DE19725470A1 - Schichtenspeicher für eine Heizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtenspeicher für eine Hei­ zungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Heizungsanlagen dieser Gattung weisen wenigstens eine Energiequelle auf, um das Wärmeträger-Medium, vorzugsweise Wasser, zu erwärmen. Solche Energiequellen sind mit fossilen Brennstoffen betriebene Heizkessel, Solarkollektoren usw., die allein oder in Kombination eingesetzt werden können. Um zeit­ liche Schwankungen der von der Energiequelle abgegebenen Ener­ gie auszugleichen, werden Speicher verwendet, die ein größeres Volumen des Wärmeträger-Mediums aufnehmen können. Einer oder mehrere Heizkreise werden mit dem in dem Speicher gespeicher­ ten Wärmeträger-Medium gespeist. Der Speicher wird häufig als Schichtenspeicher ausgebildet, in welchem sich eine Tempera­ turschichtung des Wärmeträger-Mediums ausbildet. Im oberen Bereich des Schichtenspeichers befindet sich das Wärmeträger­ medium mit der höchsten Temperatur, während am Boden des Schichtenspeichers sich das Wärmeträger-Medium mit der tief­ sten Temperatur sammelt. Das von der Energiequelle erwärmte Wärmeträger-Medium wird in einem unteren Höhenbereich dem Schichtenspeicher zugeführt und steigt entsprechend seiner Temperatur und der vorhandenen Temperaturverteilung in dem Schichtenspeicher auf. Das kalte Wärmeträger-Medium des Rück­ laufes des Heizkreises bzw. der Heizkreise wird unten in den Schichtenspeicher zurückgeführt.

Zur Speisung des Heizkreises/der Heizkreise dient ein Vorlauf­ anschluß, der in einem oberen Höhenbereich des Schichtenspei­ chers angeordnet ist, in welchem das Wärmeträger-Medium eine hohe Temperatur aufweist. Das über den Vorlaufanschluß dieser oberen Schicht entnommene Wärmeträger-Medium wird mittels eines Mischer mit Wärmeträger-Medium niedrigerer Temperatur gesteuert gemischt, um die gewünschte Vorlauftemperatur für den Heizkreis einzuregeln.

Der erforderliche Mischer und die Zuführung des kälteren Wär­ meträger-Mediums zu dem Mischer erhöhen die Installations­ kosten der Heizungsanlage. Außerdem stellt der Mischer ein störungsanfälliges Funktionselement der Heizungsanlage dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Installations­ aufwand und die Störanfälligkeit einer Heizungsanlage zu ver­ ringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schich­ tenspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Wärmeträger- Medium für den Vorlauf des Heizkreises nicht in einer festen Höhe des Schichtenspeichers zu entnehmen, sondern die Höhe der Entnahme des Wärmeträger-Mediums verstellbar zu machen, so daß das Wärmeträger-Medium jeweils in der Höhe des Schichtenspei­ chers entnommen werden kann, in welcher das Wärmeträger-Medium zum jeweiligen Zeitpunkt gerade die gewünschte Vorlauftempera­ tur aufweist. Ist der Schichtenspeicher geladen, so wandert die Entnahmeöffnung für den Vorlauf des Heizkreises nach un­ ten. Wird der Schichtenspeicher zunehmend entladen, so wandert die Entnahmeöffnung nach oben und folgt den verbleibenden Schichten höherer Temperatur.

Vorzugsweise wird die Höhenverstellung der Entnahmeöffnung automatisiert, wobei ein Regler die Temperatur des entnommenen Wärmeträger-Mediums mißt und die Höhe der Entnahmeöffnung so verstellt, daß diese gemessene Temperatur einer vorgegebenen Vorlauftemperatur nachgeführt wird.

Da erfindungsgemäß das Wärmeträger-Medium stets mit der ge­ wünschten Vorlauftemperatur dem Schichtenspeicher entnommen wird, werden ein Mischer und eine Zuführung von kaltem Wärme­ träger-Medium zu dem Mischer überflüssig. Dadurch vereinfacht sich die Installation der Heizungsanlage und mögliche Stö­ rungsquellen werden vermieden. Da die Entnahmeöffnung über einen sehr großen Höhenbereich des Schichtenspeichers nach­ gefahren werden kann, können große Schwankungen des Energie­ anfalls ausgeglichen werden, ohne daß die Vorlauftemperatur des Heizkreises Schwankungen unterworfen ist. Dient als Ener­ giequelle ein mit fossilen Brennstoffen betriebener Kessel, so kann die Zahl der Brennerstarts deutlich verringert werden, wodurch einerseits der Wirkungsgrad der Feuerung verbessert wird und andererseits die Schadstoffemission verringert wird, die insbesondere in der Startphase des Brenners hoch ist.

Die Höhenverstellung der Entnahmeöffnung kann auf unterschied­ liche Weise realisiert werden. Wesentlich ist dabei, daß eine mechanische Verstellung der Entnahmeöffnung mittels eines Stellmotors des Reglers möglich ist.

Vorzugsweise wird die verstellbare Entnahmeöffnung durch ein Rohr realisiert, welches um eine vertikale Achse schwenkbar an dem Vorlaufanschluß angesetzt ist und dessen freies Ende die Entnahmeöffnung aufweist.

Andere Varianten ergeben sich für den Fachmann in naheliegend der Weise. Beispielsweise kann ein vertikal durch den Schich­ tenspeicher führendes Rohr mit einem vertikalen Schlitz oder einer vertikalen Reihe von Öffnungen versehen sein, die über ein verstellbares Blendenrohr in dem gewünschten Höhenbereich freigegeben und in den übrigen Höhenbereichen abgedeckt und verschlossen werden.

Im folgenden wir die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch eine Heizungsanlage mit dem erfindungsgemäßen Schichtenspeicher.

Das in der Zeichnung dargestellte Beispiel zeigt die Grund­ komponenten einer Heizungsanlage. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß diese Heizungsanlage in an sich be­ kannter Weise durch weitere Elemente ergänzt und erweitert werden kann, z. B. durch weitere Energiequellen und weitere Heizkreise. Beispielsweise kann als alternative oder zusätzli­ che Energiequelle ein Solarkollektor eingesetzt werden. Es können zusätzliche Heizkreise für weitere Heizkörper oder für eine Fußbodenheizung angeschlossen werden.

Die dargestellte Heizungsanlage weist einen Schichtenspeicher 10 auf, der durch einen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizkessel 12 geladen wird. Das als Wärmeträger-Medium dienen­ de Wasser wird von einer Rücklaufleitung 14 mittels einer Pumpe 16 durch den Heizkessel 12 gepumpt. Das im Heizkessel 12 erhitzte Wasser wird über ein Umschaltventil 18 und einen Zulauf 20 im unteren Höhenbereich in den Schichtenspeicher 10 geleitet. In dem Schichtenspeicher 10 steigt das über den Zulauf 20 zufließende erhitzte Wasser nach oben und schichtet sich entsprechend seiner Temperatur in dem Schichtenspeicher 10.

Im mittleren Höhenbereich des Schichtenspeichers 10 ist ein Vorlaufanschluß 22 angeordnet, über welchen in später be­ schriebener Weise Wasser aus dem Schichtenspeicher 10 entnom­ men wird. Das über den Vorlaufanschluß 22 entnommene Wasser wird mittels einer Pumpe 24 durch die Vorlaufleitung 26 des Heizkreises zu den Heizkörpern 28 geführt. Die von den Heiz­ körpern 28 kommende Rücklaufleitung 14 ist an einen im Boden­ bereich des Schichtenspeichers 10 angeordneten Rücklaufan­ schluß 30 angeschlossen, durch welchen das kalte Rücklauf- Wasser wieder in den Schichtenspeicher 10 zurückgeführt wird.

Zusätzlich ist ein Warmwasser-Boiler 32 oder Warmwasser-Wär­ metauscher vorgesehen, welchem mittels einer Pumpe 34 warmes Brauchwasser entnommen werden kann. Das Brauchwasser in dem Boiler 32 wird mittels eines Wärmetauschers 36 erwärmt, durch welchen Wasser mittels einer Pumpe 38 gefördert wird, das über einen Anschluß 40 im obersten wärmsten Bereich des Schichten­ speichers 10 entnommen wird. Das in dem Wärmetauscher 36 abge­ kühlte Wasser wird mittels der Pumpe 38 über ein Absperrventil 42 in die Rücklaufleitung 14 geleitet. Bei aktuellem hohen Bedarf an warmem Brauchwasser kann der Wärmetauscher 36 auch über das Umschaltventil 18 mit dem in dem Heizkessel 12 er­ hitzten Wasser direkt beschickt werden.

Das Wasser für den Vorlaufanschluß 22 wird dem Schichtenspei­ cher 10 in unterschiedlicher Höhe entnommen. Hierzu ist ein formstarres Rohr 44 vorgesehen, welches entsprechend der In­ nenumfangskontur des Schichtenspeichers 10 gebogen ist und sich etwa über den halben Umfang erstreckt. Üblicherweise ist der Schichtenspeicher 10 kreiszylindrisch ausgebildet, so daß das Rohr 44 in der Form eines Halbkreisbogens gebogen ist. Das eine Ende des Rohres 44 ist mit tangentialer Achse an dem Vorlaufanschluß 22 angeschlossen und um diese horizontale tangentiale Achse 46 drehbar mit dem Vorlaufanschluß 22 ver­ bunden. Das andere freie Ende des Rohres 44 bildet die Ent­ nahmeöffnung 48, durch welche das Wasser aus dem Schichten­ speicher 10 eintritt und zu dem Vorlaufanschluß 22 gelangt. Der Schwenkradius der Entnahmeöffnung 48 in bezug auf die Schwenkachse 46, die Höhe und der Durchmesser des Schichten­ speichers 10 und die Höhe des Vorlaufanschlusses 22 in dem Schichtenspeicher 10 sind so dimensioniert und aufeinander abgestimmt, daß die Entnahmeöffnung 48 in ihrer am weitesten nach unten geschwenkten Stellung unmittelbar über dem Rücklaufanschluß 30 liegt. In der maximal nach oben geschwenkten Stellung des Rohres 44 befindet sich die Entnahmeöffnung 48 in einer in der Zeichnung gestrichelt eingezeichneten Höhen­ schicht. Über dieser Höhenschicht bleibt ein Reservevolumen 50, welches zur Speisung des Warmwasserboilers 32 dient und dessen Wasser mit der höchsten Temperatur nicht über die Ent­ nahmeöffnung 48 für den Heizkreislauf entnommen werden kann.

Ein nicht dargestellter Regler mißt die Temperatur des über den Vorlaufanschluß 22 austretenden Wassers und vergleicht diese Ist-Temperatur mit einer einstellbar vorgegebenen Soll- Temperatur für den Vorlauf des Heizkreises. Der Regler ver­ schwenkt mittels eines Stellmotors das Rohr 44, bis die Ent­ nahmeöffnung 48 in die Höhenschicht des Schichtenspeichers 10 gelangt, in welcher die Ist-Temperatur des entnommenen Wassers mit der vorgegebenen Soll-Temperatur übereinstimmt. Der Stell­ motor ist vorzugsweise als Linearantrieb (elektrisch, pneuma­ tisch oder hydraulisch) ausgebildet, der an dem tangential aus dem Schichtenspeicher 10 herausgeführten Ende des Rohres 44 angreift.

Claims (10)

1. Schichtenspeicher für eine Heizungsanlage, mit wenigstens einem Zulauf für das von einer Energiequelle erwärmte Wärmeträger-Medium und mit wenigstens einem Vorlaufan­ schluß und wenigstens einem Rücklaufanschluß für einen Heizkreis, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträger- Medium aus dem Schichtenspeicher (10) über eine Entnahme­ öffnung (48) dem Vorlaufanschluß (22) zugeführt wird und daß die Entnahmeöffnung (48) höhenverstellbar in dem Schichtenspeicher (10) angeordnet ist.

2. Schichtenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Entnahmeöffnung (48) entsprechend der Tempe­ ratur des entnommenen Wärmeträger-Mediums in der Höhe verstellbar ist.

3. Schichtenspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Regler die Temperatur des über die Entnahme­ öffnung (48) entnommenen Wärmeträger-Mediums mißt und die Höhe der Entnahmeöffnung (48) automatisch verstellt, um die Temperatur des entnommenen Wärmeträger-Mediums einer vorgegebenen Soll-Temperatur nachzuführen.

4. Schichtenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufanschluß (22) fest in der Wandung des Schichtenspeichers (10) angeord­ net ist, daß an dem Vorlaufanschluß (22) das eine Ende einer bewegbaren Leitung (44) angeschlossen ist und daß die Entnahmeöffnung (48) am andere freien Ende dieser Leitung (44) angeordnet ist.

5. Schichtenspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leitung ein starres Rohr (44) ist, welches schwenkbar an dem Vorlaufanschluß (22) angeschlossen ist.

6. Schichtenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vorlaufanschluß (22) in einem mittleren Höhenbereich des Schichtenspeichers (10) angeordnet ist und daß das Rohr (44) um eine horizontale Achse (46) schwenkbar ist.

7. Schichtenspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Rohr (44) etwa der Innenumfangskontur des Schichtenspeichers (10) folgend gebogen ist und sich über etwa den halben Innenumfang des Schichtenspeichers (10) erstreckt.

8. Schichtenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Rohr (44) etwa tangential zum Innenumfang des Schichtenspeichers (10) an dem Vorlaufanschluß (22) ansetzt und um eine tangentiale Achse (46) drehbar ist.

9. Schichtenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Endstellung des Verstellweges der Entnahmeöffnung (48) oberhalb des Rücklaufanschlusses (30) liegt.

10. Schichtenspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der oberen Endstellung des Verstellweges der Entnahmeöffnung (48) ein Reservevolumen (50) des Schichtenspeichers (10) ver­ bleibt, welches zur Speisung eines Warmwasserboilers (37) dient.