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Zentralheizanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentralheiz- anlage, die in erster Linie für Einfamilienhäuser und ähnliche relativ kleine Gebäude bestimmt ist, jedoch auch für grössere Gebäude angewandt werden kann.
Die bisher üblichen Zentralheizanlagen bestehen im allgemeinen aus einem Heizkessel, einer Anzahl Wärme abgebender Heizkörper und einem Rohrsystem zwischen dem Kessel und den Heizkörpern. Der Heizkessel enthält eine Feuerung, die mit einem geeigneten Brennstoff geheizt und von einem Wassermantel umgeben wird oder an ihn angrenzt, der über das Rohrleitungssystem mit den Heizkörpern in Verbindung steht.
Das im Wassermantel erwärmte Wasser strömt im Kreislauf durch das Rohrleitungssystem und die Heizkörper, in denen es einen grösseren oder geringeren Teil seiner Wärme abgibt, kehrt in den Heizkessel zurück, in dem es wieder erwärmt wird, und strömt erneut im Kreislauf durch die Rohre und das Heizkörpersystem. Der Kreislauf wird entweder durch eine in das System eingeschaltete Umwälzpumpe oder durch Selbstumlauf herbeigeführt.
Bei Heizanlagen dieser bekannten Art erfolgt der Kreislauf des die Wärme überführenden Wassers kontinuierlich und ununterbrochen und auch ohne regelmässige Unterbrechung wenigstens in den Hauptleitungen des Kreislaufsystems. Die Regelung der Zimmertemperatur erfolgt im allgemeinen dadurch, dass die Temperatur des Kreislaufwassers entsprechend dem Wärmebedarf verändert wird, so dass die Temperatur bei grösserem Wärmebedarf höher und bei geringerem Wärmebedarf niedriger gehalten wird. Dies wird seinerseits gewöhnlich unmittelbar oder mittelbar durch Regelung der Verbrennung im Heizkessel herbeigeführt, was z.
B. durch Regelung der Brennstoffzufuhr erfolgen kann, doch erfolgt die Regelung gewöhnlich durch Einstellen der Luftzufuhr zur Feuerung mittels besonderer Regler, die von der Wassertemperatur beeinflusst oder von Hand geregelt werden.
Für die üblichen Zentralheizanlagen ist es weiterhin kennzeichnend, dass der Wasserspeicher des Heizkessels und damit auch dessen Wärmespeicher im Verhältnis zu der täglich für die Erwärmung des Gebäudes verbrauchten Wärmemenge relativ gering ist. Bei gewöhnlichen Heizkesseln enthält der Wasserspeicher des Heizkessels nicht mehr lieferbare Wärme, als während der kälteren Jahreszeit innerhalb einer oder einiger weniger Stunden für die Erwärmung des ganzen Hauses verbraucht wird. Die praktische Folge dieses Umstandes ist, dass .gewöhnliche Zentralheizanlagen im grossen und ganzen Wärme an das Haus nur so lange wie die Verbrennung in der Feuerung stattfindet und nur verhältnismässig kurze Zeit danach abgeben.
Wenn ein Heizkessel einer Zentralheizanlage am Abend gelöscht wird, hört das Heizkörpersystem schnell auf, Wärme abzugeben, und statt dessen ist es der Wärmespeicher des Hauses selbst zusammen mit dessen Inhalt, der in erster Linie ein allzu schnelles Herabsetzen: der Temperatur des Hauses verhindert.
Die Erfindung betrifft eine Zentralheizanlage für Gebäude, mit Warmwasser- oder Dampfkessel und einer Anzahl mit diesem durch ein Verteilerrohrsystem verbundener Heizkörper. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Kessel völlig getrennte und ausserhalb desselben angeordnete Einheit als Wärmeakkumulator ausgeführt ist, der mit dem Kessel und dem Verteilerrohrsystem durch Rohrleitungen verbunden ist, und dass ein in einer Rohrleitung zwischen diesem Wärmeakkumulator und den Heizkörpern angebrachter Umlaufregler mittels einer von einer Zimmertemperatur des Gebäudes beeinflussten Thermostatvorrichtung intermittierend einschaltbar ist, so dass die Zeitdauer,
während wel-
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eher der Umlaufregler zwecks Herbeiführung eines Umlaufes durch den Wärmeakkumulator und die Heizkörper hindurch wirksam ist, bei höherer Temperatur des Speicherwassers im Wärmeakkumulator kleiner ist als bei niedrigerer Temperatur und umgekehrt, damit eine Regelung der Wärmeentnahme von diesem Wärmeakkumulator nach den Heizkörpern in Abhängigkeit von der Zimmertemperatur erzielt wird.
Durch die Erfindung werden eine Anzahl erheblicher Vorteile erzielt. Der Wärmespeicher bzw. Wärmeakkumulator kann, weil vom Kessel getrennt, relativ gross gemacht werden, so dass die Heizanlage während einer relativ langen Zeit nach Beendigung des Heizens im Heizkessel Wärme abgeben kann. Es liegt jedoch in der Natur des Wärmespeichers, dass dessen Temperatur bei Entnahme von Wärme für das Heizkörpersystem während Perioden ohne Wärmezufuhr zum Speicher allmählich sinkt. Da die Wärmeabgabe von einem warmen Körper proportional zur Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung ist, gibt ein vom Wärmespeicher gespeistes Heizkörpersystem zu Beginn einer Abkühlungsperiode mehr Wärme ab als bei deren Ende, was ein entsprechend starkes Schwanken der Zimmertemperatur verursachen könnte.
Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt, indem der Umlauf zwischen dem Wärmeakkumulator und dem Heizkörpersystem und damit auch die Wärmeabgabe von den Heizkörpern im Gegensatz zum Verhalten bei üblichen Zentralheizanlagen nicht kontinuierlich, sondern in der erwähnten Weise intermittierend erfolgt. Die wärmeabgebenden Heizkörper im ganzen Hause werden somit vom Wärmespeicher aus periodenweise erwärmt, wenn der Wasserkreislauf zwischen dem Wärmespeicher und den Heizkörpern stattfindet, kühlen sich jedoch periodenweise in der Zwischenzeit ab, wenn der Kreislauf unterbrochen ist.
Hierbei ist die Länge der Heizperioden derart der augenblicklichen Temperatur des Wärmespeichers angepasst, dass bei höherer Wärmespeichertemperatur der Wasserkreislauf während kürzerer Perioden im Gang ist als bei tieferer Wärmespeichertemperatur, wobei die Länge der Umlaufperioden allmählich verlängert werden kann, bis die Heizkörper im Grenzfall durch kontinuierlichen Umlauf ununterbrochen warm gehalten werden. Innerhalb gewisser Grenzen kann die von den Heizkörpern pro Stunde durchschnittlich abgegebene Wärmemenge von der augenblicklichen Temperatur des Kessels oder Wärmespeichers unabhängig gemacht werden, und die Heizkörper können sogar im Durchschnitt eine grössere Wärmemenge pro Zeiteinheit bei niedrigerer Temperatur des Wärmespeichers oder Kessels abgeben als bei hoher.
Bei entsprechend grossem Wärmespeicher wird das Heizen des Kessels weitgehend vereinfacht, da dieses - ausser in Zeiten mit maximalem Wärmeverbrauch - in hohem Grad unabhängig von den Zeitperioden vorgenommen werden kann, in denen Wärme entnommen werden muss. Das Heizen kann auf den für den Heizer am günstigsten Zeitpunkt eines 24-Stunden-Tages verlegt werden, unabhängig davon, ob Wärme gerade zu diesem Zeitpunkt für Erwärmung benötigt wird, oder nicht, da etwaige überschusswärme im Akkumulator zur Anwendung in einem späteren Zeitpunkt, in dem die Wärme wirklich benötigt wird, automatisch gespeichert wird.
Weiterhin wird der Heizprozess weitgehend vereinfacht, da die einzige, an das Heizen zu stellende Forderung darin besteht, dass eine gewisse Wärmemenge pro 24-Stunden-Tag dem Heizkessel zugeführt wird, ohne dass jedoch gefordert wird, dass das Heizen dem augenblicklichen Wärmebedarf angepasst werden soll.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Heizkessel, einen Wärmespeicher sowie Verbindungsleitungen zwischen diesen gemäss der Erfindung, und Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform der Schaltung gemäss Fig. 1. In beiden Ausführungsformen ist der Wasserspeicher auf höherem Niveau als der Heizkessel angebracht.
Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Speicher auf einem beliebigen Niveau zum Kessel angebracht sein kann.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Ausführungsform gemäss Fig. 1, bei der ein Selbstumlauf im Heizkörperkreis verhindert werden kann.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen grösseren Wasserbehälter, z. B. aus Blech, der mit Wasser gefüllt und von einer wirksamen Wärmeisolierschicht 2, z. B. aus Mineralwolle, umgeben ist, die zweckmässig eine äussere Schutzschicht 3 aus geeignetem Material aufweist. 4 bezeichnet einen gewöhnlichen Heizkessel, der in üblicher Weise eine Feuerungsklappe 5, eine Aschenklappe 6, eine Zugklappe 7, einen Feuerungs- rost usw. besitzt. Dagegen braucht der Kessel nicht die sonst erforderlichen automatischen Zugregler, Shunt- vorrichtungen oder dergleichen aufzuweisen. Die Zugklappe 7 kann zweckmässig von Hand in feste Stellungen oder in während langer Zeitperioden unverändert beizubehaltende Stellungen eingestellt werden.
Der Wasserspeicher 1 enthält erheblich mehr Wasser als der Kessel 4 und ist auf höherem Niveau als dieser angeordnet, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Gegebenenfalls kann der Speicher 1 z. B. in einem Wohngeschoss angeordnet sein, wenn der Kessel im Keller gelegen ist, und der Speicher kann je nach dem vorhandenen Raum stehend oder liegend angeordnet sein.
Der Wasserraum des Heizkessels 4 ist mit dem grossen Wasserspeicher 1 durch eine ausgehende, gegebenenfalls mit einem Abschlusshahn 9 (oder Ventil) versehene Leitung 8 und mit einer, gegebenenfalls einen Abschlusshahn 26 (oder Ventil) aufweisenden Rückstromleitung 10 verbunden. Gemäss einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung wer-
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den die beiden Rohre 8 und 10 am Boden des Speichers 1 oder in unmittelbarer Nähe desselben angeschlossen, und die Rückströmleitung 10, die gegebenenfalls in der durch die gestrichelten Linien (10) in Fig. 1 dargestellten Weise verlaufen kann, mündet im Kessel 4 auf einem niedrigeren Niveau ein als die ausgehende Leitung B. Durch diese.
Anordnung erreicht man, dass erwärmtes Wasser vom Kessel 4 durch Selbstumlauf automatisch in den Speicher 1 übergeführt wird, während im Speicher 1 aufgesammeltes heisses Wasser nicht von selbst in den Kessel zurückströmen kann. Diese Ausbildung ist für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Systems von besonderer Bedeutung. Während der Zeiten, wo der Kessel 4 nicht geheizt wird, ist nämlich das erwärmte Wasser in diesem erheblichen Wärmeverlusten durch Wärmeabgabe an den Feuerungskanal und den Schornstein ausgesetzt, und diese Verluste sind in der Praxis nur sehr schwer wirksam zu verhindern, während warmes Wasser in dem gut isolierten Speicher 1 seine Temperatur wochenlang ohne weitere Wärmezufuhr auf einem hohen Wert halten kann.
Ausgeführte Versuche haben gezeigt, dass die Rohrverbindung 8, 10 gemäss Fig. 1 im gewissen Grad wie eine Art Rückschlagventil wirkt, das warmes Wasser ungehindert vom Kessel zum Speicher strömen lässt, jedoch nicht zulässt, dass heisses Wasser in entgegengesetzter Richtung bis zum Kessel strömt. Das heisse Wasser im Speicher 1 gemäss Fig. 1 wird dadurch von den sonst normalen Verlusten an das Schornsteinsystem befreit.
Es ist von Bedeutung, dass die Rohre 8 und 10 in die Wassermasse des Speichers 1 auf gleichem Höhenniveau eintreten. Dagegen ist es nicht notwendig, dass die beiden Rohre innen im Wasserspeicher auf gleichem Niveau enden. Das eine Rohr, z. B. das Rohr 8, kann also ohne Nachteil am obern Ende des Speichers enden, wenn gleichzeitig das Rohr 10 in der Nähe des Bodens endet, wie es durch gestrichelte Linien in Fig. 1 dargestellt ist. In sämtlichen Ausführungsformen muss vermieden werden, dass im Wärmespeicher gesammelte Wärme durch Selbstumlauf in den Heizkessel nach dessen Abkühlung zurückgeleitet werden kann. Mit der Schaltung nach Fig. 1 erhält man ein in dieser Hinsicht stabiles System.
Wird angenommen, dass die Rohre 8 und 10 sowie der Kessel kälter als der Speicher sind, dass jedoch das Rohr 10 kälter als das Rohr 8 ist, dann wird das Wasser im Rohr 10 schwerer als im Rohr 8, und es beginnt ein Selbstumlauf dadurch, dass das Wasser im Rohr 10 herabsinkt, wobei das Wasser im Rohr 8 nach oben steigt. Hierbei wird jedoch warmes Wasser in den Oberteil des Rohres 10 hereingesaugt, wobei die Wassersäule im Rohr 10 allmählich leichter wird und schnell das gleiche Gewicht wie im Rohr 8 erreicht. In diesem Zeitpunkt endet der Selbstumlauf, ohne dass hierbei warmes Wasser in den Kessel gelangt wäre.
Wird dagegen das Rohr 8 in den Wasserspeicher an dessen Oberteil oder überhaupt in einer gewissen Höhe oberhalb des Bodens eingeleitet, an der das Rohr 10 ausmündet, erkaltet der äussere Teil der Leitung 8 schnell infolge seiner geringen Wärmekapazität. Die Wassersäule im innern Teil des Rohres 8 wird dann schwerer als die auf gleicher Höhe befindliche Wassermasse in dem gut isolierten Speicher, wobei das Wasser im Rohr 8 nach abwärts zu strömen beginnt. Dabei wird warmes Wasser in den Oberteil des Rohres 8 gesaugt, und dieses Wasser kühlt sich seinerseits ab. Der auf .gleichem Niveau wie das Wasser im Speicher befindliche Teil des Rohres 8 wird stets kälter sein als das Wasser gleichen Niveaus im Speicher.
Dagegen erhält das Wasser in den unter dem Boden des Speichers befindlichen Teilen der Rohre 8 und 10 etwa die gleiche Temperatur und trägt nicht zum Selbstumlauf bei.
Der Heizkessel 4 und der Wärmespeicher 1 sind durch eine abgehende Leitung 11 und eine Haupt- rückströmleitung 12 mit dem Heizkörpersystem 13 des Gebäudes verbunden. Mittels der Dreiweghähne 14 und 15 kann die Verbindung dabei derart geregelt werden, dass der Speicher 1 allein oder der Kessel 4 allein oder der Speicher und der Kessel zusammen alternativ wirksam an die Hauptleitungen 11 und 12 angeschlossen werden können. Der Unilauf im Leitungsnetz wird zweckmässig durch eine elektrische- Umwälzpumpe 16 herbeigeführt, deren Betriebszeiten durch einen an einer geeigneten Stelle im Gebäude angebrachten Thermostaten 18 geregelt werden.
Der Thermostat kann auf verschiedene Zimmertemperaturen eingestellt werden und ist so ausgebildet, dass er einen elektrischen Stromkreis für die Pumpe 16 schliesst, wenn die wirkliche Zimmertemperatur mit einer gewissen Toleranz unterhalb die auf dem Thermostaten eingestellte Temperatur herabsinkt, während der elektrische Stromkreis unterbrochen wird, wenn die Zimmertemperatur mit einer gewissen Toleranz die eingestellte Zimmertemperatur überschreitet. Zu diesem Zweck steht der Thermostat mittels elektrischen Leitungen 19 und 20 mit dem Antriebsmotor der Umwälzpumpe derart in Verbindung, dass die Pumpe eingeschaltet wird, wenn der Thermostat den Stromkreis schliesst, während die Pumpe zum Stillstand kommt, wenn der Thermostat den Stromkreis unterbricht.
Gegebenenfalls kann der Thermostat mit einer Einstelluhr oder einem gewöhnlichen von Hand bedienten Schalter parallel geschaltet sein. Die Pumpe 16 kann auch derart angeordnet sein, dass sie bei Stillstand den freien Durchlauf des Wassers im Leitungssystem 11, 12 verhindert, damit sogenannter Selbstumlauf im Leitungsnetz aufhören soll, wenn die Pumpe 16 nicht im Betrieb ist. Der Selbstumlauf kann auch durch zweckmässige Ausbildung des Rohrsystems 11, 12 verhindert werden, wie im folgenden erklärt werden wird. Ein Umlauf in nennenswertem Grad erfolgt daher in den Hauptleitungen nur, wenn die Pumpe 16 im Betrieb ist, d. h. wenn der Thermostat 18 den elektrischen Stromkreis geschlossen hat, was dann geschieht, wenn die Zimmertemperatur mit
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einer gewissen Toleranz geringer als der am Thermostaten eingestellte Wert ist.
Der Dreiweghahn 14 kann alternativ an die vom Wärmespeicher 1 bzw. Kessel 4 abgehenden Leitungen 21, 22 angeschaltet werden, und der Dreiweghahn 15 kann in gleicher Weise alternativ an die Rückströmleitungen 23 und 24 geschaltet werden.
Der Speicher 1 enthält zweckmässig eine Warm- wasserbatte-rie 25 mit zugehörigen, in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlussleitungen. Der Heizkessel ist an ein nicht dargestelltes Expansionsgefäss angeschlossen.
Die Speicherung von Wärme im Speicher 1 geschieht dadurch, dass dem Speicher vom Kessel warmes Wasser zugeführt wird. Wenn später dem Speicher Wärme entnommen wird, sinkt dessen Temperatur. Das auszunützende Wärmespeichervermögen des Speichers in Kilogrammkalorien (kcal) ist rund gerechnet gleich dem Produkt der Wassermasse des Speichers in Kilogramm und des Temperaturabfalles in C, der bei maximal vorgesehener Wärmeentnahme des Speichers geduldet werden kann. Der Speicher soll in der Regel nicht auf eine höhere Temperatur als etwa 95 C aufgeladen und zweckmässig nicht auf eine niedrigere Temperatur als etwa 50 C bei Koksfeuerung und etwa 65 C bei Holzfeuerung entladen werden. Das ausgenutzte Speichervermögen z. B. eines 1000-Liter-Behälters wird dann etwa 45000 kcal im ersteren Falle und etwa 30000 kcal im letzteren Falle.
Das Wärmesystem gemäss Fig. 1 kann in vier verschiedenen Weisen geschaltet werden, die im folgendem mit A, B, C und D bezeichnet werden, wobei die Umschaltung zwischen D und C vollselbsttätig erfolgt, während die übrigen Schalteinstellungen in der Regel nur im Zusammenhang mit gerade erfolgender Heizung aktuell sind und dann zweckmässig von Hand vorgenommen werden.
A. Wenn durch Schliessen des Hahnes 9 (was zweckmässig von Hand im Zusammenhang mit dem Heizen erfolgt) der Speicher 1 von der wärmeaustauschenden Verbindung mit dem Kessel 4 abgeschaltet und die Dreiwegehähne 14, 15 so eingestellt werden, dass sie die Hauptleitungen 11 und 12 mit den Leitungen 22 bzw. 24 unter Ausschaltung der Leitungen 21, 23 in Verbindung setzen, kann der Wärmespeicher 1 als vom System völlig abgeschaltet angesehen werden. Der übrige Teil des Heizsystems besteht dann aus einer üblichen Zentralheizanlage, die aus dem Kessel 4, dem Heizkörperleitungssystem 13, 22, 24 und der Umwälzpumpe 16 zusammengesetzt wird, jedoch mit dem Unterschied, dass die letztgenannte mittels eines Thermostaten einschaltbar ist.
Diese Schaltung A ist zweckmässig, wenn die Heizkörper von Anfang an schnell erwärmt werden sollen, da der grosse Wasserspeicher dann anfangs nicht erwärmt zu werden braucht. Das Heizsystem gemäss der Erfindung kann bei dieser Schaltung ebenso schnell wie gewöhnliche Heizanlagen ohne Speicher aufgeheizt werden. B.
Wenn man darauf den Hahn 9 öffnet (der Hahn 26 soll normal offen sein), jedoch die Einstellung der Dreiwegehähne 14 und 15 beibehält, arbeitet das Heizsystem weiterhin als ein thermostatge- steuertes Pumpenumlaufsystem, in dem das Heiz- medium mittels der Pumpe 16 unmittelbar vom Heizkessel an die Heizkörper geliefert wird, jedoch mit dem Unterschied, dass ein Teil der Wärme vom Kessel nach aufwärts strömt und im Speicher sich sammelt (die L7berschusswärme wird in erster Linie während der Zeitperioden erzeugt, während deren der Thermostat den Umlauf unterbricht).
Solange der Heizkessel geheizt wird, arbeitet das Heizsystem am zweckmässigsten mit dieser Schaltung. Der Unterschied gegenüber einem gewöhnlichen Heizsystem besteht ausser in der Thermostatregelung darin, dass der Kessel aufgeheizt werden kann, ohne dass man an eine Regelung des Zuges je nach dem Wärmebedarf des Gebäudes zu denken braucht. Die im Kessel gegebenenfalls erzeugte Überschusswärme wird nämlich automatisch vom Speicher 1 aufgenommen und kann keine überhitzung des Kessels verursachen. Die Heizarbeit wird hierdurch erheblich vereinfacht. Diese Art des Umlaufes beim erläuterten System gemäss der Erfindung kann so lange angewandt werden, wie der Speicher sich unter Aufladung befindet.
Während strenger Winterperioden mit gro- ssem Wärmeverbrauch im Heizsystem und kontinuierlicher Heizung Tag und Nacht kann das System mit dieser Schaltung während des gesamten 24-Stunden- Tages arbeiten.
Während des grösseren Teils der Heizsaison braucht jedoch der Heizkessel nicht Tag und Nacht, sondern nur periodenweise geheizt zu werden, wobei der Kessel in der Zwischenzeit ausser Betrieb gesetzt werden kann. Solange das Heizen erfolgt, ist das System gemäss Schaltung B geschaltet. Wenn das Heizen aufhört, beginnt der Kessel sich abzukühlen, und zwar in erster Linie dadurch, dass Wärme durch den Umlauf mittels der Pumpe weiterhin zum Heizkör- persystem vom Kessel aus gefördert wird (dagegen bis auf weiteres nicht vom Speicher 1).
C. Nachdem die Abkühlung so weit fortgeschritten ist, dass der Hauptteil der im Kessel 4 befindlichen Wärme wegtransportiert und zur Erwärmung der Wohnungen ausgenutzt worden ist, werden die Dreiwegehähne 14 und 15 zweckmässig selbsttätig in ihre andere Grenzstellung umgestellt, wobei die Hauptleitungen 11, 12 nun mit den Leitungen 21 bzw. 23 in Verbindung gesetzt und die Leitungen 22 und 24 abgeschaltet werden. Durch den weiterhin erfolgenden, vom Thermostaten gesteuerten Umlauf wird das Heizkörpersystem 13 jetzt ausschliesslich von dem im Speicher gesammelten Warmwasser für die Erwärmung der Wohnung gespeist.
Durch aufeinanderfolgende Anwendung der Schaltungen B und C wird zunächst der Kessel 4 und darauf der Wärmespeicher 1 zur Heizung benützt, wodurch die im Kessel erzeugte Wärme so vollstän-
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dig wie möglich für Erwärmungszwecke ausgenutzt wird.
D. Das Heizsystem gemäss Fig. 1 kann in einer weiteren Weise geschaltet werden, die während derjenigen langen Zeit des Jahres von wesentlicher Bedeutung ist, in der der Heizkessel intermittent geheizt wird. Wenn eine Periode mit der Schaltung C beendet ist (z. B. nach Erwärmung des Heizkörpersystems während der Nacht), soll der Kessel einmal Nährend des 24-Stunden-Tages wieder geheizt werden, um dem System eine neue Wärmemenge zuzuführen. Der Speicher soll dann gemäss dem Vorhergesagten eine niedrigste Temperatur von etwa 50 C bei Koksfeuerung und von etwa 65 C bei Holzfeuerung besitzen, während der Kessel auf die Temperatur der Umgebung sich abgekühlt hat.
Bei gewöhnlichen Heizsystemen muss der Kessel nach dem Erkalten vom kalten Zustand wieder aufgeheizt werden; hierbei entstehen Korrosionsangriffe, wenn die schwefelhaltigen und feuchten Rauchgase auf den kalten Kesselwänden kondensieren. Eine derartige schädliche Kondensation, die die Lebensdauer des Kessels ungünstig beeinflusst, erfolgt bei Temperaturen unter etwa 45 C bei Koksfeuerung und unter etwa 60-65 C bei Holzfeuerung.
Beim System gemäss Fig. 1 können diese Korrosionsangriffe völlig oder im wesentlichen vermieden werden. Beim Aufheizen braucht man zu diesem Zweck nur den Hahn 26 zu schliessen, während der Hahn 9 offen gehalten und der Hahn 15 zur Verbindung der Leitungen 12 und 24 miteinander unter Abschaltung der Leitung 23 umgestellt wird. Weiterhin wird die Pumpe 16 während einiger weniger Minuten eingeschaltet. Noch vorhandenes Warmwasser vom obern Ende des Speichers 1 spült dann den Kessel mit Wasser von mindestens 50 bzw. 65 C durch und füllt den Heizkessel, wenn die Leitung 10 in der mit gestrichelten Linien (10) angedeuteten Weise ausgeführt ist. Die Voraussetzungen für Korrosionsangriffe werden dadurch beseitigt, und gleichzeitig wird das Aufheizen infolge des durch die höhere Kesseltemperatur verbesserten Zuges erleichtert.
Die Umstellung der Dreiwegehahnen 14 und 15 von der Schaltungslage B in die Lage C kann gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in einfacher Weise selbsttätig erfolgen.
Die in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Ausführungsform kann in verschiedener Weise im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. Fi.g. 2 zeigt beispielsweise eine Schaltung, bei der nur ein Dreiweghahn für die Umstellung zwischen den Schaltstellungen B und C erforderlich ist. Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass die besondere Rückführ- leitung 23 zum Wärmespeicher 1 gemäss Fig. 1 in Fortfall kommt und durch eine Rückströmleitung 10' ersetzt worden ist und dass auch der Dreiweghahn 15 in Fortfall kommt.
In der Schaltungslage B tritt dadurch gemäss Fig. 2 keine Änderung im Verhältnis zum Strömungsverlauf gemäss Fig. 1 ein, doch ändern sich die Verhältnisse in Stellung C ein wenig. Nach Beendigung des Heizens im Kessel wird dessen Wärmeinhalt wie früher durch das Heizkörpersystem entleert, so dass das Wasser im Kessel sich abkühlt. In Abhängigkeit davon wird der Dreiweghahn 14 dabei allmählich in die Lage gemäss Schaltung C gebracht, in der er nur die Leitungen 21 und 11 miteinander verbindet.
Warmwasser wird darauf in den Heizkörperkreis vom obern Ende des Wärmespeichers gespeist, und das Rückströmwasser von den Heizkörpern kehrt zum Boden des Wärmespeichers über die Leitungen 12, 24, 10' und 10 zurück, worauf neues Warmwasser durch die Leitung 21 abströmt. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 kann jedoch das Rückströmwasser von den Heizkörpern gemäss Fig. 2 theoretisch auch über den Heizkessel zum Wärmespeicher zurückkehren, und zwar über die Leitungen 12, 24, 25, 8, was offenbar bedeutet, dass warmes Wasser vom Speicher allmählich dem kälteren Kessel zugeführt werden würde und dort ohne Nutzen abgehen könnte, wenn der Heizkörperumlauf nicht im Betrieb ist.
In der Praxis entsteht jedoch die überraschende Wirkung, dass das Rückströmwasser bei geeigneter Bemessung der Leitungen stets den erstgenannten Weg 12, 24, 10', 10 nimmt, was darauf zurückzuführen sein dürfte, dass das am Ende des Vorganges B abgekühlte Kesselwasser sich auf einem niedrigeren Niveau befindet als das warme Wasser im Speicher 1 und dabei zufolge seiner grösseren Schwere am Aufwärtsströmen durch die Leitung 8 gehindert wird. Auch die Vorrichtung gemäss Fi.g. 2 erfüllt daher die Bedingung, dass Wärme bei normalem Betrieb im wesentlichen nur in der Richtung vom Kessel zum Wärmespeicher, jedoch nicht in entgegengesetzter Richtung automatisch übergeführt wird.
Wenn man von dem Wunsch, zu Heizzwecken die im Kessel erzeugte Wärme völlig auszunutzen etwas absieht, können im Rahmen der Erfindung gewisse Vereinfachungen der Schaltungen nach Fig. 1 und 2 durchgeführt werden. Man kann z. B. die beiden Dreiweghahnen 14, 15 sowie die Leitungen 22 und 24 weglassen, und der Wärmespeicher kann mit dem Kessel nur durch zwei Leitungen in gleicher Weise wie durch die in Fig. 1 dargestellten Leitungen 8 und 10 verbunden werden. Irgendwelche weiteren Leitungen brauchen nicht vom Kessel abzugehen, doch kann man, falls erwünscht, Umgehungsleitungen 8a und 10a anordnen, die eine Umgehung des Speichers ermöglichen, wenn die Zimmer schnell erwärmt werden sollen.
Die Wärmeabgabe vom Heizkörpersystem wird wie früher durch die thermostatgeregelte Umwälzpumpe 16 geregelt, die das Warmwasser vom Speicher in von der Zimmertemperatur und der Speichertemperatur abhängigen Mengen derart liefert, dass die Zimmertemperatur auf einem durch den Thermostaten bestimmten Wert gehalten wird.
Gemäss einer weiteren Vereinfachung kann bei geeigneten örtlichen Verhältnissen auch die
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Pumpe in Fortfall kommen und die intermittierende Lieferung des Warmwassers vom Speicher durch Selbstumlauf erfolgen, der mittels eines durch den Thermostaten geschlossenen bzw. geöffneten, elektromagnetisch oder in anderer Weise betätigten, in einer der Hauptleitungen vom Speicher zum Heizkörpersystem eingeschalteten Ventils unterbrochen bzw. in Betrieb gesetzt wird.
Der Nachteil der Vorrichtung gemäss der eben vorgeschlagenen Abänderung im Vergleich mit der früher beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass ein grösserer Teil der im Heizkessel nach Aufladung des Speichers noch vorhandenen Wärme über den Schornstein verlorengeht, bevor die Wärme zu nützlicher Erwärmung ausgenutzt werden kann. Diesem Nachteil kann man jedoch zumindest teilweise dadurch entgegenwirken, dass an den Heizkessel eine kleinere Heizkörperfläche 13a (Fig. 2) angeschlossen wird, die mittels Selbstumlauf die noch vorhandene Wärme an die Zimmer liefert.
Diese Lieferung erfolgt jedoch auch, wenn der Umlauf im übrigen Teil des Heizkörpersystems aufgehört hat, so dass die Temperatur dieses Teils nicht in Abhängigkeit vom Thermostaten in gleicher Weise wie das übrige Heizkörpersystem geregelt werden kann.
Dieser Nachteil kann auch dadurch beseitigt werden, dass der Kessel mit möglichst geringer Wärmekapazität ausgeführt wird, so dass die Wärmeverluste auch dadurch herabgesetzt werden können.
Eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der jedoch im Gegensatz zu den Vorrichtungen gemäss Fig. 1 und 2 der Wasserspeicher nicht auf einem höheren Niveau als der Heizkessel angeordnet zu werden braucht. Gemäss dieser Ausführungsform kann der Wärmespeicher 31, 32, 33 deshalb auf einem beliebigen Niveau, z. B. niedriger als der Heizkessel 34, 35, 36; 37, angeordnet sein. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 3 wird das Warmwasser vom Heizkessel 34 zum Speicher 31 mittels einer thermostatgesteuerten Pumpe, vorzugsweise der den Umlauf nach den Heizkörpern 43 besorgenden Pumpe 46, gefördert.
Hierbei tritt die Schwierigkeit auf, dass eine solche Pumpe einerseits immer in Betrieb sein muss, wenn das Heizen des Kessels erfolgt (damit keine überhitzung des Kessels eintreten kann), während anderseits der Umlauf zu den Heizkörpern gemäss einem der Grundprinzipe der Erfindung zwecks Regelung der Zimmertemperatur zeitweise unterbrochen sein soll. Der Widerspruch zwischen diesen Forderungen ist durch eine besondere Schaltung zwischen Kessel, Speicher und Heizkörpersystem gemäss Fig.3 gelöst worden und auch dadurch, dass man ein automatisch einstellbares Dreiwegorgan 44 anwendet, das abwechselnd die abgehende Pumpenleitung 41 mit der Leitung 47 bzw. 49 verbindet.
Der Schaltungskreis enthält gegebenenfalls ein weiteres Dreiweh organ 45, das von einer nur die Leitungen 42 und 50 verbindenden Stellung in eine nur die Leitungen 42 und 48 verbindende Stellung umgeschaltet wer- den kann. Auch die Schaltungslagen gemäss Fig. 3 unterscheiden sich teilweise von den Schaltungslagen gemäss Fig. 1 und 2.
In der ersten Stellung E sind die Dreiwegorgane 44 und 45 derart eingestellt, dass sie nur die Leitungen 41 und 49 bzw. 42 und 50 miteinander verbinden. Das im Kessel erzeugte Warmwasser wird dann durch die Umwälzpumpe 46 dazu gebracht, ausschliesslich durch den Heizkörperkreis, jedoch nicht durch den Wärmespeicher 31 zu strömen. Unter Einwirkung der hierdurch erwärmten Heizkörper 43 steigt die Zimmertemperatur, bis sie beginnt, die am Thermostat 51 eingestellte Temperatur zu überschreiten.
Der in diesem Fall auch für eine elektromagnetische Betätigung des Dreiwegorgans 44 ausgebildete Thermostat stellt dabei dieses Organ in dessen andere Stellung um, in der nur die Leitungen 41 und 47 miteinander verbunden werden, während die Stellung des Dreiwegorgans 45 bis auf weiteres unverändert bleibt. In dieser, als die Lage F bezeichneten Schaltungslage, wird das im Kessel erzeugte Warmwasser ausschliesslich dem Speicher 31 zugeführt. Unterdessen kühlen sich die Heizkörper allmählich ab, und die Zimmertemperatur sinkt unter den auf dem Thermostaten eingestellten Wert, wobei dieser das Dreiwegorgan 44 in die ursprüngliche Schaltstellung E zurückführt usw.
Hieraus geht hervor, dass das von der Zimmertemperatur elektromagnetisch gesteuerte Dreiwegorgan 44 während des Heizens des Kessels das erzeugte Warmwasser abwechselnd nach dem Heizkörperkreis und dem Wärmespeicher fördert. Man kann dies auch so ausdrücken, dass die zur Aufrechterhaltung der am Thermostaten 51 eingestellten Zimmertemperatur nicht erforderliche überschusswärme insgesamt zum Wärmespeicher 31 geleitet wird, solange die Schaltstellungen E und F angewandt werden.
Wenn der Heizkessel nicht kontinuierlich geheizt wird, sondern das Heizen aufhört, wird der Kessel allmählich zum grössten Teil seines Wärmegehaltes entleert, d. h. er kühlt sich ab. Eine von der Kesselwassertemperatur beeinflusste Auslösevorrich- tung löst dabei bei einer bestimmten Temperatur das z. B. von einer Feder beeinflusste Dreiwegorgan 45 aus, das hierbei in dessen andere Lage gelangt und dann nur die Leitungen 48 und 42 miteinander verbindet.
Das Organ 44 wird dagegen wie früher weiterhin vom Thermostaten 51 geregelt, so dass dieser das Wasser durch die Leitungen 41 und 49 zu den Heizkörpern fördert, wenn die Zimmertemperatur niedriger als der auf dem Thermostaten eingestellte Wert ist (Schaltung EI) und das Wasser durch die Leitungen 41, 47, 48 und 42 im Kreise herumführt, wenn die Zimmertemperatur höher als dieser Wert ist (Schaltlage FI). Es geht hieraus hervor, dass die Heizkörper nur im ersteren, jedoch nicht im letzteren Fall Warmwasser vom Speicher erhalten, was seinerseits bedeutet, dass die Zimmertemperatur so lange auf dem am Thermostaten eingestellten Wert automatisch gehalten wird, wie die Temperatur im
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Speicher ausreichend hoch ist.
Auch die Vorrichtung gemäss Fig.3 liefert daher unabhängig davon, ob geheizt wird oder nicht, automatisch die der am Thermostaten eingestellten Temperatur entsprechende Zimmertemperatur, und gleichzeitig werden sämtliche übrigen, früher im Anschluss an die Vorrichtung der Fig. 1 beschriebenen Vorteile erreicht. Die zur selbsttätigen Umstellung der Wasserströmung erforderlichen Hahnen oder Ventile sind jedoch bei der Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 einfacher als bei der gemäss Fig. 3.
Die Vorrichtung gemäss Fig.3 ist nur als ein Beispiel mehrerer andern im Rahmen des Hauptprinzips der Erfindung möglichen Ausführungsformen angeführt worden. Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung besitzt jedoch weiterhin die Eigenschaft, dass die Pumpe 46, die Dreiweghahnen 44, 45 sowie die dazwischengeschalteten Leitungen als eine einzige konzentrierte Einheit ausgeführt werden können, die zweckmässig in der Fabrik hergestellt und an Ort und Stelle als fertige Einheit eingebaut werden kann. Diese Einheit besitzt auch die wichtige Eigenschaft, dass sie das Warmwasser durch das Heizkörpersystem in der gleichen Richtung pumpt, unabhängig davon, ob dieses Wasser vom Kessel oder vom Speicher geliefert wird.
Für den Betrieb des beschriebenen Heizsystems ist es von Bedeutung, dass kein Selbstumlauf im Kreis: Kessel-Rohre-Heizkörper dann auftritt, wenn die Umwälzpumpe stillsteht. Bei in üblicher Weise ausgeführten Rohrsystemen ist es jedoch schwierig, zumindest einem gewissen derartigen Selbstumlauf vorzubeugen, wenn der Heizkessel in einem Geschoss niedriger als der Heizkörper installiert ist.
Gemäss einer in Fig.4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann ein schädlicher Selbstumlauf dadurch verhindert werden, dass bei Pumpenumlauf die abgehende Leitung 22 vom Kessel von dessen unterem Teil ausgeht, während die eintretende Leitung 24 am obern Teil des Kessels, d. h. umgekehrt zu den üblichen Ausführungen, einmündet. Im vorliegenden Fall bringt diese Änderung keine Nachteile mit sich. Die abgehende Leitung 22 besitzt ein Ventil 17, das nur eine Strömung in der Richtung des Pfeils zulässt. Das Ventil hindert daher nicht einen Umlauf in der von der Pumpe bestimmten Richtung.
Nachdem die Pumpe zum Stillstand gebracht worden ist, hat erwärmtes Wasser das Bestreben, vom Kessel durch das Rohr 24 aufwärts zu steigen, wobei ein etwaiger Selbstumlauf durch das Heizkörpersystem voraussetzt, dass das abgekühlte Wasser durch das Rohr 22 zum Kessel zurückströmen kann. Dieses zurückströmende Wasser wird jedoch vom Ventil 17 gesperrt, so dass Selbstumlauf im gesamten Heizkörpersystem verhindert wird.
Bei der Schaltung gemäss Fig. 2 eignet sich der gegenseitige Austausch der abgehenden und eintretenden Leitungen gemäss Fig.4 nicht. Ein nicht erwünschter Selbstumlauf kann jedoch in diesem Fall mittels eines Ventils verhindert werden, das bei dem stärkeren, beim Pumpenumlauf erzeugten Leitungsdruck, jedoch nicht bei dem schwachen, bei Selbstumlauf herrschenden Druck sich öffnet. Ein solches Ventil kann z. B. als eine Kugel ausgebildet werden, die abdichtend in einem Ventilsitz ruht und deren Gewicht überwunden werden muss, wenn das Umlaufmedium an der Kugel vorbeiströmen können soll.
Die Dreiwegorgane 14 und 15 gemäss Fig. 1 und 2 sowie 45 gemäss Fig. 3 können noch einfacher als das Organ 44 gemäss Fig. 3 betätigt werden, das abwechselnd von der einen Aussenstellung auf die andere und zurück eine unbegrenzte Anzahl Male umgestellt werden können soll. Die Organe 14, 15 und 45, z. B. Ventile, brauchen nur einmal magnetisch umgestellt zu werden, und zwar aus der Lage 22-11 und 12-24 in die Lage 21-11 und 12-23 gemäss Fig. 1 und 2 sowie aus 50-42 in 48-42 gemäss Fig. 3.
Die Dreim=egorgane 14 und 15 in Fig. 1, 14 in Fig. 2 und 45 in Fig. 3- können mit Vorteil auch rein mechanisch ohne elektromagnetische Betätigung umgestellt werden. Die Umstellung sämtlicher dieser Organe soll nämlich ein einziges Mal erfolgen, wenn der Heizkessel seines Wärmeinhaltes im wesentlichen entleert ist, d. h. wenn die Temperatur des Heizkessels auf einen bestimmten geringsten Wert gesunken ist. Eine Sperre, die z. B. durch ein von der Kesseltemperatur abhängiges Ausdehnungsorgan gesteuert wird, kann nach Herabsinken der Temperatur auf einen gewissen Wert in bekannter Weise z.
B. eine Feder oder ein Gewicht freigeben, die bzw. das die Organe 14, 15 bzw. 45 von der einen Aussenlage in die andere umstellt.
Obwohl das gemäss der Erfindung vorgeschlagene System in erster Linie für Einfamilienhäuser bestimmt ist, kann es natürlich auch mit Vorteil in Häusern mit mehreren Wohnungen angewandt werden. Wenn dabei für das ganze Haus eine gemeinsame Umwälzpumpe mit zugehörigem Regler angeordnet ist, müssen sämtliche Wohnungen sich der Wärmeregelung anpassen, die von dem in einem Zimmer des Hauses angebrachten Thermostaten angegeben wird. Auch in diesem Fall kann man jedoch individuelle Thermostatregelung für jede einzelne Wohnung erhalten, wenn für jede Wohnung des Hauses eine in das Leitungssystem eingeschaltete, besondere Umwälzpumpe mit zugehöriger Thermo- statpumpe vorhanden ist.
Dagegen können die Hauptelemente der Anlage, und zwar der Heizkessel und der Wärmespeicher, für sämtliche Wohnungen des Hauses gemeinsam sein.
In einigen Fällen kann es auch zweckmässig sein, dass nur der Heizkessel mit zugehörigen Vorrichtungen (Schornstein, Sicherheitsvorrichtungen usw.) für zwei oder mehrere Wohnungen gemeinsam ist, während für jede einzelne Wohnung ein besonderer, mittels der Umwälzpumpe und dem zugehörigen Thermostaten diese Wohnung speisender Wärmespeicher angeordnet ist. Die verschiedenen Wärmespeicher
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werden ihrerseits durch den gemeinsamen Heizkessel aufgeladen, was zweckmässig durch eine zur gemeinsamen Anlage gehörende Umwälzpumpe erfolgt.
Diese Vorrichtung kann beispielsweise bei gewissen Eigenheimsiedelungen angewendet werden, in denen zwei oder mehrere Villen mittels einer einzigen Kesselanlage erwärmt werden können. Durch das System wird dabei ermöglicht, dass jede einzelne Villa ihren Wärmebedarf völlig unabhängig von den andern regeln kann. Das obengenannte Beispiel kann in verschiedener Weise abgeändert werden, da viele Kombinationen gemäss dem Hauptgedanken -der Erfindung für mehrere, an den gleichen Heizkessel angeschlossene Wohnungen denkbar sind.
Das System mit je einem Speicher für jede Wohnung ermöglicht auch eine absolute Wärmemessung für die verschiedenen Wohnungen. Jeder einzelne Wärmespeicher kann zu diesem Zweck mit einem mittels eines Thermostaten geregelten Abzapfhahn versehen sein, der sich bei einer bestimmten eingestellten Temperatur öffnet, z. B. wenn die Wassertemperatur am Speicherboden auf 50 C herabgesunken ist. Hierbei wird von dem zentralen Heizkessel wärmeres Wasser dem Speicher zugeführt. Wenn das zugeführte wärmere Wasser mittels z. B. Thermostatregelung auf einer konstanten höheren Temperatur, z.
B. -i-90 C, gehalten wird und die dem Wärmespeicher zugeführte Wassermenge mittels eines gewöhnlichen Wassermessers gemessen wird, erhält man den Wärmeverbrauch für die betreffende Wohnung für sowohl Heizung wie Warmwasserberei- tung durch Multiplikation der dem Wasserspeicher zugeführten Wassermenge mit dem konstanten Temperaturabfall, im angegebenen Beispiel also 90-50 = 40 C.
Gemäss einer weiteren Vereinfachung der Mess- vorrichtung, die von besonderer Bedeutung ist, wenn der gemeinsame Heizkessel nicht gut mit Thermostatregelung ausgerüstet werden kann, können die verschiedenen getrennten Wärmespeicher mit heissem Wasser wechselnder Temperatur gespeist werden. In einzelnen Fällen tritt hierbei offenbar ein, dass der Wärmespeicher in einer Wohnung beim Öffnen des Bodenventils mit heisserem Wasser als ein anderer Wärmespeicher und daher mit einer grösseren Wärmemenge gespeist wird. Während längerer Zeitperioden, z. B. einer Heizsaison, wird jedoch die Einwirkung von derartigen zufälligen Verschiedenheiten wieder ausgeglichen, weshalb das System für die richtige Verteilung der gesamten Wärmekosten auf die einzelnen Wohnungen angewandt werden kann.