) in den oberen Bereich des Schichtenspeichers (6) mündet, insbesondere mit einem Wärmetauscher (9), der einem Heizkreislauf (H) mit Heizgerät (10), Heizkreispumpe (8) und Vor- (11) und Rücklaufleitung (14) zugeordnet ist,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte im Fall keiner Brauchwasserentnahme:

A) Überwachen einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) zwischen einer vorbestimmten Speichersolltemperatur (T_Soll) und einer gemessenen Speichertemperatur (T_SP);

B) Einschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe (7) und/oder des Heizgeräts (10) zum Abziehen eines Volumenstroms von Kaltwasser aus dem Kaltwasserabzug (4), Erwärmen desselben in dem Wärmetauscher (9) und Einspeichern des Volumenstroms als Warmwasser über die Warmwasserleitung (5) in den Schichtenspeicher (6), wenn die Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) überschritten wird; und

C) Ausschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe (7) und/oder des Heizgeräts (10), wenn eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz (dT_Aus) zwischen der Speichertemperatur (T_SP) und Speichersolltemperatur erreicht ist.

11. Verfahren zum Speichern von Warmwasser in einem Speicher, insbesondere in einem Schichtenspeicher (6), mit einem Kaltwasserzulauf (12), einer Brauchwasserentnahmeleitung (13) und einem aus dem unteren Bereich desselben wegführenden Kaltwasserabzug (4), in dessen Verlauf eine Umwälzpumpe (7) angeordnet ist und der zu einem Wärmetauscher (9) führt, von dem aus eine Warmwasserleitung (5) in den oberen Bereich des Schichtenspeichers (6) mündet, insbesondere mit einem Wärmetauscher (9), der einem Heizkreislauf (H) mit Heizgerät (10), Heizkreispumpe (8) und Vor- (11) und Rücklaufleitung (14) zugeordnet ist,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte im Fall einer Brauchwasserentnahme, wenn diese geringer ist als der maximal förderbare Volumenstrom einzuspeichernden Warmwassers:

A) Überwachen einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) zwischen einer vorbestimmten Speichersolltemperatur (T_Soll) und einer gemessenen Speichertemperatur (T_SP);

B) Einschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe (7) und/oder des Heizgeräts (10) zum Abziehen eines Volumenstroms von Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf (12), Erwärmen desselben in dem Wärmetauscher (9) und Einspeichern des Volumenstroms als Warmwasser über die Warmwasserleitung (5) in den Schichtenspeicher (6), wenn die Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) überschritten wird; und

C) Ausschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe (7) und/oder des Heizgeräts (10), wenn eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz (dT_Aus) zwischen der Speichertemperatur (T_SP) und Speichersolltemperatur erreicht ist.

12. Verfahren zum Speichern von Warmwasser in einem Speicher, insbesondere in einem Schichtenspeicher (6), mit einem Kaltwasserzulauf (12), einer Brauchwasserentnahmeleitung (13) und einem aus dem unteren Bereich desselben wegführenden Kaltwasserabzug (4), in dessen Verlauf eine Umwälzpumpe (7) angeordnet ist und der zu einem Wärmetauscher (9) führt, von dem aus eine Warmwasserleitung (5) in den oberen Bereich des Schichtenspeichers (6) mündet, insbesondere mit einem Wärmetauscher (9), der einem Heizkreislauf (H) mit Heizgerät (10), Heizkreispumpe (8) und Vor- (11) und Rücklaufleitung (14) zugeordnet ist,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte im Fall einer Brauchwasserentnahme, wenn diese größer ist als der maximal förderbare Volumenstrom einzuspeichernden Warmwassers:

A) Überwachen einer vorgegebenen Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) zwischen einer vorbestimmten Speichersolltemperatur (T_Soll) und einer gemessenen Speichertemperatur (T_SP);

B) Einschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe (7) und/oder des Heizgeräts (10) zum Abziehen eines Teilvolumenstroms von Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf (12), Erwärmen desselben in dem Wärmetauscher (9) und Einspeichern des Volumenstroms als Warmwasser über die Warmwasserleitung (5) in den Schichtenspeicher (6), sowie Zuführen eines anderen Teilvolumenstroms von Kaltwasser aus dem Kaltwasserzulauf (12) über den Kaltwasserabzug in den Schichtenspeicher (6), wenn die Einschalttemperaturdifferenz (dT_Ein) überschritten wird; und

C) Ausschalten oder Umschalten der Umwälzpumpe (7) und/oder des Heizgeräts (10), wenn eine vorgegebene Ausschalttemperaturdifferenz (dT_Aus) zwischen der Speichertemperatur (T_SP) und Speichersolltemperatur erreicht ist.

Zeichnung