DE19731794A1 - Domestic water heating and storage system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Speicherheizvorrichtung zur energiesparenden Beheizung und Warmwasserbereitung insbesondere zum Einsatz bei Ein- und Mehrfamilienhäusern.The invention relates to a storage heater for energy saving Heating and hot water preparation especially for use with and apartment buildings.
Üblicherweise wird in der Heiz- und Warmwasserbereitungstechnik, wie sie bei Ein- und Mehrfamilienhäusern eingesetzt wird, durch einen Gas- oder Ölbrenner Wasser in einem Heizkessel erwärmt, das durch den Hei zungskreislauf des Hauses zu den einzelnen Heizkörpern oder Fußboden heizungs-Strängen gepumpt wird.Usually in heating and water heating technology, such as it is used in single and multi-family houses by a gas or oil burner heated water in a boiler that is heated by the circuit of the house to the individual radiators or floor heating strands is pumped.
Zur Warmwasserversorgung ist ein Wasserspeicher vorgesehen, der entwe der direkt beheizt oder über einen Wärmetauscher mit dem Heizungskreis lauf gekoppelt ist. In jedem Falle wird das Brauchwasser in dem Speicher bei einer hohen Temperatur von ca. 50 bis 60°C bevorratet. Trotz verbes serter Isolierungsmaßnahmen ist die Bevorratung des Brauchwassers auf hohem Temperaturniveau mit prinzipiell bedingten Strahlungsverlusten verbunden, energetisch also nachteilig.A water reservoir is provided for hot water supply which is heated directly or via a heat exchanger with the heating circuit run is coupled. In any case, the process water is in the store stored at a high temperature of approx. 50 to 60 ° C. Despite verbes Serter insulation measures is the storage of the process water high temperature level with radiation losses due to the principle connected, energetically disadvantageous.
Seit geraumer Zeit stehen bei der Konstruktion von Heizungen Bemühun gen im Vordergrund, das Gesamtsystem so energiesparend und umwelt schonend wie möglich zu betreiben zu können. Hier eine weitergehende Optimierung zu schaffen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Efforts have been made to design heaters for some time in the foreground, the overall system is energy-saving and environmentally friendly to be able to operate as gently as possible. Here is a further one The task of the present invention is to create optimization.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Speicherheizvorrichtung, bei der als Brenner ein Porenbrennwert-Gerät verwendet wird, das in einem Primär-Heizkreislauf angeordnet ist. Dieser speist einen ersten Wärmetauscher, der den Primär-Heizkreislauf mit einem Sekundär-Heizkreislauf thermisch koppelt. Letzterer führt zu den einzelnen Heizkörpern und/oder Fußbodenheizungs-Strängen des Hauses.This object is achieved by the one specified in claim 1 Storage heater, in which a pore condensing device as the burner is used, which is arranged in a primary heating circuit. This feeds a first heat exchanger, which uses a primary heating circuit Secondary heating circuit is thermally coupled. The latter leads to the individual Radiators and / or underfloor heating strands of the house.
Zur Warmwasserbereitung ist ein Brauchwasserspeicher vorgesehen, um Brauchwasser im Leitungssystem vorzuhalten. Zur Erwärmung des Brauchwasser auf die gewünschte Temperatur ist ein zweiter Wärmetau scher vorgesehen, der den Primär-Heizkreislauf mit dem Brauchwasser- Leitungssystem nach Art eines Durchlauferhitzers thermisch koppelt.A domestic hot water tank is provided for hot water preparation Keeping hot water in the piping system. To warm the Hot water to the desired temperature is a second heat rope provided that the primary heating circuit with the hot water Pipe system thermally coupled in the manner of a water heater.
Schließlich ist ein dritter Wärmetauscher im Brauchwasserspeicher selbst angeordnet, der primärseitig mit einer Sonnenkollektor-Anlage koppelbar ist.Finally, there is a third heat exchanger in the domestic hot water tank itself arranged, which can be coupled on the primary side to a solar collector system is.
Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß eine Kombination aufeinander abgestimmter Maßnahmen zu einer neuartigen Anordnung von teilweise bekannten heiztechnischen Geräten führt, mit der ein gegenüber dem bisherigen Standard energiesparenderes und umweltfreundlicheres Heizen möglich wird:From the above it is clear that a combination coordinated measures for a new arrangement of partially known heating technology leads, with one opposite the previous standard more energy-saving and environmentally friendly Heating becomes possible:
Durch die Verwendung eines als solches bekannten Porenbrennwert- Gerätes kann ein Aufheizen des Heizmediums entsprechend den tatsäch lich, sich zeitlich ändernden Leistungsanforderungen erfolgen. Ein Poren brennwert-Gerät läßt nämlich einen sogenannten "modellierenden Betrieb" auf, d. h. es kann in einer Leistungsbandbreite von beispielsweise 10% bis 100% Nenn-Leistung gefahren werden. Es wird also kein Kesselwasser auf hoher Temperatur wie bei bisher üblichen Heizkesseln bevorratet. Dadurch entstehen keinerlei Abstrahlungsverluste.By using a pore calorific value known as such Device can heat the heating medium according to the actual performance requirements that change over time. A pore condensing device namely allows a so-called "modeling operation" on, d. H. it can range in performance from, for example, 10% to 100% nominal power. So there is no boiler water on high temperature as with conventional boilers. Thereby there are no radiation losses.
Auch seitens der Warmwasserbereitung werden die Abstrahlungsverluste dadurch vermieden, daß keine Bevorratung an erhitztem Brauchwasser er folgt. Dieses wird lediglich in einem Brauchwasserspeicher vorgehalten, wobei durch den dritten Wärmetauscher im Brauchwasserspeicher ohne Einsatz von fossilen Energieträgern eine Anhebung der Basistemperatur des Brauchwassers erfolgen kann. Dadurch wird der Energieaufwand für den eigentlichen Erhitzungsvorgang auf Solltemperatur, der in dem angegebe nen zweiten Wärmetauscher stattfindet, deutlich herabgesetzt. Durch den besagten dritten Wärmetauscher im Brauchwasserspeicher kann die von der Sonnenkollektor-Anlage erzeugte Sonnenenergie bereits ab einer Tempe ratur von ca. 10 des Thermofluids der Sonnenkollektor-Anlage durch Strahlungswärmeübergang genutzt werden. Dies führt zu einem Wirkungs grad der Kollektoranlage bis in den Bereich von über 70%. Durch die Verwendung eines Porenbrennwert-Gerätes, wie es beispielsweise aus der DE 43 22 109 A1 bekannt ist, können Öl und Gas getrennt voneinander zur Verbindung verwendet werden. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz der Heizvorrichtung.The radiation losses are also on the part of the hot water preparation thereby avoided that he had no stock of heated service water follows. This is only kept in a domestic hot water tank, with the third heat exchanger in the domestic hot water tank without Use of fossil fuels to raise the base temperature of the Domestic water can take place. Thereby the energy expenditure for the Actual heating process to the target temperature, which in the specified NEN second heat exchanger takes place, significantly reduced. By the said third heat exchanger in the domestic hot water tank can of the Solar collector system generates solar energy from just one temperature 10 of the thermal fluid in the solar collector system Radiant heat transfer can be used. This leads to an effect degree of the collector system in the range of over 70%. Through the Use of a pore condensing device, such as that from the DE 43 22 109 A1 is known, oil and gas can be separated from each other Connection. This enables flexible use of the Heater.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Speicherheizvorrichtung angegeben.Preferred embodiments of the invention are in the subclaims Storage heater according to the invention specified.
So wird durch die im Anspruch 2 angegebene Maßnahme ein kompakter Aufbau der Speicherheizvorrichtung gelehrt. Darüber hinaus wird dadurch die Voraussetzung dafür geschaffen, daß die Abgasleitung des Poren brennwert-Gerätes durch den Brauchwasserspeicher geführt werden kann (Anspruch 3), wodurch eine effektive Ausnutzung der Abgasenergie des Porenbrennwert-Gerätes zu einer Vorerwärmung des vorgehaltenen Brauchwassers erfolgt.So is a compact by the measure specified in claim 2 Structure of the storage heater taught. It also will created the condition for the exhaust pipe of the pores condensing boiler through the domestic hot water tank (Claim 3), whereby an effective use of the exhaust gas energy of the Pore calorific value device for preheating the stored Domestic water.
Durch die Integration einer Entschwefelungsanlage gemäß Anspruch 4 wird eine Optimierung hinsichtlich einer möglichst hohen Umweltverträglichkeit beim Betrieb der Speicherheizvorrichtung vorangetrieben.By integrating a desulfurization plant according to claim 4 an optimization with regard to the highest possible environmental compatibility driven during operation of the storage heater.
Anspruch 5 lehrt eine thermisch vorteilhafte Anordnung des dritten Wär metauschers im Brauchwasserspeicher, was wiederum einer Wirkungsgrad erhöhung zugutekommt.Claim 5 teaches a thermally advantageous arrangement of the third heat Metauschers in the domestic hot water tank, which in turn is an efficiency increase benefits.
Durch die im Anspruch 6 angegebene Anbringung der ersten und zweiten Wärmetauscher am Gehäuse des Brauchwasserspeichers werden alle wich tigen Anlagenkomponenten kompakt am Brauchwasserspeicher zusammen gefaßt.By attaching the first and second specified in claim 6 Heat exchangers on the housing of the domestic hot water tank are all important system components compact on the domestic hot water tank composed.
Die in den Ansprüchen 7 und 8 angegebenen Maßnahmen dienen zur Op timierung des Wärmeübergangs zwischen dem Primär-Heizkreislauf und dem Brauchwasser-Leitungssystem bzw. dem Sekundär-Heizkreislauf. Ins besondere wird durch die im Anspruch 8 angegebene Reihenfolge ein ho her Wärmeübergang gerade in dem als Durchlauferhitzer arbeitenden Wärmetauscher gesorgt.The measures specified in claims 7 and 8 are used for op Timing the heat transfer between the primary heating circuit and the domestic water pipe system or the secondary heating circuit. Ins special is a ho by the order specified in claim 8 heat transfer in the one working as a water heater Heat exchanger worried.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nach folgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu tert wird. Es zeigen:Further features, details and advantages of the invention are according to following description can be seen in which an embodiment of the Subject of the invention with reference to the accompanying drawings is tert. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Heizanlage, in der die erfin dungsgemäße Speicherheizvorrichtung integriert ist, und Fig. 1 is a schematic diagram of a heating system, in which the inventive storage heater is integrated, and
Fig. 2 und 3 unterschiedliche Seitenansichten eines mit Porenbrennwert- Gerät versehenen Brauchwasserspeichers mit angeflanschten Wär metauschern bzw. Entschwefelungsanlage. Fig. 2 and 3 different side views of a provided with pore calorific device hot water tank with flanged heat exchangers or desulfurization system.
Anhand von Fig. 1 ist die Einbindung der erfindungsgemäßen Speicher heizvorrichtung 1 in eine Gesamtsystem zur Gebäudeheizung und Warm wassererzeugung zu erörtern. Die Speicherheizvorrichtung 1 weist einen Brenner in Form eines Porenbrennwert-Gerätes 2 auf, das auf einem Brauchwasserspeicher 3 sitzt. Der Brenner 2 ist im Primär-Heizkreislauf 4 angeordnet, der eine Pumpe zur Umwälzung des vom Brenner 2 aufge heizten Mediums - in der Regel Wasser - sowie ein Überdruckgefäß 6 auf weist. Im Primär-Heizkreislauf 4 sind strömungstechnisch in Reihe hinter einander ein Warmwasser-Wärmetauscher 7 und ein Heizungs-Wärme tauscher 8 geschaltet. Durch den primärseitig vom Heizmedium des Primär- Heizkreislaufes 4 durchflossenen Heizungs-Wärmetauscher 8 wird der Se kundär-Heizkreislauf 9 thermisch angekoppelt, dessen Heizmedium in übli cher Weise durch eine Pumpe 10 zu Heizkörpern und/oder Fußbodenhei zungs-Strängen FH befördert wird.Referring to Fig. 1, the integration of the memory according to the invention is heating water production to discuss 1 in an overall system for the heating of buildings and hot. The storage heating device 1 has a burner in the form of a pore calorific value device 2 , which is seated on a domestic water storage tank 3 . The burner 2 is arranged in the primary heating circuit 4 , which has a pump for circulating the medium heated by the burner 2 - generally water - and an overpressure vessel 6 . In the primary heating circuit 4 , a hot water heat exchanger 7 and a heating heat exchanger 8 are connected in series in terms of flow. Through the primary side through which the heating medium of the primary heating circuit 4 flows through the heating heat exchanger 8 , the secondary heating circuit 9 is thermally coupled, the heating medium of which is conveyed in a usual way by a pump 10 to radiators and / or floor heating strands FH.
Der Warmwasser-Wärmetauscher 7 arbeitet nach Art eines Durchlauferhit zers, wobei das zu den verschiedenen Entnahmestellen führende Brauch wasser-Leitungssystem 1 1 sekundärseitig durch den Wärmetauscher 7 führt.The hot water heat exchanger 7 works in the manner of a continuous flow heater, the water pipe system 1 1 leading to the various tapping points leading on the secondary side through the heat exchanger 7 .
Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, ist - wie bei Wasserspeichern üblich - der Kaltwasserzulauf 12 am unteren Ende des Speichervolumens und der Ablauf 13 oben angeordnet. Etwa im unteren Drittel des Brauchwasser speichers 3 ist ein Brauchwasser-Wärmetauscher 14 integriert, der als Lei tungswendel 15 ausgebildet ist. Der Brauchwasser-Wärmetauscher 14 wird von einer Sonnenkollektor-Anlage 16 gespeist, deren Sonnenkollektoren 17 beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes angeordnet sind. Im Heizme dium-Kreislauf 18 der Sonnenkollektor-Anlage 16 ist eine weitere Pumpe 19 zur Förderung des Heizmediums sowie ein Überdruck-Gefaß 20 vorge sehen.As is clear from FIGS. 1 and 2, the cold water inlet 12 is arranged at the lower end of the storage volume and the outlet 13 is arranged at the top, as is customary with water reservoirs. Approximately in the lower third of the hot water tank 3 , a hot water heat exchanger 14 is integrated, which is designed as a coil 15 Lei. The process water heat exchanger 14 is fed by a solar collector system 16 , the solar collectors 17 of which are arranged, for example, on the roof of a building. In the heating medium circuit 18 of the solar collector system 16 , a further pump 19 for conveying the heating medium and an overpressure vessel 20 are provided.
Zur erfindungsgemäßen Speicherheizvorrichtung 1 gehört weiterhin eine Entschwefelungsanlage 21, mittels der die Abgase des Porenbrennwert- Gerätes 2 gereinigt werden. Die Entschwefelungsanlage 21 sitzt in der Ab gasleitung 22 des Porenbrennwert-Gerätes 2, die durch den Innenraum des Brauchwasserspeichers 3 geführt ist, um dort die thermische Energie der Abgase des Brenners 2 für eine Vorerwärmung des im Speicher 3 vorge haltenen Brauchwassers auszunutzen. Die Abgastemperatur reduziert sich dabei von ca. 160°C-180°C am Austritt des Porenbrennwert-Gerätes 2 auf ca. 80°C-100°C am Austritt aus dem Brauchwasserspeicher 3.For the inventive Speicherheizvorrichtung 1 further includes a desulphurisation unit 21, by means of which the exhaust gases are cleaned of Porenbrennwert- unit. 2 The desulfurization system 21 is seated in the Ab gas line 22 of the pore condensing device 2, which is guided through the interior of the hot water heater 3, in order to exploit there the thermal energy of the exhaust gases of the burner 2 for a pre-heating of the pre in the memory 3 held domestic hot water. The exhaust gas temperature is reduced from approx. 160 ° C-180 ° C at the outlet of the pore condensing boiler 2 to approx. 80 ° C-100 ° C at the outlet from the domestic hot water tank 3 .
Die gesamte Anlage zur Heizung und Warmwasserbereitung ist mit Hilfe von Mikroprozessor-gestützten Regelgeräten steuerbar. Dazu sind ein Hei zungs-Regelgerät 23, ein Brenner-Regelgerät 24 und ein Solaranlagen- Regelgerät 25 vorgesehen. Alle drei Regelgeräte 23, 24, 25 werden durch ein Photovoltaik-Modul 26 mit elektrischer Energie versorgt. Die Regelge räte 23, 24, 25 sind also energieautark. Das Heizungs-Regelgerät 23 steht über Signalleitungen 27 mit einem Außentemperaturfühler 29 und entspre chenden Raumtemperaturfühlern 30 sowie einem Temperaturfühler 31 für das im Sekundär-Heizkreislauf 9 zirkulierende Heizmedium in Verbindung. Ferner ist ein Temperaturfühler 32 für die Brauchwasser-Temperatur im Brauchwasser-Leitungssystem 11 vorgesehen. Mit Hilfe der von den Füh lern 29 bis 32 eingehenden Signale steuert das Heizungs-Regelgerät 23 die Pumpe 10 im Sekundär-Heizkreislauf 9 über eine entsprechende Steuerlei tung 28, um so im Sekundär-Heizkreislauf 9 einen entsprechenden Wärme energietransport für die Raumheizung zu generieren.The entire system for heating and water heating can be controlled with the help of microprocessor-based control devices. For this purpose, a heating control unit 23 , a burner control unit 24 and a solar system control unit 25 are provided. All three control devices 23 , 24 , 25 are supplied with electrical energy by a photovoltaic module 26 . The Regelge devices 23 , 24 , 25 are self-sufficient in terms of energy. The heating control unit 23 is connected via signal lines 27 to an outside temperature sensor 29 and corresponding room temperature sensors 30 and a temperature sensor 31 for the heating medium circulating in the secondary heating circuit 9 . Furthermore, a temperature sensor 32 for the hot water temperature in the hot water pipe system 11 is provided. With the help of the Füh learners 29 to 32 signals the heating control device 23 controls the pump 10 in the secondary heating circuit 9 via a corresponding Steuerlei device 28 so as to generate a corresponding heat energy transport for the space heating in the secondary heating circuit 9 .
Das Brenner-Regelgerät 24 steuert über entsprechende Steuerleitungen 33 den Betrieb und die Leistung des Porenbrennwert-Gerätes 2, die Pumpe 5 und ein Absauggebläse 34 in der Entschwefelungsanlage 21. Das Poren brennwert-Gerät 2 kann dabei - wie erwähnt - über einen breiten Lei stungsbereich zwischen 10 und 100% der Nennleistung gefahren werden.The burner control unit 24 controls the operation and the output of the pore condensing unit 2 , the pump 5 and a suction fan 34 in the desulfurization system 21 via corresponding control lines 33 . The pore condensing device 2 can - as mentioned - be operated over a wide performance range between 10 and 100% of the nominal output.
Das Solaranlagen-Regelgerät 25 steht wiederum über Signalleitungen 27 mit einem Temperaturfühler 35 an den Sonnenkollektoren 17 und einem Temperaturfühler 36 für die Brauchwasser-Eintrittstemperatur in Verbin dung. Auf der Basis der von diesen Fühlern 35, 36 gelieferten Signale steu ert das Solaranlagen-Regelgerät 25 den Betrieb der Pumpe 19.The solar system controller 25 is in turn connected via signal lines 27 with a temperature sensor 35 on the solar collectors 17 and a temperature sensor 36 for the process water inlet temperature. On the basis of the signals supplied by these sensors 35 , 36 , the solar system controller 25 controls the operation of the pump 19 .
Wie aus Fig. 2 deutlich wird, sind der Warmwasser-Wärmetauscher 7 und der Heizungs-Wärmetauscher 8 als langgestreckte Röhren-Wärmetauscher ausgebildet, die seitlich an das Gehäuse 41 des Brauchwasserspeichers 3 angeflanscht sind. Die Konstruktion dieser Röhren-Wärmetauscher mit so genannten "schwimmenden Dornen" zur Vermeidung einer Verkalkung ist es aus dem europäischen Patent EP 0 571 656 B1 bekannt und bedarf hier keiner näheren Erläuterung.As is clear from FIG. 2, the hot water heat exchanger 7 and the heating heat exchanger 8 are designed as elongated tubular heat exchangers, which are flanged to the side of the housing 41 of the domestic hot water tank 3 . The construction of these tube heat exchangers with so-called "floating mandrels" to avoid calcification is known from the European patent EP 0 571 656 B1 and requires no further explanation here.
In Fig. 3 ist die Entschwefelungsanlage 21 etwas detaillierter dargestellt. In ihr wird das durch die Abgasleitung 22 herangeführte Abgas in einem Was serbad 37 entschwefelt, wobei das Abgas mittels des Saugzuggebläses 34 durch das Wasserbad geperlt wird. Dadurch wird die Abgastemperatur von den oben erwähnten 80°C bis 100°C auf Wasserbadtemperatur (ungefähr 40°C) abgekühlt. Die dabei abgegebene thermische Energie kann über Wärmetauscherwendeln 38 dem Heizsystem zugeführt werden, in dem das Rücklaufwasser des Heizkreislaufes zunächst die Wendel 38 im Wasserbad 37 und anschließend noch entsprechende Wärmetauscher-Röhren 39 im Brauchwasserspeicher 3 durchströmt. Ferner ist in Fig. 3 ein Kondensat- Ablauf 40 gezeigt.In Fig. 3, the desulfurization is illustrated in somewhat more detail 21st In it, the exhaust gas brought up through the exhaust gas line 22 is desulfurized in a water bath 37 , the exhaust gas being bubbled through the water bath by means of the induced draft fan 34 . This cools the exhaust gas temperature from the above-mentioned 80 ° C to 100 ° C to water bath temperature (approximately 40 ° C). The thermal energy released in this way can be fed to the heating system via heat exchanger coils 38 , in which the return water of the heating circuit first flows through the coil 38 in the water bath 37 and then through corresponding heat exchanger tubes 39 in the service water tank 3 . A condensate drain 40 is also shown in FIG. 3.
Claims (8)
- - einem Brenner (2) in Form eines Porenbrennwert-Gerätes, das in einem Primär-Heizkreislauf (4) angeordnet ist,
- - einem Heizungs-Wärmetauscher (8), der den Primär-Heizkreislauf (4) mit einem Sekundär-Heizkreislauf (9) thermisch koppelt,
- - einem Brauchwasserspeicher (3) zur Vorhaltung von Brauchwasser in einem Brauchwasser-Leitungssystem (11),
- - einem Warmwasser-Wärmetauscher (7), der den Primär-Heizkreislauf (4) mit dem Brauchwasser-Leitungssystem (11) nach Art eines Durchlauf erhitzers thermisch koppelt, und
- - einem Brauchwasser-Wärmetauscher (14), der im Brauchwasserspeicher (3) angeordnet und primärseitig mit einer Sonnenkollektor-Anlage (16) koppelbar ist.
- - a burner ( 2 ) in the form of a pore calorific value device which is arranged in a primary heating circuit ( 4 ),
- - a heating heat exchanger ( 8 ), which thermally couples the primary heating circuit ( 4 ) to a secondary heating circuit ( 9 ),
- - a hot water tank ( 3 ) for holding hot water in a hot water pipe system ( 11 ),
- - A hot water heat exchanger ( 7 ), which couples the primary heating circuit ( 4 ) with the process water pipe system ( 11 ) in the manner of a continuous heater, and
- - A hot water heat exchanger ( 14 ) which is arranged in the hot water tank ( 3 ) and can be coupled on the primary side to a solar collector system ( 16 ).
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