DE102017000550A1 - Solar heating for the provision of hot water and heating energy partially integrated in one component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung offenbart eine Solarheizung zur Bereitstellung von Warmwasser und Heizenergie für ein Gebäude. Die Solarheizung umfasst Sonnenkollektoren (1), Temperatursonden, solaren Förderkreislauf (2), Speicher (3), Hydraulikmodule (4), Ausdehnungsgefäße (5), Heizungsanlagen (6), die nicht Sonnenlicht als Energie nutzten, Regeleinheit (7), Bauelement (0), Heizkörper (9) und Belüftungseinheit (10). Teile der Solarheizung insbesondere Speicher (3), Ausdehnungsgefäße (5), mindestens eine der Heizungsanlagen (6), Heizkörper (9), Regeleinheit (7), Hydraulikmodule (4) mit Umwälzpumpen, Ventilen, Rücklaufklappen und Durchflussmesser, sowie diese Elemente verbindende hydraulische und elektrische Leitungen sind im Bauelement (0) installiert. Dieses Bauelement (0) ist mit mindestens einem Heizkörper (9) und mindestens einer regelbaren Belüftungseinheit (10) ausgestattet, über der die Luft im Bauelement (0) mit der Luft außerhalb des Bauelementes (0) ausgetauscht werden kann.Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung und ein Verfahren zum Betrieb einer Solarheizung.The invention discloses a solar heater for providing hot water and heating energy for a building. The solar heating system comprises solar collectors (1), temperature probes, solar conveying circuit (2), storage (3), hydraulic modules (4), expansion vessels (5), heating systems (6) which do not use sunlight as energy, control unit (7), component ( 0), radiator (9) and ventilation unit (10). Parts of the solar heating in particular memory (3), expansion vessels (5), at least one of the heating systems (6), radiator (9), control unit (7), hydraulic modules (4) with circulation pumps, valves, return flaps and flow meter, as well as connecting these elements hydraulic and electrical lines are installed in the device (0). This component (0) is equipped with at least one heating element (9) and at least one controllable ventilation unit (10) via which the air in the component (0) can be exchanged with the air outside the component (0). The invention discloses a method for manufacturing and a method for operating a solar heating.
Description
Die Erfindung betrifft eine Solarheizung, ein Verfahren zur Herstellung und ein Verfahren zum Betrieb einer Solarheizung zur Bereitstellung von Warmwasser und Heizenergie für ein Gebäude, wobei die Solarheizung teilweise in einem Bauelement integriert ist. Besagtes Bauelement kann, inklusive der in ihm integrierten Teile der Solarheizung, außerhalb des zu beheizenden Gebäudes gefertigt werden.The invention relates to a solar heater, a method for manufacturing and a method for operating a solar heater for providing hot water and heating energy for a building, wherein the solar heater is partially integrated in a component. Said component can, including the integrated parts of the solar heating, be made outside the building to be heated.
Solarheizungen sind Kombinationen von Solaranlagen zur solaren Warmwassererwärmung und Heizungsunterstützung, verbunden mit einem Heizaggregat, das einen anderen Energieträger als das Sonnenlicht nutzt. Solarheizungen sind Stand der Technik. In
Zu den üblichen Heizgeräten wie Öl- oder Gaskessel und Wärmepumpen kommen heute Kombinationen von mehreren Aggregaten sowie Kraft-Wärme-Kopplung-Heizungen hinzu, die mit Sonnenkollektoren und Solarzellen kombiniert werden. Hierdurch ergeben sich komplizierte hydraulische und elektronische Systeme die teuer und fehleranfällig bei der Installation in das fertige Gebäude sind, wie aus den oben zitierten Offenbarungen ersichtlich ist. Insbesondere erfordern sie das Wissen von Spezialisten aus verschiedenen Disziplinen. Ähnliches gilt für die anfallenden Reparaturen.In addition to the usual heating appliances such as oil or gas boilers and heat pumps, combinations of multiple units and combined heat and power systems combined with solar collectors and solar cells are now available. This results in complicated hydraulic and electronic systems that are expensive and prone to error when installed in the finished building, as can be seen from the disclosures cited above. In particular, they require the knowledge of specialists from different disciplines. The same applies to the resulting repairs.
Um diese Nachteile zu beseitigen wird in
Während bei Altbauten mit Solarheizungen in der Regel noch der Großteil der Energieversorgung nach wie vor durch Öl- oder Gaskessel bereitgestellt wird, sind moderne Neubauten gut isoliert und der Anteil an Solarenergie kann höher sein als der an konventioneller Energie. Einerseits ist dies ein Vorteil, weil CO2 und Geld im Betrieb gespart werden. Andererseits führt dies zu großen Kollektorflächen, um den Energiebedarf auch im Winter zu decken. Der Nachteil solcher Systeme ist die Überschussenergie im Sommer, die zum vorzeitigen Verschleiß von Komponenten führt.While in old buildings with solar heating usually still the majority of the energy supply is still provided by oil or gas boiler, modern new buildings are well insulated and the proportion of solar energy can be higher than that of conventional energy. On the one hand, this is an advantage because CO2 and money are saved in operation. On the other hand, this leads to large collector surfaces to meet the energy needs in winter. The disadvantage of such systems is the excess energy in the summer, which leads to premature wear of components.
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Solarheizung und ein Verfahren zum Betrieb einer Solarheizung, wobei die Solarheizung teilweise in einem Bauelement integriert ist, bereitzustellen, wobei die eingangs erwähnten Nachteile vermieden werden können.Task of the present invention is to provide a solar heater and a method for operating a solar heater, wherein the solar heater is partially integrated into a component, wherein the aforementioned disadvantages can be avoided.
Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst:The task is achieved according to the invention as follows:
Die erfindungsgemäße Solarheizung umfasst mindestens einen Sonnenkollektor (1), mindestens zwei Temperatursonden, mindestens einen solaren Förderkreislauf (2) zwischen Kollektor (1) und einem Speicher (3), den Speicher (3) selbst, mindestens ein Hydraulikmodul (4), mindestens ein Ausdehnungsgefäß (5), mindestens eine Heizungsanlage (6), die nicht Sonnenlicht als Energie nutzt,, eine Regeleinheit (7), ein Bauelement (0), mindestens einen Heizkörper (9) und mindestens eine Belüftungseinheit (10).The solar heater according to the invention comprises at least one solar collector (1), at least two temperature probes, at least one solar conveyor circuit (2) between the collector (1) and a memory (3), the memory (3) itself, at least one hydraulic module (4), at least one Expansion vessel (5), at least one heating system (6) that does not use sunlight as energy, a control unit (7), a component (0), at least one radiator (9) and at least one ventilation unit (10).
Unter einem Sonnenkollektor (1) wird ein solarthermischer Flachkollektor, ein Vakuumröhrenkollektor oder ein Hybrid aus thermischem und fotovoltaischem Kollektor verstanden. Mehrere Sonnenkollektoren (1) können zu Kollektorfelder hydraulisch verbunden werden. Die Solarkollektoren (1) sind mittels dem solaren Förderkreislauf (2), der mindestens ein Hydraulikmodul (4) beinhaltet, mit dem Speicher (3) verbunden.A solar collector (1) is understood to mean a solar thermal flat collector, a vacuum tube collector or a hybrid of a thermal and photovoltaic collector. Several solar panels (1) can be hydraulically connected to collector fields. The solar collectors (1) are connected to the reservoir (3) by means of the solar delivery circuit (2), which contains at least one hydraulic module (4).
Unter einem Speicher (3) wird auch ein Heizwasserspeicher, ein Brauchwasserspeicher oder ein Schichtladespeicher verstanden der mindestens einen Wärmetauscher im Solarkreislauf, genannt auch Solarwärmetauscher (3a), und mindestens eine Schichtladevorrichtung (8) enthält. Vorteilhaft für die Erfindung ist es, wenn der Speicher (3) einen zweiten Wärmetauscher (3b) im Brauchwasserkreislauf (3c) enthält. Vorzugsweise ist eine weitere Schichtladevorrichtung (8a) im unteren Bereich des Speichers (3) angebracht.A store (3) is also understood to mean a heating water store, a service water store or a stratified charge store which contains at least one heat exchanger in the solar circuit, also called solar heat exchanger (3a), and at least one stratified charge device (8). It is advantageous for the invention if the store (3) contains a second heat exchanger (3b) in the process water circuit (3c). Preferably, a further layer loading device (8a) is mounted in the lower area of the store (3).
Am Speicher (3) fest angebracht ist mindestens eines der Hydraulikmodule (4) und mindestens eine der Heizungsanlagen (6). Vorzugsweise kommunizieren alle Hydraulikmodule (4) und Heizanlagen (6) hydraulisch mit dem Speicher (3). Die Hydraulikmodule (4) beinhalten die notwendigen Umwälzpumpen, Ventile, Durchflussmesser und Rücklaufklappen.At least one of the hydraulic modules (4) and at least one of the heating systems (6) are fixedly mounted on the reservoir (3). Preferably communicate all hydraulic modules (4) and heating systems (6) hydraulically with the memory (3). The hydraulic modules (4) contain the necessary circulating pumps, valves, flow meters and return valves.
Unter Heizungsanlagen (6) werden Anlagen, die geeignet sind Wasser zu erwärmen, verstanden.Heating systems (6) are systems that are suitable for heating water.
Speicher (3), Ausdehnungsgefäße (5), mindestens eine der Heizungsanlagen (6), Heizkörper (9), Regeleinheit (7), Hydraulikmodule (4) mit Umwälzpumpen, Ventilen, Rücklaufklappen und Durchflussmesser, sowie diese Elemente verbindende hydraulische und elektrische Leitungen sind im Bauelement (0) installiert. Dieses Bauelement (0) ist mit mindestens einer regelbaren Belüftungseinheit (10) ausgestattet, über der die Luft im Bauelement (0) mit der Luft außerhalb des Bauelementes (0) ausgetauscht werden kann.Memory (3), expansion vessels (5), at least one of the heating systems (6), radiator (9), control unit (7), hydraulic modules (4) with circulation pumps, valves, return valves and flow meters, and these elements connecting hydraulic and electrical lines installed in the component (0). This component (0) is equipped with at least one controllable ventilation unit (10) via which the air in the component (0) can be exchanged with the air outside the component (0).
Die Sonnenkollektoren (1) sind außerhalb des Bauelements (0) derart angebracht, daß sie die Sonnenenergie nutzen können. Sie sind hydraulisch mit dem Speicher (3) im Bauelement (0) derart verbunden, daß der Solarkreislauf über dem Solarwärmetauscher (3a) und einem Hydraulikmodul (4) geschlossen ist. Der Speicher (3) weist mehrere Anschluss-Stutzen auf, vorzugsweise 4 bis 12 Stück. Diese sind vorzugsweise auf verschiedenen Höhen des Speichers angebracht. Die Heizungsanlagen (6) und Ausdehnungsgefäße (5) sind über diese Stutzen mit dem Speicher (3) verbunden. An diese Stutzen sind auch die Heizkreise für das zu heizende Gebäude verbunden.The solar panels (1) are mounted outside of the component (0) so that they can use the solar energy. They are hydraulically connected to the memory (3) in the component (0) such that the solar circuit above the solar heat exchanger (3a) and a hydraulic module (4) is closed. The memory (3) has a plurality of connection pieces, preferably 4 to 12 pieces. These are preferably mounted at different heights of the memory. The heating systems (6) and expansion tanks (5) are connected via these nozzles with the memory (3). The heating circuits for the building to be heated are also connected to these nozzles.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, daß das Bauelement (0) als witterungsfestes, geschlossenes Element ausgefertigt ist und im Freien oder in einem Raum ohne Decke aufgestellt werden kann. Hierdurch kann die Solarheizung weitgehend industriell und damit kostengünstig gefertigt werden. Ferner kann die Solarheizung vorzugsweise außerhalb des zu beheizenden Gebäude platziert werden. Der früher für die Heizung genutzte Raum im Gebäude kann für andere Zwecke genutzt werden.Advantageous embodiment of the invention is that the component (0) is made as a weatherproof, closed element and can be placed outdoors or in a room without a ceiling. As a result, the solar heater can be manufactured largely industrially and therefore cost. Furthermore, the solar heater can preferably be placed outside of the building to be heated. The space previously used for heating in the building can be used for other purposes.
Vorteilhaft ist, daß das Bauelement (0) aus Fertigbauelementen gebildet ist bevorzugt aus feuerfesten, wärmegedämmten Wänden aus Porenbeton, wodurch im Winter die Hydraulik im Bauelement vor Frost geschützt werden kann. Die Ausgestaltung des Bauelements als Teil einer Garage oder Fertiggarage erlaubt eine bessere Nutzung des Bauplatzes.It is advantageous that the component (0) is formed from prefabricated elements is preferably made of refractory, thermally insulated walls of aerated concrete, which in winter, the hydraulic system can be protected from frost in the device. The design of the device as part of a garage or prefabricated garage allows a better use of the site.
Der Speicher (3) der vorliegenden Erfindung kann einen Wärmetauscher (3b) enthalten, der an einen Brauchwasserkreislauf (3c) angeschlossen ist und damit die Erzeugung von Brauchwasser mittels der erfindungsgemäßen Solarheizung ermöglicht.The store (3) of the present invention may include a heat exchanger (3b) connected to a service water circuit (3c) and thus allowing the production of service water by means of the solar heater according to the invention.
Ein weiter Vorteil ist es, dass eine der Heizanlagen (6) der Solarheizung eine Wärmepumpe und/oder ein Elektroheizstab sein kann. Teile der Wärmepumpe können auch außerhalb des Bauelementes angebracht sei.A further advantage is that one of the heating systems (6) of the solar heater can be a heat pump and / or an electric heating element. Parts of the heat pump can also be mounted outside of the component.
Vorteilhaft ist es, daß die regelbare Belüftungseinheit (10) aus einer Durchführung vom Inneren des Bauelementes (0) nach Außen mit mindestens einem regelbaren Ventilator oder einer regelbaren Klappe und/oder einem Schieber und/oder einer Rosette besteht.It is advantageous that the controllable ventilation unit (10) consists of a passage from the interior of the component (0) to the outside with at least one controllable fan or a controllable flap and / or a slide and / or a rosette.
Die Solarheizung kann im Inneren und außerhalb des Bauelementes (0) mit mindestens jeweils einer Temperatursonde (11/12) ausgestattet werden, die mit der Regeleinheit (7) verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, die Temperatur im Innern des Bauelements zu regeln. Hierdurch wird die Lebensdauer der Komponenten im Bauelement erhöht.The solar heater can be equipped inside and outside of the component (0) with at least one temperature probe (11/12), which is connected to the control unit (7). This makes it possible to control the temperature inside the device. This increases the service life of the components in the component.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Solarheizung wird, bei einer Temperatur im Bauelement (0) unter 4°C, gemessen mittels der Temperatursonde (11), das besagte Bauelement mittels des/der Heizkörper (7) frostfrei gehalten, indem über ein Ventil und geeignete Leitungen die Wärme aus dem Speicher (3) in das Bauelement (0) abgegeben wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Hydraulik frostfrei gehalten wird. Steigt die Temperatur der Sonnenkollektoren (1) über 120°C wird die Energie aus den Sonnenkollektoren (1) über den Speicher (3), dem Heizkörper (7) zugeführt. Durch die Belüftungseinheit (10) wird diese Energie ins Freie abgeführt, sodass die Kollektortemperatur nicht über 140°C steigt.According to the inventive method for operating a solar heating is, at a temperature in the component (0) below 4 ° C, measured by means of the temperature probe (11), the said component by means of / the radiator (7) kept frost-free by a valve and suitable lines, the heat from the memory (3) in the device (0) is discharged. This ensures that the hydraulics are kept frost-free. If the temperature of the solar panels (1) above 120 ° C, the energy from the solar panels (1) via the memory (3), the radiator (7) is supplied. Through the ventilation unit (10), this energy is dissipated to the outside, so that the collector temperature does not rise above 140 ° C.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Solarheizung wird das Bauelement (0) außerhalb des zu beheizenden Gebäudes gefertigt. Alle in diesem Bauelement (0) integrierten Teile der Solarheizung werden transportsicher mit dem Bauelement (0) verbunden. Elektrische (13) und hydraulische (14) Leitungen und Anschlüsse zur Verbindung mit dem zu beheizenden Gebäude werden in und am Bauelement (0) installiert. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Solarheizung weitgehend industriell hergestellt und getestet werden kann und als halbfertiges Modul ausgeliefert werden kann, wodurch hohe Installationskosten durch verschiedene Spezialisten vor Ort gespart werden.According to the inventive method for producing the solar heater, the component (0) is manufactured outside the building to be heated. All in this component (0) integrated parts of the solar heater are securely connected to the device (0). Electrical (13) and hydraulic (14) pipes and connections for connection to the building to be heated are installed in and on the component (0). This ensures that the solar heater can be largely manufactured and tested industrially and can be delivered as a semi-finished module, whereby high installation costs are saved by various specialists on site.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und dem anhand der Zeichnungen nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel:Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the embodiment illustrated below with reference to the drawings:
Hierbei zeigen:
-
1 einen Schnitt durch das Bauelement (0) beispielsweise mit Sonnenkollektoren (1) und Wärmepumpe (6a) auf dem Dach des Bauelements. In diesem Beispiel ist das Bauelement derart ausgeführt, daß es außerhalb eines Gebäudes aufgestellt werden kann. -
2 Einen Schnitt durch denim Beispiel von 1 eingesetzten Speicher (3) beispielsweise ausgestaltet mit zwei Schichtladevorrichtungen (8 und 8a), einem Brauchwasserwärmetauscher (3b) und eingebautem Elektroheizstab (6b).
-
1 a section through the device (0), for example, with solar panels (1) and heat pump (6a) on the roof of the device. In this example, the device is designed so that it can be placed outside a building. -
2 A section through the example of1 used memory (3), for example, designed with two layer charging devices (8 and 8a), a hot water heat exchanger (3b) and built-in Elektroheizstab (6b).
Beispielsweise ist das Bauelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- (0)(0)
- Bauelementmodule
- (1)(1)
- Sonnenkollektorensolar panels
- (2)(2)
- solarer Förderkreislauf mit Leitungensolar conveying circuit with lines
- (3)(3)
- Speicher (3a) Solarwärmetauscher (3b) Brauchwasserwärmetauscher (3c) BrauchwasserkreislaufStorage (3a) Solar heat exchanger (3b) Domestic hot water heat exchanger (3c) process water circuit
- (4)(4)
- Hydraulikmodulehydraulic modules
- (5)(5)
- Ausdehnungsgefäßeexpansion tanks
- (6)(6)
- Heizungsanlagen, die nicht Sonnenlicht als Energie nutzen (6a) Wärmepumpe (6b) ElektroheizstabHeating systems that do not use sunlight as energy (6a) heat pump (6b) Electric heating element
- (7)(7)
- Regeleinheitcontrol unit
- (8) und (8a)(8) and (8a)
- SchichtladevorrichtungLayer loader
- (9)(9)
- Heizkörperradiator
- (10)(10)
- regelbare Belüftungseinheitadjustable ventilation unit
- (11)(11)
- Temperatursonde im Inneren des BauelementesTemperature probe inside the component
- (12)(12)
- Temperatursonde außerhalb des BauelementesTemperature probe outside the component
- (13)(13)
- Elektrische Verbindung zum zu beheizenden GebäudeElectrical connection to the building to be heated
- (14)(14)
- Hydraulische Verbindung zum zu beheizenden GebäudeHydraulic connection to the building to be heated
- (15)(15)
- Außenmauer des zu beheizenden GebäudesExterior wall of the building to be heated
- (16)(16)
- Warm-Wasser-Verbraucher im zu beheizenden GebäudeHot water consumers in the building to be heated
- (17)(17)
- Heizkörper im zu beheizenden GebäudeRadiator in the building to be heated
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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