AT390833B - Vorrichtung zum erwaermen des waermetraegers eines heizkreislaufes und von brauchwasser - Google Patents

Description

Nr. 390 833

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers eines Heizkreislaufes und von Brauchwasser mit einem an den Vor- und den Rücklauf des Heizkreislaufes angeschlossenen Heizkessel, insbesondere für feste Brennstoffe, mit einem in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes über eine Steuereinrichtung steuerbaren, zwischen dem Vor- und dem Rücklauf des Heizkreislaufes vorgesehenen 5 Nebenkreislauf für den Wärmeträger zur Wärmespeicherung und mit einem Wasserspeicher für das im Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger des Nebenkreislaufes erwärmbare Brauchwasser.

Da die Feuerung eines Heizkessels für feste Brennstoffe nur bis auf einen minimalen, wirtschaftlichen Abbrand gedrosselt werden kann, kann das Wärmeangebot des Heizkessels nicht immer an den Wärmebedarf eines Heizkreislaufes angepaßt werden. Zur besseren Wärmeausnutzung wird daher an den Vor- und den Rücklauf ein 10 Nebenkreislauf für den Wärmeträger des Heizkreislaufes mit einem Pufferspeicher angeschlossen, um im Teillastbereich der Heizungsanlage Uberschußwärme in diesem Pufferspeicher speichern zu können, die bei Bedarf wieder an den Heizkreislauf abgegeben werden kann. Ist in den Pufferspeicher ein Brauchwasserspeicher eingesetzt, so kann über den Wärmeträger des Heizkreislaufes das Brauchwasser im Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger im Pufferspeicher erwärmt werden. Damit zur Brauchwassererwärmung nicht zunächst das gesamte 15 Volumen des Wärmeträgers im Pufferspeicher erwärmt werden muß, ist es darüber hinaus bekannt, von der mit dem Rücklauf verbundenen unteren Anschlußleitung des Pufferspeichers über ein Steuerventil eine Kurzschlußleitung abzuzweigen, die im Höhenbereich der oberen, dem Vorlauf zugeordneten Anschlußleitung in den Pufferspeicher mündet, so daß eine gewünschte Temperaturschichtung des Wärmeträgers im Pufferspeicher für eine rasche Aufwärmung des Brauchwasserspeichers ausgenützt werden kann. Wird der über den Heizkessel 20 erwärmte Wärmeträger vom Vorlauf über die obere Anschlußleitung dem Pufferspeicher zugefördert und über die

Kurzschlußleitung im Nebenkreislauf geführt, so wird lediglich die Wärmeträgerschicht oberhalb der Mündung der Kurzschlußleitung in den Pufferspeicher erwärmt, was eine entsprechend rasche Aufwärmung des Brauchwasserspeichers zur Folge hat. Diese Temperaturschichtung im Pufferspeicher kann allerdings nicht voll ausgenützt werden, weil die Temperaturschichtung durch die turbulente Wärmeträgerströmung zwischen der 25 oberen Anschlußleitung und der Kurzschlußleitung gestört wird. Außerdem ist der konstruktive Aufwand vergleichsweise groß, weil innerhalb des Pufferspeichers ein Brauchwasserspeicher vorgesehen werden muß, wobei sich ein entsprechender Platzbedarf ergibt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der nicht nur der Geräteaufwand verringert, sondern auch die 30 Brauchwassererwärmung und die Wärmespeicherung verbessert wird, und zwar unter Bereitstellung eines größeren

Brauchwasservolumens bei gleichem Platzbedarf.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Wasserspeicher eine untere Wärmespeicheizone und eine obere Brauchwasserzone aufweist, daß der Nebenkreislauf für den Wärmeträger des Heizkreislaufes aus einer Reihenschaltung von zwei Wärmetauschern besteht, von denen der an den Vorlauf anschließende Wärmetauscher 35 im Übergangsbereich zwischen der Wärmespeicherzone und der Brauchwasserzone und der an den Rücklauf anschließende Wärmetauscher im Bodenbereich des Wasserspeichers angeordnet sind, und daß von der Anschlußleitung des einen Wärmetauschers an den Rücklauf eine Kurzschlußleitung zur Verbindungsleitung zwischen den beiden Wärmetauschern über ein Steuerventil abzweigt, das zur Strömungsaufteilung des Wärmeträgers zwischen der Kurzschlußleitung und dem zum Wärmetauscher führenden Abschnitt der 40 Anschlußleitung mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes verstellbar ist.

Da ein Wasserspeicher mit einer oberen Brauchwasserzone und einer unteren Wärmespeicherzone und kein vom Brauchwasserspeicher getrennter Pufferspeicher für den Wärmeträger des Heizkreislaufes vorgesehen wird, entfällt zunächst die Notwendigkeit, einen vom Brauchwasserspeicher getrennten Pufferspeicher für den 45 Wärmeträger einzusetzen, wobei der Vorteil erreicht wird, daß bei einem überdurchschnittlichen Brauchwasserbedarf auch das Wasser zumindest im oberen Bereich der Wäimespeicherzone als Brauchwasser zur Verfügung steht. Die Verwendung von Brauchwasser für die Speicherung der Überschußwärme aus dem Heizkreislauf bedingt einen Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträger des Heizkreislaufes und dem Wasser des Wasserspeichers. Aus diesem Grunde wird eine Reihenschaltung von zwei Wärmetauschern vorgesehen, von 50 denen der eine im Bodenbereich des Wasserspeichers und der andere im Übergangsbereich zwischen der Wärmespeicherzone und der Brauchwasserzone angeordnet sind. Diese Wärmetauscheranordnung stellt im Zusammenhang mit der Kurzschlußleitung für den unteren Wärmetauscher und dem an die Steuereinrichtung angeschlossenen Steuerventil die einfache Möglichkeit sicher, zunächst nur das Brauchwasser über den oberen Wärmetauscher zu erwärmen, ohne das Wasser im Bereich der Wärmespeicherzone miterwärmen zu müssen. Erst 55 wenn eine gewünschte Brauchwassertemperatur erreicht ist, kann über den unteren Wärmetauscher das Wasser in der Wärmespeicherzone für eine entsprechende Wärmespeicherung erwärmt werden. Ein ähnlicher Vorteil ergibt sich auch für die Abgabe der gespeicherten Wärme an den Heizkreislauf, weil im Bereich des oberen Wärmetauschers die größte Temperatur innerhalb der Wärmespeicherzone herrscht.

Die Anordnung von Wärmetauschern innerhalb des Wasserspeichers bietet darüber hinaus den Vorteil, daß die 60 Temperaturschichtung des Wasserspeichers durch den zu- und abströmenden Wärmeträger nicht beeinträchtigt und daher auch in der Praxis voll ausgenützt werden kann.

Dabei einer Brauchwasserentnahme dem Wasserspeicher von unten kaltes Wasser zugeführt wird, ohne die -2-

Nr. 390 833 bestehende Temperaturschichtung zu zerstören, rückt die warme Oberschicht der Wärmespeicherzone in den unteren Bereich der Brauchwasserzone nach, so daß auch ohne zusätzliche Aufwärmung das gesamte Volumen der Brauchwasserzone für eine weitere Brauchwasserentnahme zur Verfügung steht. Die kalte Wasserschicht im Bodenbereich des Wasserspeichers gewährleistet dabei eine für den Wärmeübergang vorteilhafte, vergleichsweise große Temperaturdifferenz gegenüber dem Wärmeträger des Heizkreislaufes, was im Bereich des unteren Wärmetauschers besonders günstige Verhältnisse für die Wärmespeicherung schafft.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers eines Heizkreislaufes und von Brauchwasser in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.

Der Heizkreislauf (1) der dargestellten Heizungsanlage weist einen an einem Vorlaufsammler (2) angeschlossenen Vorlauf (3) und einen an einem Rücklaufsammler (4) angeschlossenen Rücklauf (5) auf. Über diese Vor- und Rücklaufsammler (2) und (4) ist der Heizkreislauf (1) mit einem Heizkessel (6) verbunden, wobei in der Leitung (7) zwischen dem Rücklaufsammler und dem Heizkessel (6) eine Kesselladepumpe (8) und ein Rückschlagventil (9) vorgesehen sind. Die Kesselladepumpe (8) kann über ein Stellglied (10) ein- und ausgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist das Stellglied (10) an eine Steuereinrichtung (11) angeschlossen, die mit einem Temperaturfühler (12) für die Kesseltemperatur verbunden ist. Die durch den Heizkessel (6) strömende Wärmeträgermenge kann über ein Stellventil (13) eingestellt werden.

Um Brauchwasser erwärmen und Überschußwärme speichern zu können, ist zwischen dem Vor- und dem Rücklauf (3), (5) ein Nebenkreislauf (14) für den Wärmeträger des Heizkreislaufes (1) vorgesehen. Dieser aus einer Reihenschaltung zweier Wärmetauscher (15) und (16) bestehende Nebenkreislauf (14) wirkt mit einem Wasserspeicher (17) zusammen, der eine untere Wärmespeicherzone (18) und eine obere Brauchwasserzone (19) aufweist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der an den Vorlaufsammler (2) anschließende Wärmetauscher (15) im Übergangsbereich zwischen der Wärmespeicherzone (18) und der Brauchwasserzone (19) liegt, während der andere mit dem Rücklaufsammler (4) verbundene Wärmetauscher (16) sich im Bodenbereich des Wasserspeichers (17) befindet. Das Brauchwasser wird dem Wasserspeicher (17) über die Entnahmeleitung (20) entzogen, wobei kaltes Wasser über die Versorgungsleitung (21) im Bodenbereich zugeführt wird.

Von der Anschlußleitung (22) des Wärmetauschers (16) an den Rücklaufsammler (4) zweigt eine Kurzschlußleitung (23) zur Verbindungsleitung (24) zwischen den beiden Wärmetauschern (15) und (16) ab. Diese Kurzschlußleitung (23) ist über ein Steuerventil (25) an die Anschlußleitung (22) angeschlossen, das die Strömungsaufteilung des Wärmeträgers zwischen der Kurzschlußleitung (23) und dem zum Wärmetauscher (16) führenden Abschnitt der Anschlußleitung (22) steuert und zu diesem Zweck über einen Stelltrieb (26) verstellt werden kann. Dieser Stelltrieb (26) wird von der Steuereinrichtung (11) her beaufschlagt, und zwar in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes (1), die durch einen Temperaturfühler (27) im Bereich des Rücklaufsammlers (4) erfaßt wird.

Soll das Wasser in der Brauchwasserzone (19) des Wasserspeichers (17) über den Heizkessel (6) rasch erwärmt werden, so wird einerseits der Heizkreislauf (1) über ein Steuerventil (28) vom Heizkessel (6) getrennt und anderseits die Kurzschlußleitung (23) unter gleichzeitiger Absperrung des zum Wärmetauscher (16) führenden Abschnittes der Anschlußleitung (22) geöffnet, so daß der im Heizkessel (6) erwärmte Wärmeträger über den Vorlaufsammler (2) durch den oberen Wärmetauscher (15) und über die Kurzschlußleitung (23) sowie den Rücklaufsammler (4) zurück zum Heizkessel (6) geführt wird, wobei das Wasser im Bereich des Wärmetauschers (15) erwärmt wird und zufolge der Wärmebewegung in die Brauchwasserzone (19) aufsteigt, ohne das Wasser in der Wärmespeicherzone (18) zu beeinflussen. Die Verstellung des Steuerventiles (28) über einen Stelltrieb (29) wird dabei wie die Verstellung des Steuerventiles (25) von der Steuereinrichtung (11) gesteuert.

Ist die Brauchwasseraufbereitung im wesentlichen abgeschlossen, kann der Heizkreislauf (1) in Betrieb genommen werden, indem das Steuerventil (28) über den Stelltrieb (29) umgeschaltet wird. Entspricht der Wärmebedarf des Heizkreislaufes (1) dem Wärmeangebot durch den Heizkessel (6), so wird der Nebenkreislauf (14) für den Wärmeträger des Heizkreislaufes abgeschaltet. Übersteigt jedoch das Wärmeangebot des Heizkessels (6) den Wärmebedarf des Heizkreislaufes (1), was durch ein Ansteigen der Rücklauftemperatur gekennzeichnet ist und über den Temperaturfühler (27) erfaßt wird, so kann die Überschußwärme in der Wärmespeicherzone (18) des Wasserspeichers (17) gespeichert werden. Hiefür wird der Wärmespeicher (16) über das Steuerventil (25) unter einer Drosselung der Strömung durch die Kurzschlußleitung in den Nebenkreislauf (14) des Wärmeträgers eingeschaltet und die Wasserschicht mit der niedrigsten Temperatur erwärmt. Dem Rücklaufsammler (4) wird folglich ein entsprechend abgekühlter Wärmeträger zugeführt und die Rücklauftemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert gehalten, ohne den Heizkessel (6) auf ein unwirtschaftliches Maß drosseln zu müssen. Die in der Wärmespeicherzone (18) des Wasserspeichers (17) gespeicherte Wärme kann bei Bedarf wieder dem Heizkreislauf (1) zugeführt werden, um entweder einen das Wärmeangebot des Heizkessels übersteigenden Wärmebedarf decken oder den Heizkreislauf auch bei abgestellter Kesselladepumpe (8) noch eine bestimmte Zeit betreiben zu können. Die gespeicherte Wärme wird dem Warmwasserspeicher (17) über den oberen Wärmespeicher (15) entzogen, um eine für den Wärmeübergang vorteilhafte Temperaturdifferenz zwischen dem die Wärme abgebenden Wasser und dem die Wärme aufnehmenden Wärmeträger sicherzustellen. Diese Wärmeträgerführung erfordert eine entsprechende Strömungsaufteilung über das Steuerventil (25). Da die -3-

Claims (1)

1. Nr. 390 833 Strömungsaufteilung des Wärmeträgers zwischen der Kurzschlußleitung (23) und dem zum Wärmetauscher (16) führenden Abschnitt der Anschlußleitung (22) über das Steuerventil (25) stufenlos gesteuert werden kann, kann jeweils der für die augenblicklichen Verhältnisse günstigste Betrieb des Nebenkreislaufes (14) sichergestellt werden. Die Steuerung des Nebenkreislaufes (14) muß selbstverständlich auch die Temperatur im Wasserspeicher (17) berücksichtigen, wobei es genügt, die Temperatur der oberen Schicht der Wärmespeicherzone (18) zu kennen. Aus diesem Grunde ist die Steuereinrichtung (11) mit einem Temperaturfühler (30) verbunden, der die Wassertempeiatur des Wasserspeichers (17) im oberen Bereich der Wärmespeicherzone (18) erfaßt Wird über die Entnahmeleitung (20) warmes Brauchwasser aus dem Wasserspeicher (17) abgezogen, so wird gleichzeitig über die untere Versorgungsleitung (21) kaltes Wasser nachgefüllt wobei die Wasserschichten mit der jeweiligen Temperaturabstufung nach oben nachrücken. Es gelangt daher die oberste Schicht der Wärmespeicherzone in die Brauchwasserzone des Wasserspeichers (17) und steht als Brauchwasser zur Verfügung, ohne zusätzlich erwärmt werden zu müssen, was insbesondere bei abgeschaltetem Heizkessel von besonderem Vorteil ist Die kalte Wasserschicht im Bodenbereich des Wasserspeichers (17) gewährleistet eine vorteilhafte Wärmeübertragung zur Abspeicherung von Überschußwärme, die nicht nur vom Heizkessel (6) oder vom Heizkreislauf (1) her zur Verfügung gestellt werden kann, sondern auch von angeschlossenen zusätzlichen Wärmeerzeugem, die an den Vor- und den Rücklaufsammler (2), (4) angeschlossen sind. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers eines Heizkreislaufes und von Brauchwasser mit einem an den Vor-und den Rücklauf des Heizkreislaufes angeschlossenen Heizkessel, insbesondere für feste Brennstoffe, mit einem in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes über eine Steuereinrichtung steuerbaren, zwischen dem Vor- und dem Rücklauf des Heizkreislaufes vorgesehenen Nebenkreislauf für den Wärmeträger zur Wärmespeicherung und mit einem Wasserspeicher für das im Wärmeaustausch mit dem Wärmeträger des Nebenkreislaufes erwärmbare Brauchwasser, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserspeicher (17) eine untere Wärmespeicherzone (18) und eine obere Brauchwasserzone (19) aufweist, daß der Nebenkreislauf (14) finden Wärmeträger des Heizkreislaufes (1) aus einer Reihenschaltung von zwei Wärmetauschern (15,16) besteht, von denen der an den Vorlauf (3) anschließende Wärmetauscher (15) im Übergangsbereich zwischen der Wärmespeicherzone (18) und der Brauchwasserzone (19) und der an den Rücklauf (5) anschließende Wärmetauscher (16) im Bodenbereich des Wasserspeichers (17) angeordnet sind, und daß von der Anschlußleitung (22) des einen Wärmetauschers (16) an den Rücklauf (5) eine Kurzschlußleitung (23) zur Verbindungsleitung (24) zwischen den beiden Wärmetauschern (15,16) über ein Steuerventil (25) abzweigt, das zur Strömungsaufteilung des Wärmeträgers zwischen der Kurzschlußleitung (23) und dem zum Wärmetauscher (16) führenden Abschnitt der Anschlußleitung (22) mittels der Steuereinrichtung (11) in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes (1) verstellbar ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-