DE202017001196U1 - Einrichtung zur Einspeisung von Solarwärme in Heizung - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zur Einspeisung von Solarwärme mit solarthermischen Kollektoren (1) mit Wärmespeicher (2), mit Vierwegemischer (6) und Brenner (11) für eine Heizung und für eine Trinkwassererwärmung (Bild 2), welche ausgebildet ist mit solarthermischen Kollektoren (1) und einer geregelten Solarpumpe (3), einem solaren Plattenwärmetauscher (4), dessen Eingang mit dem unteren Teil (A) des Wärmespeichers (2) mit einer geregelten Pumpe (7) und dessen Ausgang mit einem Temperatur-Schalters (5) verbundenen ist, welcher Temperatur-Schalter (5) wiederum mit der oberen (D) und der mittleren Zone (E) des Wärmespeichers (2) verbunden ist, mit dem Vierwegemischer (6), der mit seinem ersten Eingang (a) mit dem Temperatur-Schalter (5), damit ebenso mit der mittleren Zone (E) des Wärmespeichers (2) (Bild 2 und 4) und welcher mit seinem zweiten Eingang (b) mit dem Temperatur-Schalter (5) und mit der oberen Zone (D) des Wärmespeichers verbunden ist (Bild 2 und Bild 5), mit dem Vierwegemischer (6), der mit seinem Ausgang (c) und der Heizkreispumpe (8) mit der Heizung verbunden ist (Bild 5), deren Ausgang mit dem Eingang (d) des Vierwegemischers (6) und mit dem unteren Teil (A) des Wärmespeichers (2) und mit dem Eingang des Solarwärmetauschers verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einspeisung von Solarwärme in Heizung und zur Trinkwassererwärmung mit solarthermischer Kollektoren, Wärmespeicher und Vierwegemischer (Bild 2).
  • Es ist bereits eine Einrichtung (Bild 1) mit thermischen Solarkollektoren (1), solaren Wärmetauscher (4), Wärmespeicher (2), Dreiwegemischer für den Heizkreis bekannt (Firmenschrift THERMO-FRESH-HEIZSYSTEM). Hierbei werden die Kollektorkreislaufpumpe (3) und die heizungswasserseitige solare Pumpe (7) erst dann gemeinsam eingeschaltet, wenn sowohl eine positive Temperaturdifferenz zwischen Kollektor (1) und unteren Teil des Wärmespeichers (2) als auch ein Temperaturschwellwert erreicht sind. Ein Temperatur-Schalter (5) regelt begrenzend den vom solaren Wärmetauscher (4) kommenden solaren Heizungswasserstrom bis zum vollständigen Durchfluss ab seinem Temperaturschwellwert in die obere Zone des Wärmespeichers (2). Der Temperatur-Schalter (5) wird von einer Mindestmenge von Heizungswasser durchströmt, öffnet sich erst ab seinem Temperaturwert vollständig und speist das solar erwärmte Heizungswasser in die obere heiße Zone des Wärmespeichers (2), wobei es sowohl direkt für die Heizung als auch zur Trinkwassererwärmung verwendet wird. Das Heizungswasser wird zu Beginn des solaren Beladungbetriebes mit niedriger Temperatur und Mindestmenge in die obere Zone eingespeist, weil nur so der Temperatur-Schalter (5) die Temperatur zur Eigensteuerung erfassen kann. Die obere heiße Zone wird durch einen Heizkessel (11) und mittels eines weiteren Temperatur-Schalters (10) auf einen bestimmten Temperaturwert gehalten. Im Laufe des mehrmaligen Ladevorganges bildet sich unterhalb der heißen oberen Zone ein Bereich mit fallender Temperatur aus, der für Heizzwecke nicht verwendet wird. Hierdurch wird bei diesem bekannten Stand der Technik Brenner- und Solarwärme entwertet.
  • Weiterhin ist ein Stand der Technik in Form der Mischtechnik des Vierwegemischers bekannt (Zeitschrift Installation, DKZ, 5/2014/Seiten 2–7). In dem Aufsatz „Weit mehr als eine Rotgussarmatur” ist die hydraulische Schaltung des Vierwegemischers zur Kopplung eines Hoch- und Niedertemperaturheizkreises erläutert. Auf die solare Beladung des Zweizonen-Pufferspeichers wird nur hingewiesen, jedoch im Einzelnen nicht erwähnt. Lediglich auf Seite 5 ist die Zufuhr von solarer Wärme mittels einer Solarwendel im unteren Teil des Puffers zu entnehmen.
  • Es ist ebenso auf den Stand der Technik in dem Artikel „Armaturen sparen, Montagezeit sparen” hinzuweisen (Heizungsjournal, Sonderdruck 2015, „Armaturen sparen, Montagezeit sparen"), in dem im Einzelnen auf die Zwei-Zonen-Be- und Entladung durch das Produkt „Rendemix” in einem Speicher mit abgestuften Temperaturzonen eingegangen wird. Dies wird anhand der Zeichnung „Zwei-Zonen-Entladung” rechts oben auf Seite 3 des Sonderdrucks eingehend erklärt. Die Be- und Entladung eines Zweizonenspeichers ist hier lediglich aus der Sicht der Versorgung des Heizkreises gesehen. Es ist hier nicht die Technik der solaren Beladung und direkte Nutzung der Solarwärme für Zwecke der Heizung und der Trinkwassererwärmung beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber,
    • – die Gesamtsolarwärme (Exergie) für das Heizen, damit das Volumen des Wärmespeichers nahezu vollständig für Heizzwecke zu nutzen
    • – und Solarwärme mit niedriger Temperatur (Anergie) in die Niedrigtemperaturzone und Solarwärme mit hoher Temperatur (Energie) in die Hochtemperaturzone des Wärmespeichers einzuspeisen,
    • – bei nicht ausreichender Solarwärme die Heizung sowohl aus der Niedrigtemperaturzone als auch ergänzend aus der Hochtemperaturzone des Wärmespeichers zu versorgen,
    • – die Niedrigtemperaturzone damit auch unterhalb der heißen Zone zum Heizen zu verwerten, womit der Energieentwertung entgegengewirkt ist, und vorteilhaft diese untere Temperaturzone zur solaren Beladung abzusenken und
    • – dies mit einem minimalen hydraulischen und apparativen Aufwand zu verwirklichen.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß Anspruch 1 regelt die Solarpumpe (Bild 2 (3)), sobald die Temperatur im Solarkollektor um einen Betrag größer als die Temperatur im Pufferboden (A) ist, die Menge der fließenden Solarflüssigkeit aus dem Kollektorfeld in den solaren Wärmetauscher (4), in dem die Solarwärme in das Heizungswasser übertragen wird.
  • Die Pumpe (Bild 3 (7)) wird also erst eingeschaltet und regelt den Mengendurchfluss erst dann, wenn die Temperatur im solaren Wärmetauscher (4) über der unteren Temperatur (Punkt (A)) im Wärmespeicher (2) liegt. Damit wird vorteilhaft kein kühles Heizungswasser in den Wärmespeicher (2) eingeschleppt, wie es vormals bei der solaren Anfahrphase beim Stand der Technik der Fall sein konnte.
  • Dieses durch die mengengeregelte Pumpe (Bild 3 (7)) solar erwärmtes Heizungswasser durchfließt aus dem Wärmetauscher (4) einen Temperatur-Schalter (5), welches Heizungswasser abhängig von der solaren Einstrahlung und von einer Temperaturgrenze in die Hochtemperatur- (D) oder Niedrigtemperaturzone (E) des Wärmespeichers (2) fließt. Nach der Wärmespeicherung drückt die Pumpe (7) das kühle Heizungswasser aus dem unteren Teil des Wärmespeichers (2) in den Solarwärmetauscher.
  • Der mengengeregelte solare Wärmestrom kann bei niedriger solarer Einstrahlung im Anschluss (Bild 4 (B)) als Ganzes oder zu einem Teil durch den Vierwegemischer (6, a) abgegriffen werden. Ein überschüssiger Teil fließt in den mittleren Anschluss (E) in den Wärmespeicher (2). Falls Menge und Temperatur des solaren Wärmestroms nicht für die Heizung ausreichend sind, wird der Vierwegemischer derart eingestellt, dass auch aus der Hochtemperaturzone des Wärmespeichers (2) Heizungswasser entnommen wird. Im Anschlusspunkt (C) treffen sich die kühlen Teilströme der Heizung und der aus dem unteren Teil (A) des Wärmespeichers (2) zu einem Gesamtstrom, um im solaren Wärmetauscher (4) wieder erwärmt zu werden.
  • Leitet wegen hoher solarer Einstrahlung der Temperatur-Schalter (Bild 4 (5)) den mengengeregelten solaren Wärmefluss in den Hochtemperatur-Bereich des Wärmespeichers (2) (Bild 5), kann dieser als Ganzes oder zu einem Teil für das Heizen verwendet werden. Ein überschüssiger Teil fließt über die Anschlusspunkte (D, H) in die Hochtemperaturzone des Wärmespeichers (2). Der Vierwegemischer (6) kann abhängig von der Heizungsanforderung derart eingestellt werden, dass er zu dem solaren Wärmefluss mit hoher Temperatur auch aus der Niedertemperaturzone (B, E) des Wärmespeichers (2) Heizungswasser beimischt.
  • Damit wird bei hohen Heizungsbedarf gleichzeitig sowohl der hochgradige solarer Wärmefluss verwendet als auch aus der Hochtemperaturzone des Wärmespeichers (2) Heizungswasser entnommen wird.
  • Im Falle des Abschaltens (Bild 5) der Pumpen (Bild 5 (3 und 7)) wegen geringer solarer Einstrahlung und des Vorhandenseins von Solarwärme im unteren und oberen Bereich des Wärmespeichers (2) wird der Vierwegemischer (6, a) derart eingestellt, dass aus dem mittleren Anschluss (E) und/oder oberen Anschluss (D) des Wärmespeichers (2) direkt solar geheizt wird. – Es wird konsequent das warme Mischwasser zunächst aus der Mitte des Wärmespeichers genutzt und die Schichtung des Wärmespeichers so stark verbessert, dass das Speichervolumen nahezu vollständig genutzt werden kann.
  • Ist die Wärmeenergie des Wärmespeichers (Bild 2 (2)) erschöpft, führt der leistungsmodulierte Brenner (11) dem Wärmespeicher (2) Wärmeenergie zu, wobei mittels des Temperatur-Schalters (10) der Wärmestrom in den Niedrigtemperaturbereich oder in den Hochtemperaturbereich des Wärmespeichers (2) fließt. hygienisch frisch erwärmt. Das Trinkwasser durchläuft vom Trinkwasseranschluss (KW) kommend den Wärmetauscher (12) zu den Trinkwasserverbrauchern (WW). Der Wärmetauscher (12) wird durch die geregelte Pumpe (9) von der oberen Heizungswasserzone des Wärmespeichers (2) im Gegenstrom zum Trinkwasser erwärmt. Das abgekühlte Heizwasser fließt in den Boden (A) des Wärmespeichers (2). Die untere Zone wird zur Aufnahme der Solarwärme vorteilhaft gekühlt.
  • Sobald in der oberen heißen Zone des Wärmespeichers (2) ein Temperaturwert unterschritten ist, erwärmt der leistungsmodulierte Brenner (11) die obere heiße Zone des Wärmespeichers (2), welche Zone durch einen oberen und unteren Temperaturfühler festgelegt ist. Ein Temperatur-Schalter (10) regelt die Beladung der oberen heißen Zone des Wärmespeichers (2).
  • Das Puffern des Heizungswassers des Brenners in der oberen heißen Zone führt zu langen Brennerlaufzeiten mit geringen Brennertakte, reduzierten Schadstoffausstoß und Brennstoffverbrauch.
  • Es wird darüber hinaus konsequent das warme Mischwasser ab der Mitte des Wärmespeichers genutzt und die Temperaturschichtung des Wärmespeichers so stark verbessert, dass das Speichervolumen nahezu vollständig genutzt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • Legende zu Bildern 1 bis 5
    • 1
    thermischer Solarkollektor
    2
    Wärmespeicher mit Heizungswasser
    3
    Pumpe im Solarkreislauf
    4
    Wärmetauscher im Solarkreislauf
    5
    thermisches Stellglied im solaren Heizungswasserkreislauf
    6
    Vierwegemischer mit Anschlüssen a, b, c, d
    7
    Pumpe im solaren Heizkreislauf
    8
    Pumpe der Heizung
    9
    Pumpe des Wärmetauschers Trinkwasser
    10
    thermisches Stellglied im Kesselkreislauf
    6
    Vierwegemischer mit Anschlüssen a, b, c, d
    7
    Pumpe im solaren Heizkreislauf
    8
    Pumpe der Heizung
    9
    Pumpe des Wärmetauschers Trinkwasser
    10
    thermisches Stellglied im Kesselkreislauf
    11
    Kesselnachheizung
    12
    Wärmetauscher Trinkwassererwärmung TWE
    13
    Ladepumpe
    A
    Ein-/Ausgang des Bodens des Wärmespeichers
    B
    Anschluss für Wärmespeicher-Mitte, Vierwegeventil, thermisches Stellglied
    C
    Anschluss am Boden des Wärmespeichers, Heizung, Pumpe des solaren Heizkreislaufes
    D
    Ausgang des Wärmespeichers oben
    E
    Ein-/Ausgang Wärmespeicher-Mitte
    F
    Ausgang Boden des Wärmespeichers
    G
    Eingang Wärmespeicher oben
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Zeitschrift Installation, DKZ, 5/2014/Seiten 2–7 [0003]
    • Heizungsjournal, Sonderdruck 2015, „Armaturen sparen, Montagezeit sparen” [0004]

Claims (3)

  1. Einrichtung zur Einspeisung von Solarwärme mit solarthermischen Kollektoren (1) mit Wärmespeicher (2), mit Vierwegemischer (6) und Brenner (11) für eine Heizung und für eine Trinkwassererwärmung (Bild 2), welche ausgebildet ist mit solarthermischen Kollektoren (1) und einer geregelten Solarpumpe (3), einem solaren Plattenwärmetauscher (4), dessen Eingang mit dem unteren Teil (A) des Wärmespeichers (2) mit einer geregelten Pumpe (7) und dessen Ausgang mit einem Temperatur-Schalters (5) verbundenen ist, welcher Temperatur-Schalter (5) wiederum mit der oberen (D) und der mittleren Zone (E) des Wärmespeichers (2) verbunden ist, mit dem Vierwegemischer (6), der mit seinem ersten Eingang (a) mit dem Temperatur-Schalter (5), damit ebenso mit der mittleren Zone (E) des Wärmespeichers (2) (Bild 2 und 4) und welcher mit seinem zweiten Eingang (b) mit dem Temperatur-Schalter (5) und mit der oberen Zone (D) des Wärmespeichers verbunden ist (Bild 2 und Bild 5), mit dem Vierwegemischer (6), der mit seinem Ausgang (c) und der Heizkreispumpe (8) mit der Heizung verbunden ist (Bild 5), deren Ausgang mit dem Eingang (d) des Vierwegemischers (6) und mit dem unteren Teil (A) des Wärmespeichers (2) und mit dem Eingang des Solarwärmetauschers verbunden ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem leistungsvariablen Brenner (11), der eingangsseitig verbunden ist mit einer geregelten Ladepumpe und der unteren Zone (F) des Wärmespeichers (2) und ausgangsseitig verbunden ist mit einem Temperatur-Schalter (5), welcher wiederum mit der oberen (D) und der mittleren Zone (E) des Wärmespeichers (2) verbunden ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Trinkwassererwärmung der oberen Ausgang (D) des Wärmespeichers (2) mit der geregelten Ladepumpe (9), mit dem Plattenwärmetauscher (7), mit dem unteren Eingang (A) des Wärmespeichers (2) und der Trinkwasseranschluss mit dem Plattenwärmetauscher (7) und den Trinkwasserverbrauchern verbunden ist.
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BE1026308B1 (nl) * 2018-10-08 2019-12-18 Vero Duco Nv Thermisch systeem en werkwijze om deze aan te sturen

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Heizungsjournal, Sonderdruck 2015, „Armaturen sparen, Montagezeit sparen"
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