DE10108726A1

DE10108726A1 - Brennwert-Speicherheizvorrichtung zur energiesparenden Beheizung und Warmwasserbereitung

Info

Publication number: DE10108726A1
Application number: DE2001108726
Authority: DE
Inventors: Guenther Geyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Es soll eine Speicherheizvorrichtung geschaffen werden, die gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Schonung der Umwelt optimiert ist. DOLLAR A In einem einzigen mit Wasser gefüllten Behälter liegen sämtliche Wärmeaustauscher (2, 8, 9, 10) für die Erzeugung von Brauchwasser und Heizwasser. Ein Heizgerät (3), dem ein Porenbrenner (12) zugeordnet ist und das zur Wassererwärmung im Winter bei niedrigen Außentemperaturen dient, ist ganz im Inneren des Behälters auf dessen Oberseite angeordnet. Von diesem Heizgerät (3) führt ein Rauchrohr (4) im Inneren des Behälters nach unten und nach außen. Auch dieses Rauchrohr (4) ist von einem Wärmeaustauscher (9) umgeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speicherheizvorrichtung zur energiesparenden Beheizung und Warmwasserbereitung, insb. zum Einsatz bei Ein- und Mehrfamilienhäusern.

Üblicherweise wird in der Heiz- und Warmwasserbereitungstechnik, wie sie bei Ein- und Mehrfamilienhäusern eingesetzt wird, durch einen Gas- oder Ölbrenner Wasser in einem Kessel erwärmt, das durch den Heizungskreislauf des Hauses zu den einzelnen Wärmeabgabestellen gepumpt wird. Als Wärmequellen werden auch Gasbrennwertgerä te in Form von Wandheizgeräten eingebaut. Geregelt werden all diese Anlagen durch außentemperaturabhängige Steuerungen.

Zur Warmwasserversorgung ist ein Wasserspeicher bekannt, der entweder direkt beheizt oder über einen Wärmtauscher mit dem Heizungskreislauf gekoppelt ist. Die Speicher selbst gibt es in verschiedenen Ausführungsarten, die entweder unter dem Kessel oder über dem Kessel bzw. nebenstehend angeordnet sind. Die liegenden und übergebauten Speicher können nur vollflächig, d. h. rings um den Speicherkern beheizt werden. Das Wasser wird z. B. mit 60°C bevorratet, was wiederum nach sich zieht, daß prinzipiell Strahlungsverluste trotz bester Isolierung vorhanden sind, was sich energetisch als nachteilig erweist.

Weiter sind folgende Dokumente bekannt:

1. EP 06 48 981 A1
2. CH 6 48 920 A5
3. FR 26 18 885 A1
4. DE-GM 71 28 444
5. DE 43 12 929 A1

Bei allen diesen bekannten Vorrichtungen fehlen die Möglichkeiten, die Sonnenenergie einzusetzen.

Seit geraumer Zeit stehen bei der Konstruktion von Heizungen Bemühungen im Vorder grund, das Gesamtsystem so energiesparend und umweltschonend wie möglich zu betreiben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Brennwert-Speicherheizvor richtung hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Schonung der Umwelt zu opti mieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch angegebene Speicherheiz vorrichtung, bei der als Brenner ein Porenbrenngerät verwendet wird, das im oberen Bereich des Speichers angeordnet ist. Im Brennraum des Porenbrenners liegt ein Wärmeaustauscher, der mit Abgasen umspült wird. Ein weiterer Wärmeaustauscher liegt außen um den Brennraum, der mit Wasser umspült wird. Beide Wärmeaustauscher sind gekoppelt und führen als Heizungsvor- und Rücklauf zu den Wärmeabgabeflächen.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in der Konstruktion des Speichers. Flanschöffnungen erlauben den Einsatz von verschiedenen Wärmequellen, die entweder mit Strom, Gas, Öl oder mit Sonnenenergie eingebaut und beheizt werden. Dabei werden auch die Abgase zur Kondensation gebracht, indem ein Abgaswärmeaustauscher in nerhalb des Speichers mit Wasser umspült wird. Die Warmwasserbereitung findet bei direkter Erwärmung und einem Edelstahlspeicher statt oder über einen Pufferspeicher, der als Stahl geschweißt ist und mit einem außenliegenden Wärmeaustauscher gem. der Patentanmeldung 197 31 794.4 angeordnet ist.

Schließlich kann ein Förderwänneraustauscher im Brauchwasserspeicher unten ange ordnet sein, der primärseitig mit einer Sonnenkollektorenanlage verbunden ist.

Es ist bekannt, daß moderne Heizungsanlagen oftmals mit zusätzlichen Pufferspeichern ausgerüstet sind, um Leistungsschwankungen von Wärmequellen auszugleichen oder Energie zu lagern, wenn sie nicht benötigt wird. Jegliche Energielagerung in Wasser kostet Geld in der Investition und in der Unterhaltung.

Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß eine Kombination aufeinander abgestimmter Maßnahmen zu einer neuartigen Vorrichtung von teilweise bekannten heizungstechnischen Geräten führt, mit der ein gegenüber dem bisherigen Standard energiesparendes und umweltfreundlicheres sowie wirtschaftlicheres Heizen möglich wird:
Durch die Verwendung eines Porenbrenngerätes kann ein Aufheizen des Heizmediums entspr. den tatsächlich, sich zeitlich ändernden Leistungsanforderungen erfolgen. Ein Porenbrennwertgerät mit einer Injektionstechnik läßt einen sog. "modulierenden Be trieb" zu, d. h. er kann in der Leistungsbandbreite von 10-100% Nennleistung gefahren werden. Durch den Einbau des Porenbrenngerätes einschl. seines Brennraumes im oberen Teil des Speichers entstehen keinerlei Abstrahlungsverluste.

Auf Seiten der Warmwasserbereitung werden die Strahlungsverluste so weit minimiert, daß eine Bevorratung nur im oberen Teil des Speichers erfolgt. Das im unteren Teil liegende Wasser wird vorrangig durch den vierten Wärmeaustauscher ohne Einsatz von fossilen Energieträgern erwärmt. Durch den besagten vierten Wärmeaustauscher im unteren Speicherbereich kann die von der Sonnenkollektorenanlage erzeugte Energie bereits ab einer Temperatur von 20°C des Thermofluids der Sonnenkollektorenanlage durch den Strahlungswärmeübergang genutzt werden. Dies führt zu einem Wirkungs grad der Kollektoranlage bis in den Bereich von über 70%. Durch die Verwendung eines Porenbrenngerätes, wie es beispielsweise aus der DE 43 22 109 A1 bekannt ist, können Öl und Gas getrennt voneinander Verwendung finden. Außerdem kann das Porenbrenn gerät durch einen Elektrowärmeaustauscher ersetzt werden. Die Speichervorrichtung, wie beschrieben, kann jedoch auch mit einem Austauscher versehen werden, der von einer Wärmequelle, die außenliegend ist - wie bisher bekannt - betrieben wird. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz des Speicherheizgerätes.

Eine Weiterbildung besteht in einem als Düse ausgebildeten Sprintblech, das innerhalb des Speichers angeordnet ist. Es führt dazu, daß unten anstehende Sonnenenergie dem Speicher-Brauchwasser schneller zugeführt wird.

In den Unteransprüchen sind bevorzugt die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Speicherheizvorrichtung angegeben. So kann ein aus Modulen bestehender Auf bau der Speicherheizvorrichtung vorgesehen sein. Darüberhinaus kann die Voraus setzung dafür geschaffen werden, daß die Abgasleitung des Porenbrenngerätes über einen weiteren Abgaswärmeaustauscher durch den Speicher geführt wird, wodurch eine effektive Ausnutzung der Abgase durch Kondensierung erreicht wird und somit ein höherer Kesselwirkungsgrad (bis 108%) und zusätzlich eine Vorerwärmung des Spei cherwassers erfolgt.

Durch die Integration einer Entschwefelungsanlage wird eine Optimierung hinsichtlich einer möglichst hohen Umweltverträglichkeit beim Betrieb der Speicherheizvorrichtung vorangetrieben.

Durch eine thermisch vorteilhafte Anordnung der beiden Wärmeaustauscher im und um den Brennraum kann neben einer Erhöhung des Wirkungsgrades auch eine Abtötung aller Bakterien im Wasser sichergestellt werden.

Durch einen Austauscher der außen an der Brennkammer liegt, kann in der Über gangszeit Frühjahr und Herbst eine Heizungsunterstützung erfolgen, ohne daß man fossile Brennstoffe hinzuführt.

Durch modulierende Betriebsweise kann hervorragende Wirtschaftlichkeit und hoher Komfort sichergestellt werden. Der Brenner, mit Öl oder Gas betrieben, arbeitet mit einem Betrieb bei Gas in der Modulation durch Regelung der Gasmenge.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Speicherheizvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 u. 3 zeigen einen Heizeinsatz für die Speicherheizvorrichtung nach der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird - ist der Kaltwasserzulauf 1 am unteren Ende des Spei chervolumens angeordnet. Im unteren Drittel der Speicherheizvorrichtung ist ein Wärmeaustauscher 2 für Sonnenkollektoren integriert, der als Leistungswendel ausge ist. Er wird von einer Sonnenkollektorenanlage gespeist, deren Sonnenkollektoren auf dem Dach eines Gebäudes angeordnet sind. Im Heizmediumkreislauf der Sonnen kollektorenanlage ist eine Pumpe zur Förderung des Heizmediums sowie ein Über druckgefäß vorgesehen. Im oberen Teil der Speicherheizvorrichtung ist ein Heizgerät 3 eingebaut, das ein Rauchrohr 4 aufweist, das am unteren Ende der oberen Hälfte über einen Flansch 5 nach außen führt. Als weiteres sind aus der Fig. 1 alle Anschluß möglichkeiten der Sensoren sowie Temperaturanzeigen zu erkennen.

In der Fig. 2 ist der Heizeinsatz 6 des Heizgerätes 3 mit den beiden Flanschen 5, 7 zu erkennen, mit denen er mit dem Wasserspeicher fest verbunden wird. Ein Wärmeaus tauscher 8 auf der Außenseite des Heizeinsatzes 6 nimmt die Energie aus dem oberen Drittel des Wasserspeichers auf und gibt sie an das Heizsystem für ein Gebäude weiter. Ein Wärmeaustauscher 9 ist fest mit dem Rauchrohr 4 verbunden. Die hier durchströ menden Abgase von ca. 160°C werden auf ca. 60°C abgekühlt und zur Kondensation gebracht. Der Wärmeaustauscher 9 selbst wird mit kaltem Wasser durch entstehende Thermik aus dem unteren Bereich mit Wasser mit ca. 18°C durchflossen. Durch die Konstruktion der schnellen Trennung sind alle Teile sehr servicefreundlich angeordnet. So können die Wärmeaustauscher 8, 9 schnell gespült werden, die Innenräume des Speicherheizgerätes einschl. Rauchrohr 4 leicht und schnell gereinigt werden.

Die Fig. 3 zeigt den Wärmeaustauscher 10 einschl. Flansch 11 der in dem Heizgerät 3 schnell eingebaut werden kann. Der Flansch 11 hat eine Öffnung die entweder einen Gasporenbrenner oder Ölporenbrenner innerhalb des Wärmeaustauschers 10 aufnimmt. Der Porenbrenner ist in Fig. 1 schematisch gezeichnet und mit 12 bezeichent.

Das Heizungsregelgerät, das Signale vom Temperaturfühler aufnimmt und die Um schaltung von Sommer- auf Winterbetrieb durchführt, erhält die wichtigsten Signale aus der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf wodurch der modulierende Poren brenner 12 geregelt wird. Der Porenbrenner 12 selbst wird entsprechend Vollast - Mittel last - Kleinlast modulierend (20-50%) betrieben. Der Vollastbetrieb ist dazu da, die Warmwasserversorgung sicherzustellen. Grundsätzlich läuft der Porenbrenner 12 im Vollastbetrieb an und schaltet sich je nach Erfordernissen, wenn z. B. genügend Warm wasser vorhanden ist, auf den Mittellast- bzw. Kleinlastbetrieb um. Durch diese Be triebsweise ist garantiert, daß jegliches Zapfen von Warmwasser zu jeder Tageszeit möglich ist. Je nach den Wärmeabgabeflächen (Heizkörper, Wandflächen- oder Fußbodenheizung) sind die Vorlauftemperaturen der Heizungsanlage geregelt.

Die Betriebsweise des Porenbrenners 12 in der Vollast wird bei Gas in allen Laststufen über die Gasmenge geregelt. Beim Ölporenbrenner folgt die Vollast mit hohem Druck durch die Ölpumpe, bei der Mittellast durch Halbierung des Druckes, bei der Klein- bzw. Schwachlast durch die Injektionen.

Aus der Fig. 1 ist noch erkennbar, daß im Inneren der Speicherheizvorrichtung ein düsenförmiges Sprintblech 13 eingebaut ist, dessen untere Öffnung über dem Wärme austauscher 2 liegt. Die obere Öffnung des Sprintblechs 13 ist kleiner als die untere Öffnung, so daß das durch den Wärmeaustauscher 2 erwärmte Wasser schnell nach oben zum Wärmeaustauscher 8 geleitet wird. Damit kein Stau entsteht, ist das Sprintblech 13 mit seitlichen Öffnungen 14 versehen.

Wesentlich ist, daß alle Wärmetauscher für die Beheizung eines Gebäudes sowie für die Erwärmung von Brauchwasser in einem einzigen Behälter untergebracht sind, an dem auch der Brenner angebracht ist. Auch Wärmetauscher für die Zuführung der Wärme von Solarkollektoren, sind in dem selben Behälter untergebracht. Es ist also ein einziger Behälter mit einem Brenner vorgesehen. Getrennte Behälter für Brauchwasser und für Heizwasser sind nicht erforderlich.

Besonders wichtig ist, daß das dem Porenbrenner 12 zugeordnete Heizgerät 3 nicht wie beim Stand der Technik auf der Oberseite der Speicherheizvorrichtung angeordnet ist, sondern ganz im Inneren dieser Speicherheizvorrichtung liegt, wie dies deutlich aus der Fig. 1 hervorgeht.

Der Wärmeaustauscher 10 im Inneren des Heizgerätes 3 wird dann betrieben, wenn der Porenbrenner 12 eingeschaltet ist. Er dient also zur Lieferung von Heizwasser. Der auf der Außenseite des Heizgerätes 3 angeordnete Wärmeaustauscher 8 dient vorzugsweise zur Lieferung von warmem Brauchwasser, vor allen Dingen in der Übergangszeit. Hierzu muß der Porenbrenner 12 nicht eingeschaltet werden, denn die Wassererwärmung erfolgt durch den Wärmeaustauscher 2 und das von diesem nach oben strömende wärme Wasser.

Claims

1. Brennwert-Speicherheizvorrichtung mit einem einzigen Behälter, in dessen Innerem alle Wärmeaustauscher (2, 8, 9, 10) angeordnet sind, wobei ein durch einen Poren brenner (12) beheizbares Heizgerät (3) mit den ihm zugeordneten Wärmeaustau schern (8, 10) auf der Oberseite des Behälters des Speicherheizgerätes ganz im Innern dieses Gerätes angeordnet ist.

2. Speicherheizgerät nach Anspruch 1, bei dem vom Heizgerät (3) ein Rauchrohr (4) durch den Innenraum nach unten und außen geführt ist, das von einem weiteren Wärmeaustauscher (9) umschlossen ist, welcher von dem im Inneren des Speicher heizgerätes vorhandenen Wasser durchströmt wird.

3. Speicherheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen dem unten liegenden Wärmeaustauscher (2) für Sonnenkollektoren und dem oben liegenden Heizgerät (3) ein düsenförmiges Blech (13) zur Führung des Wassers im Inneren des Behäl ters des Speicherheizgerätes mit dem Wärmeaustauscher (2) für die Sonnenkol lektoren zu dem Heizgerät (3) liegt.

4. Speicherheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, welche aus ihren Kompo nenten (2-13) modular aufgebaut ist.

5. Speicherheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, bei der im Inneren des Heizgerätes (3) und auf dessen Außenseite jeweils ein Wärmeaustauscher (10, 8) angeordnet ist.