DE2431493A1

DE2431493A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der aufladung eines warmwasserspeichers

Info

Publication number: DE2431493A1
Application number: DE2431493A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Phys Birnbreier; Gangolf Dr Braeunlich; Rudolf Krapf
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1974-07-01
Publication date: 1976-01-22

Description

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ί Mp.-Nr. 591/74 Mannheim, den 28. Juni 1974

ZFE/P1-Wg/Bt

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Aufladung eines

Warmwasserspeichers. __

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Aufladung eines Warmwasserspeichers, dessen Inhalt durch mindestens einen, mit Rohrleitungen angeschlossenen Sonnenkollektor zirkuliert.

Zur Ausnutzung der Sonnenenergie für die Warmwasserbereitung sind Warmwasserspeicher an Sonnenkollektoren angeschlossen, wobei der Wasserinhalt der Speicher zur Erwärmung durch die Sonnonkollektoren zirkuliert«. Um möglichst viel Sonnenenergie zu speichern, ist man bestrebt, die Zirkulation möglichst während des ganzen Tages aufrechtzuerhalten«, Das birgt jedoch die Gefahr in sich, daß während Tageszeiten, in denen die Sonneneinstrahlung z.B. durch Bewölkung verringert ist, das zirkulierende Wasser im Sonnenkollektor nicht mehr erwärmt oder sogar abgekühlt wird. In beiden Fällen wird die gespeicherte wertvolle Sonnenenergie wieder an die Atmosphäre abgegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Ladung eines Warmwasserspeichers der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Wärmeverluste durch Entladung über den Sonnenkollektor vermieden sind, unter gleichzeitiger voller Ausnutzung der Sonnenenergie,

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Zirkulation bei Temperaturen des Kollektorwassers, die niedriger sind als die Temperatur des Speicherwassers, unterbrochen wird.

Das Speicherwasser zirkuliert zur Ladung also in Abhängigkeit von Kollektorwasser- und Speicherwassertemperatur, und zwar nur dann, wenn die Temperatur des Kollektorwassers höher ist als die Temperatur des Speicherwassers. Im anderen Falle wird die Zirkulation unterbrochen. Es ist somit auf einfache Weise sichergestellt, daß die Sonnenenergie optimal ausgenutzt wird und daß Entladungen bzw. Wärmeverluste über den Sonnenkollektor vermieden sind.

In vorteilhafter Weise wird die Zirkulation unterhalb einer wählbaren Grenztemperatur des Kollektorwassers unterbunden. Damit wird erreicht, daß dem Warmwasserspeicher nur Wasser mit einer Mindesttemperatur zugeführt wird. Das bedeutet, daß der gesamte kalte Wasserinhalt des entladenen Speichers nicht allmählich erwärmt v/ird, sondern, daß das kalte Speicherwasser von im Sonnenkollektor auf Grenztemperatur erwärmtem Wasser verdrängt wird.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Warmwasserspeicher, der mit mindestens einem Sonnenkollektor über eino Vor- und Rücklaufleitung in Verbindung steht, besteht darin, daß im Wasserkreislauf eine Zirkulationssperre vorgesehen ist, die über ein Steuergerät mit einem im Sonnenkollektor angeordneten ersten Temperaturfühler sowie mit einem im Warmwasserspeicher angeordneten zweiten Temperaturfühler zur Steuerung verbunden ist.

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Es ist also eine Zirkulationssperre im Wasserkreislauf vorgesehen, welche die Zirkulation in Abhängigkeit von Kollektorwasser— und Speicherwassertemperatur dann unterbricht, wenn die Temperatur des Kollektorwassers niedriger als die Temperatur des Speicherwassers ist. Die beiden maßgeblichen Temperaturen werden hierbei mit je einem im Sonnenkollektor und im Warmwasserspeicher angeordneten Temperaturfühler abgefragt, die mit einem Steuergerät verbunden sind. Das Steuergerät vergleicht die beiden Temperaturen und beeinflußt die angeschlossene Zirkulationssperre je nach dem Vergleichsergebnis so, daß bei Temperaturen des Kollektorwassers, die niedriger als die Temperatur des Speicherwassers sind, die Zirkulationssperre den Viasserkreislauf unterbricht und im anderen Falle freigibt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Warmwasserspeieher mittels des Sonnenkollektors nur aufgeladen und niemals entladen wird. Das Abfragen der Temperaturen, das Weiterleiten des Ergebnisses, der Temperaturvergleich und das Einwirken auf die Zirkulationssperre können auf mechanischem und/oder auf elektrischem Wege erfolgen. Ebenso ist es möglich, das Steuergerät in einem oder beide Temperaturfühler zu integrieren.

Um eine möglichst vollständige Aufladung von stehenden Warmwasserspeichern zu erreichen, ist es günstig, wenn der zweite Temperaturfühler etwa im unteren Viertel des Speichers angeordnet ist. Da im unteren Bereich des Warmwasserspeichers die Kaltwasserzufuhr aus dem Wasserleitungsnetz angeschlossen ist, ist zuerst dieser Bereich bei einer Brauchwasserentnahme abgekühlt und kann daher am schnellsten temperaturabhängige Steuervorgänge auslösen.

Um die wirkliche Temperatur des den Sonnenkollektor verlassenden Wassers zu erfassen, ist es vorteilhaft, wenn der erste Temperaturfühler im Bereich des Vorlaufanschlußstutzens des Sonnenkollektors vorgesehen ist.

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Ein geringer Aufwand für die Steuerungseinrichtung ist gegeben, wenn das Steuergerät zusätzlich mit einem Einsteller für die Grenztemperatur des Kollektorwassers versehen ist. Auf diese Weise läßt sich die Grenztemperatur leicht von außen einstellen.

In den Fällen, in denen die Zirkulation des Speicherwassers über den Sonnenkollektor durch Schwerkraft erfolgt, ist es vorteilhaft, wenn die Zirkulationssperre ein Absperrventil ist.

Wird dagegen die Zirkulation mit einer Umwälzpumpe durchgeführt, so ist in förderlicher Weise die Umwälzpumpe gleichzeitig als Zirkulationssperre vorgesehen, indem die Umwälzpumpe zur Sperrung der Zirkulation vom Steuergerät abgeschaltet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß im Wasserraum des Warmwasserspeichers je eine leitvorrichtung mit Abstand vor den Anschlußstellen für Wasserzu- und -Abführung vorgesehen ist. Diese leitvorrichtungen vergleichmäßigen und beruhigen die Wasserströmung im Speicher, so daß sich Warm- und "Kaltwasser nicht vermischen.

Um den Warmwasserspeicher auch an sonnenfreien Tagen ausnutzen zu können, bewährte es sich, wenn im unteren Bereich des Warmwasserspeichers eine Zusatzheizeinrichtung vorgesehen ist. Diese Zusatzheizeinrichtung besteht vorzugsweise aus einem elektrischen Heizkörper. Auch ist es zweckmäßig, einen eventuell gewünschten Durchlauferhitzer im oberen Bereich des Warmwasserspeichers einzubauen.

Da die Wasserzirkulation nur in der vorgesehenen Richtung erfolgen soll, ist es günstig, wenn im Wasserkreislauf eine Rückschlagklappe eingebaut ist.

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Ist eine Zirkulation des Speicherwasser durch den Sonnenkollektor zum Beispiel aus Korrosionsgründen nicht erwünsdt, so ist es nutzbringend, wenn im Wasserraum des Warmwasserspeichers ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der an die Vor- und Rücklaufleitung angeschlossen ist. Das durch den Sonnenkollektor zirkulierende Wasser ist somit von dem Speicherwasser getrennt, die Wärme wird durch den eingebauten Wärmetauscher übertragen. Hierbei erfolgt der Durchfluß im Wärmetauscher von oben nach unten. Auch ist es wesentlich, durch ausreichend langsamen Durchfluß im Wärmetauseher für genügend gute Wärmeübertragung zu sorgen, so daß die Übergangszone zwischen Warm- und Kaltwasser im Warmwasserspeicher möglichst klein ist.

In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und zwar zeigt die Abbildung einen Warmwasserspeicher mit einem angeschlossenen Sonnenkollektor.

Der Sonnenkollektor 2 besteht hauptsächlich aus einem großflächigen wasserführenden Hohlkörper und trägt einen Vorlaufanschlußstutzen 3, an den über eine Vorlaufleitung 5 der stehende Warmwasserspeicher 7 mit seinem oberen Ende angeschlossen ist. Das untere Ende des Warmwasserspeichers steht über die als umwälzpumpe ausgebildete Zirkulationssperre 12 , die Rückschlagklappe 11 und die Rücklaufleitung 10 mit dem unteren Ende des Sonnenkollektors in Verbindung. Im Wasserraum des Warmwasserspeichers ist jeweils eine !leitvorrichtung 8 in Form einer horizontal angeordneten, mit Abstand zu den Boilerwandungen verlaufenden Blechscheibe vorgesehen. Außerdem befindet sich im unteren Bereich des Wasserraumes noch die Zusatzheizeinrichtung 14. Die Kaltwasserzufuhr zum Warmwasserspeicher erfolgt über eine Zulaufleitung 16, die im unteren Bereich des Warmwasserspeichers in den Wasserraum mündet. Die Abfuhr des er-

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wärmten Wassers zu den Zapfstellen erfolgt über eine Ablaufleitung 6, die am oberen Ende des Boilers angeschlossen ist. Im Vorlaufanschlußstutzen 3 des Sonnenkollektürs befindet sich der erste Temperaturfühler 4 für die Temperatur des Kollektorwassers, ein zweiter Temperaturfühler 9 befindet sich etwa im unteren Viertel des Speichers 7. Beide sind über Verbindungsleitungen an ein Steuergerät 13 für den Temperaturvergleich angeschlossen.¹' Das Steuergerät steht noch mit der Umwälzpumpe in Wirkverbindung.

Das in den Speicher eingefüllte Kalte Wasser wird über die Umwälzpumpe zum Sonnenkollektor geführt, hier erwärmt und über die Vorlaufleitung 5 dem Speicher wieder zugeführt. Das in den oberen Bereich des Speichers eingeführte Warmwasser verdrängt hierbei das kalte Wasser nach unten zur Anschlußstelle der Rücklaufleitung, der Warmwasserspeicher füllt sich also vo;i oben her mit warmem Wasser. Die Wassertemperaturen am Austritt des Sonnenkollektors und im unteren Viertel des Speichers werden durch die Temperaturfühler 4 und 9 abgefragt, das Ergebnis an das Steuergerät 13 weitergegeben. Dieses vergleicht die Temperaturen und bewirkt nun, daß die Umwälzpumpe außer Betrieb genommen wird, wenn die Wassertemperatur am Temperaturfühler geringer ist als die Wassertemperatur am Temperaturfühler 9. Hierdurch wird vermieden, daß bei fehlender oder zu geringer Sonneneinstrahlung Wasser durch den Sonnenkollektor gefördert und abgekühlt wird. Eine Entladung des Speichers über den Sonnenkollektor kann also nicht erfolgen. Das Steuergerät 13 ist am besten noch mit einem Einsteller ausgestattet, der die Einstellung der Grenztemperatur für den Temperaturfühler 4 ermöglicht. Ist die Grenztemperatur beispielsweise auf 45° C eingestellt, so ist die Zirkulation zusätzlich dann unterbrochen, wenn die am Temperaturfühler 4 anstehende Temperatur geringer als 45° ist. Auf diese Weise soll sichergestellt sein, daß dem Warmwasserspeicher nur Wasser von einer brauchbaren Temperatur zugeführt und darin gespeichert wird.

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Ist der Sonnenkollektor tiefer als der Warmwasserspeicher angeordnet, so daß eine Schwerkraftzirkulation für das umlaufende Wasser gegeben ist, so ist die ' Umwälzpumpe durch ein steuerbares Absperrorgan ersetzt, das mit dem Steuergerät 13 zur Steuerung in Verbindung steht. In diesem Falle könnte auf die Rückschlagklappe 11 verzichtet werden.

Sollte es z.B. aus Korrosionsgründen nicht erwünscht sein, das Speicherwasser über den Sonnenkollektor umlaufen zu lassen, so ist im Wasserraum des Warmwasserspeichers ein Wärmeaustauscher vorgesehen, an den die Vorlaufleitung 5 und die Rücklaufleitung 10 angeschlossen sind. Es erfolgt hierdurch eine Trennung der Brauchwasserseite von dem Heizkreislauf, der über den Sonnenkollektor geführt ist. Das Regelverfahren gemäß der Erfindung .läßt sich jedoch auch hier ebenso vorteilhaft anwenden, wie bei der oben näher beschriebenen, direkten Aufwärmung des Brauchwassers im Sonnenkollektor.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Steuerung der Aufladung eines Warmwasserspeichers, dessen Inhalt durch mindestens einen, mit Rohrleitungen angeschlossenen Sonnenkollektor zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation bei Temperaturen des Kollektorwassers,die niedriger sind als die Temperatur des Speicherwassers, unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation unterhalb einer wählbaren Grenztemperatur des Kollektorwassers unterbrochen wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Warmwasserspeicher, der mit mindestens einem Sonnenkollektor über eine Vor- und Rücklaufleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserkreislauf (7, 10, 2, 5) eine Zirkulationssperre (12) vorgesehen ist, die über ein Steuergerät (13) mit einem im Sonnenkollektor angeordneten ersten Temperaturfühler (4) sowie mit einem im Warmwasserspeicher (7) angeordneten zweiten Temperaturfühler (9) zur Steuerung verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit. einem stehenden Warmwasserspeicher, dadurch gekennzeichnet_y daß der zweite Temperaturfühler (9) etwa im unteren Viertel des Warmwasserspeichers (7) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturfühler (4) im Bereich des Vorlaufanschlußstutzens (3) des Sonnenkollektors (2) vorgesehen ist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (13) mit einem Einsteller für die Grenztemperatur des Kollektorwassers versehen ist.
7. Torrichtung nach einem der Ansprüche 3 "bis 6, mit Zirkulation durch Schwerkraft, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationssperre (12) ein Absperrventil ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 mit Zirkulation durch eine Umwälzpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe gleichzeitig als Zirkulationssperre vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Warmwasserspeicher (7) Ö© eine leitvorrichtung (8) mit Abstand vor den Anschlußstellen der Wasserzu- und -Abführung angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Warmwasserspeichers (7) eine Zusatzheizeinrichtung (14) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserkreislauf eine Rückschlagklappe (11) eingebaut ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserraum des Warmwasserspeichers (7) ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der an die Vor- und Rücklaufleitung angeschlossen ist.

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