DE19846364A1 - Wärmeschichtspeicher und Verfahren zum Betreiben des Speichers - Google Patents

Wärmeschichtspeicher und Verfahren zum Betreiben des Speichers

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Abstract

Bei einem Wärmeschichtspeicher werden in dem oder den Heizkreisen Förderpumpen mit regelbarer Förderleistung verwendet. Die Förderleistung wird in Abhängigkeit von der Temperatur im unteren Speicherbereich geregelt. Eine gedrosselte Förderleistung führt zu einem kälteren Rücklauf und damit zur Temperaturabsenkung in diesem Speicherbereich, was bspw. die Nutzung einer Solaranlage auch bei geringer Sonneneinstrahlung ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher zur Versorgung von einem Heiz- oder mehreren Heizkreisen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Wärmespeichers. Solche Speicher werden als Puffer zwischen den Heizkessel (Öl-, Gas- oder Feststoffheizung) und den Heizkreis geschaltet, um eine möglichst gleichmäßige Versorgung derselben zu gewährleisten. Dies ist insbesondere bei Feststoffheizungen erforderlich, da bei diesen eine mehr oder weniger ungleichmäßige Wärmeabgabe erfolgt.
Auch bei Solaranlagen zur Heizungsunterstützung gewinnen solche Speicher immer mehr an Bedeutung, da der Speicher bei richtigem Aufbau und sauberer Schichtung des Speichermittels auch die Verwertung von weniger heißen Vorläufen erlaubt, wie sie bei geringerer Sonneneinstrahlung auftreten.
Bekannte Speicher dieser Art bestehen aus einem aufrecht stehenden, isolierten Kessel mit bspw. 900-1500 Liter Volumen, der am oberen und am unteren Ende mit je 2 Flanschen versehen ist. Auf einer Seite erfolgt oben die Zuführung des vom Heizkessel auf bspw. 80°C aufgeheizten Wasser, der Rücklauf ist am unten Flansch angeschlossen.
Auf der anderen Seite des Kessels, meist diametral gegenüber, befindet sich der Heizkreis, d. h. es erfolgt die Abnahme des Speichermittels (Wasser) wobei am oberen Flansch der Vorlauf des Heizkreises und am unteren dessen Rücklauf angeschlossen ist.
Aus der DE 195 04 694 C1 ist ein Speicher bekannt, der in seinem mittleren Teil je einen weiteren Anschluß für den Beheizungskreis-Vorlauf und für den Heizkreisrücklauf aufweist. Diese Anschlüsse werden in Abhängigkeit von der aktuellen Rücklauftemperatur der Heizkreise bzw. von im Speicher durch Thermofühler gemessene Temperaturen geöffnet bzw. geschlossen.
Es hat sich herausgestellt, daß selbst solche Speicher den Nachteil aufweisen, daß sie nicht bei allen Außentemperaturen oder anderen Betriebszuständen eine optimale Schichtung aufrechterhalten können.
Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Heizkreisrücklauf über eine längere Zeit eine erhöhte Temperatur aufweist, bspw. durch eine höhere Außentemperatur während der Heizperiode.
Trotz entsprechender automatischer Regelung der Vorlauftemperatur über die Mischer der Heizkreise kann dann die Rücklauftemperatur relativ hoch liegen, bspw. bei < 40°C. Dadurch wird dem unteren Teil bzw. dem mittleren Teil des Speichers laufend warmes Wasser zugeführt, das schließlich den unteren und den mittleren Teil des Speichers füllt. Dies ist besonders dann nachteilig, wenn eine Solaranlage zur Heizungsunterstützung vorhanden ist, oder nachträglich eingebaut werden soll. Eine solche Anlage tritt in bekannter Weise dann in Tätigkeit, wenn ihr über einen Plattentauscher angekoppelter Vorlauf eine Temperatur ausweist, die über der Temperatur im unteren Speicherbereich liegt. Wenn diese Temperatur aber durch den Heizkreisrücklauf relativ hoch ist, tritt die Solaranlage im niedrigen Temperaturbereich nicht in Funktion und die Solarenergie bleibt ungenützt.
Dies gilt natürlich auch für Solaranlagen, bei denen die Ankopplung durch einen im unteren Teil des Speichers eingebauten Wärmetauscher erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs dieses Anspruchs.
Die Erfindung, sowie zweckmäßige Weiterbildungen, werden im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der Heizkessel 1 in Fig. 1 ist in bekannter Weise mit einer hier nicht gezeigten Isolierung ummantelt. Sämtliche hier links vom Speicher 1 dargestellten Anschlüsse Umwälzpumpen, Ventile etc. können auf einer Schalttafel untergebracht sein, die seitlich am Speicher oder in dessen Nähe angeordnet wird. Am Speicher 1 sind die Anschlüsse 2 für den Vorlauf, sowie der mittlere Anschluss 3 und der untere Anschluss 4 für den Rücklauf des Beheizungskreises 5 und der Heizkreise 6 und 7 angeordnet.
Die genannten Anschlüsse können durch Lochrohre 8, 9 und 10 im Speicher ergänzt werden, die einer verbesserten horizontalen Verteilung des Wassers dienen. Sie können auch auf gegenüberliegenden Seiten des Speichers 1 angeordnet sein, wie in der oben genannten Druckschrift dargestellt. Dann entfällt der Verteiler 11.
In der Vorlaufkammer 12 des Verteilers 11 münden die Verbindung zum oberen Anschluss 2, sowie die Vorläufe des Beheizungskreises 5 und der Heizkreise 6 und 7. Vor- und Rückläufe dieser Kreise sind in bekannter Weise durch Thermoventile 14 oder motorgesteuerte Dreiwegeventile 15 und 16 verbunden.
Die gestrichelt gezeichneten Rückläufe dieser Kreise münden in der Rücklaufkammer 13 des Verteilers 11. Ein Anschluss der Rücklaufkammer 13 steht in Verbindung mit einem Dreiwegeventil 18, in das auch der mittlere und der untere Anschluss 3 bzw. 4 des Speichers 1 münden. Mit 23 ist in Fig. 1 ein Plattentauscher für eine Brauchwasseranlage 24 dargestellt. Der Vorlauf des Plattentauschers 23 erfolgt durch ein Rohr 28 im obersten Teil des Speichers 1 über ein Thermoventil 29. 32 bezeichnet die Förderpumpe des Beheizungskreises 5. 34 stellt eine Solaranlage dar, die über einen Plattentauscher 33 mit dem Beheizungskreis 41 der Solaranlage verbunden ist. Mit 35 und 36 sind Förderpumpen in diesen Kreisen bezeichnet. Mit 38 und 39 sind zwei Thermofühler bezeichnet, die die Temperaturen im Solarkreisvorlauf und an seiner höchsten Stelle messen. Ein Dreiwegeventil 37 dient zur temperaturrichtigen Verteilung des Solarkreisvorlaufs.
Dieses kann bspw. so eingestellt sein, daß es bei einer Vorlauftemperatur von bspw. T38 <65°C den Vorlauf direkt dem mittleren Anschluss 3 zuleitet, bei Temperatur T38 < 65°C dagegen dem obersten Anschluss 17 im Speicher mit dem Rohr 28.
Im Speicher 1 ist ein Thermofühler 20 im unteren Bereich nahe dem unteren Anschluss 4 vorgesehen. Ein weiterer solcher Fühler 21 kann nach einer Weiterbildung der Erfindung im mittleren Bereich nahe dem Anschluss 3 vorgesehen werden.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der für die vorliegende Erfindung relevanten Teile der Anlage erläutert.
Die Förderpumpen 30, 31 in den Heizkreisen 6 und 7 sind so ausgebildet, daß ihre Förderleistung kontinuierlich, oder mindestens zweistufig regelbar ist. Eine unterschiedliche Förderleistung kann durch verschiedene bekannte Maßnahmen bewirkt werden, wie bspw. Drehzahlregelung des Motors, unterschiedliche Drehzahlen des Motors über eine bestimmte Zeitdauer, Taktbetrieb des Motors mit unterschiedlichen Ein-Aus Zeiten. Auch eine Kombination dieser Maßnahmen ist möglich und wird unter dem Begriff "regelbare Förderleistung" verstanden.
Die Regelung bzw. Steuerung der Förderleistung erfolgt durch ein Signal, das vom Thermofühler 20 im unteren Speicherbereich erzeugt wird. Eine verringerte Förderleistung der Pumpen 30, 31 verursacht eine Absenkung der Rücklauftemperatur in den Heizkreisen 6, 7 und demzufolge eine Temperaturabsenkung im unteren Speicherbereich.
Die Förderpumpen 35, 36 der Solaranlage 34 treten, in bekannter Weise dann in Tätigkeit, wenn die am Fühler 39 gemessene Temperatur höher liegt als die Temperatur im unteren Speicherbereich, d. h. wenn T39 < T20.
Daraus folgt der Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen, daß nämlich eine möglichst niedrige Temperatur T20 im unteren Bereich des Speichers eine wirtschaftlichere Nutzung einer Solaranlage ermöglicht, da die oben genannte Bedingung auch schon bei geringerer Sonneneinstrahlung erfüllt ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung, kann im mittleren Bereich des Speichers 1 nahe dem Anschluss 3 ein weiterer Thermofühler 21 angeordnet werden. In diesem Fall kann der gedrosselte Förderbetrieb dann unterbrochen werden, wenn die Temperatur T21 an diesem Fühler eine voreingestellte Temperatur Tm unterschreitet, wenn also auch der mittlere Bereich des Speichers auf die Temperatur Tm abgekühlt ist.
Es ist auch möglich, eine Kombination der Temperatur T20 und T21 (bspw. (T20 + T21)/2) zur Steuerung der Förderleistung der Pumpen (30, 31) einzusetzen.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann auch ein voreinstellbarer Zeitgeber vorgesehen werden, der den Betrieb mit gedrosselter Förderleistung nach einer bestimmten Zeit begrenzt.

Claims (10)

1. Wärmeschichtspeicher mit Anschlüssen für mindestens einen Heizkesselkreis und mindestens einen Heizkreis, wobei die Anschlüsse für die jeweiligen Vorläufe im oberen Teil und die Anschlüsse für die jeweiligen Rückläufe im unteren und im mittleren Teil des Speichers angeordnet sind, die in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur bzw. von im Speicher gemessenen Temperaturen geöffnet bzw. geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Förderpumpen (30, 31) des bzw. der Heizkreise (6, 7) so ausgebildet sind, daß ihre Förderleistung regelbar ist,
daß im Speicher (1) im Bereich des unteren Anschlusses (4) ein Thermofühler (20) angeordnet ist,
und daß die Förderleistung der Förderpumpen (30, 31) in Abhängigkeit von der Temperatur am Fühler (20) geregelt wird.
2. Wärmeschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Förderleistung mindestens zweistufig regelbar ist, und daß bei Überschreitung einer voreingestellten Temperatur Tu am unteren Thermofühler (20) (T20 < Tu) die Förderpumpen (30, 31) mit gedrosselter Förderleistung betrieben werden.
3. Wärmeschichtspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Teil des Speichers (1) ein weiterer Thermofühler (21) angeordnet ist, der den Betrieb mit gedrosselter Förderleistung unterbricht , wenn seine Temperatur (T21) eine voreingestellte Temperatur (Tm) unterschreitet (T21 < Tm).
4. Wärmeschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Teil des Speichers (1) ein weiterer Thermofühler (21) angeordnet ist, und daß eine Kombination der Temperaturen beider Fühler (T20, T21) zur Steuerung der Förderleistung der Pumpen (30, 31) verwendet wird.
5. Wärmeschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die gedrosselte Förderleistung der Pumpen (30, 31) durch Drehzahlregelung ihrer Motore erfolgt.
6. Wärmeschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die gedrosselte Förderleistung der Pumpen (30, 31) durch Taktbetrieb ihrer Motore erfolgt.
7. Wärmeschichtspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß ein voreinstellbarer Zeitgeber vorgesehen ist, der den Betrieb mit gedrosselter Förderleistung zeitlich begrenzt.
8. Verfahren zum Betreiben eines Wärmeschichtspeichers gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Förderpumpen (30, 31) in Abhängigkeit von der Temperatur am unteren Wärmefühler (20) geregelt wird.
9. Verfahren zum Betreiben eines Wärmeschichtspeichers gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung einer voreingestellten Temperatur (Tu) am unteren Wärmefühler (20) die Förderpumpen (30, 31) mit gedrosselter Förderleistung betrieben werden.
10. Verfahren zum Betreiben eines Wärmeschichtspeichers gemäß Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreitung einer voreingestellten Temperatur Tm am mittleren Wärmefühler (21) die Förderpumpen (30, 31) wieder mit normaler Förderleistung betrieben werden.
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