Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen von Gebrauchs- und Heizungswasser durch Son nenenergie und anschliessenden Fertigaufheizen des Ge brauchs- und Heizungswassers in einer konventionellen
Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage sowie eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bereits bekannt, die Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln oder Sonnenelemente an eine Wärmepumpe anzuschliessen und damit die Sonnenenergie direkt zu Heizzwecken zu verwenden. Ein Nachteil besteht hierbei in der starken Abhängigkeit der Anlage von der direkten Sonnen einstrahlung, wobei nur ein Stossbetrieb möglich ist.
Bei der Anordnung von Heizanlagen mittels Sonnenenergie, beispielsweise für die Raumheizung, ist es auch üblich, sowohl mit verschiedenen Wärmespeichern, wie Kieselsteinspeicher, Salzspeicher, als auch mit Warmwasserspeicher zu arbeiten. Die bekannten Sonnenenergie-Wärmespeicher gewährleisten jedoch keine genügend gleichmässige Wärmeabgabe, so dass Störungen nicht zu vermeiden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, sowohl ein Verfahren, als auch eine Vorrichtung zur Durchführung desselben zu schaffen, welche die Nachteile des Bekannten nicht aufweisen. Die Sonnenenergie ist dabei in Kombination mit einer konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage so auszunützen, dass ein ausgeglichener Betrieb der Anlage bei maximaler und minimaler Intensität der Sonneneinstrahlung gewährleistet und ein Anschluss an jede beliebige Standard-Warmwasserheizung möglich ist.
Das zur Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) in mindestens einem Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) wird ein Kreislaufmedium (2) durch Sonnenelemente (1) je nach Strahlungsintensität der Sonnenstrahlen auf eine entsprechende Temperatur erwärmt; b) nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur wird über einen Temperaturfühler (T2) und ein Steuerrelais (6) ein Dreiwegeventil (4) geöffnet, und der Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) wird an einen in einem Wasser enthaltenden Wärmespeicherbehälter (7) befindlichen Wärmeaustauscher (8) angeschlossen; c) das vorgewärmte Kreislaufmedium (2) im Wärmeaustauscher (8) gibt die von ihm gespeicherte Wärmeenergie an das im Wärmespeicherbehälter (7) befindliche Heizungswasser und an das den Wärmespeicherbehälter (7) durchströmende Gebrauchswasser ab;
d) das vorgewärmte Gebrauchswasser wird über eine Ubertragungsleitung (f) in die konventionelle Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) geleitet; e) nach Absinken der Temperatur des durch die Sonnenenergie vorgewärmten Kreislaufmediums (2) im Wärmeaustauscher (8) auf einen vorbestimmten Wert wird zwischen dem Wärmeaustauscher (8) und dem Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) die Zufuhr von weiterem Kreislaufmedium (2) durch Schliessen des Dreiwegeventils (4) unterbrochen, so dass das Kreislaufmedium (2) im Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) wieder aufgeheizt wird;
f) bei Erreichen einer Übererwärmung des im Wärmespeicherbehälter (7) befindlichen Wassers gegenüber dem in der Rücklaufleitung (k) der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) befindliche Heizungswasser wird durch eine Differenzthermostaten-Steuerung (T4, T5) ein weiteres Dreiwegeventil (11) in der Rücklaufleitung (k) geöffnet, so dass das kühlere Heizungswasser aus der Rücklaufleitung (k) über eine Rückleitung (h) dem unteren Teil des Wärmespeicherbehälters (7) zugeführt wird, und gleich- zeitig das im Wärmespeicherbehälter (7) befindli che wärmere Wasser über eine Ausgleichsleitung (g) in die
Rücklaufleitung (k) zu einem Mischventil (14) der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) zugelei tet wird;
g) bei Absinken der Temperatur des im Wärmespeicherbehälter (7) befindlichen Wassers gegenüber dem Heizungswasser der Rücklaufleitung (k) auf einen vorbestimmten Wert wird durch die Differenzthermostaten (T4, T5) das weitere Dreiwegeventil (11) in der Rücklaufleitung (k) geschlossen und die weitere Zufuhr von abgekühltem Heizungswasser aus der Rücklaufleitung (k) über die Rückleitung (h) in den Wärmespeicherbehälter (7) und gleichzeitig die Zufuhr des Wassers des Wärmespeicherbehälters (7) über die Ausgleichsleitung (g) in die Rücklaufleitung (k) unterbrochen.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch den intermittierenden Aufnahme-Abgabe-Be trieb zwischen dem Kurzschlusskreislauf und dem Wärmeaustauscherkreislauf einerseits und einen über die Ausgleichsleitung bzw. Rückleitung intermittierend gesteuerten Betrieb zwischen der Rücklaufleitung der konventionellen Heizund Warmwasserversorungsanlage und dem dazwischen geschalteten Wärmespeicherbehälter anderseits eine konstante Temperatur des Gebrauchs- und Heizungswassers gewährleistet wird. Dazu kommt noch die Vorwärmung des kalten Gebrauchswassers im Wärmespeicherbehälter, so dass die Heizkosten in der konventionellen Heizanlage durch Fremdwärme, beispielsweise Ö1, Elektrizität, Gas oder Kohle, wesentlich herabgesetzt werden können.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sonnenelementen mit einem oder mehreren Flüssigkeitskreisläufen verbunden ist und jeder Flüssigkeitskreislauf aus einem Kurzschluss- und einem Wärmeaustauscherkreislauf gebildet ist, wobei ein Teil des Wärmeaustauscherkreislaufes zusammen mit einer Gebrauchswasser-Zusatzaufwärmeeinrichtung in einem Wärmespeicherbehälter angeordnet ist, und in dem Kurzschlusskreislauf zwei Thermostaten, ein Steuerelement und eine Umwälzpumpe angeordnet sowie ein mit dem Kurzschlusskreislauf verbundenes Expansionsgefäss vorgesehen sind,
und dass für beide Kreisläufe ein gemeinsames Dreiwegeventil angeordnet ist sowie weiterhin zwischen dem mit einem Thermostaten versehenen Wärmespeicherbehälter und einer konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage eine Übertragungsleitung für das Gebrauchswasser sowie zwischen dem Wärmespeicherbehälter und der Rücklaufleitung der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage eine Ausgleichsleitung und eine Rückleitung angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Steuerung der Ausgleichsleitung bzw. der Rückleitung zwischen dem Wärmespeicherbehälter und der Rücklaufleitung der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage ein oder mehrere Differenzthermostaten sowie ein Dreiwegeventil mit einem Steuerelement angeordnet sind. Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung, welche in einem Zusatzwärmespeicheraggregat integriert ist, und die an jede beliebige konventionelle standardisierte Heiz- und Warmwasserversorgungsan lage angeschlossen werden kann, wird eine einfache Montage, Wartung und ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, dass durch den Anschluss einer beliebigen Anzahl von Sonnenelementen und mehrerer Kurzschluss- und Wärmeaustauscherkreisläufe entsprechend dem Bedarf und dem Verwendungszweck die Grösse des Zusatzwärmespeicheraggregats baukastenartig und dem jeweiligen Wärmebedarf entsprechend der zur Verfügung stehenden Intensität der Sonneneinstrahlung gewählt werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes schematisch dargestellt, wobei diese ein Prinzipschema einer erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt.
Uemäss der Darstellung wird in einem durch Sonnenenergie betriebenen Zusatzwärmespeicheraggregat A, welcher an eine konventionelle Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage B angeschlossen ist, ein Kreislaufmedium 2, vorzugsweise ein Wasserfrostschutzgemisch, vorgewärmt. Das Kreislaufmedium 2 wird durch Sonnenelemente 1, welche während der Sonneneinstrahlung mittels eines Thermostaten T1 eingeschaltet werden, aufgeheizt und über Verbindungsleitungen a, b im Kurzschlusskreislauf a, b, 1, 3, 4 unter Verwendung einer Umwälzpumpe 3 zirkuliert. Ein Expansionsgefäss ist mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet. Mittels eines Temperaturfühlers T2 und einem eines Relais 6 kann der Kuzrschlusskreislauf über ein Dreiwegeventil 4 über die Verbindungsleitungen c, d an einen Wärmeaustauscher 8 angeschlossen werden.
Wasser, das sich in einem Wärmespeicherbehälter 7 befindet, wird über den Wärmeaustauscher 8 aufgewärmt. Im Wärmespeicherbehälter 7 befindet sich zusätzlich eine Gebrauchswasser-Zusatzaufwärmeeinrichtung 9, in welcher das über eine Kaltwasserleitung e zugeführte Gebrauchswasser vorgewärmt wird, um dann über eine Übertragungsleitung f in eine Gebrauchswasser-Aufheizeinrichtung 10 der konventionellen Warmwasserversorgungsanlage B zugeleitet zu werden. Das auf die gewünschte Temperatur aufgeheizte Gebrauchswasser gelangt entsprechend dem Bedarf an die einzelnen Warmwasserverbraucher 17. Ein Thermostat T3 dient zum Ausschalten des Wärmeaustauscherkreislaufs.
Die konventionelle Heizwasserversorgungsanlage B arbeitet mit üblichem Zwangsumlauf mit einer in einer Vorlaufleitung i angeordneten Umwälzpumpe 15, wobei das Heizungswasser über ein Mischventil 14 zu den einzelnen Heizkörpern 16 geleitet wird, um über eine Rückleitung k, in welche das Zusatzwärmespeicheraggregat A zwischengeschaltet ist, wieder zurück zum Mischventil 14 zu gelangen. Im Zusatzwärmespeicheraggregat A ist die Rücklaufleitung k über ein Dreiwegeventil 11 und eine Ausgleichsleitung g mit der zugehörigen Rückleitung h mit dem Wärmespeicherbehälter 7 verbunden Die intermittierende Steuerung erfolgt durch Differenzthermostaten T4, T5 über ein Relais 12.
Beim Betrieb des Zusatzwärmespeicheraggregats A, welches mit der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage B kombiniert ist, wird die Vorwärmung des Gebrauchs- und des Heizungswassers unter zusätzlicher Verwendung von Sonnenenergie erreicht. Im Kurzschlusskreislauf a, b,,l, 3, 4 wurd im Zwangsumlauf durch die Umwälzpumpe 3 das Kreislaufmedium 2, vorzugsweise ein Wasser- Frostschutzgemisch, durch die Sonnenelemente 1 je nach der Einstrahlungsintensität der Sonne auf eine entsprechende Temperatur erwärmt, wobei die vom Wasser umspülten Sonnenelemente 1, zusammen mit den Verbindungsleitungen a, b, der Umwälzpumpe 3 und dem Dreiwegeventil 4 den Kurzschlusskreislauf a, b, 1, 3, 4 bilden.
Der Kurzschlusskreislauf a, b, 1, 3, 4 wird durch den Thermostaten T1 einbzw. ausgeschaltet, wobei gleichzeitig die Umwälzpumpe 3 betätigt wird. Das Expansionsgefäss 5 ist an den Kurzschlusskreislauf a, b, 1, 3, 4 angeschlossen. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur wird über den Temperaturfühler T2 das Dreiwegeventil 4 geöffnet, und der Kurzschlusskreislauf a, b, 1,3,4 wird über die Verbindungsleitungen c, d mit dem im Wärmespeicherbehälter 7 befindlichen Wärmeaustauscher 8 verbunden. Das vorgewärmte Kreislaufmedium 2 wärmt nun durch seine Wärmeenergie das im Wärmespeicherbehälter 7 befindliche Wasser auf.
Gleichzeitig wird das über die Kaltwasserleitung e zugeführte Gebrauchswasser im Wärmespeicherbehälter 7 in der Gebrauchswasser-Zusatzaufwärmeeinrichtung 9 vorgewärmt, um dann über die Übertragungsleitung f in die konventionelle Heiz- und Warmwasserversorungsanalge B geleitet zu werden und wird in der Gebrauchswasser-Aufheizeinrichtung 10 mittels Zusatzheizung auf die gewünschte Temperatur gebracht. Von dort wird das Gebrauchswasser den einzelnen Warmwasserverbrauchern 17 zugeführt.
Sobald im Wärmeaustauscher 8 die Temperatur des durch die Sonnenenergie vorgewärmten Kreislaufmediums 2 auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist, wird zwischen dem Wärmeaustauscher 8 und dem Kurzschlusskreislauf a, b, 1, 3, 4 die Zufuhr von weiterem Kreislaufmedium 2 unterbrochen, wobei beispielsweise durch den Thermostaten T3 und das Relais 6 das Dreiwegeventil 4 geschlossen wird, so dass das Kreislaufmedium 2 im Kurzschlusskreislauf a, b, 1, 3, 4 in den Sonnenelementen 1 wieder aufgeheizt werden kann.
Bei Erreichen einer Übererwärmung des im Wärmespeicherbehälter 7 befindlichen Wassers gegenüber dem Heizungswasser in der Rückleitung k der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorungsanlage B wird durch die Differenzthermostaten T4, T5 und das Relais 12 das Dreiwegeventil 11 der Rücklaufleitung k geöffnet, so dass das kühlere Heizungswasser der Rücklaufleitung k über eine Rückleitung h dem unteren Teil des Wärmespeicherbehälters 7 zugeführt wird und gleichzeitig das im Wärmespeicherbehälter 7 befindliche wärmere Wasser über die Ausgleichsleitung g in die Rücklaufleitung k zum Mischventil 14 der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage B geführt.
Bei Absinken der Temperatur des im Wärmespeicherbehälter 7 befindlichen Wassers gegenüber dem Heizungswasser in der Rückleitung k auf einen vorbestimmten Wert wird durch die Differenzthermostaten T4, T5 das Dreiwegeventil 11 der Rücklaufleitung k geschlossen und somit sowohl die weitere Zufuhr des abgekühlten Heizungswassers der Rücklaufleitung k über die Rückleitung h in den Wärmespeicherbehälter 7 als auch gleichzeitig die Zufuhr des Wassers des Wärmespeicherbehälters 7 über die Ausgleichsleitung g in die Rücklaufleitung k unterbrochen.
Dieser intermittierend gesteuerte Betrieb zwischen der Rücklaufleitung k und dem Wärmespeicherbehälter 7 gewährleistet einen optimalen gegenseitigen direkten Austausch des abgekühlten Heizungswassers der Rücklaufleitung k mit dem wärmeren Wasser des Wärmespeicherbehälters 7 und dessen Zuführung zum Mischventil 14 der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage B.
Das Zusatzwärmespeicheraggregat A kann in vorteilhafter Weise als eine in sich abgeschlossene vollautomatische Einheit hergestellt werden, welche sämtliche notwendige im Wärmespeicherbehälter 7 befindliche Umtauscher, d.h. Wärmeaustauscher 8, Gebrauchswasser-Zusatzaufwärmeeinrichtung 9 mit den dazugehörigen Kurzschluss- und Wärmeaustauscherkreisläufen mit den Verbindungsleitungen a, b, c, d dem Expansionsgefäss 5, einer oder mehreren Pumpen 3, Dreiwegeventilen 4, 11, Kaltwasser- e, Übertragungs- f, Ausgleichs- g, Rückleitung h, den verlängerten Teil der Rückleitung k sowie entsprechende Thermostaten- Regelung T2, T3, T4, T5 mit Steuerelementen, wie beispielsweise Relais 6, 12, Handschalter 13 u.a., enthält, und mit einer isolierten Schalenverkleidung versehen werden kann.
Dadurch wird eine einfache Montage, Wartung und somit ein zuverlässiger Betrieb des Aggregats gewährleistet, wobei das Zusatzwärmespeicheraggregat A an jede beliebige konventionelle standardisierte Heiz- und Warmwasserversorungsanlage angeschlossen werden kann.
Die Vorwärmung des Kreislaufmediums ist nicht nur auf die direkte Sonneneinstrahlung beschränkt, sondern die Anwendungsmöglichkeiten könnten vorteilhaft auf die Ausnützung der Ultraviolett- und Infrarotstrahlung erweitert werden, wodurch auch bei leichter Bewölkung eine zusätzliche Energieabgabe der Sonnenelemente sichergestellt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann gleichwohl bei hohen Aussentemperaturen zur selbständigen Aufheizung des Gebrauchswassers verwendet werden, ohne dass die konventionelle Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage betrieben wird.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Vorwärmen von Gebrauchs- und Heizungswasser durch Sonnenenergie und anschliessenden Fertigaufheizen des Gebrauchs- und Heizungswassers in einer konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) in mindestens einem Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) wird ein Kreislaufmedium (2) durch Sonnenelemente (1) je nach Strahlungsintensität der Sonnenstrahlen auf eine entsprechende Temperatur erwärmt; b) nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur wird über einen Temperaturfühler (T2) und ein Steuerrelais (6) ein Dreiwegeventil (4) geöffnet, und der Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) wird an einen in einem Wasser enthaltenden Wärmespeicherbehälter (7) befindlichen Wärmeaustauscher (8) angeschlossen;
c) das vorgewärmte Kreislaufmedium (2) im Wärmeaustauscher (8) gibt die von ihm gespeicherte Wärmeenergie an das im Wärmespeicherbehälter (7) befindliche Heizungswasser und an das den Wärmespeicherbehälter (7) durchströmende Gebrauchswasser ab; d) das vorgewärmte Gebrauchswasser wird über eine Übertragungsleitung (f) in die konventionelle Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) geleitet; e) nach Absinken der Temperatur des durch die Sonnenenergie vorgewärmten Kreisläufmediums (2) im Wärmeaustauscher (8) auf einen vorbestimmten Wert wird zwischen dem Wärmeaustauscher (8) und dem Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) die Zufuhr von weiterem Kreislaufmedium (2) durch Schliessen des Dreiwegeventils (4) unterbrochen, so dass das Kreislaufmedium (2) im Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) wieder aufgeheizt wird;
f) bei Erreichen einer Übererwärmung des im Wärmespeicherbehälter (7) befindlichen Wassers gegenüber dem in der Rücklaufleitung (k) der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) befindlichen Heizungswasser wird durch eine Differenzthermostaten-Steuerung (T4 T5) ein weiteres Dreiwegeventil (11) in der Rücklaufleitung (k) geöffnet, so dass das kühlere Heizungswasser aus der Rück laufleftung (k) über eine Rückleitung (h) dem unteren Teil des Wärmespeicherbehälters (7) zugeführt wird, und gleich- zeitig das im Wärmespeicherbehälter (7) befindliche Wasser über eine Ausgleichsleitung (g) in die Rücklaufleitung (k) zu einem Mischventil (14) der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) zugeleitet wird;
g) bei Absinken der Temperatur des im Wärmespeicher behälter (7) befindlichen Wassers gegenüber dem Heizungs wasser der Rücklaufleitung (k) auf einen vorbestimmten
Wert wird durch die Differenzthermostaten (T4, T5) das wei tere Dreiwegeventil (11) in der Rücklaufleitung (k) geschlos sen und die weitere Zufuhr von abgekühltem Heizungswas ser aus der Rücklaufleitung (k) über die Rückleitung (h) in den Wärmespeicherbehälter (7) und gleichzeitig die Zufuhr des Wassers des Wärmespeicherbehälters (7) über die Aus gleichsleitung (g) in die Rücklaufleitung (k) unterbrochen.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Pa tentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sonnenelementen (1) mit einem oder mehreren Flüssig keitskreisläufen verbunden ist und jeder Flüssigkeitskreislauf aus einem Kurzschluss- (a, b, 1, 3, 4) und einem Wärmeaustau scherkreislauf (c, d, 4, 8) gebildet ist, wobei ein Teil des Wär meaustauscherkreislaufes (c, d, 4, 8) zusammen mit einer Ge brauchswasser-Zusatzaufwärmeeinrichtung (9) in einem Wär mespeicherbehälter (7) angeordnet ist, und in dem Kurz schlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) zwei Thermostaten (T1, T2), ein Steuerelement (6) und eine Umwälzpumpe (3) angeordnet sowie ein mit dem Kurzschlusskreislauf (a, b, 1, 3, 4) verbundenes Expansionsgefäss (5) vorgesehen sind,
und dass für beide Kreisläufe ein gemeinsames Dreiwegeventil (4) angeordnet ist sowie weiterhin zwischen dem mit einem Thermostaten (T3) versehenen Wärmespeicherbehälter (7) und einer konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) eine Übertragungsleitung (f) für das Gebrauchswasser sowie zwischen dem Wärmespeicherbehälter (7) und der Rücklaufleitung (k) der konventionellen Heiz- und Warmwasserversorgungsanlage (B) eine Ausgleichsleitung (g) und eine Rückleitung (h) angeordnet sind.
The present invention relates to a method for preheating utility and heating water by solar energy and then finish heating the Ge utility and heating water in a conventional
Heating and hot water supply system and a device for carrying out the process.
It is already known to convert solar energy into electricity or to connect solar elements to a heat pump and thus to use solar energy directly for heating purposes. A disadvantage here is the strong dependency of the system on direct solar radiation, with only burst operation being possible.
When arranging heating systems using solar energy, for example for space heating, it is also common to work with various heat stores, such as pebble stone stores, salt stores, and hot water stores. However, the known solar energy heat storage systems do not guarantee a sufficiently uniform heat emission, so that disruptions cannot be avoided.
The invention is based on the object of creating both a method and a device for carrying out the same, which do not have the disadvantages of the known. The solar energy is to be used in combination with a conventional heating and hot water supply system in such a way that balanced operation of the system with maximum and minimum intensity of solar radiation is guaranteed and a connection to any standard hot water heating system is possible.
The method used to solve this problem is characterized according to the invention by the following method steps: a) in at least one short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4), a circuit medium (2) is activated by solar elements (1) depending on the radiation intensity of the sun's rays Temperature heated; b) after reaching a predetermined temperature, a three-way valve (4) is opened via a temperature sensor (T2) and a control relay (6), and the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) is connected to a heat storage tank ( 7) located heat exchanger (8) connected; c) the preheated circulating medium (2) in the heat exchanger (8) transfers the heat energy it has stored to the heating water in the heat storage tank (7) and to the utility water flowing through the heat storage tank (7);
d) the preheated service water is fed into the conventional heating and hot water supply system (B) via a transmission line (f); e) after the temperature of the circulating medium (2) preheated by the solar energy in the heat exchanger (8) has dropped to a predetermined value, further circulating medium is supplied between the heat exchanger (8) and the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) (2) interrupted by closing the three-way valve (4) so that the circulating medium (2) in the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) is heated up again;
f) when the water in the heat storage tank (7) is overheated compared to the heating water in the return line (k) of the conventional heating and hot water supply system (B), another three-way valve (11) is activated by a differential thermostat control (T4, T5) opened in the return line (k) so that the cooler heating water from the return line (k) is fed via a return line (h) to the lower part of the heat storage tank (7), and at the same time the warmer water in the heat storage tank (7) via a compensating line (g) into the
Return line (k) to a mixing valve (14) of the conventional heating and hot water supply system (B) is zugelei tet;
g) when the temperature of the water in the heat storage tank (7) falls to a predetermined value compared to the heating water in the return line (k), the further three-way valve (11) in the return line (k) is closed by the differential thermostats (T4, T5) and the further supply of cooled heating water from the return line (k) via the return line (h) into the heat storage tank (7) and at the same time the supply of water from the heat storage tank (7) via the equalizing line (g) into the return line (k) is interrupted.
The advantage of the invention is, in particular, that through the intermittent intake-delivery operation between the short-circuit circuit and the heat exchanger circuit on the one hand and an operation intermittently controlled via the compensation line or return line between the return line of the conventional heating and hot water supply system and the heat storage tank connected in between, on the other hand constant temperature of the domestic and heating water is guaranteed. In addition, the cold service water is preheated in the heat storage tank, so that the heating costs in the conventional heating system can be significantly reduced through external heat, for example oil, electricity, gas or coal.
The device for carrying out the method is characterized in that a plurality of solar elements is connected to one or more liquid circuits and each liquid circuit is formed from a short-circuit and a heat exchanger circuit, part of the heat exchanger circuit being arranged in a heat storage tank together with an auxiliary water heater is, and two thermostats, a control element and a circulation pump are arranged in the short-circuit circuit and an expansion vessel connected to the short-circuit circuit is provided,
and that a common three-way valve is arranged for both circuits and furthermore a transfer line for the service water is arranged between the heat storage tank provided with a thermostat and a conventional heating and hot water supply system and an equalizing line and a return line are arranged between the heat storage tank and the return line of the conventional heating and hot water supply system are.
It is particularly advantageous if one or more differential thermostats and a three-way valve with a control element are arranged to control the compensation line or the return line between the heat storage tank and the return line of the conventional heating and hot water supply system. The inventive device, which is integrated in an additional heat storage unit, and which can be connected to any conventional standardized heating and hot water supply system, ensures simple assembly, maintenance and reliable operation.
Another advantage is that by connecting any number of solar elements and several short-circuit and heat exchanger circuits according to the needs and the intended use, the size of the additional heat storage unit can be selected in a modular manner and the respective heat requirement according to the available intensity of solar radiation.
In the drawing, an embodiment of the subject of the invention is shown schematically, this showing a basic diagram of a device according to the invention.
According to the illustration, a circulating medium 2, preferably a water antifreeze mixture, is preheated in an additional heat storage unit A operated by solar energy, which is connected to a conventional heating and hot water supply system B. The circulating medium 2 is heated by solar elements 1, which are switched on by means of a thermostat T1 when the sun is shining, and circulated via connecting lines a, b in the short-circuit circuit a, b, 1, 3, 4 using a circulation pump 3. An expansion vessel is denoted by the reference number 5. By means of a temperature sensor T2 and a relay 6, the short-circuit circuit can be connected to a heat exchanger 8 via a three-way valve 4 via the connecting lines c, d.
Water that is in a heat storage tank 7 is warmed up via the heat exchanger 8. In the heat storage tank 7 there is also an additional service water heating device 9 in which the service water supplied via a cold water line e is preheated in order to then be fed via a transmission line f into a service water heating device 10 of the conventional hot water supply system B. The service water heated to the desired temperature reaches the individual hot water consumers 17 as required. A thermostat T3 is used to switch off the heat exchanger circuit.
The conventional heating water supply system B works with the usual forced circulation with a circulation pump 15 arranged in a flow line i, whereby the heating water is routed via a mixing valve 14 to the individual radiators 16 in order to return to the heating element 16 via a return line k, in which the additional heat storage unit A is connected Mixing valve 14 to reach. In the additional heat storage unit A, the return line k is connected to the heat storage tank 7 via a three-way valve 11 and a compensating line g with the associated return line h. The intermittent control is carried out by differential thermostats T4, T5 via a relay 12.
When operating the additional heat storage unit A, which is combined with the conventional heating and hot water supply system B, the preheating of the service and heating water is achieved with additional use of solar energy. In the short-circuit circuit a, b ,, l, 3, 4, the circulating medium 2, preferably a water-antifreeze mixture, was heated in forced circulation by the circulation pump 3 by the solar elements 1 to a corresponding temperature, depending on the irradiation intensity of the sun, with the water being washed around them Sun elements 1, together with the connecting lines a, b, the circulation pump 3 and the three-way valve 4 form the short-circuit circuit a, b, 1, 3, 4.
The short-circuit circuit a, b, 1, 3, 4 is einbzw by the thermostat T1. switched off, the circulation pump 3 being actuated at the same time. The expansion vessel 5 is connected to the short-circuit circuit a, b, 1, 3, 4. After a certain temperature has been reached, the three-way valve 4 is opened via the temperature sensor T2, and the short-circuit circuit a, b, 1,3,4 is connected to the heat exchanger 8 located in the heat storage tank 7 via the connecting lines c, d. The preheated circulating medium 2 now warms the water in the heat storage tank 7 through its thermal energy.
At the same time, the service water supplied via the cold water line e is preheated in the heat storage tank 7 in the additional service water heating device 9, in order then to be passed via the transmission line f into the conventional heating and hot water supply system B and is heated to the desired level in the service water heating device 10 by means of additional heating Temperature brought. From there, the service water is fed to the individual hot water consumers 17.
As soon as the temperature of the circulating medium 2 preheated by the solar energy has dropped to a predetermined value in the heat exchanger 8, the supply of further circulating medium 2 is interrupted between the heat exchanger 8 and the short-circuit circuit a, b, 1, 3, 4, for example by the thermostat T3 and the relay 6, the three-way valve 4 is closed, so that the circulating medium 2 in the short-circuit circuit a, b, 1, 3, 4 in the solar elements 1 can be heated up again.
When the water in the heat storage tank 7 becomes overheated compared to the heating water in the return line k of the conventional heating and hot water supply system B, the differential thermostats T4, T5 and the relay 12 open the three-way valve 11 of the return line k, so that the cooler heating water of the return line k is fed via a return line h to the lower part of the heat storage tank 7 and at the same time the warmer water in the heat storage tank 7 is passed via the equalizing line g into the return line k to the mixing valve 14 of the conventional heating and hot water supply system B.
When the temperature of the water in the heat storage tank 7 drops to a predetermined value compared to the heating water in the return line k, the differential thermostats T4, T5 close the three-way valve 11 of the return line k and thus both the further supply of the cooled heating water to the return line k via the return line h in the heat storage tank 7 and at the same time the supply of water from the heat storage tank 7 via the equalizing line g into the return line k is interrupted.
This intermittently controlled operation between the return line k and the heat storage tank 7 ensures an optimal mutual direct exchange of the cooled heating water of the return line k with the warmer water of the heat storage tank 7 and its supply to the mixing valve 14 of the conventional heating and hot water supply system B.
The additional heat storage unit A can be manufactured in an advantageous manner as a self-contained, fully automatic unit, which includes all the necessary exchangers located in the heat storage tank 7, i.e. Heat exchanger 8, auxiliary water heating device 9 with the associated short-circuit and heat exchanger circuits with the connecting lines a, b, c, d, the expansion vessel 5, one or more pumps 3, three-way valves 4, 11, cold water e, transmission f, compensation g , Return line h, the extended part of the return line k and corresponding thermostat control T2, T3, T4, T5 with control elements, such as relay 6, 12, manual switch 13 and others, and can be provided with an insulated shell cladding.
This ensures simple assembly, maintenance and thus reliable operation of the unit, with the additional heat storage unit A being able to be connected to any conventional standardized heating and hot water supply system.
The preheating of the circulating medium is not limited to direct solar radiation, but the possible applications could advantageously be extended to the use of ultraviolet and infrared radiation, which ensures additional energy output from the solar elements even when it is slightly cloudy.
The device according to the invention can nonetheless be used at high outside temperatures for independent heating of the service water without the conventional heating and hot water supply system being operated.
PATENT CLAIM 1
A process for preheating service and heating water using solar energy and subsequent final heating of the service and heating water in a conventional heating and hot water supply system, characterized by the following process steps: a) in at least one short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) a Circulation medium (2) heated to a corresponding temperature by solar elements (1) depending on the radiation intensity of the sun's rays; b) after reaching a predetermined temperature, a three-way valve (4) is opened via a temperature sensor (T2) and a control relay (6), and the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) is connected to a heat storage tank ( 7) located heat exchanger (8) connected;
c) the preheated circulating medium (2) in the heat exchanger (8) transfers the heat energy it has stored to the heating water in the heat storage tank (7) and to the utility water flowing through the heat storage tank (7); d) the preheated service water is fed via a transmission line (f) into the conventional heating and hot water supply system (B); e) after the temperature of the circulating medium (2) preheated by the solar energy in the heat exchanger (8) has dropped to a predetermined value, further circulating medium is supplied between the heat exchanger (8) and the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) (2) interrupted by closing the three-way valve (4) so that the circulating medium (2) in the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) is heated up again;
f) when the water in the heat storage tank (7) is overheated compared to the heating water in the return line (k) of the conventional heating and hot water supply system (B), another three-way valve (11) is activated by a differential thermostat control (T4 T5) the return line (k) opened so that the cooler heating water from the return line (k) is fed via a return line (h) to the lower part of the heat storage tank (7), and at the same time the water in the heat storage tank (7) is fed via a Equalizing line (g) is fed into the return line (k) to a mixing valve (14) of the conventional heating and hot water supply system (B);
g) when the temperature of the water in the heat storage tank (7) drops compared to the heating water of the return line (k) to a predetermined value
Value is closed by the differential thermostats (T4, T5) the other three-way valve (11) in the return line (k) and the further supply of cooled heating water from the return line (k) via the return line (h) into the heat storage tank (7 ) and at the same time the supply of water to the heat storage tank (7) via the equalization line (g) into the return line (k) is interrupted.
PATENT CLAIM II
Device for carrying out the method according to patent claim I, characterized in that a plurality of solar elements (1) is connected to one or more liquid circuits and each liquid circuit consists of a short circuit (a, b, 1, 3, 4) and a heat exchange shear circuit (c, d, 4, 8) is formed, with a part of the heat meaustauscherkreislaufes (c, d, 4, 8) together with a Ge auxiliary water heating device (9) in a heat storage tank (7) is arranged, and in the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) two thermostats (T1, T2), a control element (6) and a circulation pump (3) and one with the short-circuit circuit (a, b, 1, 3, 4) connected expansion vessel (5) are provided,
and that a common three-way valve (4) is arranged for both circuits as well as between the heat storage tank (7) provided with a thermostat (T3) and a conventional heating and hot water supply system (B) a transmission line (f) for the service water and between the heat storage tank (7) and the return line (k) of the conventional heating and hot water supply system (B), an equalizing line (g) and a return line (h) are arranged.