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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung eines Gebäudes mit einem im Gebäude angeordneten Warmlufterzeuger, der einen Brenner mit einer Brennstoffzuführung und eine, Abgas führende Abgasleitung aufweist, wobei das Abgas einen ersten Wärmetauscher durchläuft, in dem dem Abgas entzogene Wärmeenergie auf den ersten Wärmetauscher durchströmende Luft übertragen wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System zur Beheizung eines Gebäudes mit einem im Gebäude angeordneten Warmlufterzeuger, der einen Brenner mit einer Brennstoffzuführung und eine, Abgas führende Abgasleitung aufweist, wobei die Abgasleitung eingangsseitig an einen ersten Wärmetauscher angeschlossen ist, in dem dem Abgas entzogene Wärmeenergie auf den ersten Wärmetauscher durchströmende Luft übertragen wird.
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Aus dem Stand der Technik sind Warmlufterzeuger bekannt, die zur Durchführung eines gattungsgemäßen Verfahrens bzw. in ein gattungsgemäßes System vorgesehen bzw. integriert sind. Hierbei handelt es sich um Vorrichtungen, in denen ein Brenner angeordnet ist, der mit Brennstoff, insbesondere Gas betrieben wird. Mit dem Brenner wird Luft erhitzt, die zwangsweise durch den Warmlufterzeuger geführt wird. Hierzu ist beispielsweise am Gebläse vorgesehen, welches die Luft aus der Umgebung ansaugt und über den Brenner leitet. In dem Warmlufterzeuger ist darüber hinaus ein Wärmetauscher vorgesehen, dem ein bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehendes Abgas zugeleitet wird, um die im Abgas enthaltene Wärmeenergie auf die zu erwärmende Luft zu übertragen.
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In der Regel handelt es sich um sogenannte direkt-befeuerte Gas-Warmlufterzeuger, die besonders in Gebäuden mit niedrigen Höhen, in engen Räumlichkeiten und bei hohen Lufterneuerungsanforderungen einsetzbar sind. Demzufolge haben sich solche Systeme und die damit durchgeführten Verfahren auch bewährt. Es besteht aber grundsätzlich und auch bei der vorliegenden Erfindung die Anforderung, den Wirkungsgrad derartiger Verfahren bzw. Systeme zu verbessern.
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Eine Verbesserung des Wirkungsgrades bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird dadurch erzielt, dass des dem ersten Wärmetauscher entnommene Abgas einem zweiten Wärmetauscher zugeleitet wird, in dem dem zugeleiteten Abgas entnommene Wärmeenergie auf den zweiten Wärmetauscher durchströmende Luft übertragen wird, bevor das Abgas einem Abgaskamin zugeleitet und aus dem Gebäude abgeleitet wird und dass zumindest die den zweiten Wärmetauscher durchströmende Luft mittels eines Saug- und/oder Druckgebläses durch den zweiten Wärmetauscher gefördert wird, das über eine Regelung in Abhängigkeit einer konstanten Temperatur oder eines konstanten Massenstroms der aus dem zweiten Wärmetauscher austretenden Luft gesteuert wird.
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Bei einem erfindungsgemäßen System ist daher zur Verbesserung des Wirkungsgrades vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher ausgangsseitig mit der Abgasleitung verbunden ist, die eingangsseitig an einem zweiten Wärmetauscher angeschlossen ist, in dem dem zugeleiteten Abgas entnommene Wärmeenergie auf den zweiten Wärmetauscher durchströmende Luft übertragen wird, wobei der zweite Wärmetauscher ausgangsseitig an einem Abgaskamin angeschlossen ist und wobei zumindest dem zweiten Wärmetauscher ein mit einer Steuerung ausgebildetes Saug- und/oder Druckgebläse zugeordnet ist, das die den zumindest den zweiten Wärmetauscher durchströmende Luft durch den zweiten Wärmetauscher fördert, so dass über die Steuerung in Abhängigkeit einer konstanten Temperatur oder eines konstanten Massenstroms der aus der dem zweiten Wärmetauscher austretenden Luft die Drehzahl und/oder das Fördervolumen des Saug- und/oder Druckgebläses steuerbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei dem erfindungsgemäßen System ist daher vorgesehen, dass das aus dem ersten Wärmetauscher abgeführte Abgas, welches noch Wärmeenergie enthält einem zweiten Wärmetauscher zugeführt wird, in dem dem zugeführten Abgas enthaltene Wärmeenergie auf den Wärmetauscher ebenfalls durchströmende Umgebungsluft übertragen wird. Zu diesem Zweck weist der zweite Wärmetauscher ein Gebläse auf. Hierbei kann es sich um ein Axial- oder ein Radialgebläse handeln, welches Umgebungs- und/oder Frischluft ansaugt und dem Wärmetauscher zuführt. Das dem zweiten Wärmetauscher zugeführte Abgas wird in einem im Wärmetauscher angeordneten Abgasrohr geführt, welches außenseitig im Kontakt mit der Umgebungsluft steht, so dass diese durch die Erwärmung des im zweiten Wärmetauscher angeordneten Abgasrohr erwärmt wird. Zu diesem Zweck wird für das Abgasrohr im zweiten Wärmetauscher ein Material verwendet, welches einen möglichst hohen Wärmedurchgangskoeffizienten aufweist, so dass eine möglichst große Wärmeübertragung vom Abgas auf die Umgebungsluft erzielt werden kann. Das Gebläse bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei dem erfindungsgemäßen System weist eine Steuerung auf bzw. ist über eine Steuerung steuerbar. Steuerbar ist hier Insbesondere die Drehzahl des Gebläses, um beispielsweise den Massenstrom der Umgebungsluft zu erhöhen oder zu verringern in Abhängigkeit einer ausgangsseitig gewünschten konstanten Temperatur. Zu diesem Zweck ist ein Temperaturfühler vorgesehen, der die Temperatur des den Wärmetauscher verlassenden Luftstroms misst und diese Temperatur an die Steuerung übermittelt. Bei einer voreingestellten konstanten Temperatur des den Wärmetauscher verlassenden Luftstroms wird diese voreingestellte Temperatur mit der gemessenen Temperatur verglichen. Im Falle, dass die Temperatur des den Wärmetauscher verlassenden Luftstroms zu hoch liegt, wird die Drehzahl des Gebläses erhöht, um einen höheren Durchsatz der Umgebungsluft durch den Wärmetauscher zu gewährleisten, die gleichzeitig über einen geringeren Zeitraum in Kontakt mit dem Abgasrohr im zweiten Wärmetauscher tritt, so dass der Wärmeübergang vom Abgasrohr auf den Luftstrom zeitlich verkürzt wird. In umgekehrter Richtung kann das Gebläse in seiner Drehzahl reduziert werden, soweit festgestellt wird, dass die gemessene Temperatur unterhalb der voreingestellten Temperatur liegt.
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In gleicher Weise kann auch vorgesehen sein, dass der Massenstrom mittels eines Massendurchflussmessers gemessen und mit einem voreingestellten Sollwert verglichen wird. Aus dem Vergleich von Sollwert und Istwert kann dann ebenfalls die Drehzahl des Gebläses angepasst werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, weitere Parameter zu steuern, wie beispielsweise den Massenstrom des in den zweiten Wärmetauscher eingeleiteten Abgases. Ist dieses beispielsweise zu heiß, so dass auch die konstant eingestellte Temperatur des Luftstroms aus dem zweiten Wärmetauscher nicht mehr entsprechend dem Sollwert eingestellt werden kann, so kann ein Teil des aus dem ersten Wärmetauscher abgeleiteten Abgases über einen Bypass am zweiten Wärmetauscher vorbeigeleitet werden. Gleiches gilt selbstverständlich auch hinsichtlich einer partiellen Steuerung des Massenstroms aus dem ersten Wärmetauscher in den zweiten Wärmetauscher.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Beheizen von zwei oder mehr Gebäuden bzw. Gebäudeteilen, die beispielsweise thermisch voneinander isoliert sind. Hierbei ist vorgesehen, dass die vom Warmlufterzeuger erwärmte Luft zum Beheizen eines ersten Gebäudes oder eines ersten Gebäudeteils und die von zumindest dem ersten und/oder dem zweiten Wärmetauscher erwärmte Luft zum Beheizen eines zweiten Gebäudes oder eines zweiten Gebäudeteils genutzt wird. In einfacher Weise können Warmlufterzeuger und zumindest der zweite Wärmetauscher anlagentechnisch voneinander getrennt ausgebildet sein, so dass diese in unterschiedlichen Gebäuden bzw. Gebäudeteilen angeordnet sind. Die Verbindung zwischen Warmlufterzeuger und darin integriertem erstem Wärmetauscher und zweitem Wärmetauscher erfolgt dann über die zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher angeordnete Abgasleitung. In diese kann im Übrigen auch der Bypass angeordnet werden, sollte die Anforderung bestehen, lediglich des erste Gebäude oder den ersten Gebäudeteil zu beheizen. Hieraus ergibt sich eine sehr vorteilhafte Steuerungsmöglichkeit eines entsprechenden Systems, so dass beispielsweise bei einer Beheizung von zwei Hallen entschieden werden kann, welche Halle beheizt werden soll, so dass auch die Beheizung einer Halle ausgeschaltet werden kann.
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Um den Wirkungsgrad zu verbessern ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass dem ersten und/oder dem zweiten Wärmetauscher Abgas einer Infrarotstrahlung emittierenden Strahlungsheizung zugeführt wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Dunkelstrahler mit einem Brenner und einem Strahlungsrohr handeln, wobei das Strahlungsrohr ausgangsseitig mit dem Wärmetauscher verbunden wird. Die Abgase der Infrarotstrahlung emittierenden Strahlungsheizung können somit bei Betrieb dergleichen ebenfalls zumindest im zweiten Wärmetauscher für die Erwärmung eines Luftstroms genutzt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Halle mittels einer Infrarotstrahlung emittierenden Strahlungsheizung beheizt werden und die dabei entstehenden Abgase einem Wärmetauscher zugeführt werden, der die thermische Energie des Abgases zur Erzeugung von Warmluft für die Beheizung beispielsweise eines Bürotrakts in der Halle nutzt.
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Insbesondere im zweiten Wärmetauscher, aber auch im ersten Wärmetauscher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Abgas und die zu erwärmende Luft im Gegenstromprinzip zu führen. Im Hinblick auf den zweiten Wärmetauscher ist darauf hinzuweisen, dass das Abgas bereits im ersten Wärmetauscher einen wesentlichen Anteil seiner Wärmeenergie auf einen Luftstrom übertragen hat. Die verbleibende Wärmeenergie soll daher im zweiten Wärmetauscher möglichst umfangreich genutzt und auf einen zweiten Luftstrom übertragen werden. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Gegenstromprinzip zu verwenden, um den Kontakt des zu erwärmenden Luftstroms mit der durch das Abgas aufgeheizten bzw. erwärmten Abgasleitung sicherzustellen.
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Die voranstehenden Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind bei einem erfindungsgemäßen System dadurch verwirklicht und erzielbar, dass der Warmlufterzeuger und der erste Wärmetauscher und/oder der zweite Wärmetauscher in unterschiedlichen Gebäuden und/oder in unterschiedlichen thermisch voneinander getrennten Gebäudeteilen angeordnet sind. In der Regel weist der Warmlufterzeuger, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, bereits einen Wärmetauscher auf, bei dem es sich um den ersten Wärmetauscher des Systems handelt, so dass Warmlufterzeuger und erster Wärmetauscher in einem ersten Gebäude oder einem ersten Gebäudeteil angeordnet sind, während der zweite Wärmetauscher hiervon getrennt in einem zweiten Gebäude oder einem zweiten Gebäudeteil angeordnet ist.
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Zur Unterstützung des Systems ist der erste und/oder der zweite Wärmetauscher eingangsseitig an eine Abgasleitung einer Infrarotstrahlung emittierenden Strahlungsheizung angeschlossen. Hierbei kann es sich sowohl um Dunkelstrahler als auch um Hellstrahler handeln. Im Unterschied zu den Dunkelstrahlern, die einen Brenner und ein Strahlungsrohr aufweisen, wird bei einem Hellstrahler auf einer keramischen Platte ein Brennstoff verbrannt, so dass die Keramikplattenoberfläche auf etwa 950°C erhitzt wird und im Unterschied zu Dunkelstrahlern hell glüht und Infrarotstrahlung abgibt. Über Reflektoren wird die Strahlung gezielt in eine gewünschte Richtung geleitet.
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Der zweite Wärmetauscher kann daher nicht nur für die Übertragung der Wärmeenergie aus dem Abgas des Warmlufterzeugers, sondern auch ergänzend für die Nutzung der Wärmeenergie aus dem Abgas eines möglicherweise vorhandenen Strahlungsheizgerätes genutzt werden, um erwärmte Luft zu erzeugen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein erfindungsgemäßes System zur Beheizung eines Gebäudes im Prinzip dargestellt ist.
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Ein System zur Beheizung eines oder mehrerer Gebäude weist einen in einem ersten Gebäude angeordneten Warmlufterzeuger 1 auf. Der Warmlufterzeuger 1 besteht aus einem Brenner 2 und einem ersten Wärmetauscher 3, die in einem gemeinsamen Gehäuse 4 angeordnet sind. In dem Gehäuse 4 ist weiterhin ein Gebläse 5 angeordnet, welches Umgebungsluft entsprechend einem Pfeil 6 ansaugt und in den Bereich des Brenners 2 fördert, so dass die Umgebungsluft durch die vom Brenner 2 erzeugte thermische Energie aufgeheizt wird.
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Der Brenner 2 wird zu diesem Zweck über eine Brennstoffleitung 7 mit einem Brennstoff, insbesondere Gas versorgt. Die Brennstoffleitung 7 ist eingangsseitig am Brenner 2 angeschlossen, der ausgangsseitig mit einer Abgasleitung 8 verbunden ist. Die Abgasleitung 8 ist eingangsseitig am Wärmetauscher 3 angeschlossen, so dass das vom Brenner 2 erzeugte Abgas zur weiteren Nutzung in den Wärmetauscher 3 eingeleitet wird. Ausgangsseitig ist der Wärmetauscher 3 an eine Abgasleitung 9 angeschlossen.
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Die vom Brenner 2 erhitzte Umgebungsluft wird ergänzend durch den Wärmetauscher 3 geführt und gelangt somit in Kontakt mit der Außenfläche der durch den Wärmetauscher 3 geführten Abgasleitung 8, wodurch ergänzend Wärmeenergie aus dem Abgas auf die Umgebungsluft übertragen wird, die sodann entsprechend einem Pfeil 10 in den Innenraum eines Gebäudes abgegeben wird.
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Ergänzend kann vorgesehen sein, dass nicht nur über den Brenner 2 erwärmte, sondern alternativ zur vom Brenner 2 erwärmten Umgebungsluft auch solche Umgebungsluft dem Wärmetauscher 3 zugeführt wird, die nicht über den Brenner 2 erwärmt ist.
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Das erfindungsgemäße System weist des Weiteren einen zweiten Wärmetauscher 11 auf, der eingangsseitig an die Abgasleitung 9 angeschlossen ist. Ausgangsseitig ist der Wärmetauscher 11 an eine Abgasleitung 12 angeschlossen, die in einen Kamin 13 mündet.
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Der zweite Wärmetauscher 11 wird über ein Gebläse 14 mit Umgebungsluft gemäß einem Pfeil 15 beaufschlagt, die mit einer Temperatur T1 in den Wärmetauscher 11 eintritt. Um die eintretende Umgebungsluft mit der Temperatur T1 auf eine aus dem zweiten Wärmetauscher 11 austretende Umgebungsluft gemäß einem Pfeil 16 mit einer konstanten Temperatur T2 zu erwärmen wird die Umgebungsluft mit der Temperatur T1 in Kontakt mit der Außenfläche des durch den zweiten Wärmetauscher 11 führenden Abgasleitung 9 gebracht so dass die Wärmeenergie des in der Abgasleitung 9 geführten Abgases auf die in den zweiten Wärmetauscher 11 eintretende Umgebungsluft übertragen wird.
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Die Temperatur T2 des aus dem zweiten Wärmetauscher 11 austretenden Umgebungsluft wird mittels eines Temperaturfühlers 17 gemessen und einer Regelung 18 übermittelt, in der ein Temperatursollwert für die Temperatur T2 hinterlegt ist. Dieser Sollwert ist selbstverständlich veränderbar.
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Über einen Vergleich des hinterlegten Sollwertes mit dem über den Temperaturfühler 17 gemessenen Istwert der Temperatur T2 wird sodann das Gebläse 14 angesteuert, um entweder die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Wärmetauscher 11 zu erhöhen (soweit der Istwert über dem Sollwert liegt) oder zu verringern (soweit der Istwert unter dem Sollwert liegt). Über die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit, beispielsweise durch Erhöhung oder Verringerung der Drehzahl des Gebläses 14 wird die Verweildauer der Umgebungsluft im zweiten Wärmetauscher 11 reguliert.
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Ergänzend weist das System zur Beheizung eines Gebäudes eine aus einem oder mehreren Dunkelstrahlern bestehende Strahlungsheizung 19 auf, die über eine Brennstoffleitung 20 mit erforderlichem Brennstoff versorgt wird. Ausgangsseitig ist die Strahlungsheizung 19 an eine Abgasleitung 21 angeschlossen, die mit der Abgasleitung 9 verbunden ist, so dass die in der Abgasleitung 21 geführten und von der Strahlungsheizung 19 kommenden Abgase ergänzend dem zweiten Wärmetauscher 11 zugeführt werden können. Die Abgasleitung 21 weist darüber hinaus eine abzweigende Abgasleitung 22 auf, die direkt mit der Abgasleitung 12 verbunden ist, so dass über die Steuerung eines Ventils 23 der Abgasstrom aus der Strahlungsheizung 19 gesteuert werden kann, insoweit das Abgas entweder dem zweiten Wärmetauscher 11 zur Erwärmung von Umgebungsluft zugeleitet wird oder das Abgas der Strahlungsheizung 19 direkt über den Kamin 13 aus dem Gebäude abgeführt wird.
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Bei dem dargestellten System ist es aber auch möglich, die Abgase der Strahlungsheizung 19 im ersten Wärmetauscher 3 zu nutzen, wie es in den Figuren durch eine gestrichelte Linie 26 dargestellt ist. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass die Abgasleitungen 8, 9 und 21 thermisch isoliert sind, so dass über die Außenmantelfläche dieser Abgasleitungen 8, 9, 21 nur eine geringe Wärmeenergie abgegeben wird, um eine möglichst hohe Wärmeenergie in den Wärmetauschern 3, 11 nutzen zu können.
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Schließlich weist das dargestellte und beschriebene System den Vorteil auf, dass der Warmlufterzeuger 1 in einem ersten Gebäude oder einem ersten Gebäudeteil, der zweite Wärmetauscher 11 in einem zweiten Gebäude oder einem zweiten Gebäudeteil und die Strahlungsheizung 19 in einem dritten Gebäude oder einem dritten Gebäudeteil angeordnet sein können, um diese getrennt voneinander zu beheizen, wobei die Gebäude bzw. Gebäudeteile durch die strichpunktierten Linien 24 und 25 angedeutet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Warmlufterzeuger
- 2
- Brenner
- 3
- Wärmetauscher
- 4
- Gehäuse
- 5
- Gebläse
- 6
- Pfeil
- 7
- Brennstoffleitung
- 8
- Abgasleitung
- 9
- Abgasleitung
- 10
- Pfeil
- 11
- Wärmetauscher
- 12
- Abgasleitung
- 13
- Kamin
- 14
- Gebläse
- 15
- Pfeil
- 16
- Pfeil
- 17
- Temperaturfühler
- 18
- Regelung
- 19
- Strahlungsheizung
- 20
- Brennstoffleitung
- 21
- Abgasleitung
- 22
- Abgasleitung
- 23
- Ventil
- 24
- Linie
- 25
- Linie
- 26
- gestrichelte Linie
- T1
- Temperatur
- T2
- Temperatur
