DE202009000205U1

DE202009000205U1 - Verteilerweiche-Hydraulische Weiche mit Verteiler - für kombinierte Heizungs- Brauchwasseranlagen mit Solarthermie

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Publication number: DE202009000205U1
Application number: DE200920000205
Authority: DE
Original assignee: SCHMALHORST HAGEN
Current assignee: SCHMALHORST HAGEN
Priority date: 2009-01-01
Filing date: 2009-01-01
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2019-01-02

Abstract

Verteilerweiche – Hydraulische Weiche mit Verteiler – für kombinierte Heizungs-Brauchwasseranlagen mit Solarthermie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (1, 2, 3) (Bild 7) die warmen, zuleitenden Erzeugerzuflüsse (Therme, Kessel, Brenner, Pufferspeicher Solarthermie) in die Verteilerweiche (siehe Bild 7) darstellen. Die Anschlüsse (4, 5, 6) stellen die kalten, ableitenden Rückflüsse in die Erzeugerkreisläufe dar (siehe Bild 7). Die Dimensionierung der Anschlüsse richtet sich nach dem maximalen Volumenstrom und wird je nach Größe der Anlage ausgelegt.

Description

Der Stand der Technik
In aller Regel haben Hydraulische Weichen nur 4 Anschlüsse. Zwei für den Erzeugerkreislauf, jeweils warm und kalt sowie zwei auf der Verbraucherseite jeweils als warm und kalt ausgeführt. Eine Hydraulische Weiche macht aber nur Sinn wenn z. B. mehrere Erzeuger oder Verbraucher in einem Heizungsnetz betrieben werden.
Zurzeit werden die verschiedenen Erzeuger oder Verbraucher über Verteiler an das Heizungsnetz angeschlossen. Dies sind in aller Regel Rohrleitungen mit mehreren Abgängen, meistens mit Kugelhähnen oder magnetischen Ventilen versehen um die einzelnen Kreisläufe absperren zu können. So wie z. B. in Mehrfamilienhäusern es notwendig ist einzelne Wohnungen abzusperren können.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem
Werden in einer Heizungsanlage mehrere Erzeuger- oder Verbrauchergruppen betrieben entsteht automatisch das Problem des hydraulischen Abgleichs innerhalb der Erzeuger- und Verbrauchergruppen, da mehrere Pumpen in der Anlage zum Einsatz kommen. Ist die Anlage nicht hydraulisch abgeglichen kann es z. B. vorkommen, dass einige Verbraucherkreise nicht mit warmen Wasser versorgt werden. Auf der Erzeugerseite entsteht bei Einbindung einer Solarenergie das Problem wie diese effizient in den Verbraucherkreis eingeschleust werden kann.
Bei Einfamilienhäusern, und damit einfachen Anlagen, hier nur als Beispiel verwandt, stehen bei Solarnutzung 2 Erzeuger zur Verfügung. Es sind dies der Heizkessel, Heiztherme und die im Pufferspeicher befindliche Solarenergie. Diese in Form von heißem Wasser. Auf der Verbraucherseite stehen in aller Regel maximal 3 Verbraucherkreise zur Verfügung. Es sind dies Heizkreisläufe mit Heizkörpern, eine Fußbodenheizung und der Brauchwasserspeicher, der das notwendige Brauchwasser bereithält. Ein optimaler hydraulischer Abgleich und gleichzeitig die Verteilung der warmen und kalten Wasserströme ist das Problem. Derzeit wird dies vielfach mit elektrischen, mechanischen 2, 3, 4 Wegeventilen durchgeführt, wobei ein hydraulischer Abgleich sehr schwer zu realisieren ist. Einige Solaranbieter arbeiten zudem mit der Erhöhung der Rücklauftemperatur zum Brenner, was den Brennwerteffekt bei Brennwertkesseln ganz oder zumindest teilweise zunichte macht. Andere Anbieter nutzen den in Solaranlagen verwendeten Pufferspeicher zum hydraulischen Abgleich mit dem Nachteil diesen ständig auf ca. 50°C Wassertemperatur halten zu müssen um genug Wärmeenergie für die Brauchwasserbereitstellung zur Verfügung stellen zu können. Hierdurch wird unnötig Primärbrennstoff verschwendet.
Bei vielen handelsübliche Thermen/Kesseln (heutzutage in der Regel Brennwerthermen) laufen die Umwälzpumpen im Dauerbetrieb. Es wird permanent die Temperaturen im Vor und Rücklauf im Heizbetrieb gemessen. Bei Brauchwasseraufheizung wird zudem mittels 3 Wegeventil umgeschaltet. Diese Thermen besitzen dann 4 Anschlüsse. Diese Thermen/ Kessel mit Solarthermie zu kombinieren ist schwierig. Ein hydraulischer Abgleich ist kaum möglich. Vom jeweiligen Hersteller werden dann meist sehr teure Lösungen angeboten.
Die 7 Problembereiche im Überblick:

1. Nur herstellerbedingte Sonderlösungen für die Anbindung Solarthermie, keine herstellerunabhängige Lösung
2. Keine optimale hydraulische Entkopplung, hydraulischer Abgleich
3. Verteilung der Heizenergie zwischen Erzeugern und Verbrauchern
4. Zerstörung des Brennwerteffektes bei Brennwertkesseln
5. Meistens keine Schmutz- und Schlammabsorber in der gesamten Heizungsanlage
6. Verschwendung von Primärenergie zur Aufrechterhaltung der Mindesttemperatur im Pufferspeicher der Solaranlage.
7. Regelungsprobleme

Die Problemlösung
Die Problemlösung besteht in der Kombination von hydraulischer Weiche mit einem Verteiler (Problem 3, s. o.). Die hydraulische Verteilerweiche entkoppelt die Erzeugerkreise untereinander sowie die Verbraucherkreise ebenfalls auch untereinander (Problem 2, s. o.). Die Anschlüsse 1, 2, 3 sind die warmen Erzeugerzuflüsse in die Verteilerweiche (siehe Bild 1). Die Anschlüsse 4, 5, 6 die kalten Rückflüsse in die Erzeugerkreisläufe (siehe Bild 1). Die Anschlüsse 7, 8, 9 sind die warmen Vorläufe für die drei Verbraucherkreise (siehe Bild 1) z. B. Brauchwasserboiler, Heizung, Fußbodenheizung. Entsprechend die Anschlüsse 10, 11, 12 die kalten Rückläufe von den Verbraucherheizkreisläufen (siehe Bild 1). Es sind natürlich mehrere Erzeuger-Verbraucher- abgänge möglich, ja nach Anwendung. Alle Anschlüsse sind z. B. in 1 Zoll mit Innengewinde ausgeführt. Die Stutzen mit Innengewinde werden in das zuvor gebohrte Vierkantrohr eingeschweißt. Der Anschluss 13 dient der Entlüftung (siehe Bild 1). Hier ist ein Schnellentlüfter eingeschraubt hier z. B. mit 1/2 Zoll Innengewinde. Der Anschluss 14 dient der Wasserentleerung (siehe Bild 1) per eingeschraubten Kugelhahn und ist gleichzeitig zur Beseitigung vom Schlamm, da die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der gesamtem Anlage in der Verteilerweiche am niedrigsten ist und die Schmutzpartikel sich um den Anschluss 14 sammeln (Problem 5, s. o.) und einfach mit dem Öffnen des Kugelhahns ausgespült werden können. Das Gehäuse der Verteilerweiche ist ein leeres Vierkantrohr. Dieses wird mittels Deckeln unten und oben per Schweißung abgedichtet. Es besteht keine Trennung innerhalb des Rohres. Innerhalb der Verteilerweiche bildet sich eine Temperaturschichtung des Wassers im Vierkantrohr aus. Im oberen Teil der Verteilerweiche ist das warme Wasser. Im unteren Teil der Verteilerweiche befindet sich das kalte Wasser. Im oberen Deckel befindet sich eine Tauchhülse 15 für die Aufnahme eines Temperaturfühlers (siehe Bild 1). Dieser wird einer elektronischen Regelung zugeführt.
Da die Pumpen (7) (siehe Bild 5) und Schwerkraftbremsen im kalten Strang angeordnet sind, sind die Abstände der z. B. 1 Zoll Stutzen in einem größeren Abstand an der Verteilerweiche angebracht. So können die Pumpen mit Schwerkraftbremse übereinander angebracht werden.
Die Verteilerweiche muß senkrecht angebracht werden, um die Wärmeschichtung zu ermöglichen, sowie die Schlammabführung zu gewährleisten.
Die Erzeuger- sowie die Verbraucherseite können auch getauscht werden. Eine Vermischung von Erzeuger- und Verbraucheranschlüssen nebeneinander ist unzulässig. Erzeuger und Verbraucherkreise müssen zwingend jeweils gegenüberangebracht sein. Dies gilt für warm und kalt. Somit ergeben sich 4 Quadranten. Erzeuger mit warm und kalt, sowie Verbraucher jeweils mit warm und kalt.
Im Bild 2 (siehe Bild 2) sind der Erzeuger- und Verbraucherstrom optimal aufeinander abgestimmt. Das warme Wasser strömt durch die Anschlüsse 1, 2, 3 (siehe Bild 2) in die Verteilerweiche auf der Erzeugerseite ein und durch die Anschlüsse 7, 8, 9 (siehe Bild 2) in die Verbraucher. Über 10, 11, 12 (siehe Bild 2) fließt der Rücklauf der Verbraucherseite zurück in die Verteilerweiche zurück. Über die Anschlüsse 4, 5, 6 (siehe Bild 2) gelangt das kalte Wasser zurück in den Erzeuger, um dann wieder erwärmt der Weg wie oben beschrieben zu nehmen. Es findet nur waagerechter Wasserfluss statt. Es herrscht optimaler hydraulischer Abgleich.
Im Bild 3 (siehe Bild 3) befindet sich die Weiche im Erzeugerteilkurzschluß. Hier wird mehr Energie auf der Erzeugerseite erzeugt als auf der Verbraucherseite abgeführt, 1, 2, 3 und 7, 8, 9.. Bzw. für den kalten Zweig. 10, 11, 12 und 4, 5, 6 (siehe Bild 3).
Das Bild 4 (siehe Bild 4) zeigt die Verteilerweiche im Verbraucherteilkurzschluß. Hier wird mehr Energie abgenommen als erzeugt. Hier wird weniger Energie auf der Erzeugerseite erzeugt als auf der Verbraucherseite abgeführt, 1, 2, 3 und 7, 8, 9.. Bzw. für den kalten Zweig. 10, 11, 12 und 4, 5, 6 (siehe Bild 4)
Das Bild 5 (siehe Bild 5) zeigt z. B. eine typische Anwendung für ein Einfamilienhaus. Generell gilt, dass mehrere Erzeuger-(2, 3) (Bild 5), wie auch Verbraucherkreise (4, 5, 6) (Bild 5) angeschlossen werden können.
Alle drei Verbraucherkreise (4, 5, 6) (Bild 5), rechts, werden unabhängig voneinander mit den jeweiligen Pumpe (7) (Bild 5) bedient.
Die Erzeugerseite wird von einer Gastherme (2) (Bild 5) mit integrierter Umschaltung Heizung/Brauchwasser betrieben. Die Pumpe ist hier nicht dargestellt, da in der Therme integriert. Diese Art Thermen haben 4 Anschlüsse jeweils Heizung und Brauchwasser warm und kalt. Die solare Einbindung erfolgt über den Pufferspeicher (3) (Bild 5) mit separater Pumpe (8) (Bild 5). Der Solarteil ist hier nicht dargestellt. Es wird davon ausgegangen, dass der Pufferspeicher (3) (Bild 5) über einen getrennten Solarkreislauf erhitzt wird.
Eine elektronische Regelung ist notwendig, um die Verteilerweiche optimal zu steuern.
Um die Universalität (Problem 1, s. o.) der Verteilerweiche zu untermalen, ist in Bild 6 (siehe Bild 6) eine Applikation mit einem Kessel (2) (Bild 6) und externer Pumpe (9) (Bild 6) dargestellt. Kommt ein Kessel (2) (Bild 6) zum Einsatz mit externer Pumpe (9) (Bild 6) so bedient dieser die Verteilerweiche (1) (Bild 6) entweder im Heizungsmodus oder im Brauchwassermodus. Eine elektronische Regelung steuert im Verbraucherkreis entweder die Heizungspumpe (5) (Bild 6) oder die Brauchwasserpumpe (4) (Bild 6) an. Der Pufferspeicher (3) (Bild 6) wird wie oben betrieben.
Anstelle des Brauchwasserspeichers kann auch ein Frischwasserwärmetauscher eingesetzt werden. Die Pumpe wird von einer elektronischen Regelung angesteuert.
Auf der Erzeugerseite können alle denkbaren, warmes Wasser erzeugenden Quellen verwandt werden. Auf der Verbraucherseite gilt dies analog.
Es war ebenfalls Designkriterium alle auf dem Markt erhältlichen Erzeugertypen (Problem 1, s. o.) auf Basis wie z. B. Gas, Öl, Holz anbinden zu können. Es ist also egal ob Thermen, Brenner, Kessel gleich welchen Herstellers betrieben werden sollen. Zudem soll die Einbindung der Solartechnik möglich sein. Dies wird über Pufferspeicher realisiert, dem die solare Energie mittels Sonnenkollektoren zugeführt wird. Auf der Verbraucherseite sollen die klassischen Verbraucher wie Heizkörper, Fußbodenheizung, Brauchwasser betrieben werden.
Brennwerttechnik:
Bei Anwendung der Brennwerttechnik (Problem 4, s. o.) ist besonderer Wert darauf zu legen den Kondensationspunkt von 54°C bei z. B. Gas nicht zu überschreiten. Wenn die Rücklauftemperatur zur Therme größer ist, kann der Brennwerteffekt nicht mehr genutzt werden. Die abgehenden Volumenströme werden je nach Anwendungsfall über die Verbraucherpumpen geregelt. Hierdurch wird eine Rücklauferhöhung über 54 Grad Celsius vermieden.
Die damit erreichten Vorteile
Der hydraulische Abgleich auf Erzeuger- und Verbraucherseite ist gegeben.
Die Heizenergie wird an die entsprechenden Verbraucher verteilt. Auf der Erzeugerseite werden die unterschiedlichen Erzeuger optimal an die Verbraucherseite angebunden.
Schmutzpartikel werden im unteren Teil der Verteilerweiche angesammelt und können einfach ausgespült werden.
Es können alle möglichen Arten Heizenergie erzeugende Geräten, wie z. B. Thermen, Kesseln, Solarthermie in Pufferspeichern, Brennern, etc. angebunden werden und dies herstellerunabhängig.
Bei Brennwertkesseln wird die Erhöhung der Rücklauftemperaturerhöhung vermieden, die zur Zerstörung des Brennwerteffektes führen würde.
Es wird keine Primärenergie verschwendet.
Regelungsprobleme der Wärmeverteilung finden nicht mehr statt.

Claims

Verteilerweiche – Hydraulische Weiche mit Verteiler – für kombinierte Heizungs-Brauchwasseranlagen mit Solarthermie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (1, 2, 3) (Bild 7) die warmen, zuleitenden Erzeugerzuflüsse (Therme, Kessel, Brenner, Pufferspeicher Solarthermie) in die Verteilerweiche (siehe Bild 7) darstellen. Die Anschlüsse (4, 5, 6) stellen die kalten, ableitenden Rückflüsse in die Erzeugerkreisläufe dar (siehe Bild 7). Die Dimensionierung der Anschlüsse richtet sich nach dem maximalen Volumenstrom und wird je nach Größe der Anlage ausgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (7, 8, 9) (Bild 7) die warmen, ableitenden Vorläufe in die Verbraucherkreise (Brauchwassererwärmung, Heizkörper, Fußbodenheizung, etc.) darstellen. Entsprechend stellen die Anschlüsse (10, 11, 12) die kalten, zuleitenden Rückläufe von den Verbraucherheizkreisläufen (siehe Bild 7) dar. Die Dimensionierung der Anschlüsse richtet sich nach dem maximalen Volumenstrom und wird je nach Größe der Anlage ausgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (hier 1 bis 14) an der kastenförmigen oder runden Verteilerweiche (20) (Bild 7) mittels Schweißung angebracht sind.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–3 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) (Bild 7) der Verteilerweiche kastenförmig oder rund ausgeführt ist., Z. B. als Vierkantrohr (Bild 7) oder als Rundrohr. Die Dimensionierung des Gehäuses richtet sich nach dem maximalen Volumenstrom und wird je nach Größe der Anlage ausgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–4 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (13) (Bild 7) eine Entlüftung aufweist. Es ist ein Schnellentlüfter angebracht.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–5 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (14) (Bild 7) der Wasserentleerung dient. Es ist ein Kugelhahn angebracht.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–6 ist dadurch gekennzeichnet, dass die runde oder kastenförmige Verteilerweiche (20) (Bild 7) mittels Deckeln unten und oben verschlossen ist. Es besteht keine Trennung innerhalb der kastenförmigen Verteilerweiche.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–7 ist dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem oberen Deckel eine Tauchhülse (15) (Bild 7) befindet. Diese dient der Aufnahme eines Temperaturfühlers.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–8 ist dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Teil der Verteilerweiche (Anschlüsse 4, 5, 6 oder 10, 11, 12) (Bild 7) die Heizungspumpen und Schwerkraftbremsen direkt an der Verteilerweiche angebracht werden. Die Abstände der Anschlüsse sind in einem größeren Abstand an der Verteilerweiche verteilt als oben. Die Pumpen mit Schwerkraftbremse werden übereinander angebracht. Die genauen Abstände ergeben sich analog der Pumpengröße.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–9 ist dadurch gekennzeichnet, dass diese senkrecht installiert wird (Bild 7).
Verteilerweiche nach Anspruch 1–10 ist dadurch gekennzeichnet, dass diese unten rechts und links mit Standfüßen (17) (Bild 7), mit jeweils 2 Bohrungen versehen ist (Bild 7). Die Standfüße und Bohrungen werden entsprechend der Größe der Verteilerweiche ausgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–11 ist dadurch gekennzeichnet, dass diese mittig rechts und links mit je zwei Wandhalter (16) mit jeweils einer Bohrungen versehen ist (Bild 7). Die Wandhalter und Bohrungen werden entsprechend der Größe der Verteilerweiche ausgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–12 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im Gehäuse der Verteilerweiche (20) (Bild 7) größer ist als in den Anschlußstutzen (1 bis 12) (Bild 7).
Verteilerweiche nach Anspruch 1–13 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Maße der Anschlüsse (1–14) (Bild 7) sowie das Gehäuse (20) (Bild 7) in Form und Größe variabel sind, ebenso die Anzahl und Größe der Tauchhülsen (15) (Bild 7). Die Dimensionierung wird in Abhängigkeit des Anwendungsfalles festgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–14 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerweiche zur besseren Wärmedämmung in Styropor oder Hartschaum versehen ist. Die Stärke der Wärmedämmung wird entsprechend dem Anwendungsfall ausgelegt.
Verteilerweiche nach Anspruch 1–15 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionierung der Verteilerweiche flexibel (Einfamilienhaus, Mehrfamilienhaus, Industrie) angepasst wird.