DE4438108A1

DE4438108A1 - Einrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Wasser

Info

Publication number: DE4438108A1
Application number: DE19944438108
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der häuslichen Warmwasserversorgungssysteme, insofern eine Einrichtung im Zusammenwirken von vorbekannten Solaranlagen und Anlagen zur Bereitstellung von Warmwasser für die Hauswasserversorgung und Heizung insbesondere von Wohn- und Gewerbebauten nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Allgemein bekannt ist, daß nach gegenwärtigem Stand der Technik die Warmwasserbereitung in Hausanlagen generell mit Gaswandgeräten mit beheizbarem Durchlaufspeicher oder mit Warmwasserbereitern, die durch ein Gaswandgerät oder einen Kessel gespeist werden, realisiert wird. Die Geräteart mit einem beheizbaren Durchlaufspeicher weist wesentliche Nachteile insofern auf, daß z. B. in der Zeit des Anlaufbetriebes, der Zeit zwischen Zapfbeginn und voller Wärmeleistung des Gerätes sowie vollständig erwärmten Wassers an der Zapf- bzw. Austrittsstelle, kein erwärmtes oder nur unzureichend erwärmtes Wasser einesteils am Ausgang des Gerätes, insbesondere aber an der Zapfstelle zur Verfügung steht. Ein Aufbau eines Zirkulationssystems ist gerätebedingt nicht möglich. Diese Nachteile erfordern, daß der Abstand zwischen Gerät und Zapfstelle möglichst gering gehalten werden muß, was auf mehr oder weniger weite Grenzen stößt. Andererseits werden als Energieerzeuger und Warmwasserversorgung und Heizung Ölheizanlagen eingesetzt. Diese sind gleichfalls komplizierte, insbesondere aber räumlich größere Anlagen, wodurch ihr Einsatz gleichfalls technische Probleme aufwirft. Die allgemein bekannten Solaranlagen benötigen für sich allein mindestens drei Wärmetauscher, einen für den Solarkreis, einen für die Energieeinspeisung in den Heizkreislauf und einen für die Warmwasserbereitung alternativ zwei Wärmetauscher und einen Pufferspeicher. Somit ist auch ein höherer apparativer Aufwand gegeben. Darüber hinaus reicht das Energiebereitstellungsvermögen einer Solaranlage allein für Heizung und Warmwasserbereitung in der geographischen Lage von Deutschland und weiter nördlich davon nicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die unter Nutzung der Solarenergie den notwendigen Energiebedarf bereitstellen kann, den die Solaranlage selbst und allein für sich genommen, zumindest in der geographischen Lage Deutschlands und weiter nördlich davon, für die Aufgaben der Warmwasserbereitstellung und Heizung eines Gebäudes nicht erbringen kann, wobei eine physikalisch sinnvolle Anordnung, d. h. jedes partielle Energieteilchen soll noch genutzt werden können, und eine Rücklaufanhebung im Heizbereich, vorzugsweise für Heizungen im Niedertemperaturbereich, wie im Fall der Fußbodenheizungen, anzustreben war. Darüber hinaus sollte eine kostengünstige Lösung mit möglichst wenig Baugruppen geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine an sich vorbekannte Solaranlage mit einer vorbekannten Anordnung aus einem Wärmeerzeuger, z. B. ein Durchlauferhitzer mit einer Zirkulationseinrichtung gemäß DE 05 43 08 941, über einen Mischer verknüpft ist und eine für sich genommen bekannte, marktübliche Regelungseinrichtung mit Meßfühlern der vorgeschlagenen Anordnung beigefügt ist. Vorschlagsgemäß wird ein Brauchwasserspeicher mit einer Brauchwasserzuleitung beaufschlagt und durch eine Solaranlage, hier durch den Solaranlagen-Wärmetauscher, der im Brauchwasserspeicher angeordnet ist, erwärmt. Der Brauchwasserspeicher ist über eine Verbindungsleitung mit der Zirkulationseinrichtung gemäß DE OS 43 08 941 verbunden, durch die dem gemäß DE OS 43 08 941 geregelten Durchlauferhitzer das erwärmte Wasser des Brauchwasserspeichers zugeführt wird. Im Brauchwasserspeicher (der Solaranlage) ist ein zweiter Wärmetauscher angeordnet. Der Zu- und Ablauf dieses Wärmetauschers ist mittels eines Mischers in Form eines Mehrweg-Mischventiles, vorzugsweise eines 4-Wege-Mischventiles, verbunden und diese somit vorliegende Mischeinrichtung an vorgenannte bekannte, marktübliche Regeleinrichtung angeschlossen. An den Mischer ist der Rücklauf der Heizungseinrichtung(en) als Wärmeverbraucher und der Zulauf zum Durchlauferhitzer als dem gegebenenfalls zweitwirkenden Wärmeerzeuger angeschlossen, somit eine Tandemeinrichtung gebildet. Am im Brauchwasserspeicher angeordneten zweiten, mit dem Mischer ver bundenen Wärmetauscher, ist ein Temperaturfühler, der die Temperatur am Aus gang dieses Wärmetauschers ermittelt und der vorgenannten Regeleinrichtung signalisiert, angeordnet. Ein zweiter Temperaturfühler der vorgenannten Regeleinrichtung befindet sich vorschlagsgemäß am Ausgang des Durchlauferhitzers, somit im Heizungsvorlauf. Die nach bisherigem Stand der Technik für sich allein arbeitende Solaranlage, wobei ihre Unzulänglichkeiten des zum einen herrschenden aber nicht benötigten Überangebotes zum anderen nicht ausreichenden Angebotes an Wärmeenergie deutlich zu Tage treten, wird erfinderisch mit einer Misch- und Koppeleinrichtung an eine zweite , bisher ebenfalls für sich allein arbeitende Warmwasserbereitstellungsanlage, deren Wärmeerzeuger in der Regel ein Durchlauferhitzer ist, angeschlossen, wodurch ein Tandem- bzw. Quasi-Tandem-Betrieb beider Wärmeerzeuger in einer Form der ständigen gegenseitigen Ergänzung ihrer Wärmeleistungen, abgestimmt auf den Bedarf der Heizwärmeverbraucher bewirkt wird. Beispielsweise ist der Mischer voll geöffnet und der gesamte Volumenstrom fließt durch den am Mischer angeordneten Wärmetauscher, wenn der Sollwert am Fühler, der am Wärmetauscherausgang angeordnet ist, erreicht ist. Somit durchströmt der/des Heizwärmeverbraucher(s) über den Mischer den Wärmetauscher und gelangt zum Durchlauferhitzer. Erreicht der Istwert der Temperatur des wärmetragenden Mediums nach dem Durchlauferhitzer den Sollwert am Fühler im Heizungsvorlauf, d. h. am Ausgang des Durchlauferhitzers, schaltet die vorgenannte Regeleinrichtung den Durchlauferhitzer nicht ein. Die Heizung wird vollständig mit Solarenergie betrieben. Wird der Sollwert am Ausgang des Durchlauferhitzers nicht erreicht, wird der Durchlauferhitzer von der Regeleinrichtung zugeschaltet und die notwendige Vorlauftemperatur der Heizungsanlage stellt sich ein. Wird am Fühler am Wärmetauscherausgang ein Unterschreiten der Solltemperatur festgestellt, beginnt sich der Mischer zu schließen. Dadurch verringert sich der Volumenstrom durch den Wärmetauscher und ein Anstieg der Temperatur bis zur maximal möglichen Temperatur im Brauchwasserspeicher vorgegeben wird, ist zu verzeichnen. Diese Wirkungsweise läuft so lange ab, bis durch den Mischer der zweite Wärmetauscher im Brauchwasserspeicher vollständig vom Heizkreis abgekoppelt ist. Der Mischer ist dann geschlossen. Die gesamte Heizenergie wird vom Durchlauferhitzer bereitgestellt. Durch die Funktion des Mischers wird eine Rücklaufanhebung im Heizsystem bewirkt. Die gespeicherte Solarenergie kann optimal vom Brauchwasserspeicher entnommen werden. Der Mischer bewirkt im Sommer, als Umschaltelement den Abbau der überschüssigen Solarenergie über die Heizungsanlage (zur Warmwasserbereitung) und sichert somit vor Überhitzung des Systems. Weitere vorteilhafte Wirkungen läßt die vorgeschlagene technische Lösung erkennen. Es entsteht ein einfacher kompakter Aufbau mit einer geringe Anzahl von Pumpen, die immer besondere Verschleißteile darstellen. Dadurch läßt sich eine Dachheizzentrale einrichten, wodurch sogar ein sehr kostenintensives Bauteil eines Gebäudes, der Schornstein entfallen kann. Ein modularer Aufbau, der das zeitlich versetzte Errichten der Anlage je nach den Bedingungen, die dem Investor gegeben sind, ist möglich. In der Einrichtung werden weniger Wärmetauscher benötigt als in herkömmlicher Anlagenerstellung. Für die Errichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung werden nur handelsübliche Baugruppen eingesetzt. Durch den einfachen Aufbau der Einrichtung lassen sich auch die Kosten für deren Errichtung relativ gering halten. In der Einrichtung erfolgt eine mehrfache Nutzung des Mischers. Mit der vorgeschlagenen Lösung erhöht sich beträchtlich der Warmwasserversorgungskomfort und die Durchflußleistung im Warmwasserbetrieb steigt. Wie vorstehend zu erkennen ist, kommt die vorgeschlagene Lösung mit drei Pumpen aus, wohingegen man für die technischen Lösungen des Standes der Technik allein für eine normale Heizungsanlage mit Zirkulation ohne Solarsystem bereits drei Pumpen zur Verfügung stellen muß.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Anhand der Zeichnung ist eine mögliche Anordnung der Erfindung zu erkennen.

Die dargestellte Einrichtung dient zum Erwärmen von Brauchwasser und zur Beheizung von Wohnhäusern unter Ausnutzung der Solarenergie. Die Brauchwassererwärmung erfolgt auf der Grundlage der technischen Lösung nach der DE OS 29 50 686 in Verbindung mit der technischen Lösung nach der DE OS 43 08 941.

Das Brauchwasser wird über eine Leitung 15 einem Brauchwasserspeicher 3 zugeführt. Dieser Speicher wird über eine vorbekannte Solaranlage, bestehend aus einem Flachkollektor 1, einer Umwälzpumpe 2 und einem Wärmetauscher 4 erhitzt. Die aufgeführten Elemente sind über entsprechende Rohrleitungen verbunden und mit den erforderlichen Sicherheitseinrichtungen versehen. Das erwärmte Wasser wird über eine Leitung 16 einem Durchlauferhitzer 7 zugeführt. Dieser Durchlauferhitzer 7 wird entsprechend der gewünschten Wassertemperatur an den Zapfstellen 11 einer Regelung unterzogen und muß den Gegebenheiten der Veröffentlichung DE OS 29 50 686 entsprechen. Dem Durchlauferhitzer 7 ist ein Zirkulationssystem bestehend aus einer Pumpe 17, einer Rohrstrecke 14, einem Temperaturfühler 18, einem Sicherheitsthermostat 19 und einer Regeleinrichtung 20 beigeschaltet. Mit diesem System wird das erwärmte Brauchwasser an jeder Zapfstelle 11 sofort bereitgestellt. Die Zapfstellen 11 können sich auch in größerer Entfernung vom Durchlauferhitzer 7 befinden, wodurch zum Beispiel die Installation einer Dachheizzentrale im Eigenheimbereich ermöglicht wird. Die vorgeschlagene Einrichtung zur Warmwasserbereitung zeichnet sich durch den Einsatz eines Durchlauferhitzers (Kombigerät) und ein 4-Wege-Mischventil 6 aus. Geregelt wird das Warmwasserbereitungssystem von einer marktüblichen Regelung 13, die den Sollwert der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur an einem Fühler 12 entsprechend der eingestellten Heizkennlinie festlegt. Gleichzeitig wird der Sollwert für die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers 5 in Abhängigkeit von der Außentemperatur ermittelt, allerdings auf einer niedrigeren Heizkennlinie. Der Istwert der Vorlauftemperatur wird am Fühler 9 und der Istwert des Solarwärmetauschers am Fühler 8 gemessen. Der Rücklauf 22 der Heizungsanlage 10 durchströmt über das 4-Wege-Mischventil 6 den Wärmetauscher 5 und gelangt zum Durchlauferhitzer 7. Wird der Sollwert am Fühler 8 erreicht, ist das 4-Wege-Mischventil 6 voll geöffnet. Der gesamte Volumenstrom fließt durch den Wärmetauscher 5. Erreicht der Istwert nach dem Durchlauferhitzer den Sollwert am Fühler 9, schaltet die Regelung 13 den Durchlauferhitzer 7 nicht ein. Die Heizung wird vollständig mit Solarenergie betrieben. Wird hingegen der Sollwert am Ausgang des Durchlauferhitzers 7 nicht erreicht, wird dieser zugeschaltet und die notwendige Vorlauftemperatur der Heizungsanlage 10 stellt sich ein. Wird am Fühler 8 ein Unterschreiten der Solltemperatur festgestellt, beginnt sich das 4-Wege-Mischventil 6 zu schließen. Dadurch verringert sich der Volumenstrom durch den Wärmetauscher und ein Anstieg der Temperatur bis zur maximal möglichen Temperatur, vorgegeben durch die Temperatur im Brauchwasserspeicher 3, wird ermöglicht. Dieser Vorgang verläuft so lange bis durch das 4-Wege-Mischventil 6 der Solarwärmetauscher 5 vollständig vom Heizkreis abgekoppelt ist. Das 4-Wege-Mischventil 6 ist vollständig geschlossen. Die gesamte Heizenergie wird vom Durchlauferhitzer 7 bereitgestellt. Durch diese Funktion des 4-Wege-Mischventiles 6 wird eine Rücklaufanhebung im Heizsystem bewirkt. Die gespeicherte Solarenergie kann in geeignetster Weise dem Speicher 3 entnommen werden. Im Sommerbetrieb wirkt das 4-Wege-Mischventil 6 gleichzeitig als Umschalteinheit zum Abbau der überschüssigen Solarenergie über die Heizungs- bzw. Brauchwasseranlage.

Bezugszeichenliste

1 Flachkollektor
2 Umwälzpumpe
3 Brauchwasserspeicher
4 Wärmetauscher
5 Wärmetauscher
6 4-Wege-Mischventil
7 Durchlauferhitzer
8 Temperaturfühler für Vorlauftemperatur
9 Temperaturfühler für Solarwärmetauscherausgang
10 Heizungsanlage
11 Zapfstellen
12 Außenfühler
13 Regelungseinrichtung
14 Rohrstrecke
15 Zulaufleitung
16 Verbindungsleitung
17 Zirkulationspumpe
18 Temperaturfühler
19 Sicherheitsthermostat
20 Regelungseinrichtung
21 Verbindungsleitung
22 Rücklauf der Heizungsanlage

Claims

1. Einrichtung zum Erwärmen von Flüssigkeiten, vorzugsweise von Wasser unter Einbeziehung an sich bekannter Solaranlagen und vorbekannter Anordnungen anderer konventioneller Wärmeerzeuger, wie z. B. Durchlauferhitzer nach DE OS 29 50 686 oder herkömmlicher Ölheizungen mit Wasserspeicher dadurch gekennzeichnet, daß solch eine an sich bekannte, einen Brauchwasserspeicher (3) enthaltende Solaranlage (1), (2) mit solch einem bekannten zweiten Wärmeerzeuger (7) über einen Mischer (6) verknüpft ist und eine für sich genommen bekannte, marktübliche Regelungseinrichtung (13) mit Meßfühlern (8), (9), (12) dieser Gesamteinrichtung beigeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solaranlage (1), (2) einen Brauchwasserspeicher (3) mit zwei Wärme tauschern (4), (5) besitzt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasserspeicher (3) über eine Verbindungsleitung (16) in ein Zirkulationssystem des zweiten Wärmeerzeugers, vorzugsweise vor beispiels weise einem Durchlauferhitzer (7) zwischen einer Zirkulationspumpe (17) und einer Rohrstrecke (14) eingebunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die beiden Wärmeerzeuger verbindende Mischer (6), vorzugsweise ein Mehrweg-Mischventil, im Besonderen ein 4-Wege-Mischventil ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (22) der/des Verbraucher(s), insbesondere der Heizung(en) (10) auf den Mischer (6) aufgeschaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (6) mit zwei weiteren Leitungen den zweiten Wärmetauscher (5) des Brauchwasserspeichers (3) kurzschließt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Leitung (21) des Mischers (6) mit dem neben der Solaranlage (1), (2) bestehendem zweiten Wärmeerzeuger, vorzugsweise einem Durchlauf erhitzer (7) verbunden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (13) der Gesamteinrichtung beigeordnet ist und diese mit dem zweiten Wärmeerzeuger, vorzugsweise einem Durchlauferhitzer (7), dem Mischer (6), einem Außentemperaturfühler (12), einem Temperaturfühler (8) am zweiten Wärmetauscher (5) des Brauchwasserspeichers (3) und einem Temperaturfühler (9) am Heizungsvorlauf (7)/(10) verbunden ist.