AT404760B - Anlage zur gewinnung von wärmeenergie mit zumindest zwei gruppen von wärmekollektoren - Google Patents

Description

AT 404 760 B

Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie mit zumindest zwei Gruppen von Wärmekollektoren, insbesondere Sonnenkollektoren, deren Ausgangsleitungen an in Serie geschaltete Verbraucher von Wärmeenergie geführt sind.

Es ist bekannt, durch Wärmekollektoren, insbesondere durch Sonnenkollektoren, gewonnene Wärmeenergie Verbrauchern, wie Heißwasserspeichern, Niedertemperaturheizungen, Wärmepumpen und Erdspeichern, zuzuführen. Es ist weiters bekannt, zur Gewinnung von Wärmeenergie eine Gruppe von Wärmekollektoren, insbesondere von Sonnenkollektoren, parallel zueinander zuzuordnen, wobei sie an gemeinsame Vorlaufverteilerleitungen bzw. Rücklaufsammlerleitungen angeschlossen sind. Wärmekollektoren werden bevorzugt so angeordnet, daß deren Flächennormalen im Winkel von etwa 60' in südlicher Himmelsrichtung orientiert sind. Soferne jedoch für diese bevorzugte Ausrichtung die technischen Voraussetzungen nicht gegeben sind, z.B. deshalb, da die Dächer, an welchen sie angeordnet sind, nicht nach dem Süden, sondern vielmehr nach dem Osten bzw. nach dem Westen ausgerichtet sind, werden Wärmekollektoren auch nach diesen Himmelsrichtungen orientiert. Soferne dabei in einer Kollektoranlage mindestens zwei nach unterschiedlichen Richtungen orientierte Gruppen von Wärmekollektoren vorgesehen sind, kann dabei nur diejenige Gruppe der Wärmekollektoren, von welcher das Trägermedium mit der höchsten Temperatur abgegeben wird, zum Einsatz gebracht werden. Eine Zuschaltung von weiteren Wärmekollektoren, von welchen das Trägermedium mit einer geringeren Temperatur abgegeben wird, muß deshalb vermieden werden, da hierdurch die Temperatur des von derjenigen Kollektorgruppe kommenden Trägermediums, welches die höchste Temperatur aufweist, herabgesetzt werden würde, wodurch die Ausnützbarkeit der Wärmeenergie vermindert werden würde.

Bei bekannten Kollektoranlagen wird weiters das erwärmte Trägermiedium von den Wärmekollektoren Verbrauchern zugeführt, in welchen dessen Temperatur den wärmetechnische Gegebenheiten entsprechend auf unterschiedliche Werte herabgesetzt wird. So wird z.B. in einer Niedertemperaturheizung die Temperatur auf etwa 18‘C herabgesetzt, wogegen sie in einem Erdspeicher auf etwa 3'C bis 6'C herabgesetzt wird. Da es jedoch für die durch Wärmekollektoren maximal erzielbare Temperatur des Trägermediums unmaßgeblich ist, mit welcher Temperatur diesen das Trägermedium zugeführt wird, wird der Wirkungsgrad von Wärmekollektoren dadurch verbessert bzw. wird die mögliche Energieausbeute dadurch erhöht, soferne diesen das Trägermedium mit einer möglichst geringen Temperatur zugeführt wird.

Aus der DE-29 16 650 A1 ist eine Kollektoranlage bekannt, welche einen einzigen Wärmekollektor aufweist, dessen Rücklaufieitung über ein Dreiwegeventil an zwei Speicherbehälter angeschlossen ist.

Aus der DE-28 09 425 A1 ist eine Kollektoranlage bekannt, bei welcher gleichfalls ein einziger Wärmekollektor vorgesehen ist, dessen Rücklaufleitung über ein Dreiwegeventil an zwei Wärmetauscher und eine Heizungsanlage geführt ist.

Aus der US-4 007 776 A ist gleichfalls eine Kollektoranlage mit einem einzigen Kollektor bekannt.

Aus der DE-29 11 049 A1 ist eine Ansteuerschaltung für eine Solaranlage bekannt.

Aus der FR-2 473 160 A1 ist eine Verteileranlage bekannt.

Da sämtliche diese bekannten Anlage nur einen einzigen Wärmekollektor aufweisen, besteht jedoch bei diesen nicht die Schwierigkeit, daß das über die Rücklaufleitungen von zwei Wärmekollektoren abströmende Trägermedium unterschiedliche Temperaturen aufweist, wodurch die vorstehend geschilderten Nachteile bedingt werden.

Der gegenständlichen Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie zu schaffen, durch welche die dem bekannten Stand der Technik anhaftenden Nachteile dadurch vermieden werden, daß gleichzeitig das von sämtlichen nach unterschiedlichen Himmelsrichtungen orientierten Wärmekollektoren, insbesondere Sonnenkollektoren, mit unterschiedlichen Temperaturen abgegebene Trägermedium den Verbrauchern zugeführt werden kann, ohne daß hierdurch Nachteile bedingt werden und daß zudem das Trägermedium an die Wärmekollektoren mit möglichst niedrigen Temperaturen zurückgeleitet wird, wodurch ein sehr großer Wirkungsgrad erzielt wird.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangsleitungen der Wärmekollektoren, welche nach unterschiedlichen Himmelsrichtungen orientiert sind, über Dreiwegeventile einerseits an die in Serie geschalteten Verbraucher und andererseits an ein Verteilerventil, welches eine Mehrzahl von Ausgängen aufweist, gelegt sind und daß die Ausgänge des Verteilerventiles an die Eingänge der Verbraucher geführt sind, wobei weiters Thermofühler vorgesehen sind, durch welche die Dreiwegeventile und das Verteilerventil steuerbar sind.

Vorzugsweise sind die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher, durch Raumheizgeräte, durch Fußbodenheizungen bzw. Wandheizungen, durch einen Erdspeicher und durch Außenwandheizungen gebildet, wobei sie alternativ bzw. kumuitiv vorgesehen sind. 2

AT 404 760 B

Dadurch, daß unterschiedliche Verbraucher in Serie geschaltet sind, wird in diesen die Temperatur des von ersten Wärmekollektoren stammenden Trägermediums, welches die höchste Temperatur aufweist, stufenweise herabgesetzt. Demgegenüber wird dasjenige Trägermedium, welches von weiteren Wärmekollektoren abgegeben wird und welches eine geringere Temperatur aufweist, mittels des Verteilerventiles demjenigen Verbraucher zugeführt, in welchem das Trägermedium der ersten Wärmekollektoren etwa die Temperatur des von den weiteren Wärmekollektoren abgegebenen Trägermediums aufweist. In der Folge wird die Temperatur des gesamten Trägermediums durch Abgabe der Wärme an weitere Verbraucher weiter herabgesetzt, wobei dessen Temperatur in Außenwänden Werte unter 0 * C annehmen kann. Da die in Wärmekollektoren erzielbare maximale Temperatur unabhängig davon ist, welche Temperatur das diesen zugeführte Trägermedium aufweist, wird hierdurch eine optimale Energieausbeute gewährleistet.

Vorzugsweise sind die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher und durch Raumheizgeräte gebildet. Die Verbraucher können jedoch auch durch mindestens einen Heißwasserspeicher und durch Fußbodenheizungen bzw. Wandheizungen gebildet sein. Weiters können die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher und bzw. oder durch Raumheizgeräte und bzw. oder durch Fußbodenheizungen bzw. Wandheizungen und bzw. oder durch einen Erdkollektor gebildet sein. Vorzugsweise enthalten die in Serie geschalteten Verbraucher weiters eine Außenwandheizung.

Um zu gewährleisten, daß den Heißwasserspeichern die erforderlichen Temperaturen zugeführt werden, sind vorzugsweise den Heißwasserspeichern Gegenstromwärmetäuscher vorgeschaltet. Zur Steuerung des Verteilerventiles und der Dreiwegeventile sind weiter vorzugsweise den Eingängen der Ventile und den Ausgängen der Verbraucher Thermofühler zugeordnet, deren Ausgangssignale an eine Steuereinheit gelegt sind, durch welche das Verteilerventil und die Dreiwegeventile steuerbar sind.

Vorzugsweise sind weiters die Ausgangsleitungen der Kollektoren an eine Kühlanlage geführt.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie, welche zwei Gruppen von Wärmekollektoren und von diesen mit Wärmeenergie versorgbaren Verbrauchern enthält.

Eine erfindungsgemäße Anlage enthält eine erste Gruppe von Wärmekollektoren 1 und eine zweite Gruppe von Wärmekollektoren 2, wobei die beiden Gruppen von Wärmekollektoren 1 und 2 nach unterschiedlichen Himmelsrichtungen orientiert sind. Die Ausgangsleitung 11 der Kollektoren 1 ist an ein Drei Wegeventil 12 gelegt, von welcher eine Leitung 13 zu einem Gegenstromwärmetäuscher 16, für einen ersten Heißwasserspeicher 3 führt. In der vom Heißwasserspeicher 3 zum Gegenstromwärmetäuscher 16 führenden Leitung 31 befindet sich eine Förderpumpe 32. Vom Gegenstromwärmetäuscher 16 führt eine Leitung 33 zu einem Vorlaufverteilerrohr 41 für eine Gruppe von Raumheizgeräten 4, z.B. von in mehreren Räumen angeordneten Radiatoren. Die von den Raumheizgeräten 4 wegführenden Leitungen münden in einem Rücklaufsammlerrohr 42, von welchem eine Leitung 45 zu einem zweiten Gegenstromwärmetäuscher 46 für einen zweiten Heißwasserspeicher 5 führt. In der von diesem zum Gegenstromwärmetäuscher 46 führenden Leitung 51 befindet sich gleichfalls eine Pumpe 52.

Vom Gegenstromwärmetäuscher 46 führt eine Leitung 53 zu einem Vorlaufverteilerrohr 61 zur Speisung von Zulaufleitungen für eine weitere Gruppe von Raumheizgeräten 6. wie z.B. Fußbodenheizungen oder Zwischenwandheizungen. Die von diesen weiteren Raumheizgeräten 6 kommenden Rücklaufleitungen münden in einem Rücklaufsammlerrohr 62, von welchem eine Leitung 65 zu einem weiteren Drei Wegeventil 66 führt. Vom Dreiwegeventil 66 führt eine Leitung 67 zu einem Vorlaufverteilerrohr 71 zur Speisung der Vorlaufleitungen für einen Erdkollektor 7. Die Rücklaufleitungen münden in einem Rücklaufsammlerrohr 72, von welchem eine Leitung 75 zu einem weiteren Dreiwegeventil 76 führt, von welchem eine weitere Leitung 77 zu einem Vorlaufverteilerrohr 81 für zu Außenwandheizungen 8 abgehenden Vorlaufleitungen führt. Die Rücklaufleitungen von den Außenwandheizungen 8 münden in einem Rücklaufsammlerrohr 82, von welchem eine Leitung 83, in welcher sich eine Pumpe 10 befindet, zu den Wärmekollektoren 1 und 2 zurückführt.

Ein weiterer Anschluß des ersten Dreiwegeventiles 12 führt über eine Leitung 17 zu einem Verteilerventil 20. Vom Verteilerventil 20 führen Leitungen 20a, 20b, 20c, 20d, 20e und 20f jeweils zu den Zulaufleitungen des Vorlaufverteilerrohres 41 für die ersten Raumheizgeräte 4, des zweiten Heißwasserspeichers 5, des Vorlaufverteilerrohres 61 für die zweiten Raumheizgeräte 6, des Vorlaufverteilerrohres 71 für die Erdspeicher 7, des Vorlaufverteilerrohres 81 für die Außenwandheizgeräte 8 und zu einer Kühlanlage 9.

Von der Gruppe der zweiten Wärmekollektoren 2 führt eine Leitung 21 zu einem Dreiwegeventii 22. Von diesem führt eine Leitung 23 zum Gegenstromwärmetäuscher 16 und eine Leitung 27 führt zum Verteilerventil 20.

Weiters sind in der gesamten Anlage eine Vielzahl von Thermofühlern 30 vorgesehen, deren Ausgänge zur Steuerung der Dreiwegeventile dienen. Zudem sind die Ausgänge der Thermoventile 30 an eine Zentralem- 3

Claims (9)

1. AT 404 760 B heit 40, welche zur Steuerung des Verteilerventiles 20 dient, gelegt. Die Wirkungsweise dieser Anlage ist wie folgt: Soferne das von der ersten Gruppe der Wärmekollektoren 1 abgegebene Trägermedium eine höhere Temperatur aufweist als das von der ersten Gruppe der Wärmekollektoren 2 abgegebene Trägermedium, wird das Dreiwegeventil 12 so geschaltet, daß das von den Kollektoren 1 abgegebene Trägermedium aufeinanderfolgend dem ersten Gegenstromwärmetäuscher 16, den ersten Raumheizgeräten 4, dem zweiten Gegenstromwärmetäuscher 46, den zweiten Raumheizgeräten 6 gegebenenfalls über das Dreiwegeventil 66 den Erdspeichern 7 und gegebenenfalls über das Dreiwegeventil 76 den Außenwandheizungen 8 zugeführt wird. Durch diese Verbraucher wird die Temperatur des Trägermedium stufenweise herabgesetzt, wobei es durch die Außenwandheizungen 8 auf eine Temperatur von unter 0*C herabgesetzt werden kann. Hierauf wird es zu den Kollektoren 1 zurückgeführt. Die Speisung der Heißwasserspeicher 3 und 5 erfolgt dann, soferne die Pumpen 32 und 52 eingeschaltet sind. Im Erdkollektor 7 kann eine Speicherung von überschüssiger Wärmeenergie erfolgen. Unter Außenwandheizungen werden in Außenwänden von Gebäuden befindliche Heizungen verstanden. Demgegenüber wird das von den Kollektoren 2 abgegebene Trägermedium, dessen Temperatur geringer ist als diejenige des von den Kollektoren 1 abgegebenen Trägermediums, über das Dreiwegeventil 22 zum Verteilerventil 20 geführt, von welchem es über eine der Ausgangsleitungen 20a bis 20e dem aus von Kollektoren 1 kommenden Trägemedium an derjenigen Stelle der Anlage beigefügt wird, an welchen die Temperatur des Trägermediums der Kollektoren 1 durch Abgabe von Wärme an die einzelnen Verbraucher auf etwa denjenigen Wert herabgesetzt worden ist, welcher der Temperatur des von den zweiten Kollektoren 2 kommenden Trägermediums gleich ist. Hierdurch können beide Gruppen der Wärmekollektoren 1 und 2 gleichzeitig eingesetzt werden, ohne daß aufgrund von deren unterschiedlichen Temperaturen die Ausnützbarkeit der im Trägermedium enthaltenen Wärmeenergie vermindert wird. Durch die den Heißwasserspeichern 3 und 5 vorgeschalteten Gegenstromwärmetäuscher 16 und 46 und die Pumpen 32 und 52 erfolgt die Speisung der Heißwasserspeicher 3 und 5 in Abhängigkeit von den zur Verfügung stehenden Temperaturen. Die Steuerung sämtlicher Dreiwegeventile erfolgt über die Vielzahl von Thermofühlern 30, welche in den Ausgangsieitungen der beiden Gruppen vom Wärmekollektoren 1 und 2 sowie in den zu den unterschiedlichen Verbrauchern führenden Leitungen vorgesehen sind. Insbesondere sind die Ausgänge der Thermofühler 30 an die Zentralsteuereinheit 40, durch welche die Steuerung des Verteilerventils 20 erfolgt, gelegt. Soferne von den Wärmekollektoren 2 eine höhere Temperatur als von den Wärmekollektoren 1 abgegeben wird, wird das von diesen abgegebene Trägermedium über das Dreiwegeventil 22 den Verbrauchern zugeführt, wogegen das von den Kollektoren 1 abgegebene Trägermedium über das Dreiwegeventil 12 dem Verteilerventil 20 zugeführt wird und von diesen zu den Verbrauchern gelangt. Die Förderung des Trägermediums in der gesamten Anlage erfolgt mittels der Pumpe 10. Die Anlage kann noch durch weitere Wärmekollektoren ergänzt werden. Da Kühlanlagen in der Regel im Zentrum von Bauten, wie Hotels, angeordnet sind und diesen Kühlanlagen von den gleichfalls vorgesehenen Heizunganlagen im Winter Wärme zu geführt wird, wodurch der Kühlbedarf im Winter größer ist als im Sommer, ist in der erfindungsgemäßen Anlage auch das Kühlaggregat 9 vorgesehen, welchem im Winter von den beiden Gruppen der Wärmekolfektoren 1 und 2 kaltes Trägermedium zugeführt werden kann, wodurch der in der Kühlanlage erforderliche Energiebedarf vermindert wird. Patentansprüche 1. Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie mit zumindest zwei Gruppen von Wärmekollektoren, insbesondere Sonnenkollektoren, deren Ausgangsleitungen an eine Gruppe von in Serie geschaltete Verbraucher für Wärmeenergie gelegt sind, dadurch gekennzeichnet daß die Ausgangsleitungen (11, 21) der Wärmekollektoren (1,2), welche nach unterschiedlichen Himmelsrichtungen orientiert sind, über Dreiwegeventile (12, 22) einerseits an die in Serie geschalteten Verbraucher (3,4,5,6,7,8) und andererseits an ein Verteilerventil (20), welches eine Mehrzahl von Ausgängen (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f) aufweist, gelegt sind und die Ausgänge des Verteilerventils (20) an die Eingänge der Verbraucher geführt sind, wobei weiters Thermofühler (30) vorgesehen sind, durch welche die Dreiwegeventile (12, 22) und das Verteilerventil (20) steuerbar sind.
2. 2. Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher (3,5), durch Raumheizgeräte (4), durch Fußbodenheizungen (6) bzw. Wandheizungen, durch einen Erdspeicher (7) und durch Außenwandheizungen (8) gebildet sind, wobei diese 4 AT 404 760 B Verbraucher alternativ bzw. kumulativ vorgesehen sind.
3. 3. Anlage nach einem der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher (3,5) und durch Raumheizgeräte (4) gebildet sind.
4. 4. Anlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher (3,5) und durch Fußbodenheizungen bzw. Wandheizungen (6) gebildet sind.
5. 5. Anlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher durch mindestens einen Heißwasserspeicher (3,5) und bzw. oder Raumheizgeräte (4) und bzw. oder Fußbodenheizungen bzw. Wandheizungen (6) und bzw. oder einen Erdkollektor (7) gebildet sind.
6. 6. Anlage nach einen der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Serie geschalteten Verbraucher eine Außenwandheizung (8) enthalten.
7. 7. Anlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Heißwasserspeichern (3,5) Gegenstromwärmetäuscher (16,46) vorgeschaltet sind.
8. 8. Anlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen der Wärmkollektoren (1,2) und den Eingängen der Verbraucher Thermofühler (30) zugeordnet sind, deren Ausgangssignale an eine Steuereinheit (40) gelegt sind, durch welche das Verteilerventil (20) und die Dreiwegeventile (12,22,66,76) steuerbar sind.
9. 9. Anlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleitungen (11,21) der Kollektoren (1,2) zudem an eine Kühlanlage (9) geführt sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5