DE102022107389A1

DE102022107389A1 - System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE102022107389A1
Application number: DE102022107389.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Johann; Ralph Bergmann; Thomas Schmidt
Original assignee: BWT Holding GmbH
Current assignee: BWT Holding GmbH
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage mit Heizwasser, umfassend eine mit Heizwasser befüllte Heizungsanlage und einen mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälter, welcher als Membran-Druckausdehnungsgefäß ausgebildet ist, und welcher mit der Heizungsanlage verbindbar ist und einen höheren Druck hat als die Heizungsanlage.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage mit Ergänzungswasser. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung eines mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälters zur Nachspeisung einer Heizungsanlage.
Hintergrund der Erfindung
Bei Warmwasser-Heizungsanlagen dient Wasser, das so genannte Heizwasser, als Wärmeträger. Dieses Heizwasser wird erwärmt und in einem geschlossenen Kreislauf geführt und gibt über Heizkörper seine Wärmeenergie an die zu erwärmenden Räume ab. Auch wenn Warmwasser-Heizungsanlagen als geschlossenen Kreisläufe ausgeführt sind, verlieren sie im Laufe der Zeit mehr oder weniger Heizwasser. Dies geschieht über Leckagen, aber auch über Verdunstung von Wasserdampf über Verschraubungen oder Verpressungen von Bauteilen sowie über nicht hundertprozentig wasserdampfdichte Bauteile.
Der jährliche Verlust an Heizwasser und der sich daraus ergebende Bedarf an Ergänzungswasser ist in der Regel gering, dennoch sind Warmwasser-Heizungsanlagen oft mit automatischen Nachspeisesystemen ausgestattet. Diese Nachspeisesysteme verbinden das Trinkwassernetz mit der WarmwasserHeizungsanlage und füllen bei Heizwasserverlust automatisch oder manuell Ergänzungswasser in die Heizungsanlage nach. Da sichergestellt sein muss, dass das Trinkwassernetz nicht mit rückfließendem Heizwasser verunreinigt werden kann, schreiben die geltenden Richtlinien und Normen vor, dass diese Nachspeisesysteme einen Systemtrenner enthalten müssen. Weiterhin müssen automatische Nachspeisesysteme einen Druckminderer enthalten, der den höheren Trinkwasserdruck auf den niedrigeren Druck im Heizsystem reduziert. Außerdem können diese Nachspeisesysteme einen Schutzfilter, der das Heizsystem vor eingeschwemmten Schmutzpartikel aus dem Trinkwassersystem schützt, einen Wasserzähler, der das nachgespeiste Wasservolumen ermittelt, ein Manometer sowie Wasseraufbereitungskartuschen enthalten. In diesen Wasseraufbereitungskartuschen kann das Trinkwasser hinsichtlich der Erfordernisse des Heizwassers aufbereitetet werden, dies kann zum Beispiel eine Enthärtung oder Salzreduzierung sein.
Derartige automatische Nachspeisesysteme sind teuer, kompliziert und aufwendig, da sie wie zuvor beschrieben aus mehreren technischen Bauteilen bestehen. Weiterhin haben die angeschlossenen Wasseraufbereitungskartuschen eine endliche Kapazität und müssen nach Erschöpfung ausgetauscht werden. Um die Reichweite (Wasservolumen das aufbereitet werden kann) der Wasseraufbereitungskartuschen zu berechnen, muss von dem nachzuspeisenden Trinkwasser die Wasserhärte und/oder die elektrische Leitfähigkeit analytisch bestimmt werden. Über die gemessene elektrische Leitfähigkeit können Rückschlüsse auf den Salzgehalt des nachzuspeisenden Trinkwassers gezogen werden. Je höher die Wasserhärte bzw. die elektrische Leitfähigkeit (der Salzgehalt) des nachzuspeisenden Trinkwassers, desto geringer ist die Reichweite der Wasseraufbereitungskartuschen.
Auch können die Wasseraufbereitungskartuschen zu Beginn der Nachspeisung, nach der üblicherweise langen Stagnationszeit, unerwünscht erhöhte Salzgehalte, verursacht durch Rücklöseeffekte aus dem darin enthaltenen Ionenaustauschermaterial, in das Heizsystem nachspeisen. Ein weiterer Nachteil dieser Filtersysteme ist die mikrobiologische Verkeimung durch sehr lange Stagnationszeiten. Hierdurch können Bakterien in das Heizungssystem eingetragen werden, die eine mikrobiell induzierte Korrosion verursachen können.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu reduzieren. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein einfach ausgestaltetes und zuverlässiges System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein System zur Nachspeisung einer Heizanlage mit Ergänzungswasser sowie durch die Verwendung eines mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälters nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage mit Ergänzungswasser.
Das System umfasst eine mit Heizwasser befüllte Heizungsanlage. Bei einer derartigen Heizungsanlage wird das Heizwasser als Wärmeübertragungsmedium verwendet. Üblicherweise umfasst eine derartige Heizungsanlage ein Heizgerät. Dieses kann insbesondere als Heiztherme, insbesondere zur Verfeuerung von gasförmigen Stoffen, Flüssigkeiten und Festbrennstoffen ausgebildet sein. Auch kann das Heizgerät als Wärmepumpe oder Solarheizung ausgebildet sein.
Über eine Pumpe wird das Heizwasser durch einen Wärmetauscher des Heizgeräts gefördert und sodann den Heizungen zugeführt. Diese können beispielsweise als Heizkörper, Fußbodenheizung oder Wandheizung ausgebildet sein.
Die Heizungsanlage kann insbesondere eine Ringleitung umfassen, die von einem Vorlauf des Heizgeräts bis zu einem Rücklauf führt.
An dieser Ringleitung sind die einzelnen Heizungen angeschlossen. Über Ventile zur Durchflussdrosselung an den Anschlüssen kann das System so eingestellt werden, dass sich ein gleichmäßiger Durchfluss von Heizwasser durch alle Heizungen einstellt.
Erfindungsgemäß umfasst das System einen mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälter, welcher als Membran-Druckausdehnungsgefäß ausgebildet ist und welcher mit der Heizungsanlage verbindbar ist.
Ein derartiges Membran-Druckausdehnungsgefäß ist teilweise mit Gas, insbesondere Luft oder Stickstoff, und teilweise mit dem Ergänzungswasser befüllt.
Die Membran ist flexibel und trennt das Ergänzungswasser von dem Gas. So kann kein Gas in das Heizungssystem einströmen.
Über das unter Druck stehende Gas kann Ergänzungswasser in die Heizungsanlage gefördert werden. Der Druckbehälter hat daher einen höheren Druck als die Heizungsanlage.
Im einfachsten Fall kann das Ergänzungswasser in die Heizungsanlage transferiert werden, indem ein Ventil manuell geöffnet wird. Ein automatisierter Betrieb ist aber so nicht möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druckbehälter daher über einen Druckminderer und/oder einen Druckschalter/Drucksensor mit der Heizungsanlage verbunden.
Der Druckminderer ist vorzugsweise einstellbar. So kann der Druckminderer auf den Solldruck der Heizungsanlage eingestellt werden.
Sinkt nun aufgrund von Verlusten von Heizwasser der Druck in der Heizungsanlage, so strömt aus dem Druckbehälter automatisch Ergänzungswasser nach.
Ein derartiges System ist einfach ausgestaltet und nicht mit einer Trinkwasserleitung verbunden. Aufwendige Komponenten wie Systemtrenner etc. sind mithin nicht erforderlich.
Statt eines Druckminderers kann auch ein Druckschalter verwendet werden. Dieser kann beispielsweise einen Sensor umfassen, welcher bei Unterschreitung eines Solldrucks ein Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, öffnet.
Gegenüber einer derartigen Ausgestaltung hat ein Druckminderer den Vorteil, dass dieser völlig ohne elektrische Komponenten auskommt.
Der Druckbehälter ist vorzugsweise verschlossen und mit keiner druckerzeugenden Pumpe versehen.
Vorzugsweise ist der Druckbehälter mit VE-Wasser (vollentsalztes Wasser) als Ergänzungswasser befüllt.
Des Weiteren kann auch ein Korrosionsschutzinhibitor im Ergänzungswasser enthalten sein. Insbesondere kann das Ergänzungswasser einen alkalisierenden Stoff enthalten, um den pH-Wert des Heizwassers zu erhöhen.
Das Ergänzungswasser kann insbesondere ein Phosphat, Carbonat, Silikat, Molybdat, Triazol und/oder Hydroxid, insbesondere Trinatriumphosphat, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriummolybdat, Kaliumphosphat, Kaliumhydroxid, Kaliummolybdat, 1,2,3-Benzotriazol, Tolyltriazol und/oder Kaliumcarbonat umfassen.
Der Korrosionsschutzinhibitor kann - 0,02 bis 20, insbesondere 0,5 bis 10, Gewichts% des Ergänzungswassers ausmachen.
Weiterhin kann das Ergänzungswasser im Druckbehälter auch steriles VE-Wasser sein oder das Ergänzungswasser kann ein Biozid (z.B. Natriumhypochlorit, Isothiazolinone) enthalten, damit das Risiko einer mikrobiell induzierten Korrosion im Heizsystem vermindert wird.
Im Auslieferungszustand hat der Druckbehälter vorzugsweise einen Druck von 2 bis 30 Bar, bevorzugt 3 bis 10 Bar, besonders bevorzugt 3,5 bis 6 Bar Überdruck.
Der Druckbehälter kann 1 bis 1.000 l Ergänzungswasser, insbesondere 2 bis 20 l Ergänzungswasser enthalten.
Heizungsanlagen in Wohnungen und Einfamilienhäusern verlieren in der Regel derart wenig Heizwasser, dass bereits eine Menge von 5 l in der Regel ausreicht, um für viele Jahre eine hinreichende Nachspeisung zu gewährleisten.
Das Gasvolumen in dem Druckbehälter ist vorzugsweise derart berechnet, dass sichergestellt ist, dass dieses so groß ist, dass es das Ergänzungswasser völlig verdrängen kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckbehälter eine Druckanzeige und/oder eine Füllstandsanzeige. Das Signal kann auch an eine App bzw. Datenserver gesendet werden. Hierzu kann ein Drucksensor mit Mittel zur drahtlosen Kommunikation verbunden sein, z.B. WLan oder Bluetooth.
So kann auf einen Blick kontrolliert werden, ob sich der Vorrat an Ergänzungswasser in dem Druckbehälter dem Ende neigt. Der Druckbehälter kann sodann ausgetauscht oder mit Ergänzungswasser neu befüllt werden. Es muss also nicht die Wasserhärte bzw. die elektrische Leitfähigkeit (der Salzgehalt) des nachzuspeisenden Wassers analytisch gemessen werden, um den Leerzeitpunkt zu ermitteln, wie das bei Wasseraufbereitungskartuschen notwendig ist.
Durch das Nachspeisen von Ergänzungswasser baut sich allmählich der Druck im Druckbehälter ab, bis er sich an den Druck im Heizungssystem angeglichen hat. Durch Messen des Druckes im Druckbehälter lässt sich daher der Füllgrad an Ergänzungswasser im Druckbehälter ermitteln. Sobald der Druck im Heizungssystem gleich dem Druck im Druckbehälter ist, kann kein Ergänzungswasser mehr aus dem angeschlossenen Druckbehälter mehr nachgespeist werden und der Druckbehälter muss getauscht bzw. mit neuem Ergänzungswasser aufgefüllt werden. Der Druck kann einfach durch einen am Druckbehälter angeschlossenen einfachen, visuell ablesbaren Manometer gemessen werden, er kann aber auch durch einen Drucksensor ermittelt werden, welcher dann z.B. über WLAN/Wifi bzw. GSM seinen gemessen, aktuellen Druck an eine App bzw. Datenserver sendet.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann statt eines Membran-Druckausdehnungsgefäßes auch ein Druckbehälter ohne Membran verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise das Gasvolumen so berechnet, dass der Druck vor einer vollständige Abgabe des Ergänzungswasser derart sinkt, dass kein weiteres Ergänzungswasser abgebeben wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälters, welcher als Membran-Druckausdehnungsgefäß ausgebildet ist und welcher zur Nachspeisung einer Heizungsanlage verwendet wird.
Der Druckbehälter ist vorzugsweise mit keiner Trinkwasserleitung verbunden.
Wie vorstehend ausgeführt, kann über den Druckbehälter mit dem Ergänzungswasser auch ein Korrosionsschutzinhibitor in die Heizungsanlage eingespült werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden anhand eines in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

1 ist eine schematische Darstellung eines Systems 1 zur Nachspeisung einer Heizungsanlage mit Ergänzungswasser.

Die Heizungsanlage umfasst einen Erhitzer, insbesondere eine Therme 10, über die das Heizwasser erwärmt wird.
Aus dem Vorlauf 11 der Therme 10 fließt das erwärmte Wasser über eine Ringleitung 3 zu einem Rücklauf 12 zurück und wird sodann wieder erwärmt.
Hierzu ist eine Umwälzpumpe 2 vorgesehen, welche das Heizwasser umwälzt. Die Umwälzpumpe 2 kann sich auch in der Therme 10 befinden.
Das Heizwasser ist vorzugweise salzarm und hat einen Leitwert ≤ 100 µS/cm.
Die Heizungen 20 sind jeweils über einen Vorlauf 21 und einen Rücklauf 22 mit der Ringleitung verbunden.
So werden die Heizungen 20 von warmem Wasser durchströmt.
An der Ringleitung 3 oder der Therme 10 angeschlossen ist des Weiteren ein Ausgleichsbehälter 4. Dieser kann beispielsweise als Membran-Ausgleichsbehälter ausgestaltet sein und umfasst ein unter Druck gesetztes Gasvolumen, welches einen hinreichenden Betriebsdruck in der Heizungsanlage sicherstellt.
Da aber die Heizungsanlage während des Betriebs ständig geringe Mengen Wasser verliert, dehnt sich das in dem Ausgleichsbehälter 4 vorhandene Gas nach und nach aus. Durch das sich vergrößernde Gasvolumen sinkt der Druck in der Heizungsanlage.
Um einen hinreichenden Betriebsdruck sicherzustellen, muss daher hin und wieder Ergänzungswasser eingefüllt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt dies über den Druckbehälter 30, welcher als Membran- Druckausdehnungsgefäß ausgebildet ist.
Der Druckbehälter 30 umfasst eine Membran 31, welche das Ergänzungswasser vom Gasvolumen trennt.
Über den Gasanschluss 32 kann der Druckbehälter 30 unter Druck gesetzt werden.
Weiter befindet sich am Druckbehälter 30 ein Wasseranschluss 33, an dem das Ergänzungswasser austritt, welches durch das Gasvolumen unter Druck gesetzt ist.
Im Auslieferungszustand kann der Druck im Druckbehälter 30 beispielsweise etwa 5 bar betragen.
Über eine Leitung ist der Druckbehälter 30 mit einem Druckminderer 40 verbunden.
Der Druckminderer 40 umfasst einen Eingang 41 und einen Ausgang 42.
Über den Ausgang 42 kann Ergänzungswasser über eine Leitung bis zu einem Speisewasseranschluss 5 fließen, über den der Druckbehälter 30 letztendlich mit der Heizungsanlage verbunden ist.
Vorzugsweise ist der Druckminderer 40 einstellbar. Der Druckminderer 40 kann des Weiteren ein Manometer 43 zur Kontrolle des anliegenden Drucks des Heizungssystems umfassen.
Ist für die Heizungsanlage beispielsweise ein Betriebsdruck von etwa 2 bar vorgesehen, kann der Druckminderer 40 ebenfalls auf 2 bar eingestellt werden.
Wenn durch Wasserverluste der Druck in der Heizungsanlage unter 2 bar fällt, strömt über den Druckminderer 40 aus dem Druckbehälter 30 Ergänzungswasser in die Heizungsanlage.
An dem Manometer 34 kann der Druck im Druckbehälter abgelesen werden und damit indirekt der Füllgrad mit Ergänzungswasser.
Am Ende der zum Speisewasseranschluss 5 führenden Leitung kann ein Ventil 6 vorhanden sein, welches als Absperrventil dient.
Die Leitung kann so bereits bis zu dem Ventil 6 mit Ergänzungswasser vorbefüllt sein.
So wird vermieden, dass beim erstmaligen Anschluss des Druckbehälters 30 größere Mengen Gas in das System eintreten.
Druckbehälter 30 und Druckminderer 40 können auch als mobile Einheit ausgebildet sein, bei welcher der Druckminderer an dem Druckbehälter montiert ist (nicht dargestellt).
2a und 2b zeigen den Prinzipaufbau eines Membran-Druckausdehnungsgefäßes, wobei 2a ein Membran-Druckausdehnungsgefäß mit Halbmembran und 2b ein Membran-Druckausdehnungsgefäß mit Vollmembran zeigt.
Über ein Gasfüllventil 35 kann Gas in den Gasraum 37 einströmen.
Die Membran 31 kann als mit dem Behälter randseitig verbundene Halbmembran (2a) oder als Vollmembran (Blase) (2b) ausgebildet sein, die mit dem Absperrventil 38 verbunden ist.
Die Membran 31 trennt den Gasraum 37 vom Wasserraum 38.
Das Absperrventil 38 verschließt den Behälter bis zu dessen Anschluss.
Beim Membran-Druckausdehnungsgefäß trennt also die Membran 31 den vorzugsweise mit einem geeigneten Inertgas (z. B. Stickstoff) gefüllten Gasraum 37 von der Wasserseite. Die Membran 31 verhindert weitgehend den Übergang des Gases in das Heizwasser.
Durch die Erfindung konnte ein äußerst einfach aufgebautes System zur Nachspeisung von Heizungsanlagen bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage
2: Umwälzpumpe
3: Ringleitung
4: Ausgleichsbehälter
5: Speisewasseranschluss
6: Ventil
10: Therme
11: Vorlauf
12: Rücklauf
20: Heizung
21: Vorlauf
22: Rücklauf
30: Druckbehälter
31: Membran
32: Gasanschluss
33: Wasseranschluss
34: Manometer zur Messung des Drucks im Druckbehälter
35: Gasfüllventil
36: Absperrventil
37: Gasraum
38: Wasserraum
40: Druckminderer
41: Eingang
42: Ausgang
43: Manometer zur Messung des Drucks im Heizsystem

Claims

System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage mit Ergänzungswasser, umfassend eine mit Heizwasser befüllte Heizungsanlage und einen mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälter, welcher als Membran-Druckausdehnungsgefäß ausgebildet ist, und welcher mit der Heizungsanlage verbindbar ist und einen höheren Druck hat als die Heizungsanlage.
System nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter über einen Druckminderer oder einen Druckschalter mit der Heizungsanlage verbunden ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter über ein automatisches Ventil (z.B. Magnetventil) mit der Heizungsanlage verbunden ist, wobei das automatische Ventil über einen Druckschalter bzw. Drucksensor angesteuert wird.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter über ein manuell betätigbares Ventil (z.B. Kugelhahn oder Nadelventil) mit der Heizungsanlage verbunden ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter mit VE-Wasser befüllt ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergänzungswasser zumindest einen Korrosionsschutzinhibitor und/oder einen alkalisierendes Stoff enthält, insbesondere ein Phosphat, Carbonat, Silikat, Molybdat, Triazol und/oder Hydroxid, insbesondere Trinatriumphosphat, Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriummolybdat, Kaliumphosphat, Kaliumhydroxid, Kaliummmolybdat, 1,2,3-Benzotriazol, Tolyltriazol und/oder Kaliumcarbonat.
System nach dem vorstehenden Anspruch, dass das Ergänzungswasser 0,02 bis 20 Gewichts% des Korrosionsschutzinhibitors enthält.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergänzungswasser zumindest ein Biozid enthält, insbesondere ein Natriumhypochlorit oder Isothiozolinon, insbesondere in einer Konzentration von 0,000001 bis 0,1 Gewichts%.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter zwischen 2 und 30 bar, vorzugsweise zwischen 3 und 10 bar, besonders bevorzugt 3,5 bis 6 bar Überdruck hat, und/oder dass der Druckbehälter 1 bis 1000 l, insbesondere 2 bis 20 l Ergänzungswasser enthält.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter eine Druckanzeige und/oder eine Füllstandsanzeige und/oder einen Drucksensor aufweist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System Mittel zur drahtlosen Übertragung des gemessenen Druck an eine App umfasst.
System zur Nachspeisung einer Heizungsanlage mit Heizwasser, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine mit Heizwasser befüllte Heizungsanlage und einen mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälter, welcher mit der Heizungsanlage verbindbar ist und einen höheren Druck hat als die Heizungsanlage.
Verwendung eines mit Ergänzungswasser befüllten Druckbehälters, welcher als Membran-Druckausdehnungsgefäß ausgebildet ist, zur Nachspeisung einer Heizungsanlage.
Verwendung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Druckbehälter mit keiner Trinkwasserleitung verbunden wird.
Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ergänzungswasser ein Korrosionsschutzinhibitor und/oder ein alkalisierend wirkender Stoff in die Heizungsanlage eingespült wird.