DE10010752A1 - GASOLAR - Energiemanager, Kombispeicher mit integrierter Heizquelle - Google Patents

GASOLAR - Energiemanager, Kombispeicher mit integrierter Heizquelle

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Abstract

Kombispeicher mit einer integrierten Heizquelle. Als Heizquelle dienen Gas-Infrarot-Strahler, Rohrstrahler oder Flächenbrenner. Besonders Gas-IR-Strahler haben wegen ihrer niedrigen NOx-Werte große Vorteile. Der Einbau der Heizquelle erfolgt im unteren Bereich des Speichers. Die Heizquelle kann sowohl in Kombispeichern, in denen sich Heizungswasser und Brauchwasser durch Wärmetauscher geführt wird, als auch in Pufferspeichern oder Brauchwasserspeichern erfolgen. Eine Kombination mit solarer Wärme ist möglich.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Heizungswasser gefüllten Kombispeicher, mit einer eingebauten Heizquelle, Anschlüssen für Vor- und Rücklauf für Heizungs­ wasser und für Solarkollektoren, einem Wärmetauscher für Brauchwasser, Anschlüssen für Vor- und Rücklauf für Brauchwasser, sowie einer Wärme­ dämmung auf der Aussenseite des Kombispeichers.
Dabei wird die Heizquelle so in einen Wasserspeicher eingebracht, dass die Wärme, die durch den Verbrennungsvorgang frei wird, an das Wasser im Speicher abgegeben wird.
Das erwärmte Heizungswasser dient als Energieträger zur Beheizung von Gebäuden, oder zur Brauchwassererwärmung.
Der Wasserspeicher enthält eine Kammer, in die die Heizquelle direkt eingebaut wird. Diese Kammer ist so ausgeführt, dass einerseits die Heizquelle nicht direkt mit dem Heizungswasser in Kontakt kommt und andererseits die beim Verbrennungsvorgang entstehende Wärme an das Heizungswasser abgegeben wird.
Die beim Verbrennungsvorgang entstehenden Abgase werden in einem Abgassystem geführt, das durch das Heizungswasser geleitet wird, somit wird die sich in den Abgasen befindende Abwärme weitestgehend genutzt.
Da die Heizquelle in einem Heizungsspeicher eingebaut wird, gibt es keine Kalkprobleme, wie sie beim Einsatz in Brauchwasserspeichern bekannt sind.
Die Regelung der Heizquelle und somit der Wärmezufuhr in das Heizungswasser erfolgt mit Hilfe von elektronischen zweistufigen, oder modulierenden Regelgeräten.
Es ist auch vorgesehen, dass andere Wärmequellen ihre Energie an den Wasserspeicher abgeben können, wie z. B. Solarenergie, Wärmepumpe, wasserführende Kamine usw.
Die Vorteile des direkten Einbaus der Heizquelle in den Wasserspeicher liegen in erster Linie darin, dass der Platzbedarf geringer ist als bei Systemen mit separatem Heizkessel. Da sozusagen der Heizkessel im Wasserspeicher integriert wird, kann auch auf die separate Verrohrung zwischen Wasserspeicher und Heizkessel, sowie auf die Pumpe verzichtet werden.
Beim Einsatz von Gas-Infrarot-Strahlern als Heizquelle gibt es grosse Vorteile. Diese liegen darin, dass die NOx-Bildung sehr gering ist. Die NOx-Konzen­ trationen von Gas-Infrarot-Strahlern liegen in der Regel bei max. 8-10 ppm. Gas- Infrarot-Strahler geben Wärme in erster Linie über Wärmestrahlung ab.
Ein weiterer Vorteil von Gas-Infrarot-Strahlern liegt darin, dass sie sowohl atmosphärisch, als auch mit Zwangsluft betrieben werden können. Bei der atmosphärischen Fahrweise ist dadurch, dass ein Ventilator entfällt, der Wartungsaufwand niedriger.
Als Heizquelle kommen neben den oben erwähnten Gas-Infrarot-Strahlern (Hellstrahler) auch Rohrstrahler (Dunkelstrahler) und Flächenbrenner in Betracht.
Eine erste Möglichkeit für die Anwendung besteht darin, dass die Heizquelle in einem mit Heizungswasser gefüllten Pufferspeicher eingebaut ist. Brauchwasser wird mit Hilfe von im Pufferspeicher eingebauten Heizwendeln, beziehungsweise Wärmetauschern aufgeheizt. Die Heizquelle gibt ihre Wärme an das Heizungwasser ab, von diesem wird die Wärme bei Bedarf an das Brauchwasser abgegeben, ohne dass es zu einem Kontakt zwischen Heizungswasser und Brauchwasser kommt.
Bei einer zweiten Möglichkeit wird die Heizquelle wieder in den Pufferspeicher eingebaut. Ausserdem wird in den Pufferspeicher ein kleiner Brauchwasser­ speicher eingebaut (ca. 150 l). Auch bei diesem Anwendungsfall gibt die Heiz­ quelle ihre Wärme an das Heizungwasser ab, von diesem wird die Wärme wieder an das Brauchwasser abgegeben, auch hier kommt es nicht zu einem Kontakt zwischen Heizungswasser und Brauchwasser.
Bei einer anderen Möglichkeit wird die Heizquelle wieder in den Pufferspeicher eingebaut. Das Brauchwasser wird in einem separaten Brauchwasserspeicher aufgeheizt, in dem Heizwendeln, beziehungsweise Wärmetauscher eingebaut sind, durch die aus dem Pufferspeicher kommendes Heizungswasser geführt wird. Auch hierbei gibt die Heizquelle ihre Wärme an das Heizungwasser ab, mit Hilfe des Heizungswassers wird das Brauchwasser aufgeheizt. Es kommt dabei zu keinem Kontakt zwischen Heizungswasser und Brauchwasser.
Ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Kombi-Speicher einwandig ist. Die Heizquelle wird in der Mitte des Speichers so eingebaut, dass die Heizquelle selbst in einer Kammer angeordnet ist. Diese Kammer schottet die Heizquelle vom Heizungwasser ab. wobei von Gaseintritt bis Abgasaustritt eine leichte ansteigende Schräge vorhanden ist. An der Oberseite der Kammer befindet sich die Abgasführung. An der Aussenseite des Speichers ist eine Wärmeisolierung angebracht.
Die Abgasführung ist in der Art, dass sie innerhalb des Speichers von unten nach oben geführt wird. So wird die noch im Abgas befindliche Wärme an das Speicherwasser abgegeben. Je nach Abgastempeatur stellt sich ein Brenn­ wertverhalten ein. An der Oberseite des Speichers befindet sich der Austritt der Abgasführung aus dem Speicher.
Die Abgasführung kann aus einem geraden Rohr bestehen, in das wegen der besseren Wärmeübertragung an das Speicherwasser Turbulatoren eingebaut werden können.
Eine ebenfalls sehr vorteilhafte alternative Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die Abgasführung in Form eines Rohrwendels ausgeführt ist. Auch in diesen Rohrwendeln können Turbalatoren angeordnet werden. Der große Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die wärmeabgebende Fläche wesentlich vergrößert wird, so dass die Abgaswärme besser genutzt wird.
Die Abgasführung besteht, um Korrosionsprobleme zu vermeiden, aus nichtrostendem Material. Alternativ kann auch aluminiumplattiertes Material Anwendung finden.
Die Heizquelle kann in der Kammer so eingebaut werden, dass die Wärme­ übertragung in beliebiger Richtung stattfindet.
Als Alternative wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Speicher in Form eines Doppelmantel-Speichers ausgeführt wird. Dieser Speicher besteht aus einem Innenmantel, in dem sich das Speicherwasser befindet. Um diesen Innenmantel herum ist ein Aussenmantel angeordnet. Auf dem Aussenmantel befindet sich eine Wärmedämmung, so dass die Wärmeabgabe nach aussen minimiert wird. Die Heizquelle wird direkt zwischen Innenblech und Aussenblech eingebaut. Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme wird direkt an das Speicherwasser abgegeben. Die Abgase werden zwischen Innenmantel und Aussenmantel spiralförmig nach oben geführt, an der Oberseite des Speichers befindet sich der Abgasaustritt. Der grosse Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die wärmeabgebende Fläche noch weiter vergrössert wird. Der gesamte Innenmantel ist praktisch der Wärmetauscher, das heisst die wärmeaufnehmende und wärmeabgebende Fläche.
Bei der Regelung der Heizquelle kann zwischen zweistufiger Betriebsweise (voll-halb-aus) und modulierender Betriebsweise (stufenlos zwischen voll-halb) gewählt werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, als Heizquelle einen Rohrstrahler zu verwenden. Dabei befindet sich der Brenner ausserhalb des Speichers. Das wärmeabgebende Rohr ist im Speicher angeordnet, so dass die Wärme an das Speicherwasser abgegeben wird. An der Oberseite des Speichers ist der Rohraustritt. Der Speicher ist auf der Aussenseite mit einer Wärmedämmung versehen.
Als weitere Alternative wird vorgeschlagen, dass als Heizquelle ein Flächen­ brenner verwendet wird. Genau wie bei dem Gas-Infrarot-Strahler kann auch dieser Flächenbrenner in einem einwandigen Speicher, oder in einem Speicher in Doppelmantel-Ausführung eingesetzt werden.
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform. Kern der Heiz- und Warmwasser­ bereitungsanlage ist der Kombispeicher 5, der als Pufferspeicher ausgeführt ist. In diesem Kombispeicher befindet sich ein Edelstahlwärmetauscher 8, der im Durchlauf das Brauchwasser erwärmt. Im unteren Teil des Kombispeichers befindet sich eine Wärmekammer 6, in der als Heizquelle z. B. Gas-IR-Strahler eingebaut sind. An diese Wärmekammer ist ein Abgasrohr 7 angeschlossen, das im Kombispeicher geführt wird. Somit wird die Abgaswärme genutzt und an das sich im Kombispeicher befindende Heizungswasser übertragen.
Unterhalb der Wärmekammer befindet sich der Kaltwasseranschluss 14 für das Brauchwasser. Das Brauchwasser wird durch den Edelstahlwärmetauscher 8 geführt, der wegen Verschmutzungsgründen als Glattrohrwärmetauscher ausgeführt ist. Im Glattrohrwärmetauscher wird es aufgeheizt und tritt bei 15 aus dem Kombispeicher. Die Temperatur im Kombispeicher wird thermostatisch geregelt. Die Heizquelle schaltet sich je nach Bedarf zu oder ab.
Das Heizungswasser wird durch die Pumpe 9 über das Dreiwegeventil 4 in den unteren Bereich des Kombispeichers geführt 12. Es nimmt aus dem Kombi­ speicher 5 Wärme auf, tritt bei 13 aus dem Kombispeicher und wird in den Vorlaufkreis des Heizsystems 10 geführt, um so einen geschlossenen Heiz­ kreislauf zu bilden. Komponenten für die Wärmeausdehnung sind wegen der besseren Übersicht nicht eingezeichnet.
Dem Kombispeicher 5, der als Pufferspeicher mit der Wärmekammer 6 und der Heizquelle eine Energiezentrale für die Beheizung und Warmwasserbereitung eines Hauses darstellt, kann ein Solarspeicher 2 vorgeschaltet werden. Solar­ energie 11 wird über Solarkollektoren 1 und den Wärmetauscher 3 an das Heizungwasser abgegeben. Falls im Solarspeicher 2 genügend Wärme ansteht, die Temperatur des Heizungswassers im Solarspeicher höher ist als die Temperatur im Rücklauf des Heizsystems, wird über eine Temperaturdifferenz­ regelung und ein Dreiwegeventil 4 Heizungswasser aus dem Solarspeicher 2 in den Kombispeicher 5 geführt. Dieses solar erwärmte Heizungswasser dient als Vorwärmung für den Kombispeicher 5.
In Fig. 2 bis Fig. 6 sind weitere Ausführungsformen aufgeführt.
Fig. 2 beschreibt einen Kombispeicher, in dem sich ebenfalls Heizungswasser befindet. Durch den Wärmetauscher 1 wird Solarenergie an das Heizungswasser im Kombispeicher 2 übertragen. Oberhalb des Solar-Wärmetauschers 1 befindet sich die Wärmekammer 3 mit der integrierten Heizquelle. Je nach Bedarf wird die Heizquelle eingeschaltet und gibt ihre Wärme an das Heizungswasser ab. Brauchwasser wird durch einen im Kombispeicher eingebauten Wärmetauscher 4 geführt und nimmt Wärme aus dem Kombispeicher auf.
Fig. 3 beschreibt ebenfalls einen Kombispeicher 2. Auch in diesem Kombi­ speicher befindet sich Heizungswasser. Durch den Wärmetauscher 1 wird Solarenergie an das Heizungswasser im Kombispeicher 2 übertragen. Die oberhalb des Solar-Wärmetauschers 1 in die Wärmekammer 3 integrierte Heizquelle wird nach Bedarf eingeschaltet und gibt Wärme an das Heizungs­ wasser ab. Im Unterschied zu Fig. 2 ist hier im Kombispeicher 2 oberhalb der Wärmekammer 3 ein kleinerer Brauchwasserspeicher 4 eingebaut. Wärme aus dem Kombispeicher 2 wird an das Brauchwasser im Speicher 4 übertragen.
Fig. 4 zeigt zwei Speicher. Der erste Speicher ist als Brauchwasserspeicher 1 ausgeführt. In diesem Speicher befindet sich ein Wärmetauscher 2 für Solar­ energie, sowie ein Wärmetauscher 3 für Heizungswasser aus dem Pufferspeicher 4. Im Pufferspeicher 4 ist die Wärmekammer 5 mit der integrierten Heizquelle eingebaut. Bei Bedarf wird Pumpe 6 eingeschaltet und gibt über den Wärmetauscher 3 Wärme vom Heizungswasser an das Brauchwasser in Speicher 1 ab.
In Fig. 5 sind zwei Speicher aufgeführt, in beiden Speichern ist ein Solar- Wärmetauscher 1 und 2 eingebaut. Im Brauchwasserspeicher 3 ist die Wärmekammer 4 mit der integrierten Heizquelle eingebaut und gibt ihre Wärme an das Brauchwasser ab.
Fig. 6 beschreibt zwei Brauchwasserspeicher, die in Reihe geschaltet sind. Im ersten Brauchwasserspeicher 1 ist ein Wärmetauscher 3 für Solarenergie eingebaut. Hier wird solare Wärme an das Brauchwasser übertragen. Im Brauchwasserspeicher 2 ist die Wärmekammer 4 mit der integrierten Heizquelle eingebaut. Bei Bedarf wird die Heizquelle eingeschaltet und gibt ihre Wärme an das Brauchwasser in Speicher 2 ab.
Fig. 7 zeigt einen Kombi-Speicher, der in Form eines Doppelmantel-Speichers 3 ausgeführt ist. Dieser Speicher besteht aus einem Innenmantel 4, in dem sich das aufzuheizende Speicherwasser befindet. Um diesen Innenmantel herum ist ein Aussenmantel 5 angeordnet. Auf dem Aussenmantel befindet sich eine Wärmedämmung 6, so dass die Wärmeabgabe nach aussen minimiert wird. Die Heizquelle 2 wird mit Hilfe eines Flansches 9 zwischen Innenblech und Aussenblech eingebaut. Der Gas- und Lufteintritt 1 erfolgt ausserhalb des Aussenblechs 5 und der Wärmedämmung 6. Die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme wird direkt an das Speicherwasser abgegeben. Bei Gas- Infrarot-Strahlern erfolgt dies mittels Infrarot-Strahlung 10. Die Infrarot-Strahlung wird vom Innenblech 4 aufgenommen und durch Wärmeleitung an das Speicherwasser übertragen.
Die Abgase werden mit Hilfe von umlaufenden Spiralblechen 7 und Wirbel­ blechen zwischen Innenmantel und Aussenmantel spiralförmig nach oben geführt, an der Oberseite des Speichers befindet sich der Abgasaustritt 8. Bei dieser Anordnung wird die wärmeabgebende Fläche noch weiter vergrössert, so dass der gesamte Innenmantel praktisch wärmeaufnehmende und wärmeabgebende Fläche ist.

Claims (19)

1. Kombi-Speicher mit einer integrierten Heizquelle, die in einer Wärmekammer 6 eingebaut ist, Anschlüssen für Vor- 13 und Rücklauf 12 für Heizungswasser und für Solarkollektoren, einem Edelstahl-Wärmetauscher 8 für Brauchwasser, Anschlüssen für Vor- 14 und Rücklauf 15 für Brauchwasser, sowie einer Wärmedämmung auf der Aussenseite des Kombispeichers gegen Wärmeverluste, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle im unteren Drittel eines Kombispeichers 5 eingebaut wird und ihre Wärme direkt an das Heizungswasser abgibt.
2. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizquelle ein oder mehrere Gas-Infrarot-Strahler verwendet werden, die zweistufig, oder modulierend betrieben werden können und sehr niedrige NOx- Werte besitzen.
3. Kombi-Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Heizquelle verwendete Gas-Infrarot-Strahler atmosphärisch betrieben wird.
4. Kombi-Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Heizquelle verwendete Gas-Infrarot-Strahler mit Zwangsluft betrieben wird.
5. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizquelle ein Rohrstrahler verwendet wird, dessen Brenner sich ausserhalb des Kombispeichers und die wärmeabgebende und abgasführende Rohrfläche innerhalb des Kombispeichers befindet.
6. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizquelle ein Flächenbrenner verwendet wird.
7. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle in einer Wärmekammer 6 aus temperaturbeständigem, strahlungs­ absorbierendem Material eingebaut ist, die Infrarotstrahlung gut aufnimmt, eine vergrösserte Fläche besitzt, und so die aufgenommene Wärme effektiv an das sich im Kombispeicher befindende Wasser abgibt.
8. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Wärmekammer 6 ein Abgasrohr 7 angeschlossen ist, das im Kombispeicher geführt wird und mit dessen Hilfe die Abgaswärme genutzt wird, so dass die Wärme an das sich im Kombispeicher befindende Wasser übertragen wird.
9. Kombi-Speicher nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die besondere Form und Ausführung von Heizquelle, Wärmekammer 6 und Abgasführung 7 ein Brennwertverhalten erzielt wird und dadurch die eingebrachte Energie besser genutzt wird.
10. Kombi-Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Abgasrohr 7 Turbulatoren eingebaut werden können, so dass der Wärmeüber­ gang von Abgas an das sich im Kombispeicher 5 befindende Speicherwasser gesteigert wird.
11. Kombi-Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrohr 7 innerhalb des Pufferspeichers von unten nach oben geführt wird und so eine grosse Fläche für die Wärmeabgabe entsteht.
12. Kombi-Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführung 7 in Form eines Rohrwendels ausgeführt ist und so die wärmeabgebende Fläche vergrößert wird.
13. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstahlwärmetauscher 8 für die Aufheizung von Brauchwasser wegen Verschmutzungsgründen als Glattrohrwärmetauscher ausgeführt ist.
14. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Pufferspeicher ausgeführt ist und sich im Kombispeicher Heizungswasser befindet, so dass eine Ablagerung von Kalk auf der Wärmekammer vermieden wird.
15. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Brauchwasserspeicher für die Aufheizung von Trinkwasser ausgeführt ist.
16. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher einwandig ist.
17. Kombi-Speicher nach Anspruch 1, 2 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher in Form eines Doppelmantel-Speichers 3 ausgeführt wird, der aus einem Innenmantel 4 besteht, in dem sich das Speicherwasser befindet und einem Aussenmantel 5, auf dem sich eine Wärmedämmung 6 befindet, um die Wärmeabgabe nach aussen zu minimieren, sowie einer Heizquelle 2, die mit Hilfe eines Flansches 9 zwischen Innenblech und Aussenblech eingebaut wird und deren Abgase zwischen Innenmantel und Aussenmantel spiralförmig nach oben geführt werden.
18. Kombi-Speicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle zwischen Innen- und Aussenmantel eingebaut wird.
19. Kombi-Speicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle im Speicherboden eingebaut wird.
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