DE102022003938A1

DE102022003938A1 - Verfahren und Anordnung zum ergänzenden Heizen

Info

Publication number: DE102022003938A1
Application number: DE102022003938.9A
Authority: DE
Inventors: Simone Rozek; Werner Rozek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum ergänzenden Heizen von Wohnungen und Gebäuden.Die Erfindung ermöglicht den Eigenverbrauch des eigenerzeugten Ökostromes vorzugsweise einer Photovoltaikanlage zu erhöhen, ohne dass einen Eingriff in die vorhandene Heizungsanlage und deren Regelung vorgenommen werden muss. Vor allem geht es darum, Gas oder Öl und die Kosten für das Heizen stark zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe mindestens eines vorzugsweisen elektrischen Heizelements die Heiz-Flüssigkeit über die Wandung eines Heizungsrohres einer Heizungsanlage erwärmt, wobei das Heizgerät der Heizungsanlage über sein Temperatursensor die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit bestimmt, und nur bei Unterschreitung einer voreingestellten Grenztemperatur die Brennstoffzufuhr öffnet, den Brenner des Heizgerätes startet und beim Erreichen der voreingestellten Grenztemperatur die Brennstoffzufuhr sperrt, wobei die Temperatur des Heizelementes so gesteuert wird, dass die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit in der Regel über die voreingestellte Grenztemperatur liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum ergänzenden Heizen von Wohnungen und Gebäuden.
Stand der Technik und Hintergrund der Erfindung
Die Energiekrise hat Ausmaße angenommen, die die Existenz von Gesellschaften bedrohen. Preise von fossilen Energieträgern klettern auf existenzbedrohenden Höhen, die zum sparsamen Verbrauch besonders bei dem Heizen von Wohnungen und Gebäuden zwingen. Um bei Temperaturen unter 10° C nicht frieren zu müssen, ist es erforderlich alternativen zum ergänzenden Heizen zu finden.
Solaranlagen wie solarthermische Anlagen und Photovoltaikanlagen zählen zu den Alternativen. Solarthermische Anlagen wandeln Sonnenenergie in Wärmeenergie um. Photovoltaikanlagen erzeugen aus der Sonnenenergie elektrische Energie, die entweder in ein Stromnetz oder Batteriespeicher gespeichert wird. WO 001999009356 A1 offenbart eine Solaranlage mit einer Kollektoreinrichtung, einem Wärmeträgerkreislauf und einem Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist ein relativ großer Wassertank in denen Rohre des Wärmeträgerkreislaufs der Kollektoreinrichtung und Rohre des Heizkreises des Gebäudes befinden.
DE 202019103149 U1 ist eine Vorrichtung zur Erwärmung eines fluiden Mediums offenbart. Bei dieser Lösung geht es bevorzugt um die Warmwasseraufbereitung mittels einer Photovoltaik-Thermie-Einheit. Um die Gesamteffizienz der Vorrichtung zu erhöhen, ist ein Elektroheizstab in den Quellenspeicher integriert, der durch den von Solarmodulen erzeugter Strom betrieben werden kann. [ DE 202019103149 U1 , Absatz 0019, letzter Satz]
Nachteil dieser technischen Lösungen sind, dass sie Wassertanks bzw. Quellenspeicher benötigen, die einen größeren Platzbedarf für die Heizungsanlage beanspruchen.
Ein einfaches Nachrüsten ohne das Rohrsystem der Heizung aufzutrennen, um die erforderlichen Speicher und Wassertanks einzubringen, ist nicht möglich. Gas-Brennwertgeräte wie die Cerapur von Junkers sind kleine leistungsstarke Heizungsanlagen (HxBXT= 850mmx440mmx350mm) mit Warmwasseraufbereitung im Durchlauf-Erhitzer-Betrieb die unter dem Dach auf kleinstem Raum eingebaut werden können. In der Regel führen Kupferrohre von zirka 1m Länge als Vor- und Rücklaufrohr aus dem Heizungsraum heraus. Der Einbau eines Wasserspeichers wäre nur mit größtem Aufwand oder überhaupt nicht möglich.
Aufgabe und Ziele der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung zum ergänzenden Heizen zu schaffen, die es ermöglicht, den Eigenverbrauch des eigenerzeugten Ökostromes vorzugsweise einer Photovoltaikanlage zu erhöhen, ohne einen Eingriff in die vorhandene Heizungsanlage und deren Regelung vornehmen zu müssen.
Ziele der Erfindung sind es, den Verbrauch fossiler Rohstoffe wie vorzugsweise Gas oder Öl und die Kosten für das Heizen stark zu reduzieren sowie den Eigenverbrauch des eigenerzeugten Ökostromes stark zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Anspruch 1 der Erfindung offenbart die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens zum ergänzenden Heizen.
Heizungsanlagen einer Wohnung oder eines Gebäudes wie z. B.in einem Einfamilienhaus bestehen in der Regel aus einem Heizgerät, Heizungsrohren, Heizkörpern und/oder Fußbodenheizung sowie Brennstoffzufuhr. Das Heizgerät regelt die Heiztemperatur (Vorlauftemperatur) in den Heizungsrohren, Heizkörpern sowie Fußbodenheizungen, die als Grenztemperatur voreinstellbar ist. Bei einer Fußbodenheizung liegt die Grenztemperatur in der Regel bei 40°C. Wird diese Grenztemperatur einige Grad unterschritten, so öffnet das Heizgerät die Brennstoffzufuhr der Brennkammer und zündet den Brennstoff, der dann über einen Wärmetauscher in der Brennkammer die Heiz-Flüssigkeit meist Wasser erwärmt. Liegt die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit im Heizkreis über die Grenztemperatur, so sperrt das Heizgerät die Brennstoffzufuhr, so dass das Feuer in der Brennkammer erlischt.
Erfindungsgemäß wird die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit im Heizkreis hauptsächlich durch mindestens ein elektrisches Heizelement bestimmt, das an einem Heizungsrohr so angebracht ist, dass die Wärme vom Heizelement über das Heizungsrohr meist aus Kupfer in die Heiz-Flüssigkeit übergeht.
Bei einer Fußbodenheizung wird vorteilhaft das in der Nähe des Heizgerätes sich befindende Rücklaufrohr zur Anbringung des elektrischen Heizelements gewählt.
Um den Wärmeübergang in die Wandung des Heizungsrohres zu erhöhen, ist das elektrische Heizelement in ein Wärmeblock integriert, welcher vorzugsweise aus Aluminium ist und um das Heizungsrohr angeordnet ist.
Die Temperatur des elektrischen Heizelementes wird temperaturüberwacht so geregelt, dass die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit die voreingestellte Grenztemperatur des Heizgerätes nicht unterschreitet. Dieses erfindungsgemäße Merkmal ermöglicht das Reduzieren fossiler Brennstoffe wie z. B. Gas, ohne irgendeinen Eingriff in die Regelung des Heizgerätes vornehmen zu müssen. Anspruche 2 der Erfindung offenbart erfindungsgemäße Merkmale der Anordnung zum ergänzenden Heizen. Mindestens ein Heizungselement ist in einem Wärmeleitblock integriert, der so mit der Wandung mindestens eines Heizungsrohres in Verbindung steht, dass die durch das Heizungselement erzeugte Wärme über den Wärmeleitblock und der Wandung des Heizungsrohres an die Heiz-Flüssigkeit im Heizungsrohr abgegeben wird.
Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsvariante ist in Anspruch 3 offenbart. Als Heizelement kommt ein im Aluminiumgehäuse eingebettetes PTC-Heizelement zum Einsatz, das mittels eines Temperaturfühlers überwacht und mit einer stromsteuernden Elektronik temperaturmäßig geregelt wird.
Anspruch 4 offenbart eine zweite Ausführungsart der erfindungsgemäßen Anordnung. Als Heizungselement kommt mindestens ein mit einem Thermostaten ausgestatteter Elektro-Heiz-Stab für Badheizkörper zum Einsatz. Im Wärmeleitblock sind mindestens zwei hermetisch dichte röhrenförmige Durchgänge enthalten, die auf einer Seite vorzugsweise über ein metallischen Hochdruck-Flex-Schlauch verbunden sind, wobei auf der anderen Seite vor einem der röhrenförmigen Durchgänge des Wärmeleitblockes ein T-Verteiler angeschraubt ist, indem der Elektro-Heiz-Stab eingeschraubt ist und in den röhrenförmigen Durchgang des Wärmeleitblockes hineinreicht. Das offene Ende des T-Verteilers ist über ein weiteren metallischen Hochdruck-Flex-Schlauch an das verbleibende offene Ende des Wärmeleitblockes eingeschraubt. In den so gestalteten geschlossenen Ring ist eine Heizflüssigkeit eingefüllt, so dass der Elektro-Heiz-Stab von der Heizflüssigkeit umgeben ist.
Vorzugsweise wird die erfinderische Anordnung an das Rücklaufrohr der Heizungsanlage in der Nähe des Heizgerätes angebracht.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind den Unteransprüchen 5 bis 9 offengelegt.
Im Folgenden wird die Erfindung exemplarisch anhand der 1 und 2 dargestellten Ausführungsvarianten beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsvariante der erfinderischen Anordnung zum ergänzenden Heizen im Umfeld der mit Solarmodulen betriebenen Heizungsanlage. Der von den Solarmodulen 3.1 erzeugte Ökostrom wird über Solarkabel 3.3 an den Wechselrichter 3.2 geleitet. Der Wechselrichter hängt an einer Aluminiumschiene 2, die wiederum an der Haltevorrichtung 1 angebracht ist. Ebenfalls sind die Solarmodule auf der Haltevorrichtung 1 befestigt.
Der Wechselrichter 3.2 erzeugt vorzugsweise aus der Gleichspannung der Solarmodule 3.1 eine Netzwechselspannung von z. B. 230V und 50 Hz. Diese speist er über das AC-Adapterkabel 3.4, an eine festen Aufputz-Dose 4, einen automatischen Leitungsschutzschalter 5 (z. B. Siemens 5sl6 - Automatischer Leitungsschutzschalter 230 V 6 kA 1 + Neutral polig C 16 A) in das Hausstromnetz 10 eines Gebäudes ein. Mittels einer Netzleitung 11 ist ein Heizgerät 12 an das Hausstromnetz 10 angeschaltet. Das Heizgerät 12 ist vorzugsweise ein Gas-Brennwertgerät. Weiterhin sind das Rücklaufrohr 7 und das Vorlaufrohr 8 einer nichtdargestellten Fußbodenheizung gezeigt. Wie gezeigt sind Vorlaufrohr 8 und Rücklaufrohr 7 an das Gas-Brennwertgerät 12 angeschlossen. Beide Rohre sind metallische Rohre vorzugsweise Kupferrohre.
Am Gas-Brennwertgerät 12 existiert ein Digitaldisplay 13, die die Temperatur der Heizflüssigkeit meist Wasser in der Fußbodenheizung anzeigt. Mit einem nichtdargestellten Potentiometer kann die Grenztemperatur der Fußbodenheizung über das Digitaldisplay 13 voreingestellt werden. In der Regel liegt die Grenztemperatur einer Fußbodenheizung so bei 40°C.
Bestandteile der erfindungsgemäßen Anordnung der ersten Ausführungsvariante sind ein Wärmeleitblock 1/6.1, ein im Aluminiumgehäuse eingebettetes PTC-Heizelement 1/6.2, dessen Stromkabel 1/6.2a, ein Temperaturfühler 1/6.4a, sowie eine stromsteuernde Elektronik 1/6.4. Der Temperaturfühler 1/6.4a und das Stromkabel 1/6.2a sind an die stromsteuernde Elektronik 1/6.4 angeschaltet. An der stromsteuernden Elektronik 1/6.4 wird die Regelungstemperatur voreingestellt. Über den Temperaturfühler 1/6.4a misst die stromsteuernde Elektronik 1/6.4 die Rücklauftemperatur der Heizflüssigkeit der Fußbodenheizung indirekt an der Wandung des Rücklaufrohres 7. Solange die Rücklauftemperatur unter der Regelungstemperatur der stromsteuernden Elektronik 1/6.4 ist, speist die Elektronik 1/6.4 in das PTC-Heizelement 1/6.2 Strom ein. Vorzugsweise heizt das PTC-Heizelement 1/6.2 mit 70°C. Die Regelungstemperatur der stromsteuernden Elektronik 1/6.4 wird so bei 45°C eingestellt. Solange, wie die Temperatur der Heizflüssigkeit in dem Gas-Brennwertgerät 12 oberhalb der Grenztemperatur von 40°C liegt, wird das Gas-Brennwertgerät 12 nur die nichtdargestellte Umwälzpumpe aktiv halten. Es wird keine Verbrennung von Gas im Brennraum erfolgen.
2 offenbart eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung. In Bezug auf 1 unterscheidet sich die Zeichnung nur in der Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung. Im Einzelnen enthält die erfindungsgemäße Anordnung einen Wärmeleitblock 2/6.1 mit den zwei hermetisch dichten röhrenförmigen Durchgängen 2/6.3a, 2/6.3b, einen T-Verteiler 2/6.6, einen mit einem Thermostaten ausgestatteten Elektro-Heizstab 2/6.2, zwei metallische Hochdruck-Flex-Schläuche 2/6.5a und 2/6.5b. Wie zu erkennen, verbinden die beiden Hochdruck-Flex-Schläuche 2/6.5a, 2/6.5b die beiden röhrenförmigen Durchgängen 2/6.3a, 2/6.3b über den T-Verteiler 2/6.6 zu einem in sich geschlossenen Wasserkreislauf. In den T-Verteiler 2/6.6 ist der mit einem Thermostaten ausgestattete Elektro-Heizstab 2/6.2 eingeschraubt, wobei der Heizstab 2/6.2 in den röhrenförmigen Durchgang 2/6.3b hineinragt und von der Heizflüssigkeit (Wasser) vollständig umschlossen wird.
Über einen Einfüllstutzen 2/6.7 wird die Heizflüssigkeit eingefüllt. Für die Entlüftung des vollständig geschlossenen Wasserkreislaufs steht ein Entlüftungsventil 2/6.8 zur Verfügung. Der mit einem Thermostaten ausgestattete Elektro-Heizstab 2/6.2 ist über eine Netzleitung 2/6.2a an eine Netzsteckdose 2/6.4 angeschaltet. Vorzugsweise kann die Netzsteckdose eine Schaltzeituhr enthalten, mit der der Thermostat Wochentag und Tagesuhrzeit abhängig eingeschalten werden kann.
Um Wärmeverluste in die Umgebung der erfinderischen Anordnungen zu vermeiden, sind die erfinderischen Anordnung mit einer nicht dargestellten, hochtemperaturbeständigen, wärmedämmenden und feuerfesten Isolierung ummantelt.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst und die Ziele der Erfindung werden dadurch erreicht, dass ein Verfahren und eine Anordnung zum ergänzenden Heizen an mindestens einem Heizungsrohr einer bestehenden Heizungsanlage so integriert wird, dass keine Eingriffe in die Regelung der Heizungsanlage nötig sind, eine einfache platzsparende Nachrüstung erfolgen und den eigenerzeugten Ökostrom vorzugsweise einer eigengenutzten Photovoltaikanlage zum Heizen nutzen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 001999009356 A1 [0003]
DE 202019103149 U1 [0004]

Claims

Verfahren zum ergänzenden Heizen einer aus Heizgerät, Heizungsrohren, Heizkörper und/oder Fußbodenheizung und Brennstoffzufuhr bestehenden Heizungsanlage dadurch gekennzeichnet, - dass mit Hilfe mindestens eines vorzugsweisen elektrischen Heizelements die Heiz-Flüssigkeit über die Wandung eines Heizungsrohres einer Heizungsanlage erwärmt wird, wobei das Heizgerät der Heizungsanlage über sein Temperatursensor die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit bestimmt, und nur bei Unterschreitung einer voreingestellten Grenztemperatur die Brennstoffzufuhr öffnet, den Brenner des Heizgerätes startet und beim Erreichen der voreingestellten Grenztemperatur die Brennstoffzufuhr sperrt, - dass die Temperatur des Heizelementes so gesteuert wird, so dass die Temperatur der Heiz-Flüssigkeit in der Regel über die voreingestellte Grenztemperatur liegt.
Anordnung zum ergänzenden Heizen dadurch gekennzeichnet, - dass mindestens ein Heizungselement in einem Wärmeleitblock integriert ist, der so mit der Wandung mindestens eines Heizungsrohres in Verbindung steht, dass die durch das Heizungselement erzeugte Wärme über den Wärmeleitblock und der Wandung des Heizungsrohres an die Heiz-Flüssigkeit im Heizungsrohr abgegeben wird.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement ein im Aluminiumgehäuse eingebettetes PTC-Heizelement ist, das mittels eines Temperaturfühlers überwacht und einer stromsteuernden Elektronik temperaturmäßig geregelt wird.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungselement mindestens ein mit einem Thermostaten ausgestatteter Elektro-Heizstab für Badheizkörper ist, der Wärmeleitblock mindestens zwei hermetisch dichte röhrenförmige Durchgänge enthält, die miteinander so verbunden sind, dass sich die in ihr befindliche Heizflüssigkeit zirkuliert ausbreitet und dass der Elektro-Heizstab in einem der hermetisch dichten röhrenförmige Durchgänge so eingebracht ist, dass der heizende Teil des Heizstabes stets von der Heizflüssigkeit umschlossen wird.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungsrohr das Vor- oder Rücklaufrohr oder das Vor- und Rücklaufrohr einer Fußbodenheizung ist.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Heizungsrohr ein Fußleistenheizungsrohr ist.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungsrohre Bestandteil eine gasbrennwert- oder ölheizungsbetriebene oder mit einem anderen fossilen Rohstoff betriebene Heizungsanlage sind.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 2 und 3 oder Anspruch 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Strom für das Heizelement oder für die Heizelemente Ökostrom ist.
Anordnung zum ergänzenden Heizen nach Anspruch 2 und 3 oder Anspruch 2 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum ergänzenden Heizen von einer hochtemperaturbeständigen, wärmedämmenden und feuerfesten Isolierung ummantelt ist, so dass eine Wärmeabstrahlung in den Umgebungsraum unterbunden wird.