DE19926415A1 - Kopplung eines Raumheizsystems und eines Brauchwasserspeichers mit einem Solarkollektorsystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kopplung eines Raumheizsystems mit Wärmeerzeuger und Brauchwasserspeicher mit einem Solarkollektor mit eingeschaltetem Pufferspeicher, wobei der Brauchwasserspeicher räumlich höher angeordnet als der Pufferspeicher und als Doppelwandspeicher mit Tauscherraum ausgebildet ist, eine Zulaufleitung zum Brauchwasserspeicher vom Pufferspeicher im höchsten Punkt des Tauscherraumes mündet, im unteren Bereich des Tauscherraumes unter Einschaltung eines thermostatischen Regelventiles eine Rücklaufleitung zum Pufferspeicher vorgesehen ist, das Raumheizsystem mit seiner Rücklaufleitung an den Pufferspeicher in dessen unteren Bereich angeschlossen ist und im oberen Bereich des Pufferspeichers eine Rücklaufleitung zum Wärmeerzeuger anschließt. Durch Einbringung eines Strömungsleitzylinders in den Pufferspeicher wird dabei die Schichtung verbessert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kopplung eines Raumheiz­ systems mit einem Wärmeerzeuger, einem Pufferspeicher und einem Brauchwasserspeicher mit einem Solarkollektor.

Im Stand der Technik sind entweder Pufferspeicher mit integrier­ ter Warmwasserbereitung (Tank-in-Tank-System) mit hohen Er­ satzinvestitionskosten oder Pufferspeicher mit nachgeschalte­ tem Brauchwasserspeicher oder Wärmetauschersystemen be­ kannt, die einen zusätzlichen Pumpen- und Regelungsaufwand und damit Elektroenergie benötigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anbindung für Kollektoranlagen zur Warmwasserbereitung an das Heiz- und Warmwassersystem von Wohngebäuden vorzuschlagen, wobei gleichzeitig die Solaranlage zur Heizungsunterstützung einge­ setzt werden soll.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Hauptanspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen erläutert.

Mit anderen Worten ausgedrückt wird vorgeschlagen, daß das vom Wärmetauscher des Pufferspeichers solar erwärmte Warmwasser nach dem Prinzip der Schwerkraft an den höch­ sten Punkt, den die Oberkante des Brauchwasserspeichers darstellt, strömt. Im unteren Teil des Brauchwasserspeichers, der als Doppelwandspeicher mit Tauscherraum ausgebildet ist, tritt das solar erwärmte Warmwasser abgekühlt wieder aus, nachdem es seine Wärmeenergie an das Brauchwasser, z. B. Trinkwasser, abgegeben hat. Über ein thermostatisches Regel­ ventil im Rücklauf dieses Warmwassers wird die Warmwasser­ temperatur annähernd konstant gehalten, wobei diese Höhe einstellbar ist.

Der eigentliche Heizkreislauf des Heizsystems wird im Rücklauf über den Pufferspeicher geleitet, um durch Anheben der Rück­ lauftemperatur des RücklauiWassers des Heizsystem, daß dem Wärmeerzeuger zugeführt wird, Solarenergie auch in das Heiz­ system einbringen zu können.

Durch die Anordnung einer Verbindungsleitung zwischen der vom Wärmeerzeuger kommenden üblichen Speicherladepumpe und der Zulaufleitung zum Brauchwasserspeicher wird bei der erfindungsgemäßen Anlage die Nachheizung des Brauchwas­ sers ermöglicht, wenn beispielsweise die Solarenergie nicht ausreicht, um das Brauchwasser auf die gewünschte Tempera­ tur zu erwärmen. Dabei kann durch Anordnung eines Regulier­ ventiles zwischen Pufferspeicher und T-Stück der Einströmlei­ tung der Speicherladepumpe des Wärmererzeugers die Menge des für die Brauchwassererwärmung bereitgestellten zusätzli­ chen Pufferwassers und damit praktisch die über die Speicher­ größe des Warmwasserspeichers hinausgehende Warmwas­ sermenge in gewissen Grenzen reguliert werden, ohne die Größe des Brauchwasserspeichers zu verändern, was wiederum zu einer deutlichen Senkung der Startintervalle des Wärmeer­ zeugers, insbesondere in der Übergangsperiode führt.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird dem Pufferspeicher ein Blechzylinder mit übereinander angeordneten Öffnungen derart eingebracht, daß das vom Solarwärmetau­ scher erwärmte Pufferwasser zwischen Außenmantel des Blechzylinders und Innenmantel des Speichers nach oben strömt, ohne daß eine größere Durchmischung des Pufferwas­ sers erfolgt. Das verdrängte Wasser kann durch die im Blech­ zylinder eingebrachten Öffnungen thermisch geordnet wieder dem inneren Bereich des Speichers zugeführt werden. Somit werden schnell höhere Temperaturen im oberen Speicherbe­ reich erreicht und die Bereitstellung von Warmwasser erfolgt eher.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß durch Einbringen des Wärmeleitzylinders im Pufferspeicher und die Anordnung des Brauchwasserspeichers oberhalb des Pufferspeichers (dies kann auch im Kellergeschoß erfolgen) die thermische Schich­ tung wesentlich verbessert wird und dies ohne zusätzlichen re­ gelungstechnischen bzw. hydraulischen Aufwand, der wiederum Anlagen- und Energiekosten verursachen würde. Als Solar­ regelung genügt eine Einkreisregelung.

Durch das Einleiten des durch die Schwerkraft langsam fließen­ den und dadurch stark rückgekühlten Heizungswassers aus dem Warmwassererzeuger, das nahezu Kaltwassertemperaturen aufweist in den unteren Bereich des Pufferspeichers, wird der Solarwärmetauscher und damit der Kollektor auf dem niedrigen Temperaturniveau arbeiten, was dessen Wirkungsgrad be­ kanntlich erheblich steigert und Ziel der Konzeption einer guten Sonnensolaranlage darstellt.

Im Gegensatz zu dem im Stand der Technik üblichen "Tank-im- Tank-System" befindet sich der gefährdete Brauchwasser­ speicher außerhalb des Pufferspeichers, so daß dadurch leich­ tere Reparaturen und Ersatzinvestitionen möglich sind. Durch die räumlich höhere Anordnung des Brauchwasserspeichers be­ findet sich dieser nahe dem Brauchwasserverbraucher, bei­ spielsweise der Küche oder dem Bad, so daß energiever­ brauchende Zirkulationsleitungen nicht erforderlich sind.

Die Einbindung des Heizsystems in das Solarsystem erfolgt ohne zusätzliche Pumpe- bzw. Regelsysteme, da der Rücklauf zur Temperaturanhebung durch den Pufferspeicher geführt wird und außerdem der Wärmeerzeuger in einfachster Weise zur Nachheizung des Brauchwasserspeichers genutzt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung verlängern sich die Brennerlaufzeiten, was insbesondere bei Brennwertsystemen von großem Vorteil ist.

Durch die Anordnung eines thermostatisch geregelten Ventils in die Rücklaufleitung des Brauchwasserspeichers wird eine Überhitzung und Verkalkung des Brauchwasserspeichers sicher vermieden und ein thermostatisch gesteuerter Brauchwasser­ mischer kann entfallen. Bei hohen Temperaturen muß die Solaranlage nicht abgeschaltet werden, da nur der Pufferspei­ cher durch Einschaltung des thermostatischen Regelventiles mit hohen Temperaturen beschickt wird, wodurch also wieder eine höhere Ausbeute der Solarenergie möglich wird.

Das eigentliche Brauchwasservolumen im Brauchwasserspei­ cher kann relativ niedrig ausgebildet werden, z. B. 200 l, da der Brauchwasserspeicher im Heizungswasser integriert ist, ermög­ licht er einen raschen und vollständigen Wärmeaustausch und somit ist die Bildung von kalten Zonen und damit die Gefahr von Legionellenbildung ausgeschlossen.

Ein Ausführungsschema der erfindungsgemäßen Anlage wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist ein Solarkollektor 1 dargestellt, der über entsprechende Vorlauf- und Rücklaufleitungen an einem Wär­ metauscher 11 eines Pufferspeichers 2 angeschlossen ist. Das solar erwärmte Wasser strömt aus dem Pufferspeicher 2 über eine Zulaufleitung 15 zum höchsten Punkt eines Brauchwas­ serspeichers 3, der als Doppelwandspeicher 18 mit einem Tauscherraum 6 ausgebildet ist. In den Brauchwasserspeicher 3 mündet eine Kaltwasserzulaufleitung 19 und an den Brauch­ wasserspeicher 3 schließt eine Warmwasserzapfleitung 20 an.

Im unteren Teil des Tauscherraumes 6 schließt unter Zwischen­ schaltung eines thermostatischen Regelventiles 7 eine Rücklauf­ leitung 8 an, die zum unteren Teil des Pufferspeichers 2 in Höhe des unteren Drittels des Wärmetauscher 11 führt.

Mit 4 ist in der schematischen Darstellung ein Raumheizsystem mit einer Vorlaufleitung 10 und einer Rücklaufleitung 9 darge­ stellt, wobei ein Wärmeerzeuger 5 vorgesehen ist, der elek­ trisch- oder brennerbetrieben ausgebildet sein kann. Die Rück­ laufleitung 9 des Raumheizsystemes 4 führt zum Wärmetau­ scher 11 in dessen oberem Drittel in den Pufferspeicher 2 und das Pufferwasser fließt nach Aufnahme der Solarenergie über eine Leitung 12 wieder zum Rücklauf des Wärmeerzeugers 5.

Der Wärmeerzeuger 5 speist über eine Heizkreispumpe 21 den Heizkreisvorlauf 10 und/oder über eine Speicherladepumpe 23 die Speichernachheizung. Ein Dreiwegemischer 24 gestat­ tet dabei eine wetterabhängige Regelung der Vorlauftemperatur unabhängig von der solarerwärmten Pufferwassertemperatur. Dies ist mit herkömmlicher Regelung mit dem Wärmeerzeuger problemlos realisierbar.

Sollte die Solarwärme, die aus dem Pufferspeicher 2 über die Leitung 12 zum Wärmeerzeuger 5 fließt, zu hoch sein, wird die­ ses über eine Verbindungsleitung 16 und dem Dreiwegemischer 24 derart geregelt, daß vom Rücklauf 9 kaltes Wasser zuge­ mischt wird, um nicht zu hohe Vorlauftemperaturen zu bekom­ men. Somit wird also auch die richtige Raumtemperatur im Raumheizsystem 4 aufrechterhalten.

Ein im Pufferspeicher 2 eingebrachter Blechzylinder 26 mit Einströmöffnungen 27 bewirkt bei solarer Beheizung eine deutli­ che Verbesserung der Schichtung und somit eine schnelle Be­ reitung von Warmwasser in Abhängigkeit der Sonnenschein­ dauer.

Die Darstellung erfolgt der Übersichtlichkeit halber ohne zuge­ hörige Sicherheitseinrichtung.

Der Wärmeerzeuger 5 weist entsprechend den gesetzlichen Vorschriften eine witterungsgeführte Regelung auf, wobei der Pufferspeicher 2 ohne Regelung ist. Wenn das Brauchwasser zu kalt ist, beheizt der Wärmeerzeuger 5 den Brauchwasser­ speicher 3 nicht über den Pufferspeicher 2, sondern direkt.

Bei 25 ist eine Drossel dargestellt, die sicherstellt, daß bei Be­ trieb der Speicherladepumpe 23 das Wasser vorranging in den Brauchwasserspeicher 3 fließt.

Claims (6)

1. Kopplung eines Raumheizsystems (4) mit Wärmeerzeuger (5) und Brauchwasserspeicher (3) mit einem Solarkollek­ tor (1) mit eingeschaltetem Pufferspeicher (2),
wobei der Brauchwasserspeicher (3) räumlich höher ange­ ordnet als der Pufferspeicher (2) und als Doppelwand­ speicher (18) mit Tauscherraum (6) ausgebildet ist, eine Zulaufleitung (15) zum Brauchwasserspeicher (3) vom Pufferspeicher (2) im höchsten Punkt des Tauscher­ raumes (6) mündet,
im unteren Bereich des Tauscherraumes (6) unter Ein­ schaltung eines thermostatischen Regelventiles (7) eine Rücklaufleitung (8) zum Pufferspeicher (2) vorgesehen ist, das Raumheizsystem (4) mit seiner Rücklaufleitung (9) an den Pufferspeicher (2) in dessen unteren Bereich ange­ schlossenen ist und
im oberen Bereich des Pufferspeichers (2) eine Rücklauf­ leitung (12) zum Wärmeerzeuger (5) anschließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung (14) zwischen der vom Wärmeerzeu­ ger (5) kommenden Vorlaufleitung (10) und der Zulauflei­ tung (15) zum Brauchwasserspeicher (3).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung (16) zwischen Rücklaufleitung (9) und Vorlaufleitung (10) des Raumheizsystemes (4) unter Umgehung des Wärmeerzeugers (5).

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorlaufleitung (10) des Raumheizsystemes (4) und der Verbindungslei­ tung (14) zur Zulaufleitung (15) des Brauchwasser­ speichers (3) ein Dreiwegeventil (24) angeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorlaufleitung (10) des Raumheizsystemes (4) und der Verbindungslei­ tung (14) zur Zulaufleitung (15) des Brauchwasser­ speichers (3) eine Pumpe (23) angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Pufferspeicher (2) ein Strömungsleitzylinder (26) mit Einströmöffnungen (27) angeordnet ist.