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Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage und eine Verwendung einer Solareinrichtung.
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Es sind verschiedene Arten zur Nutzung von erneuerbaren Energien für die Wärmeversorgung eines Gebäudes bekannt. Beispielsweise kann mittels Solarthermie Sonnenenergie auf einen Heizkreis, in der Regel mit Heizungswasser als Wärmträger, übertragen werden. Hierbei können jedoch Probleme beim Einfrieren des Wärmeträgers in den Solarthermie-Kollektoren bei niedrigen Temperaturen entstehen. Zudem ist für eine effiziente Nutzung ein Speicher mit entsprechendem Platzbedarf vorzusehen.
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Alternativ kann auch die Außenluft oder Zuluft einer Lüftungsanlage mittels Sonnenenergie vorgewärmt werden, insbesondere mittels Solar-Luftkollektoren, die eine Wärmeübertragung auf einen Luftstrom ermöglichen. Eine derartige Anlage ist jedoch technisch aufwendig, erfordert erheblichen Installationsaufwand und es muss, sobald eine bestimmte Temperatur unterschritten wird, ein zusätzliches Heizsystem vorgehalten werden.
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In der US 2010/ 0330511 A1 wird ein Verfahren und eine Heizungsanlage vorgestellt, bei der mittels eines Wärmetauschers die Verbrennungsluft eines Brenners vorgewärmt wird, wobei dem Wärmetauscher Wärme über ein mittels Sonnenenergie vorgewärmten Fluid zugeführt wird. Auch diese Lösung ist sehr aufwendig und erfordert erhebliche Installationen an dem zu versorgenden Gebäude.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Heizungsanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage und eine Verwendung einer Solareinrichtung vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll eine Möglichkeit zur Nutzung von erneuerbaren Energien zur Wärmeversorgung von Gebäuden vorgeschlagen werden, die nur geringen Installationsaufwand und Bauraum erfordert.
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Zudem soll die Erfindung die Komplexität einer Heizungsanlage zumindest nicht wesentlich erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt eine Heizungsanlage bei, zumindest umfassend ein Heizgerät, welches eingerichtet zur Verbrennung eines Brennstoffes ist, und eine Solareinrichtung zur Erwärmung eines Luftstromes. Die Heizungsanlage ist dazu eingerichtet, einen von der Solareinrichtung erwärmten Luftstrom über eine Luftzuführung dem Heizgerät als Verbrennungsluft zuzuführen.
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Die Heizungsanlage kann ein Heizgerät aufweisen, welches dazu eingerichtet ist, einen in einem Heizkreis zirkulierenden Wärmeträger zu erwärmen. Der Heizkreis kann hierzu eine Umwälzpumpe umfassen und Verbraucher wie Heizkörper oder Flächenheizungen versorgen, als auch mit einem ersten Wärmetauscher zur Erwärmung eines Trink- oder Brauchwasserstromes eine Warmwasserbereitstellung des zu versorgenden Gebäudes realisieren. Der Heizkreis kann hierzu mit einem Speicher verbunden sein, insbesondere einen Speicher der Wärmeträger oder auch Warmwasser speichert. Ein Warmwasserspeicher kann beispielsweise mit einem Heizwendel ausgerüstet sein, über den Wärmeenergie vom Heizkreis auf das im Warmwasserspeicher enthaltene Trink- oder Brauchwasser übertragen werden kann.
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Bei dem Heizgerät handelt es sich um solches, das einen Brenner umfasst, dem ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff zugeführt werden kann. Das Heizgerät kann insbesondere ein Gasheizgerät sein, dazu eingerichtet einen gasförmigen Brennstoff, insbesondere Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch, unter Zufuhr von Frischluft (Umgebungsluft) als Verbrennungsluft zu verbrennen, und so Wärme für den Heizkreis bereitzustellen. Das Heizgerät kann in der Regel zumindest einen Brenner und eine Fördereinrichtung aufweisen, die ein Gemisch von Brennstoff (Gas) und Verbrennungsluft durch einen Gemischkanal des Heizgerätes zum Brenner fördert. Weiter können die Verbrennungsprodukte zu einer Abgasanlage geführt werden, die einen heizgerätinternen Abgaskanal umfassen kann. Im Abgasweg des Brenners kann hierzu ein zweiter Wärmetauscher angeordnet sein, dazu eingerichtet Wärmeenergie von einem das Heizgerät durchströmenden Gasstrom (Luftstrom oder Abgasstrom) des Brenners auf den Heizkreis zu übertragen.
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Das Heizgerät kann insbesondere ein Gas-Brennwertgerät sein, dazu eingerichtet, durch eine Abkühlung des Abgasstromes des Brenners auch die Kondensationswärme des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes nutzbar zu machen. Hierfür kann im Abgasstrom des Heizgerätes ein vierter Wärmetauscher vorgesehen sein.
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Eine Luftströmung durch die Solareinrichtung, also eine Ansaugung der Frischluft kann dabei mittels der Fördereinrichtung des Heizgerätes erzeugt werden. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann auch eine gesonderte Fördereinrichtung vorgesehen sein.
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Die Solareinrichtung kann insbesondere ein Solarluftkollektor sein. Bzw. mindestens einen Solarluftkollektor umfassen. Ein Solarluftkollektor ist dabei eine Einrichtung, mittels derer ein Luftstrom durch Sonnenenergie erwärmt werden kann. Der Solarkollektor kann hierfür Absorber aufweisen, die in einem Gehäuse angeordnet sind, das von Luft durchströmbar ist. Die Luft kann dabei beispielsweise mäanderförmig durch den Solarluftkollektor geführt werden, um deren Verweilzeit und damit die aufgenommene Wärmemenge zu erhöhen.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann die Solareinrichtung mindestens ein Photovoltaikmodul umfassen, an dem ein Luftstrom derart geführt werden kann, dass dieser durch die Abwärme des Photovoltaikmoduls erwärmt wird. Der Luftstrom kann dabei beispielsweise an der Rückseite der Photovoltaikmodule geführt werden, beispielsweise mäanderförmig und weitestgehend die gesamte Fläche des Photovoltaikmoduls überdeckend. Dabei kann durch den Wärmeabtransport vom Photovoltaikmodul dessen Wirkungsgrad gesteigert werden, da dieser mit zunehmender Modultemperatur abnimmt.
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Eine Idee der Erfindung besteht in der Nutzung eines Luftweges (Zuführung Verbrennungsluft; Gemischkanal, Brennkammer, Abgasanlage) eines Heizgerätes bzw. einer Heizungsanlage zum Transport von einer Solareinrichtung bereitgestellter Wärme über einen im Luftweg strömenden Luftstrom.
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Die vorgeschlagene Erwärmung eines einem Heizgerät zuzuführenden Frischluftstromes kann vorteilhaft sowohl bei ausgeschaltetem als auch bei eingeschaltetem Brenner nutzbar sein. So kann eine Vorerwärmung der Verbrennungsluft einen zusätzlichen Wärmeintrag in den Abgasstrom des Brenners bewirken, der durch den zweiten Wärmetauscher nutzbar sein kann. Zudem kann auch bei ausgeschaltetem Brenner ein durch das Heizgerät geführter, erwärmter Luftstrom (Frischluft) Wärme eintragen, die vom zweiten Wärmetauscher auf einen Heizkreis der Heizungsanlage übertragen werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann die Heizungsanlage einen (dritten) Wärmetauscher umfassen, dazu eingerichtet Wärme von einem Abluftstrom der Heizungsanlage auf einen Frischluftstrom zu übertragen. Somit kann vorteilhaft Wärmeenergie, die von der Solareinrichtung auf den Frischluftstrom übertragen wurde, dem Heizkreis zugeführt werden. Diese Ausgestaltung kann insbesondere bei ausgeschaltetem Brenner, beispielsweise in Übergangszeiten mit moderaten Außentemperaturen sinnvoll erscheinen. Der dritte Wärmetauscher kann dabei innerhalb des Gehäuses des Heizgerätes am Abgasrohr angeordnet sein oder auch außerhalb des Gehäuses im Bereich der Abgasanlage.
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Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer hier vorgeschlagenen Heizungsanlage vorgeschlagen, wobei bei ausgeschaltetem Brenner des Heizgerätes Wärmeenergie vom erwärmten Luftstrom Verbrennungsluft auf einen Heizkreis übertragen wird. Die Übertragung der Wärmeenergie vom durch die Solareinrichtung erwärmten Luftstrom Verbrennungsluft (Frischluft) kann dabei durch den zweiten Wärmetauscher auf den im Heizkreis zirkulierenden Wärmeträger erfolgen.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Temperatur des Frischluftstromes und eine Temperatur des Abluftstromes erfasst werden und die Fördereinrichtung in Abhängigkeit der Differenz von Frischlufttemperatur und Ablufttemperatur in Betrieb genommen wird.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Betriebsdaten zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Bei dem Heizgerät handelt sich insbesondere um ein Gasheizgerät insbesondere um ein wasserstoffbetriebenes Gasheizgerät. Das Gasheizgerät kann einen Brenner und eine Fördereinrichtung aufweisen, mit der ein Gemisch aus Verbrennungsgas (Wasserstoff) und Verbrennungsluft dem Brenner zugeführt werden kann.
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Vorgeschlagen wird auch ein Heizgerät für eine Heizungsanlage und Mitteln, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des hier vorgeschlagenen Verfahrens ausführen. Einem weiteren Aspekt folgend wird ein Computerprogramm angegeben, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Heizgerät die angegebenen Verfahrensschritte ausführt.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Verwendung einer Solareinrichtung zur Erwärmung eines Luftstromes vorgeschlagen, wobei der (erwärmte) Luftstrom einem Heizgerät mit eingeschaltetem oder ausgeschaltetem Brenner als (konditionierte) Verbrennungsluft zugeführt wird. Hierbei kann eine verbesserte, umweltschonendere bzw. weniger schadstoffbelastete Verbrennung erreicht werden.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die im Zusammenhang mit der Heizungsanlage erörterten Details, Merkmale und Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren, dem Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät, dem Heizgerät und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
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Hier werden somit eine Heizungsanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung einer Solareinrichtung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen die Heizungsanlage, das Verfahren, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät, das Heizgerät und die Verwendung zumindest dazu bei, auf einfache Weise eine Solareinrichtung in eine Heizungsanlage zu integrieren und damit regenerative Energie nutzbar zu machen.
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Zudem kann die Erfindung besonders einfach umgesetzt werden, da nur geringe bauliche Änderungen notwendig sind. Vorteilhaft kann ein bestehender Luftweg eines Heizgerätes bzw. einer Heizungsanlage genutzt werden, um Wärme mittels eines Luftstromes als Wärmträger von einer Solareinrichtung auf einen Heizkreis zu übertragen und damit zur Wärmeversorgung eines Gebäudes nutzbar zu machen.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: eine hier vorgeschlagene Heizungsanlage, und
- 2 ein Heizgerät der Heizungsanlage.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine hier vorgeschlagene Heizungsanlage 1. Diese kann ein Heizgerät 2 umfassen, insbesondere als Brennwert- Gasheizgerät ausgebildet. Eine Zuführung Verbrennungsluft 5 des Heizgerätes 2 kann mit einer Solareinrichtung 3 derart verbunden sein, dass ein von einer Fördereinrichtung 6 des Heizgerätes 2 durch die Frischluftansaugung 4 angesaugter Luftstrom durch die Solareinrichtung 3 geführt und dort erwärmt wird. Im Heizgerät 2 kann diese einem Brenner 15 und einem nachgeordneten zweiten Wärmetauscher 8 zugeführt werden. Der zweite Wärmetauscher 8 kann dazu eingerichtet sein, Wärme auf einen Heizkreis 11 zu übertragen. Der Heizkreis 11 kann mit einem Warmwasserspeicher 12 und/ oder mit Verbrauchern wie Heizkörpern oder Flächenheizungen über einen Vorlauf 9 und einen Rücklauf 10 verbunden sein. Ein Abluftstrom kann über eine Abgasanlage 7 abgeführt werden, wobei je nach Ausführungsform des Verfahrens der Abluftstrom ein Abgasstrom des Brenners 15 oder ein Luftstrom sein kann. In der Frischluftansaugung 4 kann zudem ein Temperatursensor 20 angeordnet sein.
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2 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 2. Dieses kann mittels der Fördereinrichtung 6 einen Luftstrom von der Frischluftansaugung 4 durch die Solareinrichtung 3 über eine Zuführung Verbrennungsluft 5 einen von der Solareinrichtung erwärmten Luftstrom ansaugen. Bedarfsweise kann dem erwärmten Luftstrom über ein Gasventil 14 ein Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, zugesetzt werden. Der erwärmte Luftstrom kann gegebenenfalls mit einem Anteil Brenngas nunmehr über einen Gemischkanal 16 einem in einer Brennkammer angeordneten Brenner 15 zugeführt werden und dort gegebenenfalls verbrannt werden. In einer Strömungsrichtung 13 dem Brenner 15 nachgeordnet kann der zweite Wärmetauscher 8 angeordnet sein, eingerichtet zur Wärmeübertragung auf den Heizkreis 11. Anschließend kann der Luftstrom oder Abgasstrom einer Abgasanlage 7 zugeführt werden. Am Vorlauf 9 kann ein Temperatursensor 18 und am Rücklauf 10 des Heizkreises 11 kann ein Temperatursensor 19 angeordnet sein. Zudem kann die Abgasanlage 7 einen Temperatursensor 21 zur Erfassung einer Temperatur des Abluft-/ Abgasstromes umfassen.
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Ein Regel- und Steuergerät 17 kann zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet sein. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 17 beispielsweise mit der Fördereinrichtung 6, dem Gasventil 14, dem Temperatursensor Frischluft 20, dem Temperatursensor Abluft 21, dem Temperatursensor Vorlauf 18 und dem Temperatursensor Rücklauf 19 elektrisch verbunden sein.
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Gemäß einem hier vorgeschlagenen Verfahren kann durch die Fördereinrichtung 6 ein Frischluftstrom über die Frischluftansaugung 4 durch die Solareinrichtung 3 angesaugt werden. Der so erwärmte Luftstrom kann dem Heizgerät 2 über die Zuführung Verbrennungsluft 5 zugeführt werden, wo in einem zweiten Wärmetauscher 8 Wärme auf den Heizkreis 11 übertragen werden kann. Sofern kein Wärmebedarf besteht, kann die Wärme im Warmwasserspeicher 12 gespeichert und für eine spätere Nutzung zur Verfügung gestellt werden Sofern der so eingetragene Wärmestrom den Wärmebedarf nicht decken kann, kann der Brenner 15 des Heizgerätes 2 in Betrieb genommen werden.
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Das Regel- und Steuergerät 17 kann gemäß einer Ausgestaltung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einen vom Temperatursensor Frischluft 20 und einen vom Temperatursensor Abluft 21 ermittelten Temperaturwert vergleichen und sofern die Temperatur der Abluft größer als die der Frischluft ist, beispielsweise über zumindest eine Weiche beide Luftströme einem dritten Wärmetauscher zuführen, der Wärme vom Abluftstrom auf den Frischluftstrom übertragen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizungsanlage
- 2
- Heizgerät
- 3
- Solareinrichtung
- 4
- Frischluftansaugung
- 5
- Zuführung Verbrennungsluft
- 6
- Fördereinrichtung
- 7
- Abgasanlage
- 8
- zweiter Wärmetauscher
- 9
- Vorlauf
- 10
- Rücklauf
- 11
- Heizkreis
- 12
- Warmwasserspeicher
- 13
- Strömungsrichtung
- 14
- Gasventil
- 15
- Brenner
- 16
- Gemischkanal
- 17
- Regel- und Steuergerät
- 18
- Temperatursensor Vorlauf
- 19
- Temperatursensor Rücklauf
- 20
- Temperatursensor Frischluft
- 21
- Temperatursensor Abluft
