DE19703722C2 - Druckloser Warmwasser - Speicher aus Kunststoff für die Solar - Wärmetechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen drucklosen Warmwasser-Speicher aus Kunststoff für die Solar-Wärmetechnik.

Da solartechnisch gewonnene Wärme ungleich teurer ist als durch konventionelle Primärenergie (Öl, Gas, Kohle usw.) erzeugte Wärme, müssen für solare Wärme­ speicher besondere Maßnahmen ergriffen werden, um

• - die Wärmeverluste der Speicher möglichst klein zu halten
• - den Wirkungsgrad der Wärmetauscher im Speicher möglichst groß zu machen
• - eine Wärmeschichtung im Speicher aufzubauen, d. h. den Speicher von unten nach oben mit Wasser ansteigender Temperatur zu beladen.

Es ist Stand der Technik, in drucklosen Warmwasserspeichern der Solartechnik drei Wärmetauscher wie folgt anzuordnen:

• - den Tauscher des Solarkreislaufs im untersten, kältesten Bereich des Speichers
• - den Tauscher für das zu erwärmende Brauchwasser im obersten, wärmsten Bereich des Speichers
• - den Tauscher für eine Nachheizung des Speichers aus dem Heizungskreislauf (bei Ausbleiben der solaren Wärmezufuhr) im oberen Speicherbereich, jedoch unterhalb des Brauchwasser-Tauschers.

Weiterhin ist es Stand der Technik, durch eine entsprechende Isolation des Spei­ chers die Wärmeabgabe an den Außenraum zu vermindern. Die Wärmetauscher werden so ausgebildet, daß bei einem vorgegebenen Querschnitt für das durchgelei­ tete Medium die Oberfläche und damit die Wärmeabgabe möglichst groß wird. Um eine Schichtung des im Speicher stehenden Wassers zu erzielen, werden verschie­ dene Maßnahmen ergriffen, daß eine Verwirbelung und Durchmischung beim Ein­ trag von solarer Wärme und bei der "Nachheizung" sowie beim Austrag von Wärme über den Brauchwasserkreislauf möglichst vermindert wird.

So ist in der DE- 28 04 456 A1 ein Wärmespeicher beschrieben, der aus einem wär­ meisolierten Behälter für die Speicherflüssigkeit besteht, in dessen unteren, kälte­ sten Bereich ein Wärmetauscher für den Solarkreislauf und in dessen oberen, wärmsten Bereich zwei Wärmetauscher für Brauchwasser angeordnet sind, wobei kegelstumpfförmige Einbauten das Aufsteigen des warmen Wassers in der Mitte und das Niedersteigen des kalten Wassers im Außenbereich bewirken und gleichzeitig eine Schichtung der Wärmespeicherflüssigkeit gewährleisten. Bei nicht ausrei­ chender Wärmezufuhr durch den Solarkreislauf ist eine zusätzliche Hilfsheizung zwi­ schen den kegelstumpfförmigen Einbauten vorgesehen, um den Zwischenraum auf die benötigte Temperatur zu bringen.

Die bisher bekannt gewordenen Speicher erzielen bei den drei genannten Aufgaben­ stellungen jeweils nur Teilerfolge. Es ist Gegenstand der Erfindung, eine weitere Optimierung dieser Aufgabe zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Optimierung der Wärmetauscher zur Brauchwassererwärmung und zur Nachheizung.

Der erfindungsgemäße Brauchwasser - Wärmetauscher im oberen warmen Bereich des Speichers besteht aus einer Anzahl horizontaler Spiralen, die außenseitig von kaltem Brauchwasser eingeströmt werden, das in der Mitte als erwärmtes Brauch­ wasser entnommen wird, Hierdurch bildet sich ein vorteilhafter Temperaturgradient im Speicher von innen nach außen aus. Zugleich läßt sich die erforderliche Tau­ scherfläche mit geringster Bauhöhe realisieren, d. h. der Tauscher in einem optimal kleinen Bereich im obersten, wärmsten Bereich des Speichers konzentrieren. Die äußerst kompakte Bauweise wird durch die spezielle Raumform erreicht, nicht - wie sonst üblich - durch Werkstoffe mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, wogegen aus Gründen der Trinkwasserqualität und Korrosionsgefahr im übrigen Warmwassergewerk (falls dieses aus Stahlrohren besteht) Bedenken bestehen. Die erfindungsgemäße, horizontale Brauchwasser-Spirale kann auch aus zwei dünnen Edelstahlblechen, in die so geformt und miteinander verbunden sind, daß sie innen­ seitig eine wasserführende Kammer bilden, gefertigt werden.

Vorzugsweise ist der Rohrabstand im äußeren Bereich der Spirale größer bzw. der Zuschnitt der Edelstahlbleche vor dem Wickeln der Spirale trapezförmig, so daß die fertige Spirale unterseitig eine konkave Kegelform erhält. Es kann dann ein Kegelmantel, vorzugsweise aus Kunststoff, unterhalb Brauchwasserspirale montiert werden, so daß das durch die Spirale abgekühlte, nach unten sinkende Wasser zum Rand des Speichers abgleitet. Hierdurch wird der durch die Spirale aufgebaute Wärmegradient von innen nach außen unterstützt und eine Zirkulation - aufsteigen­ des Warmwasser in der Speichermitte, absinkendes Kaltwasser an der Speicher­ wandung - aufgebaut.

Weiterhin ist vorgesehen, daß im oberen Bereich des Speichers eine Nachheizung angebracht ist, durch die bei starkem Verbrauch oder ungenügender Sonnenwärme die Brauchwassertemperatur gehalten wird. In einer Ausführungsform ist der Nach­ heiz-Wärmetauscher ebenfalls als Spirale aufgebaut und unmittelbar unterhalb der Brauchwasserspirale angebracht, wobei dann die Wärmeeinspeisung mittig erfolgt. Wenn die Wärmetauscherspirale kegelig ausgebildet und lückenlos gewickelt ist, kann sie die Funktion des vorstehend beschriebenen Kegelmantels übernehmen. Wiederum wird ein Temperaturgradient von innen nach außen aufgebaut und erwärmtes Wasser nach innen, abgekühltes Speicherwasser zum Gehäusemantel hin abgeleitet.

Eine weitere Ausführungsform sieht eine Kombination der Brauchwasser- und Nach­ heizspirale vor, bei der beide Spiralen baulich vereinigt werden. Hierbei wird die Brauchwasserspirale nach wie vor von außen nach innen, die Nachheizspirale in Gegenrichtung durchströmt. Für die Wärmeübergabe von der Nachheizung zum Brauchwasser wird somit wegen des Gegenstrom-Prinzips eine sonst in Solarspei­ chern unbekannte Effizienz erreicht.

Die bauliche Kombination der beiden Spiralen kann durch sich berührende oder mit­ einander wärmeleitend verbundene Rohre erfolgen oder indem drei dünne Edelstahl­ bleche, derart miteinander verbunden sind, daß zwei wasserführende Kammern gebildet werden, wobei dann jeweils ein Rohr oder eine Kammer vom Brauchwasser und das daneben liegende Rohr oder die Kammer in Gegenrichtung von der Nach­ heizung durchströmt wird. Durch eine ungleiche Anzahl von Rohren oder ungleiche Kammergröße kann dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Nach­ heizung üblicherweise mit hoher Temperatur erfolgt, die hierfür übliche Wärmetau­ scherfläche also kleiner ist als die Fläche des Brauchwasser-Wärmetauschers. Selbstverständlich wird durch die bauliche Vereinigung der Tauscher auch ein Preis­ vorteil erzielt, da die Kosten einer solchen Kombi-Spirale nur geringfügig über dem Preis einer Einzelspirale liegen, insbesondere bei der vorgeschlagenen Herstel­ lungsweise aus Edelstahlblechen.

Claims (5)

1. Druckloser Warmwasser-Speicher aus Kunststoff für die Solar-Wärmetechnik, in Form eines nach außen isolierten Behälters, enthaltend den Wärmetauscher des Solarkreislaufs im untersten, kältesten Bereich, den Wärmetauscher für das Brauchwasser im obersten, wärmsten Bereich und den Wärmetauscher für die Nachheizung des Speichers im oberen Speicherbereich, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmetauscher zur Erwärmung des Brauchwassers aus einer horizontalen Spirale besteht, wobei die Einspeisung außen und die Entnahme innen erfolgt.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rohre voneinander außen größer ist als innen, so daß die Spirale unterseits eine konkave Kegelform aufweist.

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme­ tauscher für die Nachheizung unterhalb des Wärmetauschers für das Brauchwas­ ser angeordnet ist und aus einer gegebenenfalls kegelig gewundenen horizon­ talen Spirale mit mittiger Einspeisung und außenseitigem Rücklauf besteht.

4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauchwasser- und Nachheizspirale eine bauliche Einheit bildet, indem parallele Rohre zu einer Spirale gewickelt werden, wobei jeweils alternierend ein Rohr vom Brauchwasser von außen nach innen und das nächste Rohr von der Nachheizung gegenläufig, d. h. von innen nach außen, durchströmt wird.

5. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre thermisch leitend miteinander in Kontakt stehen ("Zwillingsrohre") oder daß statt einzelner Rohre eine in 2 wasserführende Kammern geteilte Doppelplatte, vorzugsweise aus Edelstahl-Blech, Verwendung findet.