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Heizungsanlage für Gebäude mit einer Zweit-
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feuerstelle.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine heizungsanlage für Wohngebäude,
Krankenhäuser, Gewerbegebäude etc., bestehend aus einem Zentralheizungskessel und
mindestens einem Heizkörper, de@ mit dem Kessel über ein Kreislauf- Leitungssystem
verbunden ist, wobei das Geb-aude mit einer Zweitfeueistelle versehen ist.
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Die Gebäudebeheizung erfolgt heute überwiegend mittels leichtei, heizöl,
welches in Kesselanlagen durch Zerftäubungsbrenner verbrannt wird. In zunehmendem
Maße wird auch cie Gebäudebeheizung durch Stadtgas und/oder Erdgas bewirkt. Die
für beide Brennstoffe konstruierten Zentralheizungskessel eiqnen sich nieht, oder
zumindest nicht ohne kostspielige Umrüstung, 1tst dic Verbrennung von festen Brennstoffen
oder Afällen.
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Beliörden sind zum Teil mit Papierverbrennungsöffen ausgestattet,
jedoch entweicht die Verbrennungswärme hierbei in der Regel ungenutzt. Schreinereien
sind häufig mit speziellen Heizkesseln ausgestattet, in denen stückige Holzabfälle,
Späne und Sagemehl verbrannt werden können. Sofern ein zusätzlicher Zentralhelzungskessel
vorhanden ist, wird dieser meist mit Heizöl betrieben. Eine Verknüpfung der Wasserführungssysteme
ist nicht vorgesehen.
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Bei Wohngebäuden erfreut sich seit Jahren der offene Kamin zunehmender
Beliebtheit. Dessen Wirkung beruht jedoch ausschliessli<:h auf einer Strahlungsheizung,
deren Wirksamkeit mit zunehmcnder Entfernung von der Kaminöffnung stark abnimmt.
Grundsätzlich ist daher in Häusern nit offenen Kaminen ein anderes Heizsystem, insbesondere
aber eine Ö1- Zentralheizung vorhanden. Die Zentralheizung deckt dabei praktisch
ausschließlich den gesamten Wärmebedarf des Gebäudes einschließlich der Brauchwassererwärmung.
Der offene Kamin ist dabei im allgemeinen mehr ein "dekorativer Effekt" der nur
selten und meist an Abendstunden zum Einsatz kommt. Etwas anders ist dies in Ländern
mit tradi-
tioneller Kaminheizung, in denen der Kamin häufiger in
Betrieb genommen wird. Ein Nachteil bleibt hierbei der extrem schlechte Wirkungsgrad
einer Kaminheizung. Ein grolSei 'l'( l 1 der Strahlungswärme wird - mit Ausnahme
der Kaminöffnung von den Kaminwänden geschluckt. Der Kamin hat ausserdem einen hohen
Luftverbrauch, und zwar wegen der benötigten Verbrennungsluft einerseits und wegen
der sprichwörtlichen "Kaminwirkung" andererseits, die zusätzliche Luft abführt.
Hierbei handelt es sich um Luft, die zuvor gerade erst mit einigen Aufwand geringfügig
aufgeheizt worden ist. hieraus ergibt sich, daß einer breiten Anwendung der Kaminheizung
wirtschaftliche Gründe entgegenstehen, die durch die bestehenden Energieprobleme
noch verschärft worden sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit einer
Gesamtheizungsanlage einschließlich einer Zweitfeuerstelle wesentlich zu verbessern.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen
Heizungsanlage erfindungsgemäß dadurch, daß die Zweitfeuerstelle mit einem Wärmetauschersystem
für die Ausnutzung der Abwärme versehen ist, d durch eine weitere Kreislaufleitung
in Reihe mit den heizkörpern schaltbar ist.
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Durch die angegebene Maßnaliite wird die gestellte Aufgabe in vollem
Umfange gelöst. Es gelingt auf diese Weise, einen großen Teil der Verbrennungswärme
des in der Zweitfeuerstelle verbrannten Urennstof fs den nornialerweise nur vom
Zentralheizungskessel versorgten Heizkörpern zuzuführen. hierdurch wird nicht nur
die Wärme auf Räume verteilt, dic nicht von der Zweitfeuerstelle beheizt werden,
sondern es erfolgt vor allem eine wesentlich bessere Ausnutzung des Brennstoffs.
In Zeiten großen Wärmebedarfs können Zentralheizungskessel und Zweitfeuerstelle
gemeinsam betrieben werden. Da der ZentralheizungskesseL im allgemeinen durch die
Raumtemperatur und/oder die Vorlauftemperatur des Kesselwassers thermostatisch geregelt
wird, geht die vom Kessel angeforderte
Brennstoffmenge automatisch
zurück, sobald die Zweitfeuerstelle in Betrieb genommen wird und ihrerseits neben
der Strahlungswärme für die Raumbeheizung heißes Wasser produziert, welches in das
Kreislaufsystem mit den Heizkörpern eingespeist wird.
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Der Benutzet weis, daß sein Verbrauch an gasförmigen oder flus sigen
Brennstoffen durch den Zentralheizungskessel zurückgeht, sobald er die Zweitfeuerstelle
in betrieb nimmt. Hierdurch werden Wirtschaftlichkeitsüberlegungen weitgehend hinfällig
Die Zweitfeuerstelle wird wesentlich häufiger in Betrieb genommen werden. Die gesamte
Heizungsanlage wird auch unanfälliger gegen Energiekrisen. Bei entsprechender Auslegung
der Zweitfeuerstelle ist es ohne weitcres moglich, die gesamte Gebäudebeheizung
von der Zweitfeuerstelle aus vorzunehmen. Wenn diese beispielsweise als Kamin mit
Holzbefeuerung ausgelegt ist, liefert das in allen Wäldern herumliegende Br@chholz
den geeigneten Brennstoff für die gesamte Heizungsanlage. Auch ein bei großer Kälte
vorgessenes oder nicht mogliches Auffullen der Heizöltanks ruft keine Probleme mehr
hervor, wird das mögliche Einfrieren vori Wasserleitungen. Eine Mindestwärmebedarf
kann stets durch die Zweit -feuerstelle gedeckt werden.
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In Übergangszeiten ist es moglich, den Zentralheizungskessel wesentlich
früher stillzusetzer und die Beheizung ausschließlich über die Zweitfeuerstelle
durchzuführen. Auch hiermit ist eine beträchtliche Einsparung an Heizöl oder Fieizgas
verbunden. Im Sonuier kann die Zweit feuerstelle ausschließlich für die Erzeugung
von heißem Brauchwasser verwendet werden. Die Aufrechterhaltung des Betriebs des
Zentralheizungskessels - sofern dieser mit einer Einrichtung zur Brauchwassererwärmung
versehen ist - kann dadurch vollständig entfallen.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird auch zusätzlich das Problem
gelöst, große Mengen von brennbarem Müll beseitigen zu müssen.
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Zeitungspapier, Pappe, mit Paraffinen getränktes Papier von Flüs-
sigkeitverpackungen
und brennbare Küchenabfälle können unte@ Ausnutzung ihres Wärmeinhalts verheizt
werden, wenn die Zweit -feuerstelle beispielsweise als Müllverbrennungsofen ausgeführt
ist.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn gemäß der weiteren Erfindung das
Wärmetauschersysten der Zweitfeuerstelle zusätzlich an Re@ e mit dem Zentralheizungskessel
schaltbar ist. Falls namlich der Zentralheizungskessel mit einem Brauchwasserbereiter
ausgestattet ist, kann das brauchwasser auf die gewünschte Temperatur gebracht werden,
ohne daß es hierzu eines zusätzlichen Wärmetauschers bedarf.
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Wenn das Kreislauf- Leitungssystem für den Heizkörper in an sich bekannter
Weise eine Mischbatterie aufweist, in der ein Kesselkreislauf und ein Heizkörperkreislauf
zusammengeführt sind,läßt sich ein weiterer Vorteil dadurch erreichen, daß die weitere
Kreislaufleitung mit dem Wärmetauschersystem der Zweitfeuerstelle in den Kesselkreislauf
einschaltbar ist. Auf diese Weise bleibt d2( lunktionsweise des ohnehin vorhandenen
Regelsystems für den ubrigen 5eil der Heizungsanlage erhalten, ohne daß die Zweitfeuerstelle
Illit einei eigenen Regelsystem ausgestattet werden mußte. Es ist ggf. lediglich
erforderlich, das. Wärmetauschersystem der Zweitfeuerstelle mit einer Sicherheitseinrichtung
zu vereben, die eine unzulässige Überhitzung des Wassers verhindert.
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Weiterhin bringt es Vorteile mit sich, wenn für die Einschaltung der
weiteren Kreislaufleitung der Zweitfeuerstelle in den Kesselkreislauf zwei Umschaltventile
vorhanden sind, durch welche der zwischen den Umschaltventilen liegende Leitungsteil
absperrbar und durch die weitere Kreislaufleitung mit dem Wärmetauschersystem ersetzbar
ist. Durch Öffnen des zwischen den Umschaltventilen liegenden Leitungsteils wird
das Wasser an der Zweitfeuerstelle vorbeigeführt. Eine solche Maßnahme ist dann
von Bedeutung, wenn die Zweitfeuerstelle nicht in Betrieb ist, weil ansonsten
die
von der Umgebungsluft bSstrichenen Wärmetauscherflächen zu einem unerwünschten Energieverlust
führen würden. Dies ist beispielsweise bei offenen Kaminen der Fall. Ist die Zweitfeuerstelle
jedoch in Betrieb, so kann der zwischen den Umschaltventilen liegende Leitun-gsteil,
d.l0. die kürzeste Verbindung des Kesselkreislaufs unterbrochen und das Wasser durch
die Zweitfeuerstelle geleitet werden. Dieser Vorgang kann gemäß der weiteren Erfindung
dadurch aut.oiiatisiert werden, daß für die Umschaltung der Umschaltventile ein
Zustandsfühler in der Zweitfeuerstelle angeordnet ist, welcher rnit einem gemeinsamen
Antrieb für die Umschaltventile in Verbindung steht.
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Bei Ausbildung der Zweitfeuerstelle als offener Kamin ist es schließlich
besonders vorteilhaft, wenn im wesentlichen alle Begrenzungswände des Kamins mit
Ausnahme der Kaminöffnung mit Wärmetauschern versehen sind. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen eines solchen offenen Kamins sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und seine Wirkungsweise
seien nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 ein Kreislaufscheiiia einer Heizungsanlage mit einer
als Kamin ausgebildeten Zweitfeuerstelle und Fig. 2 eine schematische Darstellung
des Wärmetauschersystems dieses Kamin.
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In Fig. 1 ist mit 10 ein Zentralheizungskessel üblicher Bauart mit
einem Brenner 11 und einem Brauchwasserbereiter 12 bezeichnet.
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Der Brauchwasserbereiter sicht über eine Zulaufleitung 13 mit dem
Leitungsnetz
und über eine Ablauf leitung 14 mit üblichen Zapfstellen in Verbindung.
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I>ie Heizungsanlage besitzt weiterhin mehrere Heizkörper 15, von
denen in Fig. 1 nur zwei dargestellt sind. Das;System kann jedoch beliebig erweitert
werden. Der Begriff "Heizkörper" steht hierbei stellvertretend für Wärmeverbraucher
beliebiger Art.Zentralheizungskessel 10 unt Ik'izkt>rper 15 sind dabei über ein
Kreislauf- Leitungssystem 16 verbunden, welches aus einem Kesselkreislauf 17 und
einem Heizkörperkreislauf 18 besteht. Zwischen den beiden Kreisläufen 17 und 18
ist eine Mischbatterie 19 angeordnet, welche von einem Verstellantrieb 20 und einem
Temperaturfühler 21 betätigt wird. Der Temperaturfühler 21, beispielsweise ein Thermostat,
ist in herkömmlicher Weise in dem wichtigsten Raum des Gebäudes angeordnet. Durch
Einstellung des Mischungsverhältnisses der beiden Kreislaufströme läßt sich die
Temperatur iri dem Raum, in dem sich der Temperaturfühler befindet, regeln.
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Die Einstellung der Mischbatterie 19 geschieht dabei auch in Abhängigkeit
von der Vorlauftemperatur im Kesselkreislauf 17. Ist tjie Vorlauftemperatur zu hoch,
so wird der Anteil der Wassermenge aus dem Kesselkreislauf 17 entsprechend zurückgenommen.
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Die Förderwirkung im Heizkörperkreislauf 18 kann durch eine Umwälzpumpe
26 verbessert werden, die jedoch nicht zwingend notwendig ist.
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Iln Kessel kreislauf 17 befinden sich zwei Umschaltventile 22 und
23, die zwischen sich einen Leitungsteil 27 einschliessen.
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I)ie Umschaltventile sind über Antriebe 24 und 25 qleichsinnig schaltbar.
Die gemeinsame Betätigung wird durch die gestrichelte Verbindungslinie 28 angetleutet.
I)ie fletätigung erfolgt mittels eines Verstellantriebs 29, der im einfachsten Fall
auch ein von hand betätigbarer Hebel in kann, über den die Antriebe 24 und 25 miteinander
gekoppelt sind.
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In die beiden Umschaltventile 22 und 23 mündet eine weitere Kreis-
laufleitung
30, die über ein Wärmetauschersystem 31 geführt ist, das Teil einer Zweitfeuerstelle
32 ist. Diese Zweitfeuerstelle ist als offener Kamin ausgeführt, der einen Rost
33 besitzt, auf dem ein Holzfeuer 34 brennt. In der Zweitfeuerstelle 32 befindet
sich ein Zustandsfühler 35, der beispielsweise eine Fotozelle, ein Thermoelement
etc. sein kann und den Betriebszustand der Zweitfeuerstelle 32 erfasst. Das Ausgangssignal
des Zustandsfühlers 35 wird über eine Leitung 36 dem Verstellantrieb 29 zugeführt,
der ausser den Umschaltventilen auch eine UmwaLzpumpe 37 steuert, und zwar über
eine Leitung 38. Die Funktion von Zustandsfühler 35 und Verstellantrieb 39 kann
entweder so gewählt werden, daß beim getrieb der Zweitfeuerstelle 32 selbsttätig
ein Absperren de; Leitungsteils 27 und ein Öffnen der Kreislaufleitung 30 erfolgt,
oder daß beim Ausbleiben eines Signals vom Zustandsfühler 35 die Kreislaufleitung
30 blockiert und der Lei tungsteil 27 geöffnet wird. Die gleichsinnige Steuerung
der Umschaltventile 22 und 23 erfolgt stets so, daß die vorstehend genannte Bedingung
erfüllt wird. Auch die Einschaltung der Umwalzpumpe 37 erfolgt nur kann, wenn das
Wasser über die Kreislaufleit @@g 30 und das Warmetauschersystem 31 geführt wird.
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Einzelheiten einer als Kamin 39 ausgebildeten Zweitfeuerstelle 32
gehen aus Figur 2 hervor. Der Rost 33 besteht aus einer Reihe paralleler Stäube
40, die nach Art eines Rasters gut wärmeleitend auf einem wasserdurchströmten Röhrensystem
41 befestigt sind.Der Kamin 39 wird ausser von einem Boden 42 von zwei Seitenwänden
43 und einer Rückwand 44 begrenzt, die nach oben hin über schrage Deckenelemente
45 in einen Rauchabzug 46 übergehen.
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Das Wärmetauschersystem 31 besteht aus dem Rost 33 mit dem @@@ system
41 aus einem nach vorne offenen, U-förmigen Wassermantel 47 und weiteren Wärmetauschern
48, die vor den schrägen Decken elementen 45 parallel zu diesen angeordnet sind.
Ein Wärmetauscher 49 ist im Wege der Rauchgase angeordnet. Sämtliche Elemente @
Wärmetauschersystems sind Ln Reihe geschaltet und schirmen @ lt.
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@@@enwände, die Rückwand, den Boden und die Deckenelemente des Kamins
wirksam ab und absorbieren ihrerseits Strahlungs-und Konvektionswärme. Die weitere
Kreislaufleitung 30 ist ii Fig. 2 nur symbolisch durch die betreffenden Anschlußstuten
dargestellt 1 Fig. 1 ist noch ein Leitungsteil 50 gestrichelt dargestellt, durch
den eine Variante des Gegenstandes nach Fig.1 erreicht wird, Bei Vorhandensein des
Leitungsteils 50 gerät ein LeitungstIll 51 sowie das Umschaltventil 22 in Fortfall.
Der Kessel 10 und die Zweitfeuerstelle 32 können auf diese Weise im Parallelbetrieb
betrieben werden. An die Stelle des Umschaltventils 23 kann ill einem solchen Fall
eine weitere Mischbatterie treten, durch welche die einzelnen Wasserströme im Kesselkreislauf
17 und im Kreislauf 30 so aufgeteilt werden, daß in beiden eine gleiche Wassertemperatur
herscht. Ein solches Schaltbild ist vorzuziehen, wenn der Kessel 10 beispielsweise
keinen Brauchwasserbereiter besitzt.
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I)ie zeichnerische Darstcllung in Fig. 2 zeigt eine gemauerte Ausführung
eines offenen Kamins; es ist aber ohne weiteres möglich, den als Mauerwerk dargestellten
Teil durch eine selbsttragende, transporüable Konstruktion zu ersetzen, z.B. durch
einen Metallmantel 52, der emailliert oder mit Kacheln verkleidet sein kann.