ANLAGE ZUR AUFBEREITUNG VON HEISSEM SANITÄRWASSER

Abstract

 Eine Anlage mit einem Hauptbehälter (1) für die Entnahme (10) von heißem Wasser am hohen Abschnitt (11), einem Hilfsbehälter (2) mit geringem Volumen in Bezug auf jenes des Hauptbehälters (1) mit einem Einlauf von kaltem Wasser am tiefen Abschnitt (21). Eine Verbindungsleitung (3) mündet in den hohen Abschnitt (22) des Hilfsbehälters (2) und in den tiefen Abschnitt (11) des Hauptbehälters (1). Ein Heizkessel (7) ist mit einem Austauscher (13) verbunden, der im tiefen Abschnitt (11) des Hauptbehälters (1) installiert ist, und ein Abzweigungskreis (5) verbindet den tiefen Abschnitt (21) des Hilfsbehälters (2) mit dem hohen Abschnitt (12) des Hauptbehälters (1); sie ist mit einer Wärmepumpe (6) ausgestattet. Eine Gruppe von Temperaturfühlern (T...) ist mit einer Steuerschaltung (100) verbunden, um die Wärmequellen (6, 7) in Abhängigkeit von den durch die Fühler gelieferten Temperaturen zu aktivieren, die ihrerseits von der Entnahme von heißem Sanitärwasser abhängen.

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung hat eine Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser zum Gegenstand.

Stand der Technik

[0002] Die Schichtung im Behälter für heißes Sanitärwasser beruht auf der Variation der Dichte des Wassers in Abhängigkeit von seiner Temperatur. Das heiße Wasser ist leichter als das kalte Wasser, so dass das kalte Wasser unter dem heißen Wasser bleibt, wenn das Wasser nicht in Zirkulation versetzt wird. Im Fall einer Entnahme mit einem großen Durchsatz reicht die Differenz der Dichte zwischen dem heißen Wasser und dem kalten Wasser nicht aus, um zu vermeiden, dass sich das Wasser vermischt.

[0003] Um zu vermeiden, dass das in das System eingespeiste kalte Wasser mit dem heißen Wasser des Behälters für heißes Sanitärwasser vermischt wird, ist der Behälter so entworfen, dass er seine eigene Schichtung der Wasserschichten aufweist. Diese Schichtung kann durch das Mischwasser gestört werden, das während der Entnahmen ankommt. Die Stabilität der Schichtung hängt hauptsächlich vom Durchsatz an eingespeistem kaltem Wasser, von der Höhe des Behälters in Bezug auf seinen Durchmesser und von der Wirksamkeit der Einspeisungsdüse ab.

Aufgabe der Erfindung

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Mischen von kaltem Wasser und heißem Wasser und die Störung der Schichtung der Schichten im Behälter zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser für einen maximalen Wirkungsgrad der verfügbaren Heizenergie zu vermeiden.

Darlegung und Vorteile der Erfindung

[0005] Dazu hat die Erfindung eine Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser zum Gegenstand, die Folgendes umfasst: einen Hauptbehälter für die Entnahme von heißem Sanitärwasser durch einen Ausgang von heißem Sanitärwasser am hohen Abschnitt, einen Hilfsbehälter mit geringem Volumen in Bezug auf das Volumen des Hauptbehälters mit einem Einlauf von kaltem Wasser am tiefen Abschnitt, eine Verbindungsleitung, die in die Oberseite des Hilfsbehälters und in die Unterseite des Hauptbehälters mündet, eine Hauptwärmequelle mit einem Austauscher, der im unteren Abschnitt des Hauptbehälters installiert ist, eine Abzweigung, die den unteren Abschnitt des Hilfsbehälters mit dem oberen Abschnitt des Hauptbehälters verbindet und mit einer Hilfswärmequelle ausgestattet ist, ein Steuersystem mit einer Gruppe von Temperatursensoren und einer Steuerschaltung, wobei die Temperatursensoren den hohen Abschnitt, den tiefen Abschnitt des Hauptbehälters und den tiefen Abschnitt des Hilfsbehälters bestücken, wobei die Steuerschaltung mit der Hauptwärmequelle und mit der Hilfswärmequelle verbunden ist, um sie in Abhängigkeit von den von den Sensoren gelieferten Temperaturen zu aktivieren, die ihrerseits von der Entnahme von heißem Sanitärwasser abhängen.

[0006] Die Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine transkritische Wärmepumpe, insbesondere eine CO2-Wärmepumpe, in besonders wirksamer Weise für die Aufbereitung des heißen Sanitärwassers verwendet, um die Wärmeenergie maximal sowohl für die kleinen Entnahmen als auch für die großen Entnahmen zu nutzen.

[0007] Gemäß einem vorteilhaften Merkmal ist die Wärmepumpe eine transkritische CO2-Wärmepumpe. Somit wird von der großen Temperaturvariation von CO2 beim Heizen des Wassers profitiert; das Wasser wird auf einmal geheizt, was für dieses Hochleistungskonzept vorteilhaft ist.

[0008] Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal umfasst der Kreis mit dem Heizkessel an der Abzweigung einen Zentralheizkreis, der mit der Zuführungsleitung des Kreises und durch ein Dreiwegeventil mit der Leitung, die mit dem Austauscher des Hauptbehälters verbunden ist, verbunden ist, wobei der Zentralheizkreis von der Leitung abzweigt.

[0009] Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal ist das Dreiwegeventil an der Verbindungsstelle der Zuführungsleitung des Heizkessels und des Eingangs des Zentralheizkreises durch eine Leitung mit einem Dreiwegeventil verbunden, dessen Ausgang einerseits mit dem Wärmetauscher des Hauptbehälters und andererseits mit der Rückführungsleitung des Kreises vor dem Heizkessel verbunden ist.

[0010] Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal umfasst der Kreis des Heizkessels an der Abzweigung zwischen der Zuführungsleitung am Ausgang des Heizkessels und der Rückführungsleitung den Heizkreis, dessen Ausgangsleitung mit der Rückführungsleitung über einen Wärmetauscher durch ein Dreiwegeventil vor dem Heizkessel verbunden ist, wobei dieser Wärmetauscher außerdem an der Zuführungsleitung des Kreises durch eine Abzweigung abzweigt, wobei der Ausgang des Austauschers durch eine Leitung mit der Rückführungsleitung des Kreises durch ein Dreiwegeventil verbunden ist.

Zeichnungen

[0011] Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels einer Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser genauer beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen:

• Fig. 1 ein allgemeines Diagramm der erfindungsgemäßen Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser ist,
• Fig. 2 ein Diagramm einer Anlage in Kombination mit einer Heizanlage ist.
• Fig. 3 ein Diagramm einer Variante der Anlage von Fig. 2 ist, die eine Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser und eine Zentralheizanlage kombiniert.
• Fig. 4 ein Diagramm einer Variante des kombinierten Kreises der Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser mit einer Zentralheizanlage ist, die eine besonders wirksame Verwendung der Wärmepumpe für die direkte Zufuhr von Wärme zum Zentralheizkreis ermöglicht.

Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung

[0012] Gemäß Fig. 1 besteht eine Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser aus einem Hauptbehälter 1 und einem Hilfsbehälter 2. Der Hauptbehälter 1 weist ein großes Volumen auf. Das heiße Sanitärwasser wird am hohen Abschnitt 6 des Behälters 1 entnommen. Der Hilfsbehälter 2 ist ein Behälter mit geringem Volumen in Bezug auf jenes des Hauptbehälters 1. Er ist mit dem Behälter zur Versorgung mit kaltem Wasser 4 am tiefen Abschnitt 21 verbunden. Der Hauptbehälter 1 und der Hilfsbehälter 2 sind durch eine Verbindungsleitung 3 verbunden, die frei 31, 32 in den tiefen Abschnitt 11 des Hauptbehälters 1 und in den hohen Abschnitt 22 des Hilfsbehälters 2 mündet. Der tiefe Abschnitt 21 des Hilfsbehälters 2 ist durch eine Zuführungsleitung 51 eines Abzweigungskreises 5 mit dem hohen Abschnitt 12 des Hauptbehälters 1 verbunden.

[0013] Der Abzweigungskreis 5 ist mit einer Wärmepumpe 6 mit einer Zirkulationspumpe 61, die mit dem Behälter 1 durch eine Rückführungsleitung 52 des Abzweigungskreises verbunden ist, ausgestattet.

[0014] Im Allgemeinen gibt es unter der Wirkung der Dichte des Wassers in Abhängigkeit von seiner Temperatur eine Schichtung von Wasserschichten mit verschiedenen Temperaturen im Hauptbehälter 1 und im Hilfsbehälter 2. Der tiefe Abschnitt 11, 21 von jedem der Behälter 1, 2 enthält Wasser mit der niedrigsten Temperatur und der hohe Abschnitt 12, 22 Wasser mit der höchsten Temperatur des jeweiligen Behälters 1, 2.

[0015] Der tiefe Abschnitt 11 des Hauptbehälters 1 ist mit einem Wärmetauscher 13 ausgestattet, der mit einem Heizkessel 7 durch einen Kreis 8 mit einer Zuführungsleitung 82 und einer Rückführungsleitung 81 verbunden ist. Der Kreis 13, 8, 7 ist mit einer Zirkulationspumpe 83 ausgestattet. Die verschiedene Punkte der Anlage sind mit Temperaturfühlern (T') ausgestattet, die eine Steuereinheit 100 versorgen, die die Funktion der Anlage steuert.

[0016] Der tiefe Abschnitt 11 ist mit einem Temperaturfühler T11 ausgestattet. Dasselbe gilt für seinen hohen Abschnitt 12 mit einem Kontrollabschnitt T12. Der hohe Abschnitt 22 des Hilfsbehälters 2 ist mit einem Temperaturfühler T22 versehen. Die Wärmepumpe ist mit Fühlern T6a, T6b versehen, ebenso wie der Heizkessel 7 am Eingang T7a und am Ausgang T7b. Die Temperaturfühler sind mit der Steuereinheit 100 verbunden, die die Temperatursignale STi empfängt und in Abhängigkeit von diesen die Funktion der Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser durch Steuersignale SCi steuert. Die Temperatur in den verschiedenen Abschnitten der Anlage (Hauptbehälter 1 und Hilfsbehälter 2) hängt von der Entnahme von heißem Sanitärwasser und von dem Durchsatz der Entnahme oder vom Volumen an entnommenem heißem Sanitärwasser ab.

[0017] Der Steuerkreis 9 steuert die Funktion des Abzweigungskreises 51 und jene (8) des Heizkessels 7, der den Austauscher 13 speist, der im tiefen Abschnitt 11 des Hauptbehälters 1 installiert ist.

[0018] Die Funktion der vorstehend beschriebenen Anlage ist wie folgt mit Unterscheidung der geringen Entnahme und einer großen Entnahme von heißem Sanitärwasser im Hauptbehälter 1 (Ausgang der Entnahme 10).

[0019] Im Fall einer geringen Entnahme kommt die Entnahme von heißem Sanitärwasser (Ausgang 10) im Einlauf von kaltem Wasser des Netzes 4 an der Basis 21 des Hilfsbehälters 2 zum Ausdruck; das entnommene Volumen von Wasser im Hauptbehälter 1 wird am tiefen Abschnitt 11 des Hauptbehälters ersetzt, wobei das heiße Wasser des Hilfsbehälters durch den Ausgang 31 der Leitung 3 ankommt.

[0020] Der Temperaturfühler T22 des Hilfsbehälters 2 detektiert zwar eine Temperaturabsenkung des Wassers, aber wenn diese Absenkung höher bleibt als der feste Schwellenwert, da die Entnahme ein geringes Volumen aufweist, greift folglich die Steuereinheit 100 nicht ein, um den Abzweigungskreis 5 über die Wärmepumpe 6 zu aktivieren.

[0021] Im Fall einer ziemlich großen Entnahme senkt das kalte Wasser, das im Hilfsbehälter 2 ankommt, stark seine Temperatur. Diese detektierte Temperatur (T22) wird zur Steuereinheit 100 übertragen, die durch Aktivieren des Abzweigungskreises 5 durch die Zirkulationspumpe 61 reagiert, die das Wasser an der Basis 21 des Hilfsbehälters 2 entnimmt, um es durch die Wärmepumpe 6 wieder zu heizen und das angewärmte Wasser in den oberen Abschnitt 12 des Hauptbehälters 1 einzuspeisen.

[0022] Die Pumpe 61 des Abzweigungskreises 5 funktioniert parallel zur Verbindungsleitung 3. Der Durchsatz der Pumpe 61 wird angepasst, damit die Ausgangstemperatur des heißen Wassers (T_6b) gleich der Solltemperatur des heißen Sanitärwassers ist. Dieser Durchsatz hat keine Beziehung zum Durchsatz der Entnahme.

[0023] Wenn die durch die Wärmepumpe 6 gelieferte Wärme nicht ausreicht, das heißt wenn die Entnahme an heißem Wasser so groß ist, dass die Temperatur T12 kalt wird, kann die Ergänzung durch den Heizkessel 7 und den Austauscher 13, der im unteren Abschnitt 11 des Hauptbehälters 1 installiert ist, geliefert werden.

[0024] Gemäß der Erfindung ist die Wärmepumpe 6 insbesondere eine transkritische CO2-Wärmepumpe. Sie heizt direkt das Wasser von seiner Ankunftstemperatur des Netzes 4 bis auf die Solltemperatur für das heiße Sanitärwasser. Die CO2-Wärmepumpe hat ihre besten Leistungen zum Heizen des Wassers ab der niedrigsten Temperatur im Wassernetz. Je höher die Temperatur des Speisewassers wird, desto geringer ist der Wirkungsgrad dieser Wärmepumpe, um die Solltemperatur des heißen Sanitärwassers zu erreichen.

[0025] Der Hauptbehälter 1 ist entworfen, um das Erhalten von heißem Wasser durch die Wärmepumpe 6 nach der Entnahme von kleinen Wasservolumina (geringer als 15 I) zu verbessern. Die Entnahmen von relativ geringen Volumina sind am häufigsten (Händewaschen, Geschirrwaschen ...) und sie kommen durch das Einspeisen von kleinen Mengen an kaltem Wasser in den Behälter 2 zum Ausdruck.

[0026] Es ist zweckmäßig zu bemerken, dass, um von den gesteigerten Eigenschaften einer Wärmepumpe, insbesondere einer transkritischen CO2-Pumpe, zu profitieren, es wirksamer ist, vielmehr das kalte Wasser (Temperatur geringer als 30 °C) zu heizen als das lauwarme Wasser (dessen Temperatur zwischen 30 ° und 50 ° liegt) zu heizen. Die kleinen Entnahmen sind am schwierigsten zu behandeln, da diese sich leicht mit dem heißen Wasser vermischen, was lauwarmes Wasser im Behälter erzeugt. Aber das hydraulische System mit zwei Behältern 1, 2 gemäß der Erfindung vermeidet die Mischung von kaltem Wasser durch kleine Entnahmen von heißem Wasser im System. Die Wärmepumpe 6 ermöglicht es, kaltes eingespeistes Wasser zu entnehmen, um es direkt und wirksam auf die Solltemperatur des heißen Sanitärwassers zu heizen.

[0027] Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser gemäß Anspruch 1, die mit einer Zentralheizanlage CH kombiniert ist, die mit heißem Wasser am Ausgang des Heizkessels 7 versorgt wird. Die Zentralheizanlage CH ist durch eine Abzweigung 821 der Zuführungsleitung 82 des Kreises 8 des Heizkessels und durch ein Dreiwegeventil 822 mit dem Austauscher 13 durch die Leitung 823 verbunden.

[0028] Der Hauptbehälter 1 bildet sowohl die Entnahmereserve des heißen Sanitärwassers als auch den Wärmebehälter für den Kreis 8, wenn dieser die Zentralheizung CH speist.

[0029] Fig. 3 zeigt eine andere Variante der Anlage mit der Zentralheizung CH von Fig. 2. Sie umfasst außerdem eine Abzweigung 825 vor dem Austauscher 13 mit einem Dreiwegeventil 824 in der Leitung 823 zum Abzweigen eines Bruchteils des Wassers des Zentralheizkreises direkt am Eingang des Heizkessels 7 durch Kurzschließen des Austauschers 13 und des Hauptbehälters 1.

[0030] Fig. 4 zeigt eine andere Variante der kombinierten Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser und der Zentralheizung CH mit einem Wärmetauscher 9, der mit einer Abzweigung 91 der Zuführungsleitung 52 des Abzweigungskreises 5 über die Wärmepumpe 6 verbunden ist, mit einer Rückführung 92 und einem Dreiwegeventil 93 an der Rückführungsleitung 51 des Abzweigungskreises 5. Die Steuerung des Dreiwegeventils 93 ermöglicht es, teilweise oder vollständig die Abzweigung 91 über den Austauscher 9 zu öffnen oder diese Abzweigung abzutrennen, um den Fluss von heißem Wasser (Heizfluid) in der Zuführungsleitung 52 der Wärmepumpe 6 zu verteilen oder nicht.

[0031] Der Austauscher 9 wird auch durch die Rückführung 826 des Heizkreises CH durchquert, die mit der Rückführung 81 des Kreises 8 vor dem Heizkessel 7 (Pumpe 83) durch ein Dreiwegeventil 827 verbunden ist, das den Durchsatz an Heizfluid (Wasser) durch einerseits den Heizkreis CH und andererseits den Austauscher 13 reguliert.

Ansprüche

1. Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser, die Folgendes umfasst:

- einen Hauptbehälter (1) für die Entnahme von heißem Sanitärwasser durch einen Ausgang für heißes Sanitärwasser (10) am hohen Abschnitt (11),

- einen Hilfsbehälter (2) mit geringem Volumen in Bezug auf das Volumen des Hauptbehälters (1) mit einem Einlauf von kaltem Wasser (4) am tiefen Abschnitt (11),

- eine Verbindungsleitung (3), die in den hohen Abschnitt (22) des Hilfsbehälters (2) und in den tiefen Abschnitt (11) des Hauptbehälters (1) mündet (31, 32),

- einen Kreis (8) mit einem Heizkessel (7), der mit einem Austauscher (13) verbunden ist, der im tiefen Abschnitt (11) des Hauptbehälters (1) installiert ist,

- einen Abzweigungskreis (5), der den tiefen Abschnitt (21) des Hilfsbehälters (2) mit dem hohen Abschnitt (12) des Hauptbehälters (1) verbindet und mit einer Wärmepumpe (6) ausgestattet ist,

- eine Gruppe von Temperaturfühlern (T...), die mit einer Steuerschaltung (100) verbunden sind, wobei die Temperaturfühler den hohen Abschnitt (12), den tiefen Abschnitt (11) des Hauptbehälters (1) und den hohen Abschnitt (22) des Hilfsbehälters (2) bestücken, wobei die Steuerschaltung (100) mit dem Heizkessel (7) und der Wärmepumpe (6) verbunden ist, um sie in Abhängigkeit von den durch die Fühler gelieferten Temperaturen zu aktivieren, die ihrerseits von der Entnahme von heißem Sanitärwasser abhängen.

2. Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmepumpe (6) eine transkritische CO2-Wärmepumpe ist.

3. Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kreis (8) mit dem Heizkessel (7) an der Abzweigung einen Zentralheizkreis CH umfasst, der mit der Zuführungsleitung (82) des Kreises (8) und durch ein Dreiwegeventil (822) mit der Leitung (823) verbunden ist, die mit dem Austauscher (13) des Hauptbehälters (1) verbunden ist, wobei der Zentralheizkreis CH von der Leitung (82) abzweigt.

4. Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dreiwegeventil (822) an der Verbindungsstelle der Zuführungsleitung (82) des Heizkessels (7) und des Eingangs (821) des Zentralheizkreises CH durch eine Leitung (823) mit einem Dreiwegeventil (824) verbunden ist, dessen Ausgang einerseits mit dem Wärmetauscher (13) des Hauptbehälters und andererseits mit der Rückführungsleitung (825) des Kreises (8) vor dem Heizkessel (7) verbunden ist.

5. Anlage zur Aufbereitung von heißem Sanitärwasser nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kreis (8) des Heizkessels (7) an der Abzweigung zwischen der Zuführungsleitung (82) am Ausgang des Heizkessels (7) und der Rückführungsleitung (81) den Heizkreis (CH) umfasst, dessen Ausgangsleitung (826) mit der Rückführungsleitung (81) über einen Wärmetauscher (9) durch ein Dreiwegeventil (827) vor dem Heizkessel (7) verbunden ist, wobei dieser Wärmetauscher (9) außerdem von der Zuführungsleitung (52) des Kreises (5) durch eine Abzweigung (91) abzweigt, wobei der Ausgang des Austauschers (9) durch eine Leitung (92) mit der Rückführungsleitung (51) des Kreises (5) durch ein Dreiwegeventil (93) verbunden ist.

Zeichnung