-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem für Gebäude nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Heizungssystems.
-
Ein Heizungssystem für Gebäude nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Praxis bereits bekannt. Ein derartiges Heizungssystem weist einen Brauchwasserkreislauf und einen Heizungskreislauf auf. Üblicherweise wird innerhalb des Brauchwasserkreislaufs und des Heizungskreislaufs Wasser als Wärmemedium verwendet. Dieses Wasser dient in dem Heizungskreislauf zum Betrieb beispielsweise von Heizkörpern, um das Gebäude zu erwärmen, und innerhalb des Brauchwasserkreislaufs zur Bereitstellung von Warmwasser an entsprechenden Wasserentnahmestellen. Die Erwärmung des Wärmemediums erfolgt üblicherweise mittels eines fossilen Brennstoffes, beispielsweise Öl oder Gas, der mittels einer Brennstelle das in einer ersten Speichereinrichtung (Kessel) vorhandene Wärmemedium erwärmt. Alternativ ist auch die Verwendung beispielsweise von Pellets oder ähnlichen Energielieferanten bekannt. Das erwärmte Wärmemedium wird aus der ersten Speichereinrichtung mittels eines Fördermittels (üblicherweise in Form einer Pumpe) in eine zweite Speichereinrichtung (Boiler) gepumpt, wo es durch Wärmeübertragung der Erwärmung von in der zweiten Speichereinrichtung befindlichem Brauchwasser dient, und wobei die zweite Speichereinrichtung insbesondere Bestandteil des Brauchwasserkreislaufs ist. Um einerseits einem Bakterienbefall (z.B. durch Legionellen) vorzubeugen, und andererseits Verbrühungen bei der Entnahme des Brauchwassers aus einer Wasserentnahmestelle, zum Beispiel einem Wasserhahn, zu vermeiden, wird die Temperatur in der zweiten Speichereinrichtung üblicherweise auf eine Temperatur von ca. 55°C begrenzt.
-
Im Zuge der Nutzung regenerativer Energiequellen weist ein derartiges Heizungssystem für Gebäude gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 darüber hinaus eine zweite Einrichtung zur Erwärmung von Wärmemedium auf. Eine derartige zweite Einrichtung kann beispielsweise als Photovoltaikanlage zur Nutzung von Solarenergie ausgebildet sein. Diese zweite Einrichtung wirkt mit der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) beispielsweise über einen in der zweiten Speichereinrichtung angeordneten Wärmetauscher zusammen, d.h., dass die von der Photovoltaikanlage gewonnene Energie dazu benutzt wird, das in der zweiten Speichereinrichtung befindliche Wärmemedium des Brauchwasserkreislaufs (mit) aufzuheizen. Dadurch ist es insbesondere im Sommer möglich, auf einen Betrieb der ersten, mit konventionellen bzw. fossilen Brennstoffen arbeitenden Einrichtung zur Erwärmung des Wärmemediums zu verzichten. Wesentlich dabei ist, dass auch dabei aus den o.g. Gründen die Temperatur innerhalb der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) beispielsweise auf die erwähnten 55°C begrenzt ist. Insbesondere bei entsprechend günstigen Betriebs- bzw. Wetterbedingungen stellt die unter Nutzung von regenerativen Energien betriebene zweite Einrichtung zur Erwärmung des Wärmemediums jedoch mehr Energie zur Verfügung, als dies zur Erwärmung des Wärmemediums in der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) bis zu den erwähnten 55°C erforderlich ist. Die über eine derartige regenerative Einrichtung bereitgestellte überschüssige Energie kann somit sinnvollerweise nicht genutzt werden bzw. trägt nicht zur Steigerung des Nutzungsgrades im Heizungssystem bei.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heizungssystem für Gebäude nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieses gegenüber dem Stand der Technik eine Nutzung bisher nicht verwerteter Energieanteile aus einer insbesondere regenerativ betriebenen Energiequelle ermöglicht. Insbesondere soll die bisher über die zweite Einrichtung zur Erwärmung von Wärmemedium bereitgestellte, bisher wegen der Limitierung der Temperatur in der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) nicht genutzte Energie, zumindest teilweise nutzbar sein.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Heizungssystem für Gebäude mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass neben den aus dem Stand der Technik bekannten ersten Fördermitteln, die dazu dienen, Wärmemedium aus der ersten Speichereinrichtung in Richtung der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) zu fördern, zweite Fördermittel vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, das Wärmemedium aus der zweiten Speichereinrichtung in Richtung des ersten Speichereinrichtung (zurück) zu fördern.
-
Die Erfindung macht sich dabei die Idee zu Nutze, dass das im Bereich der ersten Speichereinrichtung vorhandene Volumen des (ersten) Wärmemediums ein zusätzliches Speichervolumen für von der zweiten Einrichtung zur Erwärmung des Wärmemediums erzeugte Energie darstellt. Es werden somit erfindungsgemäß zwei Speichereinrichtungen anstelle einer einzigen Speichereinrichtung nutzbar gemacht, die beide zur Speicherung der von der zweiten Einrichtung zur Erwärmung des Wärmemediums erzeugten Energie dienen. Diese, nunmehr im Bereich der ersten Speichereinrichtung gespeicherte zusätzliche Wärmemenge bzw. Energie kann dann entweder zum Betrieb des Heizungskreislaufs, oder aber für den Brauchwasserkreislauf benutzt werden. Für den Fall, dass der Heizkreislauf betrieben wird, ist es in Abhängigkeit der Temperatur des ersten Wärmemediums nicht erforderlich, die erste, mit konventionellen bzw. fossilen Brennstoffen betriebene Einrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums betreiben zu müssen. Ein Betrieb der ersten Einrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums findet erst dann wieder statt, wenn die Temperatur im Kessel eine Schalttemperatur unterschreitet. Doch selbst für den Fall, dass aufgrund eines relativ niedrigen Temperaturniveaus des ersten Wärmemediums die erste Einrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums betrieben werden muss, benötigt diese zum Betrieb auf eine bestimmte Solltemperatur des Heizkreislaufs eine niedrigere Energiemenge, da das erste Wärmemedium gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte (Grund-)Temperatur aufweist. Erfindungswesentlich ist es darüber hinaus, dass zur Nutzung der zusätzlichen, bisher nicht speicher- bzw. verwertbaren Energie aus der zweiten Einrichtung zur Erwärmung von Wärmemedium die Temperatur in der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) auf eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Temperatur, d.h. auf eine Temperatur von beispielsweise mehr als 55°C, betrieben werden kann. Insbesondere ist es dabei sinnvoll, die Temperatur des zweiten Wärmemediums möglichst nahe (druckabhängig) bis an die Siedetemperatur des zweiten Wärmemediums zu erhöhen.
-
Unter zweite Fördermittel zum Fördern des ersten Wärmemediums aus dem Bereich der zweiten Speichereinrichtung in Richtung der ersten Speichereinrichtung werden erfindungsgemäß unterschiedlichste Fördermittel verstanden. Insbesondere müssen derartige Fördermittel nicht aktiv, d.h. durch Zufuhr von äußerer Energie betrieben werden. So ist es beispielsweise denkbar, durch eine entsprechende Auslegung der Leitungsquerschnitte bzw. des Leitungsverlaufs eine (Rück-)Förderung des ersten Wärmemediums alleine oder durch Unterstützung von Konvektion zu ermöglichen. Wesentlich ist jedoch, dass die zweiten Fördermittel als von den ersten Fördermitteln sowie von einer dem Heizungskreislauf zugeordneten, der Versorgung des Heizungskreislaufs dienenden Umwälzpumpe separate Fördermittel ausgebildet sind und die in der zweiten Speichereinrichtung gespeicherte Energie aktiv in Richtung der ersten Speichereinrichtung fördert und dort nutzbar macht.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Heizungssystems für Gebäude sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
In ganz besonders bevorzugter Ausgestaltung der zweiten Fördermittel sind diese in Form einer Pumpe ausgebildet ist, die vorzugsweise in einer Zulaufleitung von der ersten Speichereinrichtung in die zweite Speichereinrichtung angeordnet ist. Diese, als Umwälzpumpe betriebene Pumpe fördert das erste Wärmemedium im Sinne eines Kreislaufs ständig zwischen den beiden Speichereinrichtungen bzw. Speichervolumen für das erste Wärmemedium.
-
Wie bereits oben erläutert, kann es erfindungsgemäß insbesondere während des Sommers dazu kommen, dass das in der zweiten Speichereinrichtung (Boiler) gespeicherte zweite Wärmemedium eine Temperatur von mehr als 55°C aufweist. Um aus Sicherheitsgründen eine genügend starke Herabkühlung des zweiten Wärmemediums im Brauchwasserkreislauf zu ermöglichen, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Brauchwasserkreislauf wenigstens eine Entnahmestelle aufweist, die über eine Leitung mit der zweiten Speichereinrichtung verbunden ist, und dass in der Leitung eine Mischeinrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, von der zweiten Speichereinrichtung stammendes zweites Wärmemedium mit gegenüber dem zweiten Wärmemedium eine geringere Temperatur aufweisenden, externen zweiten Wärmemedium zu mischen.
-
Obwohl die Erfindung nicht auf die Verwendung von regenerativen Energien zur Erwärmung des zweiten Wärmemediums beschränkt sein soll, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Einrichtung zur Erwärmung des zweiten Wärmemediums als regenerative Einrichtung ausgebildet ist. Mit Blick auf benötigte Investitions- und Betriebskosten ist es darüber hinaus besonders vorteilhaft, wenn die zweite Einrichtung eine Solaranlage ist.
-
Um die von der zweiten Einrichtung bereitgestellte Energie im Sinne einer möglichst großen Nutzung des Heizungssystems optimal verwenden zu können, ist es von Vorteil, wenn die zweite Speichereinrichtung dazu ausgebildet ist, zweites Wärmemedium bis zu seiner Siedetemperatur zu speichern.
-
Ebenso ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Wasser als Wärmemedium begrenzt. Nichtsdestotrotz ist es insbesondere mit Blick auf eine Umrüstung bzw. Erweiterung bereits bestehender Heizungssysteme in Gebäuden insbesondere vorgesehen, dass sowohl das erste als auch das zweite Wärmemedium Wasser ist.
-
Um insbesondere im Sommer ggf. ein (Rück-)Fördern des ersten Wärmemediums aus der zweiten Speichereinrichtung in Richtung der ersten Speichereinrichtung bzw. des Brennkessels zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass in einer Verbindungsleitung zwischen den beiden Speichereinrichtungen ein Absperrventil angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, ein Strömen von erstem Wärmemedium von der zweiten Speichereinrichtung in Richtung der ersten Speichereinrichtung zu verhindern. Insbesondere kann ein derartiges Absperrventil auch temperaturabhängig betrieben werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass zur möglichst schnellen Erwärmung des Brauchwassers das Absperrventil zunächst geschlossen ist, und bei genügend hoher Energiemenge bzw. Brauchwassertemperatur das Absperrventil sukzessive geöffnet wird, um das im System befindliche Wärmemedium zu erwärmen.
-
Insbesondere mit Blick auf bereits bestehende Heizungssysteme kann es vorgesehen sein, dass die erste Einrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums als Einrichtung zum Betrieb mit fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas ausgebildet ist.
-
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Heizungssystems. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass beim Überschreiten einer Solltemperatur in der zweiten Speichereinrichtung zum Speichern und zur Nutzbarmachung von im zweiten Wärmemedium enthaltener Energie das zweite Fördermittel das erste Wärmemedium in Richtung der ersten Speichereinrichtung fördert.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt in der einzigen Figur ein erfindungsgemäßes Heizungssystem für Gebäude in vereinfachter Darstellung.
-
In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Heizungssystem 10 für Gebäude dargestellt. Unter Gebäude im Sinne der Erfindung werden dabei sämtliche Bauten verstanden, die für Wohnzwecke und/oder zur gewerblichen Nutzung vorgesehen sind. Ebenso sollen unter Gebäude nicht nur Ein- oder Mehrfamilienhäuser verstanden werden, sondern beispielsweise auch Wohnungen, die über ein eigenes Heizungssystem 10 verfügen.
-
Das Heizungssystem 10 weist eine erste Einrichtung 11 zur Erwärmung eines ersten Wärmemediums 1, insbesondere Wasser, auf. Die erste Einrichtung 11 umfasst beispielsweise einen Brenner 12, der mit fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas betrieben wird. Die erste Einrichtung 11 dient der Erwärmung des ersten Wärmemediums 1 in einer ersten Speichereinrichtung 13 für das erste Wärmemedium 1. Bei der ersten Speichereinrichtung 13 handelt es sich üblicherweise um einen Kessel 14. Beispielhaft (für den Fall eines Einfamilienhauses) weist der Kessel 14 ein Speichervolumen von 50l auf.
-
Die erste Speichereinrichtung 13 ist über eine Zulaufleitung 16 mit einer zweiten Speichereinrichtung 18 zur Speicherung eines zweiten Wärmemediums 2 verbunden. Eine derartige zweite Speichereinrichtung 18 ist insbesondere in Form eines Boilers 19 ausgebildet, und weist für den Fall eines Einfamilienhauses beispielhaft eine Kapazität von 150l auf. Das von der ersten Einrichtung 11 bzw. dem Brenner 12 erwärmte erste Wärmemedium 1 durchströmt die zweite Speichereinrichtung 18 und erwärmt dabei das in der zweiten Speichereinrichtung 18 befindliche zweite Wärmmedium 2, welches Wasser ist, durch Wärmeübertragung in Art eines Wärmetauschers. Zur Förderung des ersten Wärmemediums 1 von dem ersten Speichereinrichtung 13 in die ein zweites Speichervolumen ausbildende zweite Speichereinrichtung 18 dient ein erstes Fördermittel in Form einer Pumpe 21. Die in der zweiten Speichereinrichtung 18 mündende und dort innerhalb der zweiten Speichereinrichtung 18 zur Wärmeübertragung verlaufende Zulaufleitung 16 führt aus der zweiten Speichereinrichtung 18 in Form einer Rücklaufleitung 22 zu der ersten Speichereinrichtung 13 bzw. zum Kessel 14 zurück.
-
Zur Ausbildung eines Heizungskreislaufs 25 zweigt von der Zulaufleitung 16 eine Leitung 26 ab, in der eine Förderpumpe 27 angeordnet ist. Die Förderpumpe 27 fördert das erste Wärmemedium 1 unter Zwischenschaltung eines Mischventils 28 in Richtung wenigstens einer Verbrauchsstelle in Form beispielsweise eines Heizkörpers 29. Der Heizkörper 29 sowie das Mischventil 28 sind darüber hinaus über eine weitere Leitung 31 mit der Rücklaufleitung 22 verbunden.
-
Zur Ausbildung eines Brauchwasserkreislaufs 35 ist der Boiler 19 bzw. die zweite Speichereinrichtung 18 über einen Auslass 36 mit einer Brauchwasserleitung 37 verbunden. In der Brauchwasserleitung 37, die zu einem Verbraucher 38 bzw. einer Wasserentnahmestelle führt, ist ein weiteres Mischventil 39 geschaltet, welches wiederum mit einer Kaltwasserzuführleitung 40 gekoppelt ist. Die Kaltwasserzuführleitung 40 ist darüber hinaus über eine Leitung 41 unmittelbar mit dem Verbraucher 38 verbunden. Weiterhin mündet die Kaltwasserverbrauchsleitung 40 in dem Boiler 19 bzw. der zweiten Speichereinrichtung 18, um über den wenigstens einen Verbraucher 38 entnommenes Wärmemedium 2 bzw. Wasser zu ersetzen.
-
Zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße Heizungssystem 10 eine zweite Einrichtung 50 zur Erwärmung des in dem Boiler 19 bzw. der zweiten Speichereinrichtung 18 befindlichen Wärmemediums 2. Die zweite Einrichtung 50 ist insbesondere als regenerative Einrichtung 50 ausgebildet, beispielsweise in Form einer Solaranlage 51. Die Solaranlage 51 ist über eine Wärmeeinkopplungseinrichtung 52 derart mit der zweiten Speichereinrichtung 18 bzw. dem Boiler 19 verbunden, dass die von der zweiten Einrichtung 50 erzeugte Energie zur Erwärmung des in der zweiten Speichereinrichtung 18 befindlichen zweiten Wärmemediums 2 dient.
-
Innerhalb der zweiten Speichereinrichtung 18 weist das zweite Wärmemedium 2 eine bestimmte Temperatur T auf. Diese beträgt üblicherweise beispielsweise aus Sicherheitsgründen (lediglich) 55°C. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Temperatur T in der zweiten Speichereinrichtung 18 maximal bis auf eine Temperatur T erhöht wird, die zumindest nahezu der Siedetemperatur TS des zweiten Wärmemediums 2 in der zweiten Speichereinrichtung 18 entspricht. Um diese, gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Temperatur T bzw. TS zu erreichen, dient die zweite Einrichtung 50. Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass beispielsweise beim Überschreiten der üblicherweise vorgesehenen Temperatur T von 55°C des zweiten Wärmemediums 2 in der zweiten Speichereinrichtung 18 ein zweites Fördermittel in Form einer (zweiten) Pumpe 55, welche in der Zulaufleitung 16 geschaltet ist, aktiviert wird. Die von der Pumpe 21 sowie der Förderpumpe 27 separate Pumpe 55 dient der Rückförderung von erstem Wärmemedium 1 aus dem Bereich der zweiten Speichereinrichtung 18 in die erste Speichereinrichtung 13. Dadurch wird das in der ersten Speichereinrichtung 13 bzw. dem Kessel 14 befindliche Volumen an erstem Wärmemedium 1 auf eine erhöhte Temperatur gebracht, verursacht durch die (überhöhte) Temperatur in der zweiten Speichereinrichtung 18, welche das erste Wärmemedium 1 durch Wärmeübertragung erwärmt. Das nunmehr eine gegenüber dem Stand der Technik ohne Aktivierung der Einrichtung 11 in der ersten Speichereinrichtung 13 eine erhöhte Temperatur aufweisende erste Wärmemedium 1 wird entweder innerhalb des Kessels 14 bzw. der ersten Speichereinrichtung 13 gespeichert, und/oder kann beispielsweise auch ohne Betrieb des Brenners 12 innerhalb des Heizungskreislaufs 25 benutzt werden, um das Gebäude zu heizen.
-
Das soweit beschriebene Heizungssystem 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es beispielsweise denkbar, in der Zulaufleitung 16 vor der Pumpe 55 ein Absperrventil 56 vorzusehen, das eine Rückströmung von erstem Wärmemedium 1 in Richtung der ersten Speichereinrichtung 13 verhindert. Auch ist es denkbar, die Pumpe 55 nicht in der Zulaufleitung 16, sondern in der Rücklaufleitung 22 anzuordnen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erstes Wärmemedium
- 2
- zweites Wärmemedium
- 10
- Heizungssystem
- 11
- Einrichtung
- 12
- Brenner
- 13
- erste Speichereinrichtung
- 14
- Kessel
- 16
- Zulaufleitung
- 18
- zweite Speichereinrichtung
- 19
- Boiler
- 20
- Speichervolumen
- 21
- Pumpe
- 22
- Rücklaufleitung
- 25
- Heizungskreislauf
- 26
- Leitung
- 27
- Förderpumpe
- 28
- Mischventil
- 29
- Heizkörper
- 31
- Leitung
- 35
- Brauchwasserkreislauf
- 36
- Auslass
- 37
- Brauchwasserleitung
- 38
- Verbraucher
- 39
- Mischventil
- 40
- Kaltwasserzuführleitung
- 41
- Leitung
- 50
- Einrichtung
- 51
- Solaranlage
- 52
- Wärmeeinkopplungseinrichtung
- 55
- Pumpe
- 56
- Absperrventil
