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Die Erfindung betrifft ein Heizungssystem zur Beheizung von Gebäuden mit einem Brauchwas- serspeicher, einer Zirkulationsleitung zur Versorgung der Warmwasserentnahmestellen des Ge- bäudes, mindestens einer Heizeinrichtung, die mit einem Wärmetauscher in Verbindung steht, um den Inhalt des Brauchwasserspeichers zu erwärmen, sowie mit mehreren Heizkörpern zur Behei- zung des Gebäudes, im Verlauf der Zirkulationsleitung mindestens ein Heizungswärmetauscher vorgesehen ist, der einerseits vom Brauchwasser durchströmt ist und andererseits von einem Heizungsmedium durchströmt ist, das zur Erwärmung der Heizkörper dient.
Es ist bekannt, die Beheizung eines Gebäudes mit der Brauchwarmwasserversorgung zu kom- binieren. So sind beispielsweise Brauchwasserspeicher bekannt, die über Wärmetauscher vom Heizungssystem erwärmt werden. Bei solchen Systemen werden die Warmwasserentnahmestellen durch Brauchwarmwasserleitungen mit dem Brauchwasserspeicher verbunden. Bei grösseren Gebäuden mit zentraler Brauchwarmwasserversorgung ist es dabei erforderlich, die Brauchwarm- wasserleitung als Zirkulationsleitung auszuführen, in der ständig Warmwasser zirkuliert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch dann, wenn über einen längeren Zeitraum kein Warmwasser entnommen worden ist, an den einzelnen Entnahmestellen sofort warmes Wasser zur Verfügung steht. Neben dieser Zirkulationsleitung ist ein eigenes Leitungssystem zur Versorgung der einzel- nen Heizkörper des Gebäudes erforderlich.
Als Heizkörper im Sinne der Erfindung werden allge- mein nicht nur an der Wand befestigte Plattenheizkörper, also Radiatoren, bezeichnet, sondern auch Fussbodenheizungen, Wandheizungen oder dgl. Solche Heizungs- und Brauchwarmwasser- systeme sind relativ aufwendig und insbesonders bei Verwendung alternativer Energien, wie etwa Solarenergie oder Energie aus Wärmerückgewinnungsanlagen, ist die Nutzung überschüssiger Energie aus solchen Anlagen für den Raumheizbetrieb nicht möglich.
Aus der EP 0 197 027 A ist ein Warmwasserbereitungssystem bekannt, bei dem das Brauch- warmwasser in den einzelnen Wohneinheiten dezentral über einen Wärmetauscher bereitet wird, der von dem Heizungssystem versorgt wird. Ein solches System ist jedoch zur Nutzung alternativer Energien (Solar, Wärmerückgewinnung) mit höchsten Wärmeerträgen ungeeignet.
Aus der WO 96 17210 A ist eine Vorrichtung zur Beheizung und zur Warmwasserversorgung von Gebäuden bekannt. Dabei wird ausgehend von einem Pufferspeicher eine Warmwasserzirku- lationsleitung versorgt, an der verschiedene Verteilereinheiten angeschlossen sind. In den Vertei- lereinheiten erfolgt einerseits die Anspeisung der Warmwasserentnahmestellen und andererseits über einen Wärmetauscher die Versorgung von Heizkreisen. In der beschriebenen Form ist die Einbringung von Energie nur über konventionelle Heizsysteme, wie etwa Heizkessel, möglich. Der bauliche Aufwand in Gebäuden wird dadurch zwar verringert, eine Energieeinsparung ist jedoch nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Heizungssy- stem der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass eine möglichst gute Ausnützung der zur Verfügung stehenden Energie insbesonders aus Solar- und Wärmerückgewinnungsanlagen mög- lich ist. Weiters soll eine einfache und robuste Ausführung erreicht werden, die mit geringem Auf- wand herstellbar ist wobei der Verrohrungsaufwand minimiert wird.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass als Heizeinrichtung einerseits eine thermische Solaran- lage und andererseits eine weitere Heizeinnchtung vorgesehen ist, wobei die Einbringung der aus der Solaranlage stammenden Wärme in den Brauchwasserspeicher über mindestens einen Rohr- wärmetauscher erfolgt, der unterhalb der Entnahmestelle des Brauchwassers zur Erwärmung durch die weitere Heizeinrichtung angeordnet ist.
Auf diese Weise ist es möglich, das gesamte Energiemanagement sowohl für die Beheizung als auch für die Brauchwarmwasserversorgung über einen einzigen Brauchwasserspeicher durch- zuführen. Die Steuerung der Anlage wird wesentlich vereinfacht, und es kann auch der Gesamt- aufbau des notwendigen Rohrleitungssystems einfacher und kostengünstiger gestaltet werden.
Der Wirkungsgrad von Sonnenkollektoren ist um so höher je niedriger das Temperaturniveau ist, mit dem sie betrieben werden. Die Austrittstemperatur aus einem Sonnenkollektor ist nach unten hin dadurch begrenzt, dass eine minimale Temperaturdifferenz zu dem Medium gegeben sein muss, das die Wärme aufnimmt. Die Eintrittstemperatur kann jedoch abgesenkt werden, wenn das Solarmedium vor dem Eintritt in den Sonnenkollektor so weit als möglich abgekühlt wird. Dies ist mit dem erfindungsgemässen System sehr gut möglich, da durch das frisch zulaufende Brauch- wasser eine Abkühlung auf etwa 10 C möglich ist, was die mittlere Temperatur des Sonnenkollek-
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tors entsprechend absenkt.
Die aus der EP 0 197 027 A bekannte Lösung unterscheidet sich grundlegend von der vorlie- genden Erfindung, wobei folgende Merkmale der Erfindung wesentlich sind : # Zentrale statt dezentraler Brauchwarmwasserbereitung; # Wärmeträger Brauchwarmwasser und nicht Heizungsmedium; # Kollektorkühlung mit Brauchwasser (10 ) statt Kollektorkühlung mit Heizungsrücklauf (40 ); # Zentraler Energiepufferspeicher als Energiemanagementsystem.
Die Regelung der Heiz- sowie der Brauchwarmwassertemperatur ist beim bekannten System stark erschwert.
Vorzugsweise sind mehrere Gruppen von Heizkörpern vorgesehen, die mit einer Umwälzpum- pe und einem Heizungswärmetauscher verbunden sind und die einen geschlossenen Heizkreislauf bilden. Eine besonders vorteilhafte Lösung ist in diesem Zusammenhang dann gegeben, wenn jedem Stockwerk oder jeder Wohneinheit oder jeder Heizgruppe des Gebäudes ein eigener Heiz- kreislauf zugeordnet ist. Auf diese Weise brauchen die einzelnen Stockwerke oder Wohneinheiten untereinander bzw. mit dem Brauchwasserspeicher nur über die Zirkulationsleitung verbunden werden. Eine gesonderte Heizungsleitung ist nicht erforderlich, was den Herstellungs- und War- tungsaufwand verringert. Wenn die einzelnen Heizkreisläufe mit Wärmemengenzählern ausgestat- tet sind, ist eine genaue verbrauchsbezogene Abrechnung der Heizkosten möglich.
Weiters ist es im Sinn des möglichst einfachen Aufbaus des gesamten Heizungssystems vor- teilhaft, wenn die Wärmezufuhr zu den Heizkörpern ausschliesslich über die Heizungswärmetau- scher erfolgt.
Besonders günstig ist es dabei, wenn als weitere Heizeinrichtung eine mit sonstigen Brennstof- fen oder mit Fernwärme betriebene Heizeinrichtung vorgesehen ist, die das Brauchwasser über einen externen Wärmetauscher erwärmt. Auf diese Weise kann die Beheizung und das Warmwas- serangebot bei länger andauernder mangelnder Sonneneinstrahlung gesichert werden. Der exter- ne Wärmetauscher ermöglicht einen einfachen Aufbau des Brauchwasserspeichers.
Ein gleichmässiges Brauchwarmwasserangebot auch bei schwankender Heizleistung kann da- durch sichergestellt werden, das der Heizungswärmetauscher in der Zirkulationsleitung stromab- wärts der Warmwasserentnahmestellen angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Brauchwasserspeicher aus ferritischem Stahl mit kathodischem Korrosionsschutz hergestellt ist. In überraschender Weise hat sich herausgestellt, dass bei einer solchen Lösung die Gefahr der Ausbildung von Legionellen oder anderer Keime völlig vermieden wird. Bei Brauchwasserspeichern, die solar erwärmt werden, ist diese Gefahr allgemein gegeben, da oft über längere Zeiträume eine relativ niedriges Tempera- turniveau vorliegt. Bei der erfindungsgemässen Lösung dürfte die geringe Spannung im Brauch- wasserspeicher, die sich zwischen der Opferanode und den Stahlteilen aufgrund der elektrochemi- schen Spannungsreihe ausbildet, das Wachstum solcher Keime nachhaltig verhindern. Ausserdem wird auf diese Weise das Rohrleitungssystem ebenfalls vor Korrosion geschützt.
Ein besonders einfacher Aufbau des Systems wird erreicht, wenn die Wärmespeicherung so- wie Wärmeeintrag und Wärmeentnahme ausschliesslich durch den Brauchwasserspeicher erfolgt.
Der Brauchwasserspeicher dient dabei als zentraler Energieverteiler.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausfüh- rungsbeispiels näher erläutert.
Das schematisch dargestellte Heizungssystem besteht aus einem Brauchwasserspeicher 1, der aus ferritischem Stahlblech hergestellt ist. Im unteren Bereich ist ein Kaltwasseranschluss 2 vorgesehen, über den der Brauchwasserspeicher 1 mit dem öffentlichen Wasserleitungsnetz in Verbindung steht. Das erwärmte Brauchwasser wird über einen im oberen Bereich des Brauch- wasserspeichers 1 angebrachten Warmwasseranschluss 3 entnommen. Mit 4 ist insgesamt eine Zirkulationsleitung bezeichnet, die aus einer Brauchwarmwasserleitung 5 und einer Rücklaufleitung
6 besteht. Die Zirkulationsleitung 4 erstreckt sich über die zu versorgenden Stockwerke eines
Gebäudes, wobei in der Figur jedoch aus Gründen der Vereinfachung nur ein Stockwerk darge- stellt ist.
In diesem Stockwerk zweigt von der Zirkulationsleitung 4 eine Zweigleitung 7 ab, an der einzelne Warmwasserentnahmestellen 8 angeordnet sind. Danach durchströmt das Brauchwarm- wasser einen Heizungswärmetauscher 9, um in einer Rücklaufzweigleitung 10 wieder in die Ruck- laufleitung 6 einzumünden. Eine Umwälzpumpe 12 hält den Kreislauf in der Zirkulationsleitung 4
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aufrecht.
In dem Heizungswärmetauscher 9 wird ein Heizungsmedium erwärmt, das durch eine Hei- zungspumpe 12 in einem Heizleitungssystem 13 umgewälzt wird. Durch dieses Heizleitungssystem 13 wird ein Heizkreisverteiler 14 versorgt, der die einzelnen Heizkörper 15 ansteuert, von denen einer stellvertretend dargestellt ist.
Der Heizungswärmetauscher 9, die Umwälzpumpe 11, der Heizkreisverteiler 14 und nicht dar- gestellte Absperrorgane, Wärmemengenmesser oder andere Messgeräte sind räumlich in vorteil- hafter Weise in einer Übergabestation zusammengefasst, was die Montage und die Instandhaltung wesentlich erleichtert. In der Fig. ist die Übergabestation mit unterbrochenen Linien angedeutet und mit 26 bezeichnet. In die Übergabestation münden die Zweigleitung 7 und die Rücklaufzweig- leitung 10 ein, und es führen Leitungen zu Heizkörpern 15 und Warmwasserentnahmestellen 8 heraus.
Das Wasser im Brauchwasserspeicher 1 wird durch einen Sonnenkollektor 16 erwärmt, der in einem Solarkreislauf 17 mit einer Umwälzpumpe 18 angeordnet ist. Im Brauchwasserspeicher 1 sind Rohrwärmetauscher 19 angeordnet, die von dem erwärmten Solarmedium durchströmt wer- den. Ein elektronisch angesteuertes Umschaltventil 20 steuert die Höhe der Einspeisung des Solarmediums in die Rohrwärmetauscher 19 in Abhängigkeit von der Temperaturschichtung im Brauchwasserspeicher 1. Weiters ist die Möglichkeit einer konventionellen Nachheizung des Brauchwassers durch Fernwärme oder einem konventionellen Heizkessel, der mit fossilen Brenn- stoffen, wie Öl, Gas oder festen Brennstoffen, betrieben ist, gegeben.
Die Wärme wird über einen Wärmetauscher 21 zugeführt, der das Brauchwasser erwärmt, das an einer ersten Entnahmestelle 22 im oberen Drittel des Brauchwasserspeichers 1 entnommen wird und über eine Umwälzpumpe 23 in einen Rückspeisungsanschluss 24 im oberen Bereich des Brauchswasserspeichers 1 rückge- führt wird. Eine Opferanode zur Bereitstellung eines kathodischen Korrosionsschutzes ist in der Figur schematisch mit 25 eingezeichnet.
Es wird angemerkt, dass in der schematischen Darstellung zum Zweck der Vereinfachung not- wendige aber nicht erfindungsgemässe Bauteile wie Absperrventile, Druckausgleichsbehälter, Sensoren und dgl. weggelassen sind, da der Heizungsfachmann solche Bauteile in Abhängigkeit von derjeweiligen Situation vorsieht.
Das erfindungsgemässe Heizungssystem ermöglicht es, durch Erzielung einer optimalen Tem- peraturschichtung im Brauchswasserspeicher 1 und durch maximale Abkühlung des Solarmediums hochste Erträge im Solarbereich bzw. bei der Wärmerückgewinnung zu erwirtschaften. Weiters werden die Verluste minimiert und es wird das Speichervolumen bestmöglich ausgenützt. Durch den Entfall eines Grossteils der Heizleitungen kann eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1 Heizungssystem zur Beheizung von Gebäuden mit einem Brauchwasserspeicher (1), einer
Zirkulationsleitung (4) zur Versorgung der Warmwasserentnahmestellen (8) des Gebäu- des, mindestens einer Heizeinrichtung, die mit einem Wärmetauscher (19,21) in Verbin- dung steht, um den Inhalt des Brauchwasserspeichers (1) zu erwärmen, sowie mit mehre- ren Heizkörpern (15) zur Beheizung des Gebäudes, im Verlauf der Zirkulationsleitung (4) mindestens ein Heizungswärmetauscher (9) vorgesehen ist, der einerseits vom Brauch- wasser durchströmt ist und andererseits von einem Heizungsmedium durchströmt ist, das zur Erwärmung der Heizkörper (15) dient, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizein- richtung einerseits eine thermische Solaranlage (16) und andererseits eine weitere Heiz- einrichtung vorgesehen ist, wobei die Einbringung der aus der Solaranlage (16)
stammen- den Wärme in den Brauchwasserspeicher (1) über mindestens einen Rohrwärmetauscher (19) erfolgt, der unterhalb der Entnahmestelle (22) des Brauchwassers zur Erwärmung durch die weitere Heizeinrichtung angeordnet ist.