AT401572B - Kondensationsheizgerät - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kondensationsheizgerät gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Solche Kondensationsheizgeräte sind sogenannte Niedertemperaturheizgeräte, bei denen die von einem Brenner stammenden Abgase in einem oder mehreren Wärmetauscher(n) so weit heruntergekühlt werden, daß der Taupunkt unterschritten wird, so daß aus dem Abgas Wasser auskondensiert, womit die latente Wärme der Abgase genutzt werden kann. Durch diese Technologie ergeben sich feuerungstechnische Wirkungsgrade von über 100 %, bezogen auf den weiteren Heizwert Hu des Brennstoffes. Der Nachteil dieser Geräte liegt darin, daß sie mit diesen hohen Wirkungsgraden nur dann arbeiten, wenn das aufzuheizende Medium auf nicht allzu hohe Temperaturen aufgeheizt werden muß, um eben die Taupunktschwelle im Wärmetauscher zu unterschreiten. Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet von Kondensationsheizgeräten ist somit die Speisung von Fußbodenheizungen oder, allgemeiner gesagt, Niedrigtemperaturheizanlagen. Es ist zwar möglich, Kondensationsheizgeräte auch so zu betreiben, daß das aufzuheizende Medium relativ hoch erhitzt wird, also beispielsweise bis 80/90 °C, nur geht damit der Kondensationseffekt zum großen Teil wieder verloren, weil die Temperatur des aufzuheizenden Wassers im Wärmetauscher das Unterschreiten des Taupunkts der Abgase verhindert. Dann arbeiten diese Geräte nicht mehr als Kondensationsheizgeräte, sondern als normale Heizgeräte, womit sich feuerungstechnische Wirkungsgrade von über 90 % erreichen lassen. Sie unterscheiden sich folglich in ihrer Arbeitsweise nicht mehr wesentlich von normalen Heizgeräten, welche mit erheblich geringerem konstruktiven Aufwand herstellbar sind.

Falls der Betreiber eines Kondensationsheizgerätes eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser benötigt, ist es üblich, neben das Kondensationsheizgerät einen gasbeheizten Speicher zu stellen, der völlig unabhängig vom Kondensationsheizgerät arbeitet und mit dem es möglich ist, das aufzuheizende Brauchwasser auf einen Temperaturbereich von entweder bis zu 45 *C oder bis zu 80 ’C aufzuheizen. Im ersten Fall benötigt der Betreiber einen gasbeheizten Speicher relativ großen Volumens, da sich eine Beimischung von kaltem Wasser zum aufgewärmten Brauchwasser verbietet, im anderen Fall ist eine Beimischung von kaltem Wasser zum hochaufgeheizten Brauchwasser schon wegen des Vermeidens der Verbrühungsgefahr regelmäßig vonnöten. Im ersten Fall treten bei den niedrigen Brauchwassertemperaturen allerdings wenig Betriebsbereitschaftsverluste in Erscheinung, da das Brauchwasser auf einem niedrigeren Temperaturniveau gespeichert wird, andererseits erhöht sich die Anfälligkeit gegenüber Legionellenwachstum. Bei hoch erhitztem Brauchwasser steigen naturgemäß die Betriebsbereitschaftsverluste erheblich, da der Brauchwasserspeicher relativ große Wärmeströme an die Umgebung abstrahlt, andererseits ist die Legionelleninfektionsgefahr minimiert.

Auf jeden Fall ergeben sich für den Verbraucher die Kosten für die Installation zweier Geräte. Nun wäre es mit einem Kondensationsheizgerät im Prinzip genauso möglich, einen neben dem Heizgerät aufgestellten Brauchwasserspeicher unter größtmöglicher Nutzung des Brennwertbetriebes zu erwärmen. Dies bedingt aber ein großes Bauvolumen, da große Mengen Wasser mit einem Temperaturniveau von nur ca. 45 °C benötigt werden, um eine ausreichend komfortable Warmwasserbereitung zu gewährleisten, da eine Beimischung kalten Wassers sich verbietet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kondensationsheizgerät der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, das eine Brauchwasserbereitung sicherstellt, ohne den Platz und das finanzielle Investitionsvolumen für zwei separate Geräte zu benötigen.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einem Kondensationsheizgerät der eingangs näher bezeichneten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.

Durch diese Merkmale ergibt sich der Vorteil, daß nur ein einziges Gerät gebraucht wird, das in seinem Gehäuse sowohl das Kondensationsheizgerät wie auch den Brauchwasserspeicher aufnimmt. Liegt der Brauchwasserspeicher unten, ergeben sich relativ geringe Kosten für den Aufbau des Kondensationsheizgerätes, da dieses dann nicht den relativ schweren Speicher tragen muß. Wird das Volumen des Brauchwasserspeichers relativ klein gewählt, so ergeben sich besonders günstige Betriebsweisen für das Kondensationsheizgerät: Bei relativ kleinem Brauchwasservolumen wird nämlich das Brauchwasservolumen relativ häufig voll bei Warmwasserzapfungen ausgenutzt, so daß nach dem Schließen des Brauchwasserzapfventils nahezu der gesamte Inhalt des Brauchwasserspeichers leergezapft ist. Damit ist der Brauchwasserspeicher aber mit frischem Kaltwasser gefüllt, so daß die Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums zum Kondensationswärmetauschersehr niedrig ist, womit der Kondensationswärmetauscher im Kondensationsbetrieb arbeitet. Das heißt, es ist bei dieser geschickten Betriebsweise möglich, wenigstens in großen Zeitbereichen das Kondensationsgerät auch im Kondensationsbetrieb arbeiten zu lassen, obwohl es zur Brauchwassererwärmung dient. Lediglich in der Endphase der Aufheizung des Brauchwasserspeichers verläßt das Kondensationsheizgerät den Kondensationsbetrieb und geht in den kondensationsfreien Betrieb über. Diese Zeiten sind aber in aller Regel vernachlässigbar gegenüber den Zeiten, die bei Kondensationsbetrieb auftreten, weil sich hier die Zeiten für die Speisung der Heizanlage und für den ersten Bereich der 2

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Aufheizung nach vollständigem Leerzapfen des Brauchwasserbereiters addieren. Somit läßt sich als Kombinationsgerät das Kondensationsheizgerät sehr vorteilhaft ausnutzen, obwohl von der Art der Anforderungen zunächst das Kondensationsheizgerät nicht als Kombinationsheizgerät - wie für nicht kondensierende Heizgeräte aus dem Viessmann-Prospekt „Vitocell" an sich bekannt - zur Speisung sowohl der Heizung wie auch des Brauchwasserspeichers geeignet erscheint.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 vorgeschlagen, die die Maßnahmen nach Anspruch 1 bezüglich der Betriebsweise synergetisch unterstützen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.

In einem Gehäuse 1 aus Blechen, die einen Deckel 2, zwei Seitenwände 3 und 4 und einen Boden 5 bilden, ist im unteren Bereich unterhalb einer Gehäusetrennwand 6 ein Brauchwasserspeicher 7 gelagert. Dieser weist in seinem Innenraum 8 eine Rohrschlange 9 auf, die die Wandung des Speicherbehälters an zwei Stellen durchtritt und mit Krümmern 10 und 11 versehen ist. Der Innenraum 8 des Brauchwasserspeichers 7 ist weiterhin mit einem Rücklaufanschluß 12 und einem Vorlaufanschluß 13 versehen, wobei ersterer an ein speisendes Kaltwassernetz und letzterer an einer Mehrzahl von mit je einem Zapfventil versehenen Warmwasserzapfstellen führt.

Oberhalb der Trennwand 6 ist ein Kondensationsheizgerät 10 angeordnet, das im wesentlichen aus einem Wärmetauscher 15 und einem Sturz-Gas-Gebläsebrenner 16 besteht, zu dem eine Luftleitung 17 führt, in die ein Gebläse 18 eingeschaltet ist. In die Luftleitung 17 mündet zwischen Gebläse 18 und dem Sturz-Gas-Gebläsebrenner eine Gaszuleitung 19, die mit einem Regelventil 20 versehen ist. Das stetig arbeitende Regelventil 20 weist einen nicht weiter dargestellten Stellantrieb auf, der von einem Regler 21 gesteuert wird. Dem Regler sind ein Außentemperaturfühler 22 über eine Leitung 23, ein einstellbarer Sollwertgeber 24 über eine Leitung 25 und über eine Leitung 26 ein Vorlauftemperaturfühler 27 zugeordnet. Weiterhin ist über eine Leitung 28 ein Temperaturfühler 29 angeschlossen, der im Innenraum 8 des Brauchwasserspeichers 7 vorgesehen ist.

Der Wärmetauscher 15 ist mit einer Rücklaufleitung 30 versehen, die die Gehäusetrennwand 6 durchsetzt, die mit dem Krümmer 11 verbunden ist und an die weiterhin eine Heizungsrücklaufleitung 31 angeschlossen ist, die die Seite 4 des Gehäuses 1 durchsetzt. Den Wärmetauscher verläßt eine Vorlaufleitung 32, in der eine Umwälzpumpe 33 und der Vorlauftemperaturfühler 27 angeordnet sind. Diese Vorlaufleitung verzweigt sich und führt einmal zu einer Heizungsvorlaufleitung 34 und zu einer Speichervor-laufleitung 35, die mit dem Krümmer 10 verbunden ist. Es ist ein 3-Wege-Umschaltventil 36 vorgesehen, das von einem Stellantrieb 37 beherrscht ist, der das Ventil entweder so schaltet, daß die Vorlaufleitung 32 mit der Heizungsvorlaufleitung 34 oder mit der Brauchwasser-Speichervorlaufleitung 35 verbunden ist. Unterhalb des Wärmetauschers 15 befindet sich ein Abgassammelkasten 38, an dessen Unterseite ein Siphon 39 angeschlossen ist. Statt eines 3-Wege-Ventiles wäre auch eine Ladepumpe für den Speicher denkbar.

Die Funktion des eben beschriebenen Kondensationsheizgerätes ist folgende:

Fordert die Heizung, die als Vielzahl parallel und oder in Serie geschalteter Radiatoren oder Fußbodenheizungsabschnitte an die Heizungsvorlaufleitung 34 beziehungsweise die Heizungsrücklaufleitung 31 angeschlossen ist. Wärme an, was aus einer Temperaturdifferenz zwischen dem vom Vorlauftemperaturfühler 27 gegenüber der eingestellten Heizkurve sich ergebenden Differenz ersichtlich wird, so geht das Kondensationsheizgerät in Betrieb, das heißt, die Pumpe 33 läuft, das Vorrangumschaltventil 36 37 wird so gestellt, daß die Vorlaufleitung 32 mit der Heizungsvorlaufleitung 34 verbunden ist, der Brenner geht in Betrieb, das heißt, das Gebläse 18 fördert Luft, und der Luft wird über einen sich einstellenden Öffnungsquerschnitt des Gasregelventils Gas beigemischt, so daß ein stöchiometrisch brennendes Gas-Luft-Gemisch bestimmten Durchsatzes resultiert. Der Durchsatz hängt hierbei von der Temperaturabweichung ab. Unterstellt man als Heizungsanlage eine Fußbodenheizung oder eine sonstige Niedertemperaturheizung, so arbeitet das Kondensationsheizgerät 14 im Kondensationsbereich, das heißt, kondensierendes Abgas sammelt sich am Boden der Abgassammelhaube 38 und wird über den Siphon 39 abgeführt. Findet nun eine Brauchwasserzapfung statt, das heißt, ein im Zuge der Zapfwasserauslaßleitung liegendes Zapfventil wird geöffnet, so strömt über die Kaltwasserzulaufleitung 12 kaltes Wasser in den Speicher nach. Wenn der Temperaturfühler 29 eine entsprechende Abkühlung des Speicherinhalts an den Regler 21 meldet, so wird das Vorrangumschaltventil 36/37 umgesteuert, und die Vorlaufleitung 32 wird mit der Speichervorlaufleitung 35 verbunden, das Kondensationsgerät lädt nunmehr den Inhalt des Speichers in seinem Temperaturniveau auf. Da das Speicherwasser relativ kalt ist, wird das Heizungswasser beim Passieren der Rohrschlange 9 relativ stark abgekühlt, das heißt, es tritt relativ stark abgekühltes Wasser über die Rücklaufleitung 30 in den Kondensationswärmetauscher 15 ein. Dies führt zu einem Weiterbetreiben des Kondensationsheizgerätes im Kondensationsbereich. Erst wenn sich die Temperatur des Brauchwasserspeichers über 45" angehoben hat. nimmt die Kondensationsneigung der Abgase ab. so daß das Heizgerät in einen kondensationsfreien 3

Claims (3)

1. AT 401 572 B Betrieb übergeht. Die Wahl der Größe des Brauchwasserspeichers ist danach zu treffen, daß der Speicher bei Zapfvorgängen möglichst häufig stark entleert wird, das heißt, daß möglichst alles warmes Wasser aus ihm ausgetragen wird. Es wäre auch möglich, mit der Umschaltung des Kondensationsheizgerätes vom Speisen der Heizungsanlage auf das Nachladen des Brauchwasserspeichers 7 auch den Soll-Wert umzuschalten, hierbei ist es möglich, als Soll-Wertgeber nicht mehr die gleitend gesteuerte Außentemperaturvorgabe auf den Regler 21 zu geben, sondern vielmehr einen fest eingestellten und höheren Soll-Wert über den Soll-Wertgeber 24. Je höher dieser Soll-Wert eingestellt wird, um so weniger läuft das Kondensationsheizgerät im Kondensationsbetrieb. Die Zeitspanne, in der das Brennwertgerät bei Speicheraufladung im Kondensationsbetrieb arbeitet, kann noch dadurch vergrößert werden, daß der Einschaltimpuls zur Speicherladung für eine bestimmte Zeit unterdrückt wird. Hierdurch kommt es bei Brauchwasserzapfung zu einer weiteren Abkühlung des Speichers. Die Zeitspanne ist zweckmäßigerweise einstellbar zu gestalten, um mit unterschiedlichen Bedingungen arbeiten zu können. Dies kann im Soll-Wertgeber 24 über ein dort vorzusehendes Zeitglied 40 geschehen. Patentansprüche 1. Kondensationsheizgerät (14) mit einem einen Wärmetauscher (15) beheizenden Brenner (16), dessen Brennstoffzufuhr über ein in einer Brennstoffzufuhrleitung (19) zum Brenner (16) angeordnetes Regelventil (20) als Funktion einer Vor- oder Rücklauftemperatur des vom Wärmetauscher beheizten Mediums in Relation zu einem Soll-Wert (22) gesteuert ist und der zusammen mit dem Wärmetauscher (15) in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise im gleichen Gehäuse (1) ein Brauchwasserspeicher (7) vorgesehen ist, dessen Heizmediumvor(35) und -rücklaufleitung (30) mit dem Wärmetauscher (15) verbindbar sind.
2. 2. Kondensationsheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den das Kondensationsgerät steuernden Regler (21) ein zweiter Soll-Wertgeber (24) vorgesehen ist, auf den vom Heizungs-Soll-Wertgeber (22) umgeschaltet wird, wenn das Kondensationsheizgerät (14) auf den Brauchwasserspeicher (7) geschaltet ist.
3. 3. Kondensationsheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Kondensationsgerät steuernden Regler (21) ein Soll-Wertgeber (24) mit einem einstellbaren Zeitglied (40) vorgesehen ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4