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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserheizanlage zur Bereitung von Brauch- und Heiz- wasser gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches.
Bei einer aus der EP 330 648 A2 bekannten derartigen Anlage ist die Heizungsanlage in Serienschaltung mit einem Wärmetauscher zur Aufladung zweier Brauchwasserspeicher mit der Wärmequelle verbunden, die in Parallelschaltung aus einem Kessel, einer Wärmepumpe und einem festbrennstoffbeheizten Wärmeerzeuger besteht. Somit kann zwar die Wärmequelle das Wasser des Heizungsvorlaufs erwarmen, nur wird dieses Wasser anschliessend vom Wärmetau- scher für die Speicher wieder abgekühlt. Somit ist es also nicht möglich, dass trotz hoher Vorlauf- temperatur der Heizkörperanordnung die Temperatur des Speicherwassers niedrig gehalten wer- den kann.
Die EP 99 875 A2 behandelt das Problem, von einer Wärmepumpe erzeugte Wärme über das hochgiftige Kältemittel Frigen oder Glykol in einen Brauchwasserspeicher einzubringen. Nachteilig ist hierbei zunächst, dass dieses giftige Kältemittel aus der Speiseleitung durch Leckagen in das Brauchwasser des Speichers gelangen kann. Überdies fällt als Nachteil auf, dass nicht nur das Kaltemittel der Wärmepumpe mittels einer Pumpe bewegt werden muss, um Wärme von der Warmepumpe auf den Brauchwasserspeicher zu übertragen, sondern zusätzlich muss eine weitere Pumpe ein weiteres Trägermedium befördern, um einen entsprechend hohen Wärmeübergang zu gewährleisten.
Bei der EP 109002 A1 ist ein gasbeheizter Wasserspeicher bekanntgeworden, der über einen Wärmetauscher Wasser einer Heizungsanlage speisen kann. Das Brauchwasser des Speichers wird über gesonderte Leitungen abgezogen.
Schlussendlich ist es aus der DE 195 10 876 A1 bekannt, mittels eines von einem Gasbrenner beheizten Durchlauferhitzers, entweder eine Heizungsanlage oder einen Brauchwasserspeicher aufzuladen.
Bei dem aus der EP 109 002 A1 bekannten Stand der Technik ergibt sich der Nachteil, dass bei Auskopplung der Wärme für die Gewinnung der Heizwärme aus einem direkt beheizten Tnnk- wasserspeicher die Temperatur des Speicherinhaltes mindestens 5K über der gewünschten Vor- lauftemperatur der Heizkörperanordnung liegen muss und bei der Verwendung eines Rohrschlan- gen-Wärmetauschers sogar noch höher. Unter Berücksichtigung der Schalthysterese der Speicher- ladung resultiert bei einer Vorlauftemperatur von 75 C daher eine Speicher-Solltemperatur von mindestens 85 C. Ältere Heizkörperanlagen, die noch mit Vorlauftemperaturen bis zu 90 C betrie- ben werden, wären aufgrund der Siedegefahr im Speicher gar nicht zu betreiben.
Ausserdem be- steht bei solch hohen Speichertemperaturen eine erhebliche Gefahr von Verbrühung für den Be- nutzer und erhebliche Probleme im Hinblick auf die Verkalkung des Trinkwasserspeichers.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Wasserheizanlage der ein- gangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der trotz hoher Vorlauftemperaturen der Heizkörperan- ordnung die Temperatur des Inhaltes des Trinkwasserspeichers niedrig gehalten werden kann
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Wasserheizanlage der eingangs näher bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruches erreicht
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird es ermöglicht, das Heizwasser der Heizkörper- anordnung nach der Auskopplung von Wärme aus dem Trinkwasserspeicher mittels des von diesem beaufschlagten Wärmetauschers nachzuerwärmen und so die Temperatur des Heizwas- sers deutlich über die Temperatur des Trinkwasserspeichers zu erhöhen.
Bei einer Wasserheizanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 2 ist es vorteilhaft, die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 vorzusehen
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau. Dabei ist es aufgrund des Mischers und der Bypassleitung möglich, bei niedrigen gewünschten Vorlauftempera- turen das Heizwasser je nach der Temperatur des Trinkwasserspeichers ausschliesslich durch Auskopplung der Wärme aus dem Trinkwasserspeicher oder ausschliesslich mittels des zur Nach- heizung des Heizwassers vorgesehenen Wärmetauscher aufzuheizen.
Dabei ist es auch möglich, einen modularen Aufbau vorzusehen. Dabei kann eine Anlage mit niedrigen Vorlauftemperaturen durch Einbau einer einfachen Brenner-Wärmetauscher-Einheit auch für Anlagen mit hohen Vorlauftemperaturen ausgebaut werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können bei einer Wasserheizanlage gemäss dem
Oberbegriff des Anspruches 3 die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruches vorgesehen
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werden.
Bei dieser Lösung erfolgt die Wärmeauskopplung aus dem Trinkwasserspeicher mittels des externen Wärmetauschers, der über seinen Sekundärkreis Wärme an die Heizkörperanordnung abgibt.
Bei einer Wasserheizanlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 4 können die kennzeich- nenden Merkmale des Anspruches 4 oder 5 vorgesehen sein. In beiden Fällen ergibt sich ein einfacher Aufbau der Anlage
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil einer sehr einfachen Verrohrung
Durch die Merkmale des Anspruches 7 ist es möglich, verschiedene Einrichtungen, wie Stro- mungssicherung und Abgasleitung für beide Brenner gemeinsam zu nutzen und so den Aufwand für die Wasserheizanlage gering zu halten.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 5 schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Wasserheizanlagen
Bei allen Ausführungsformen ist ein Trinkwasserspeicher 1 vorgesehen, der mit einem in des- sen untersten Bereich mündenden Kaltwasserzulauf 2 und einer aus dessen obersten Bereich wegführenden Brauchwasserleitung 3 versehen ist. Weiters ist im mittleren Bereich des Tnnkwas- serspeicher 1 ein Temperaturfühler 13 angeordnet.
Eine Heizkörperanordnung 11 ist an eine Vorlaufleitung 16 und eine Rücklaufleitung 17 ange- schlossen. Dabei ist in der Vorlaufleitung 16 ein Wärmetauscher 7, der von einem Brenner 6 be- aufschlagt ist und in der Rücklaufleitung 17 eine Umwälzpumpe 9 angeordnet. Der Brenner 6 ist dabei über eine Gasleitung 19' und ein Gasventil 20' mit Gas versorgbar.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist im untersten Bereich des Trinkwasserspeichers 1 eine Brennkammer 21 angeordnet, in der ein weiterer Brenner 5 eingebaut ist, der über eine Gas- leitung 19 und ein Gasventil 20 mit Gas versorgbar ist. Die Brennkammer 21 ist mit einem Abgas- rohr 22 verbunden, die den Trinkwasserspeicher vertikal durchsetzt und Wärme der Brenngase an den Inhalt des Trinkwasserspeichers 1 abgibt.
Die Vorlauf- und die Rücklaufleitung 16,17 sind bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 an einen Wärmetauscher 8 angeschlossen, der im Inneren des Trinkwasserspeichers 1 angeordnet ist und zur Auskopplung von Wärme aus dem Tnnkwasserspeicher 1 zur Versorgung der Heizkörper- anordnung 11 dient.
Im Betrieb erwärmt der Brenner 5 den Inhalt des Tnnkwasserspeichers 1 bis zu einer vorbe- stimmten Temperatur, z.B. bis auf 60 C. Zur Versorgung der Heizkörperanordnung 11 wird Wärme aus dem Trinkwasserspeicher 1 ausgekoppelt.
Soll dabei eine Vorlauftemperatur erreicht werden, die geringer als die Temperatur des Trink- wasserspeichers 1 ist, so wird dem Vorlauf über die Bypassleitung 18 und den Mischer 10 Rück- laufwasser zugemischt. Dabei wird nur ein Teil des Heizungswassers uber den Wärmetauscher 8 gefördert und aufgeheizt. Damit waren z.B, bei einer Speichertemperatur von 60 C, die durch den
Fühler 13 erfasst wird, eine Vorlauftemperatur von 55 C erreichbar.
Sind höhere Vorlauftemperaturen, die mit einem in der Vorlaufleitung 16 stromab des Warme- tauschers 7 angeordneten Temperaturfühler 12 erfasst werden, erforderlich, so wird der Vorlauf über den Wärmetauscher 7, der von dem Brenner 6 beaufschlagt ist, nacherhitzt
Um die Vorlauflauftemperatur auf einen gewünschten Wert zu halten, kann der Brenner 6 ge- taktet oder modulierend betrieben werden, wobei letzteres im Hinblick auf eine möglichst geringe
Schadstoffbelastung der Umwelt vorzuziehen ist.
Eine Möglichkeit, auf eine Modulation oder einen getakteten Betrieb des Brenners 6 zu verzich- ten, besteht in der Nutzung des Mischers 10 zur Regulierung der Wärmeentnahme aus dem Trink- wasserspeicher 1. Bei geringen Vorlauftemperaturen ist dabei der Brenner 6 nicht in Betrieb und die Aufheizung des Heizwassers oder eines Teiles von diesem erfolgt ausschliesslich über den im
Tnnkwasserspeicher 1 angeordneten Wärmetauscher 8.
Ist die so erreichte Vorlauftemperatur nicht ausreichend hoch, so wird der Brenner 6 in Betneb genommen, wobei der Mischer 10 zunächst den Kreis über den Wärmetauscher 8 schliesst, so dass der Brenner 6 die Erwärmung des Heizwassers übernimmt. Ist dabei die Leistung des Brenners 6 nicht ausreichend hoch, um die geforderte Vorlauftemperatur zu erreichen, so gibt der Mischer 10 für einen Teilstrom den Weg über den Wärmetauscher 8 frei und die Wärmeleistungen dieses
Wärmetauschers 8 und des Brenners 6, bzw. des Wärmetauschers 7 addieren sich.
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Wird die Soll-Vorlauftemperatur unter Berücksichtigung einer Hysterese überschritten, wird der über den Wärmetauscher 8 geführte Heizwasserstrom wieder gedrosselt und damit die Vorwär- mung wieder reduziert. Steigt die Vorlauftemperatur weiter an, so wird der Brenner 6 wieder ausser Betrieb gesetzt. Für die weitere Warmebereitstellung gibt der Mischer 10 nun den Weg uber den Wärmetauscher 8 wieder vollständig frei.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 dadurch, dass ein externer Wärmetauscher 15 vorgesehen ist, der, bzw. dessen Primärzweig 25, über eine aus dem obersten Bereich des Trinkwasserspeichers 1 wegführende Wärmetauscher-Vorlaufleitung 23 und eine in den untersten Bereich des Speichers 1 mündende Wärmetauscher-Rucklaufleitung 24 mit dem Trinkwasserspeicher 1 verbunden ist. Der Sekundärzweig 26 des Wärmetauschers 15 ist mit der Vorlauf- bzw. Rücklaufleitung 16,17 verbunden. Dabei ist in der Warmetauscher-Vorlaufleitung 23 eine Umwälzpumpe 14 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, im Tnnkwasserspeicher 1 eine Temperaturschich- tung aufrecht zu erhalten
Wird bei dieser Ausführungsform die vorgesehene Vorlauftemperatur nicht erreicht, so wird der Brenner 6 zugeschaltet und das Heizwasser, das im Sekundärkreis 26 des Wärmetauscher 15 erwärmt wird, im vom Brenner 6 beaufschlagten Wärmetauscher 7 nacherhitzt. Um ein Takten des Brenners 6 zu vermeiden, kann die Pumpe 14, die warmes Brauchwasser durch den Primärkreis 25 des Wärmetauschers 15 treibt, stillgesetzt oder in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur in ihrer Förderleistung moduliert werden. Bei einem sehr hohen Wärmebedarf der Heizkorperanord- nung können der Brenner 6 und die Umwälzpumpe 14 mit ihrer vollen Leistung betrieben werden.
Die Ausführungsform nach der Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 2 dadurch, dass die Erwarmung des Trinkwassers mittels eines Primär-Wärmetauschers 29 erfolgt, der an eine aus dem untersten Bereich des Trinkwasserspeichers 1 wegführenden Kaltwasserabzug 27 und eine in den obersten Bereich des Speichers 1 mündende Warmwasserleitung 28 angeschlossen ist. Dabei ist im Kaltwasserabzug 27 eine Umwälzpumpe 30 angeordnet.
Der Primär-Wärmetauscher 29 ist von dem Brenner 5 beaufschlagt. Der übrige Aufbau ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 gleich wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 2.
Die Ausführungsform nach der Fig 4 weist ebenso wie die Ausführungsform nach der Fig. 3 einen Primär-Wärmetauscher 29 zur Erwarmung des Trinkwassers auf. Zur Auskopplung von Wärme für eine Heizkörperanordnung 1 ist jedoch ein im Inneren des Speichers 1 angeordneter Wärmetauscher 8 vorgesehen, der in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 mit der Heizkörperanordnung 11verbunden ist.
Die Ausführungsform nach der Fig. 5 entspricht im wesentlichen jener nach der Fig. 3, wobei jedoch der zur Auskopplung der Wärme für die Heizkörperanordnung 11vorgesehene Wärmetau- scher 15, bzw. dessen Primärzweig 25 in der Warmwasserleitung 28 angeordnet ist
Dabei ist in der Warmwasserleitung 28 ein weiterer Temperaturfühler 33 angeordnet, und auch im untersten Bereich des Trinkwasserspeichers 1 ist ein Temperaturfühler 31 angeordnet, wobei die Temperaturfühler 13, 33, 31 mit einer Steuerung 32 verbunden sind.
PATENTANSPRÜCHE:
1 Wasserheizanlage zur Bereitung von Brauchwasser und Heizwasser mit einem von einer
Wärmequelle beheizbaren und mit einem Kaltwasserzulauf (2) und einer Brauchwasserlei- tung (3) versehenen Tnnkwasserspeicher (1) und einem vom Wasser des Trinkwasser- speichers (1) beaufschlagten Wärmetauscher (8,15), an dem über eine Vorlauf- und eine
Rücklaufleitung (16,17) eine Heizkörperanordnung (11) angeschlossen ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass zwischen dem vom Wasser des Trinkwasserspeichers (1) beauf- schlagten Wärmetauscher (8,15) und der Heizkörperanordnung (11) in der Vorlaufleitung (16) ein mit dem Wärmetauscher (8,15) hydraulisch in Reihe geschalteter, von einem
Brenner (6) beaufschlagter Wärmetauscher (7) vorgesehen ist.