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Warmwasserbereitungsanlage
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Die Erfindung betrifft eine Warmwasserbereitungsanlage mit einem Boiler,
in welchem das Wasser mittels einer Heizeinrichtung auf Warmwasser-Gebrauchstemperatur
aufheizbar ist.
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Warmwasserboiler sind üblicherweise mit einer Isolierung versehen,
die die Temperatur des im Kessel enthaltenen Warmwassers aufrechterhalten soll.
Das Wasser wird durch im Boiler angeordnete elektrische Heizschlangen oder einen
Wärmetauscher erwärmt, der an den Heizwasserkreis eines Heizkessels der Gebäudeheizung
angeschlossen ist. Nachteilig an derartigen Warmwasserboilern ist jedoch, daß sie
mit relativ schlechtem Wirkungsgrad arbeiten. Trotz der Isolierung des Warmwasserboilers
geht Wärme verloren,die zuvor zur Erwärmung des Wassers erzeugt werden mußte. Die
zur Erwärmung des Wassers erforderlichen Wärmemengen sind relativ groß, da das dem
Boiler zugeführte Wasser vergleichsweise kalt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Warmwasserbereitungsanlage anzugeben,
mit deren Hilfe die Kosten der Warmwassererzeugung gesenkt werden können.
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Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Warmwasserbereitungsanlage
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Vorerwärmung des dem
Boiler zugeführten Wassers wenigstens ein der umgebenden Raumtemperatur au gesetzter
Kessel mit thermisch nicht isolierten Wänden in die Zuflußleitung des Boilers geschaltet
ist.
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Mit Hilfe derartiger Kessel kann das aus dem Wasserversorgungsnetz
zuströmende Wasser, welches sich üblicherweise auf einer Temperatur von z.B. 80C
befindet, auf Raumtemperatur vorerwärmt werden. Der Kessel befindet sich vorzugsweise
im gleichen Raum mit dem Warmwasserboiler bzw. dem Heizkessel der Gebäudeheizung
und nutzt die in diesem Raum herrschende Raumtemperatur vorteilhaft aus. Selbst
wenn bei größerer Wasserentnahme aus dem Kessel die Temperatur des vorerwärmten
Wassers lediglich um einige Grade gegenüber der Temperatur des Wassers im Versorgungsnetz
erhöht werden kann, so führt dies, auf die Dauer gesehen, zu einer spürbaren Verringerung
der Kosten für die Warmwassererzeugung mittels des Warmwasserboilers.
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Sofern mehrere Kessel vorgesehen sind, sind diese bevorzugt in Reihe
in die Zuflußleitung zum Boiler geschaltet. Auf diese Weise kann die Verweilzeit
des Wassers in den Kesseln erhöht werden.
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Da der Kessel ausschließlich zur Vorerwärmung von Wasser dient, und
das Wasser keine vorbestimmten, hohen Temperaturen erreichen muß, eignet er sich
insbesondere zur Verwendung in einem
Sonnenenergie-Wärmeaustauschkreis.
Zu diesem Zweck enthält der Kessel ein an den Sonnenenergie-Wärmeaustauschkreis
angeschlossenes Wärmetauschregister. Gegebenenfalls kann er auch lediglich mit einem
Flansch für den Einbau des Wärmetauschregisters vorbereitet sein.
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Bevorzugt werden Ausführungsformen des Kessels mit besonders großer
Wandoberfläche. Als günstig haben sich Kessel erwiesen, deren Wände zur Vergrößerung
der Oberfläche gewellt sind, insbesondere dann, wenn sie Zylinderform aufweisen
und die gewellten Wände den Zylindermantel bilden, da sich derartige Kessel sehr
einfach herstellen lassen. Zweckmäßig ist es auch, am Kessel nach außen abstehende
Radiatorbleche anzubringen, die die Wärmeübertragung von der Umgebungsluft auf das
im Ressel befindliche Wasser erleichtern. Die Radiatorbleche können als Blechfahnen
ausgebildet sein, die jeweils für sich am Kessel mantel befestigt, z.B. angeschweißt
sind. Günstiger ist es, um den Kessel herum einen Blechkranz mit wellenförmigem
Querschnittsprofil entlang seines Umfangs anzuordnen, der mit seinen radial innen
gelegenen Bereichen am Kessel anliegt und mit seinen radial außen gelegenen Bereichen
aufgrund der wellenfönnigen Struktur vom Kessel absteht. Da eine derartige Kranzstruktur
in Umfangsrichtung elastisch federnde Eigenschaften aufweist, kann es im Einzelfall
genügen, den Kranz auf den Kessel lediglich aufzustecken, gegebenenfalls genügen
jedoch einige wenige Befestigungspunkte. Die Wellen des Kranzes haben bevorzugt
Rechteck- oder Dreieckform.
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Ebenfalls der Vergrößerung der Wandoberfläche und damit der Verbesserung
der Wärmetauschfähigkeit des Kessels dient es, wenn der Innenraum des Kessels von
wenigstens einem thermisch nicht isolierten Rohr durchsetzt ist, welches an beiden
Enden zum Außenraum offen ist. Das Rohr ist bevorzugt vertikal angeordnet.
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und ermöglicht Konvektionsströmungen der Umgebungsluft durch den Kessel
hindurch.
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Das gesamte Fassungsvolumen des bzw. der Kessel sollte ungefähr gleich
dem Fassungsvolumen dew Warmwasserboilers sein. Bei einer derartigen Dimensionierung
ergibt sich ein optimaler Kompromiß zwischen Herstellungskosten der Warmwasserbereitungsanlage
und Leistungsfähigkeit dieser Anlage.
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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer Warmwasserbereitungsanlage in Verbindung mit der Heizungsanlage eines Gebäudes;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines gemäß
der Erfindung benutzten Kessels; Fig. 3 bis 6 weitere Ausführungsformen erfindungsgemäß
benutzbarer Kessel; und Fig. 7 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Warmwasserbereitungsanlage.
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Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt einen Heizungsraum 1 eines Gebäudes,
in dem ein Heizkessel 3 sowie ein Warmwasserboiler 5 untergebracht sind. An den
Heizkessel 3 ist über Rohrleitungen 7, 9 ein nicht näher dargestellter Heizkreis
des Gebäudes angeschlossen. Zur Erzeugung von Warmwasser, das über eine Rohrleitung
11 mit einer Temperatur von beispielsweise 60 C entnommen werden kann, ist im Warmwasserboiler
5 ein an einen Heizkreis des Heizkessels 3 angeschlossener Wärmeaustauscher 13 angeordnet.
Der Warmwasserboiler 5 weist eine das darin enthaltene Wasser gegen Abktlhlung schützende
Isolierung 15 auf.
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Im Heizungsraum 1 ist darüber hinaus ein der Raumtemperatur ausgesetzter,
thermisch nicht isolierter Kessel 17 angeordnet,
dem von einer an
das Was serversorgungs netz angeschlossenen Rohrleitung 19 über ein Ventil 21 kaltes
Wasser zugeführt werden kann. Das kalte Wasser, das die Temperatur des Wassers 0
des Versorgungsnetzes, beispielsweise 8 C hat, wird im Kessel 17 durch die Umgebungsluft
gegebenenfalls bis auf Raumtemperatur erwärmt. An der Oberseite des Ressels 17 mündet
eine Rohrleitung 23, die über ein Ventil 25 mit einer Zuflußleitung 27 des Warmwasserboilers
5 verbunden ist. Dem Warmwasserboiler 5 kann somit vorerwärmtes Wasser zugeführt
werden. Die Rohrleitung 19 ist darüberhinaus Uber ein Ventil 29 unmittelbar mit
der Zuflußleitung 27 des Warmwasserboilers 5 verbunden, so daß, wenn die Ventile
21, 25 geschlossen sind, das kalte Wasser auch unmittelbar dem Warmwasserboiler
5 zugeführt werden kann.
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Zur Vorerwärmung des Wassers ist das Ventil 29 geschlossen, während
die Ventile 21, 25 geöffnet sind.
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Im Kessel 17 ist ein Wärmetauschregister 31 angeordnet, das an einen
Wärmetauschkreis eines durch Sonnenenergie aufheizbaren Heizregisters 33 angeschlossen
ist. Da bereits eine Vorerwärmung des Wassers um wenige Temperatur-Grade die Wirtschaftlichkeit
der Vorrichtung erheblich verbessert, lassen sich auch geringe, mit Hilfe des Heizregisters
33 erzeugte Energiemengen vorteilhaft ausnutzen. Die Wirtschaftlichkeit wird durch
eine gegebenenfalls thermostatgesteuerte Umwälzpumpe 35 im Wärmetauschkreis des
Heizregisters 33 weiter erhöht.
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Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines dem Kessel 17 entsprechenden
Kessels 36. Er hat die Form eines Zylinders, dessen Mantel durch die gewellte Wand
37 gebildet ist. Durch die Wellenform der Wand 37 kann deren Oberfläche vergrößert
werden. An seinem unteren Ende weist der Kessel einen Flansch 39 auf, der zum Einbau
des Wärmetauschregisters 31 gemäß Fig. 1 geeignet ist.
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Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine andere Ausführungsform eines zylinderförmigen
Kessels 40, von dessen Mantelfläche Radiatorbleche 41 radial nach außen abstehen.
Die Radiatorbleche 41 vergrößern die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende
Kesseloberfläche. Gegebenenfalls können derartige Radiatorbleche auch nach innen
in das im Kessel enthaltene Wasser hineinreichen.
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Fig. 4 zeigt einen axialen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform
eines dem Kessel 17 entsprechenden Kessels 43, der entlang seinem Umfang von einem
Kranz 45 mit wellenförmigem Querschnittsprofil umschlossen ist. Der Kranz 45 ist
aus Blech gefertigt und bildet radial abstehende und in axialer Richtung sich erstreckende
Radiatorsegmente 47 mit jeweils rechteckförmigem Querschnitt. Er ist auf den Kessel
43 aufgesteckt und, sofern seine Eigenelastizität nicht ausreicht, zusätzlich am
Kessel 43 befestigt.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines Kessels unterscheidet
sich von der Ausführungsform nach Fig. 4 dadurch, daß auf einen Kessel 49 ein Kranz
51 mit Radiatorsegmenten 53 von im wesentlichen dreieckförmiger Querschnittsgestalt
aufgeschoben ist.
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Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung einen der Vorerwärmung
des Wassers dienenden zylindrischen Kessel 55. Die durch dessen Innenraum im wesentlichen
vertikal angeordneten und in der Figur gestrichelt dargestellten Rohre 57 sind an
ihren Enden 59, 61 zur Umgebung hin offen und im übrigen thermisch nicht isoliert,
so daß die aufgrund der Konvektion oder eines Ventilators durch die Rohre 57 durchventilierende
Luft das Wasser im Kessel 55 erwärmen kann. Die in Fig. 6 dargestellten Rohre können
selbstverständlich auch bei den vorstehend erläuterten Aus führungs formen der Kessel
vorgesehen sein. Sofern ein Ventila-
tor zur Luftumwälzung vorgesehen
ist, können die Rohre auch in geneigter oder horizontaler Lage eingebaut sein.
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In Fig. 7 ist ein Warmwasserboiler 63 mit einer Heizeinrichtung 65
dargestellt, in dessen Wasserzulauf eine Batterie aus drei in Serie geschalteten
Kesseln 67, 69, 71 geschaltet sind. Das dem Warmwasserboiler 63 zugeführte Wasser
strömt somit der Reihe nach durch jeden der Kessel 67, 69, 71. Die Zahl der Kessel
kann natürlich größer oder auch kleiner sein.
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Das gesamte Fassungsvolumen der Kessel 67, 69 und 71 ist etwa gleich
dem Fassungsvolumen des Boilers 63. Entsprechendes gilt auch für die Warmwasserbereitungsanlage
nach Fig. 1. Hier ist das Fassungsvermögen des Kessels 17 etwa gleich dem Fassungsvermögen
des Warmwasserboilers 5 gewählt. Analog kann in jeden der Kessel 67, 69 und 71 der
Ausführungsform nach Fig. 7 ein durch Sonnenenergie aufheizbares Heizregister (nicht
dargestellt) vorgesehen sein.