EP-4737808-A1 - HEAT TRANSFER DEVICE

Abstract

Eine Wärmetransfereinrichtung (540) umfasst einen ersten Anschluss (545.1) für eine Leitung einer Kaltwasserzirkulation (20), einen zweiten Anschluss (545.2) für eine Leitung der Kaltwasserzirkulation (20), einen dritten Anschluss (545.3) für eine Leitung eines Warmwasser-Leitungssystems (30), einen vierten Anschluss (545.4) für eine Leitung des Warmwasser-Leitungssystems (30) und mindestens einen Wärmeübertrager (543). Der erste Anschluss (545.1) ist zur Bildung einer ersten Übertragungsleitung flüssigkeitsleitend mit dem zweiten Anschluss (545.2) verbunden, und der dritte Anschluss (545.3) ist zur Bildung einer zweiten Übertragungsleitung flüssigkeitsleitend mit dem vierten Anschluss (545.4) verbunden. Die erste Übertragungsleitung und die zweite Übertragungsleitung wirken so mit dem mindestens einen Wärmeübertrager (543) zusammen, dass thermische Energie mithilfe des mindestens einen Wärmeübertragers (543) von der ersten Übertragungsleitung zur zweiten Übertragungsleitung übertragbar ist. Die Wärmetransfereinrichtung (540) ermöglicht eine Übertragung von thermischer Energie von der Kaltwasserzirkulation, insbesondere aus deren Rücklauf, in das Warmwasser-Leitungssystem. So kann das Kaltwasser (bei Bedarf) abgekühlt werden, um Sollwerte einzuhalten oder Nutzerbedürfnissen nachzukommen, während gleichzeitig die entnommene Energie genutzt werden kann.

Inventors

• ZEITER, PATRIK
• BOBST, URS
• FISCHER, LUDGER
• VON EUW, Reto
• Verde, Judit

Assignees

• R. Nussbaum AG

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251030

Claims (20)

1. Wärmetransfereinrichtung, umfassend a) einen ersten Anschluss für eine Leitung einer Kaltwasserzirkulation; b) einen zweiten Anschluss für eine Leitung der Kaltwasserzirkulation; c) einen dritten Anschluss für eine Leitung eines Warmwasser-Leitungssystems; d) einen vierten Anschluss für eine Leitung des Warmwasser-Leitungssystems; e) mindestens einen Wärmeübertrager, wobei der erste Anschluss zur Bildung einer ersten Übertragungsleitung flüssigkeitsleitend mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, wobei der dritte Anschluss zur Bildung einer zweiten Übertragungsleitung flüssigkeitsleitend mit dem vierten Anschluss verbunden ist, wobei die erste Übertragungsleitung und die zweite Übertragungsleitung so mit dem mindestens einen Wärmeübertrager zusammenwirken, dass thermische Energie mithilfe des mindestens einen Wärmeübertragers von der ersten Übertragungsleitung zur zweiten Übertragungsleitung übertragbar ist.
2. Wärmetransfereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungsleitung und die zweite Übertragungsleitung in demselben Wärmeübertrager zur Übertragung der thermischen Energie zusammenwirken.
3. Wärmetransfereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager mindestens eine Speicherkomponente, insbesondere einen Latentwärmespeicher, umfasst, wobei thermische Energie von der ersten Übertragungsleitung an die mindestens eine Speicherkomponente und von der mindestens einen Speicherkomponente zur zweiten Übertragungsleitung übertragbar ist.
4. Wärmetransfereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkomponente einen Latentwärmespeicher umfasst, wobei Phasenwechselmaterial des Latentwärmespeichers bevorzugt eine Schmelztemperatur von 16-19 °C aufweist, wobei das Phasenwechselmaterial insbesondere Methylmyristat ist.
5. Wärmetransfereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungsleitung und die zweite Übertragungsleitung mit derselben der mindestens einen Speicherkomponente zusammenwirken.
6. Wärmetransfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertrager eine Wärmepumpe umfasst.
7. Wärmetransfereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mindestens einseitig mit einer der mindestens einen Speicherkomponente zusammenwirkt.
8. Wärmetransfereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übertragungsleitung über eine erste Speicherkomponente mit einer ersten Seite der Wärmepumpe und eine zweite Seite der Wärmepumpe über eine zweite Speicherkomponente mit der zweiten Übertragungsleitung zusammenwirken.
9. Wärmetransfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, wobei der erste Anschluss, der zweite Anschluss, der dritte Anschluss und der vierte Anschluss am Gehäuse ausgebildet und der Wärmeübertrager im Gehäuse angeordnet ist und wobei eine erste Umwälzpumpe für die Kaltwasserzirkulation und/oder eine zweite Umwälzpumpe für eine Warmwasserzirkulation im Gehäuse angeordnet sind.
10. Wasserversorgungssystem umfassend: a) eine Kaltwasserzirkulation; b) ein Warmwasser-Leitungssystem mit einer Warmwasserbereitstellungsvorrichtung und einer Warmwasserzirkulation; c) mindestens eine Wärmetransfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Übertragung von thermischer Energie von der Kaltwasserzirkulation in das Warmwasser-Leitungssystem.
11. Wasserversorgungssystem gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss mit dem Rücklauf der Kaltwasserzirkulation und/oder dem Vorlauf der Kaltwasserzirkulation, stromabwärts einer Einmündung des Rücklaufs der Kaltwasserzirkulation, verbunden sind.
12. Wasserversorgungssystem gemäss Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschluss mit einer Zuführung für die Warmwasserbereitstellungsvorrichtung verbunden ist.
13. Wasserversorgungssystem gemäss Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschluss mit einem Speicher der Warmwasserbereitstellungsvorrichtung verbunden ist.
14. Wasserversorgungssystem gemäss Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Anschluss mit dem Rücklauf der Warmwasserzirkulation verbunden ist.
15. Wasserversorgungssystem gemäss Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Umschaltventil, mittels welchem Medium vom dritten Anschluss selektiv dem Wärmeübertrager und/oder direkt der Zuführung oder dem Speicher der Warmwasserbereitstellungsvorrichtung zuführbar ist.
16. Wasserversorgungssystem gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Anschluss mit einer Zuführung für die Warmwasserbereitstellungsvorrichtung verbunden ist.
17. Wasserversorgungssystem gemäss einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Anschluss mit einem Speicher der Warmwasserbereitstellungsvorrichtung verbunden ist.
18. Wasserversorgungssystem gemäss einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Anschluss mit einem Vorlauf der Warmwasserzirkulation verbunden ist.
19. Wasserversorgungssystem gemäss den Ansprüchen 6, 13 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass an einem vorgegebenen Messort im Speicher der Warmwasserbereitstellungsvorrichtung ein Temperatursensor zur Erfassung der Speicherwassertemperatur angeordnet ist und dass die Wärmepumpe des Wärmeübertragers aktiviert wird, wenn die erfasste Speicherwassertemperatur einen vorgegebenen ersten Wert unterschreitet und/oder wenn eine Wassertemperatur in der Kaltwasserzirkulation einen vorgegebenen zweiten Wert überschreitet.
20. Wasserversorgungssystem gemäss einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransfereinrichtung einen fünften Anschluss und einen sechsten Anschluss umfasst, wobei der fünfte Anschluss zur Bildung einer dritten Übertragungsleitung flüssigkeitsleitend mit dem sechsten Anschluss verbunden ist, wobei thermische Energie von der ersten Übertragungsleitung an die mindestens eine Speicherkomponente und von der mindestens einen Speicherkomponente zur dritten Übertragungsleitung übertragbar ist, und wobei der Wärmeübertrager eine Wärmepumpe umfasst, mit der thermische Energie von der mindestens einen Speicherkomponente an die zweite Übertragungsleitung übertragbar ist.

Description

Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft eine Wärmetransfereinrichtung für ein Wasserversorgungssystem. Sie betrifft weiter ein Wasserversorgungssystem mit einer solchen Wärmetransfereinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserversorgungssystems. Stand der Technik Systeme zur Versorgung von Gebäuden mit Kalt- und Warmwasser müssen verschiedensten Anforderungen genügen. Eine Kernanforderung ist die Gewährleistung der Trinkwasserhygiene. Diese ist unter anderem durch zu hohe Temperaturen in der Kaltwasserversorgung und durch zu tiefe Temperaturen in der Warmwasserversorgung gefährdet. Werden Sollbereiche für die Kalt- und Warmwassertemperatur nicht eingehalten, können sich zudem Komforteinbussen für die Benutzer ergeben. Haushaltskaltwasser hat häufig eine Temperatur von mehr als 20°C, was auf die folgenden Hauptfaktoren zurückzuführen ist: nahe beieinander angeordnete Warm- und Kaltwasserleitungen ohne ausreichende Wärmedämmung führen zu einer Wärmeübertragung von Warm- auf Kaltwasser;Stagnation oder geringe Wasserbewegung in den Kaltwasserleitungen aufgrund der Innenkonstruktion von Gebäuden und längerer Zeiträume ohne Kaltwasserverbrauch, wodurch sich das Wasser stärker erwärmt;hohe Raumtemperaturen durch Heizungsanlagen und warmes Klima, die zu einer Erwärmung der Kaltwasserleitungen führen; underhöhte Bodentemperaturen, die die Rohrleitungen zu und in den Gebäuden aufheizen, insbesondere im Sommer. Insbesondere dann, wenn während einer längeren Zeit kein Kaltwasser entnommen wird, erwärmt sich das in der Zuleitung stehende Wasser aufgrund der höheren Umgebungstemperatur nach und nach, und es kann Temperaturen erreichen, die nicht mehr im hygienisch unbedenklichen Sollbereich liegen. Zudem lässt der Benutzer oft zunächst eine erhebliche Menge an Trinkwasser ab, bis die gewünschte kühle Wassertemperatur am Entnahmeort erreicht ist. Dies führt zu einem Zusatzverbrauch an Trinkwasser. Ähnlicherweise ergibt sich in der Warmwasserleitung eine Abkühlung des in der Zuleitung befindlichen Wassers aufgrund der tieferen Umgebungstemperatur. Auch hier drohen Hygieneprobleme, und der Nutzer wird eine erhebliche Menge an Wasser ablassen, mit entsprechendem Zusatzverbrauch. Ein Ansatz, um diesen Problemen zu begegnen, ist die Installation einer Kaltwasserzirkulation und einer Warmwasserzirkulation. Diese ermöglichen eine Zirkulation auch bei fehlender Entnahme. Die entsprechende Umwälzpumpe kann beispielsweise so gesteuert werden, dass sie nach einer vorgegebenen Zeitdauer ohne Bezug für eine vorgegebene Zeit aktiviert wird. Es ist grundsätzlich auch ein Dauerbetrieb möglich. Auf der Kaltwasserseite wird das rezirkulierte Wasser üblicherweise mit frisch zugeführtem kaltem Trinkwasser aus der Gebäudezuleitung gemischt, so dass wiederum eine Abkühlung stattfindet. Auf der Warmwasserseite wird das rezirkulierte Wasser üblicherweise in den Warmwasserspeicher zurückgeleitet und erneut erhitzt, grundsätzlich ist aber auch hier eine Mischung mit erhitztem Wasser möglich. Mit Hilfe einer Kaltwasserzirkulation lassen sich maximale Solltemperaturen in der Kaltwasserzuführung einhalten. Zudem ergibt sich ein verbesserter Komfort für die Nutzer, weil kaltes Wasser, z. B. als Trinkwasser, ohne nennenswerte Verzögerung am Entnahmeort verfügbar ist. Besonders auf der Kaltwasserseite stellt sich aber das Problem, dass bei hohen Umgebungstemperaturen oder vergleichsweise hohen Wassertemperaturen in der Kaltwasserzuleitung trotz des Vermischens immer noch zu hohe (hygienisch bedenkliche und/oder mit Komforteinbussen einhergehende) Temperaturen erreicht werden können, besonders dann, wenn während längerer Zeit keine ausreichenden Bezüge stattfinden, das Wasser also stagniert. Dabei ist zu beachten, dass je nach Einsatzzweck des Gebäudes und den Aktivitätsmustern der Benutzer ganz unterschiedliche Zapfprofile resultieren, von denen einige ein grösseres Risiko für zu hohe Wassertemperaturen mit sich bringen als andere. Es sind deshalb Lösungen bekannt, bei denen das rezirkulierte Wasser abgelassen oder bei denen Kaltwasser aktiv gekühlt wird. Die erste Variante führt aber zu einem erhöhten Gesamt-Wasserbedarf und die zweite Variante ist energetisch unvorteilhaft. Weitere Lösungen wurden vorgeschlagen: Die DE 10 2017 010 893 A1 (B. Miller) schlägt ein Rezirkulationssystem vor, bei dem Warm- und Kaltwasserleitungen miteinander verbunden sind, um das Wasser auszutauschen, ohne dass es entleert werden muss, und bei dem das Wasser über eine kleine Pumpe bedarfsabhängig zirkuliert. Die EP 3 159 457 B1 (Kemper GmbH & Co. Metallwerke Geb KG) offenbart eine Trink- und Brauchwasserversorgungseinrichtung mit einer Kaltwasserumlaufleitung und einem Wärmetauscher, der dem Wasser aktiv Wärme entzieht. Die EP 3 601 688 B1 (LTZ Zentrum für Luft- und Trinkwasserhygiene GmbH) beschreibt ein KaltwasserKreislaufsystem mit einer Kühleinrichtung und einer Umwälzpumpe sowie ein Verfahren zur Temperatur- und Durchflussregelung auf der Grundlage von T