DE102010011573A1

DE102010011573A1 - Umlauf-Heizungsanlage mit einem Brennwertkessel

Info

Publication number: DE102010011573A1
Application number: DE102010011573A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-22

Abstract

Bei einer Umlauf-Heizungsanlage mit einem Brennwertkessel, in einem Heizkreis-Vorlauf angeordneten Heizelemente, einen in einem Heizkreis-Rücklauf eingebundenen Latentwärmespeicher, einer Umlaufpumpe und einer optionalen Brauchwasserversorgung, ist der Latentwärmespeicher (4) so ausgelegt, dass die Temperatur am Rücklauf (5) auf einen optimalen Wert für einen Brennwertheizkessel (1) (zwischen 30°C und 40°C) stabilisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umlauf-Heizungsanlage mit einem Brennwertkessel, in einem Heizkreis-Vorlauf angeordneten Heizelementen, einen in einen Heizkreis-Rücklauf eingebundenen Latentwärmespeicher, einer Umlaufpumpe und einer optionalen Brauchwasserversorgung. Eine solche gattungsgemäße Heizungsanlage ist aus der DE 43 32 141 A1 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
In herkömmlichen Umlauf-Heizungsanlagen ist ein häufiges Ein- und Ausschalten des Brenners notwendig, um die jeweilig benötigte Wärmeleistung möglichst konstant zu halten. Ein häufiges Starten des Brenners führt jedoch neben einem hohen Ausstoß von Schadstoffen auch zu einem erhöhten Brennstoffverbrauch. Da außerdem die Rücklauftemperatur ziemlich hoch bleibt, wird regelmäßig nur ein Wirkungsgrad unter 90% erreicht. Außerdem ist zugunsten einer gesicherten Brauchwasserbereitstellung der Brenner für einen gegenüber der Heizung erhöhten Leistungsbedarf auszulegen, was ebenfalls zu einer erhöhten Taktung des Brenners führt. Bei neueren Heizkesseln wird durch Modulation der Leistung des Brenners eine bessere Anpassung der Leistung an den Bedarf erreicht.
Moderne Heizungsanlagen beruhen auf der sogenannten Brennwerttechnik. In einem ersten Wärmetauscher wird das Umlauf-Heizungswasser mittels eines Brenners auf eine Solltemperatur aufgeheizt, über einen Heizkreis-Vorlauf zu den Heizelementen geführt und letztlich über einen Heizkreis-Rücklauf wieder in den Heizkreislauf zurückgeführt. Bei der Verbrennung von zum Beispiel Erdgas oder Öl verbindet sich der im Brennstoff enthaltene Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff zu Wasserdampf. Dieser Wasserdampf enthält eine beträchtliche Wärmeenergie, die bei herkömmlichen Kessel-Heizungsanlagen über den Schornstein verloren geht. Bei der Brennwerttechnik jedoch wird der Wasserdampf zuvor mittels eines zweiten Wärmetauschers im Heizungskessel bis zu seiner Kondensation abgekühlt und die dabei freigesetzte Kondensationswärme zusätzlich auf die Heizungsanlage übertragen und genutzt. Zum Kühlen des Wasserdampfes und Vorwärmen des Heizwassers nutzt man üblicherweise den Heizkreis-Rücklauf. Auf diese Weise lassen sich theoretisch Wirkungsgrade über 100% erzielen.
In der Praxis wird dieses Energiepotenzial oft nicht ausgenutzt, weil die Rücklauftemperatur zu hoch liegt und es nur teilweise oder überhaupt nicht zur Kondensation des Wasserdampfs kommt. Eine optimale Einstellung der Heizungsanlage gestaltet sich schwierig, da der Komfort der Nutzer Vorrang gegenüber einer optimalen Brennwertausbeutung hat. Auch verhindern Schwankungen der Rücklauftemperatur eine optimale Betriebsweise über einen längeren Zeitraum. Nach einem Abschlussbericht der Fachhochschule Braunschweig Wolfenbüttel, Fachbereich Versorgungstechnik, Institut für Heizungs- und Klimatechnik „Felduntersuchung: Betriebsverhalten von Heizungsanlagen mit Gas-Brennwertkesseln", Wolfenbüttel, April 2004, wird unter Praxisbedingungen anstelle der häufig in den Herstellerunterlagen angegebenen Normnutzungsgrade von Brennwertkesselanlagen (105 ... 110% bezogen auf den unteren Heizwert) lediglich ein durchschnittlicher Nutzungsgrad zwischen 95 und 96% (bezogen auf den unteren Heizwert) erreicht.
Aus der DE 197 13 944 A1 ist ein Verfahren zur Absenkung der Rücklauftemperatur bei einem Brennwertgerät bekannt, bei dem der Rücklauf durch den unteren Bereich eines Warmwasserspeichers geführt wird, der als Schichtenspeicher betrieben wird. Ähnliches ist bei einem System und Verfahren zur Senkung der Brennertaktung gemäß der DE 10 2008 023 355 A1 bekannt. Als nachteilig erweisen sich der aufwendige Aufbau des Schichtenspeichers und geringe Speichervolumen. Außerdem ist die Rücklauftemperatur, die den Heizkessel erreicht, linear abhängig von der Temperatur des einfließenden Rücklaufwassers aus den Heizelementen.
Ein Latentwärmespeicher vermeidet diese Nachteile. Er bietet bei gleichem Volumen eine höhere Wärmespeicherkapazität und sorgt durch den Phasenwechsel des Speichermaterials (fest zu flüssig und umgekehrt) für eine konstantere Temperatur des entnommenen Mediums.
Die Schriften DE 41 17 516 A1 , DE 10 2006 057 845 A1 , DE 10 2008 035 118 A1 und EP 1 486 734 A1 sind beispielhaft für den Einsatz von Latentwärmespeichern in Heizungsanlagen. Allen ist gemeinsam, dass der Latentwärmespeicher dazu dient, das Medium auf dem Temperaturniveau des Vorlaufs der Heizung zu halten. Deshalb sind diese Latentwärmespeicher im Vorlauf der Heizungsanlage angeordnet.
Bei der Heizungsanlage nach DE 43 32 141 A1 liegt der Latentwärmespeicher im Rücklauf, wird aber über ventilgesteuerte Bypassleitungen so geschaltet, dass er mit der Vorlauftemperatur geladen wird. Der Latentwärmespeicher dient hier dazu, den erhöhten Wärmebedarf bei Warmwasserbereitung bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wird im Hauptanspruch definiert und charakterisiert, während die abhängigen Ansprüche weitere Merkmale der Erfindung beschreiben.
Zweck der Erfindung ist es, eine Brennwertheizungsanlage so auszurüsten dass die für den optimalen Brennwerteffekt erforderliche niedrige Rücklauftemperatur über einen weiten Betriebszeitraum erreicht wird.
Eine im Hinblick auf Brennwertnutzung optimale Rücklauftemperatur einer Heizungsanlage richtet sich nach der konkreten Konstruktion des Brennwertheizkessels und liegt im Bereich von etwa 30 bis 40 Grad.
Die erfindungsgemäße Heizungsanlage weist einen im Heizungsrücklauf zum Brennwertkessel angeordneten Latentwärmespeicher auf, der eine Phasenwechseltemperatur im Bereich der optimalen Rücklauftemperatur zwischen 30°C und 40°C, vorzugsweise um 35 Grad Celsius, hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die ein nicht einschränkendes Beispiel darstellen und in der auf die folgende Zeichnungen Bezug genommen wird:
1 zeigt ein einfaches Heizungssystem, bestehend aus Brennwertkessel, Heizelementen, Umlaufpumpe und Latentwärmespeicher im Rücklauf.
2 betrifft ist ein erweitertes System nach 1, welches zusätzlich zur Brauchwasserbereitung dient.
3 betrifft ein zusätzlich um eine Fußbodenheizung erweitertes System nach 2.
Gemäß 1 besteht die Anlage aus einem Brennwertheizkessel 1, einem oder mehreren Heizelementen 2 in Form von Plattenheizkörpern, einer Umlaufpumpe 3 für das Umlaufmedium, für gewöhnlich Wasser, und einem Latentwärmespeicher 4 mit einem Wärmetauscher 4a für Heizwasser in einem Heizkreislauf. Der Brennwertheizkessel 1 nutzt die Kondensationswärme des in den Abgasen des Brennstoffs (z. B. Erdgas, Heizöl) enthaltenen Wasserdampfes und ist dazu für einen optimalen Betrieb auf eine möglichst niedrige und konstante Temperatur im Rücklauf 5 angewiesen.
Der Latentwärmespeicher 4 stabilisiert durch den Phasenwechsel des Speichermaterials – verwendet werden z. B. Paraffine (C_n H_2n+2) oder Salzhydratmischungen mit einem Schmelzpunkt um 30 Grad Celsius – die schwankende Temperatur des von den Heizkörpern 2 ankommenden Wassers und gibt dieses mit gleichmäßigerem Temperaturverlauf und heruntergekühlt an den Rücklauf 5 des Brennwertheizkessels 1 ab. An diesem Rücklauf 5 ist eine Temperaturanzeige 6 angeordnet, die Information über den Betriebspunkt des Brennwertkessels 1 gibt. An dieser Stelle ist auch eine detailliertere Erfassung mit zeitlichem Verlauf des Betriebszustandes möglich, die auch Einfluss auf den Brennwertkessel 1 und die Umlaufpumpe 3 nimmt. Im Brenner des Brennwertheizkessels 1 wird das Umlaufmedium erneut aufgeheizt und über einen Vorlauf 10 zu dem oder die Heizelemente 2 mittels der Umlaufpumpe 3 gepumpt.
2 erweitert die Heizungsanlage nach 1 um einen zusätzlichen Wärmetauscher 7 im Latentwärmespeicher 4, der vom Frischwasserzulauf 8 durchströmt wird und das Frischwasser vorgewärmt zu einem Warmwasserspeicher 9 leitet.
Gleichzeitig wird dabei der Latentwärmespeicher 4 entladen und kann damit besser die Rücklauftemperatur 5 am Brennwertheizkessel 1 auf einem optimalen Temperaturniveau stabilisieren. Die weitere Erwärmung des Brauchwassers erfolgt aus dem Vorlauf 10 des Brennwertheizkessels 1 über einen Brauchwasserwärmetauscher 11 und eine Ladepumpe 12.
3 erweitert die Heizungsanlage nach 2 um einen weiteren Wärmetauscher 13, über den eine Fußbodenheizung 14 betrieben wird. Der Vorteil dieser Ausführung besteht im konstant niedrigen Temperaturniveau für die Fußbodenheizung 14. Gleichzeitig wird wiederum der Latentwärmespeicher 1 über eine Umlaufpumpe 15 entladen.
Anstelle einer Fußbodenheizung 14 kann selbstverständlich auch eine Wandheizung betrieben werden.
Eine Umlauf-Heizungsanlage gemäß der Erfindung kann entweder unmittelbar bei ihrer Errichtung realisiert werden oder auch unter Verwendung einer vorhandenen Heizung nachgerüstet werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennwertheizkessel
2: Heizelement
3: Umlaufpumpe
4: Latentwärmespeicher
4a: Wärmetauscher für Heizwasser
5: Rücklauf am Latentwärmespeicher
6: Temperaturanzeige
7: Wärmetauscher für Frischwasser
8: Frischwasserzulauf
9: Brauchwasserspeicher
10: Vorlauf
11: Wärmetauscher für Brauchwasser
12: Ladepumpe
13: Wärmetauscher für Fußbodenheizung
14: Fußbodenheizung
15: Umlaufpumpe der Fußbodenheizung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4332141 A1 [0001, 0008]
DE 19713944 A1 [0005]
DE 102008023355 A1 [0005]
DE 4117516 A1 [0007]
DE 102006057845 A1 [0007]
DE 102008035118 A1 [0007]
EP 1486734 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fachhochschule Braunschweig Wolfenbüttel, Fachbereich Versorgungstechnik, Institut für Heizungs- und Klimatechnik „Felduntersuchung: Betriebsverhalten von Heizungsanlagen mit Gas-Brennwertkesseln”, Wolfenbüttel, April 2004 [0004]

Claims

Umlauf-Heizungsanlage mit einem Brennwertkessel, in einem Heizkreis-Vorlauf angeordneten Heizelementen, einem in einen Heizkreis-Rücklauf eingebundenen Latentwärmespeicher, einer Umlaufpumpe und einer optionalen Brauchwasserversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (4) die Temperatur am Rücklauf (5) des Heizkreislaufs auf einen optimalen Wert für einen Brennwertheizkessel (1) (zwischen 30°C und 40°C) stabilisiert.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Temperatur am Rücklauf (5) über eine Auswahl eines Speichermediums im Latentwärmespeicher (4) erfolgt.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung des Latentwärmespeichers (4) über einen Frischwasserzulauf (8) und einen Wärmetauscher (7) im Latentwärmetauscher (4) erfolgt.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rücklauf (5) zum Brennwertkessel (1) eine Anzeige des Arbeitspunktes des Brennwertkessels (1) mittels einer Temperaturanzeige (6) vorgesehen ist.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Protokollierung der Betriebszeit im Brennwertbereich des Brennwertkessels (1) über eine Temperaturmessung am Rücklauf (5) vorgesehen ist.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fußbodenheizung (14) oder eine Wandheizung über einen Wärmetauscher (13) im Latentwärmetauscher (4) angeschlossen ist.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Temperaturerfassung im Rücklauf (5) des Heizkreises eine Regelung des Brennwertkessels (1) und/oder der Umlaufpumpe (3) des Heizkreises und/oder einer Ladepumpe (12) eines Brauchwasserheizkreises und/oder einer Umlaufpumpe (15) einer Fußbodenheizung (14) oder Wandheizung vorgesehen ist.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Zustandserfassung eines Speichermediums im Latentwärmespeicher (4) eine Regelung des Brennwertkessels (1) und/oder der Umlaufpumpe (3) des Heizkreises und/oder einer Ladepumpe (12) eines Brauchwasserheizkreises und/oder einer Umlaufpumpe (15) einer Fußbodenheizung (14) oder Wandheizung vorgesehen ist.
Umlauf-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (5) des Heizkreises der Heizungsanlage mit dem Latentwärmespeicher (4) nachgerüstet ist.