DE2757934C3

DE2757934C3 - Heizungsanlage mit Wärmespeicher

Info

Publication number: DE2757934C3
Application number: DE2757934A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing.(Grad.) 4000 Duesseldorf Brockerhoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-24
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1980-07-24
Also published as: DE2757934A1; DE2757934B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Bekannte derartige, mit elektrischem Strom betriebene Heizungsanlagen, die im weiteren mit Speicherheizung bezeichnet werden, zählen hinsichtlich der technischen Sicherheitsbestimmungen zu den »offenen« Anlagen (DIN 4751 Blatt I). Das Drucklosgcfäß, dessen Wasser mit der Umgebungsluft in Berührung steht, sitzt an der höchsten Stelle der Heizung in Dachnähe. Es wurden Vorschläge bekannt, die sich mit dem Problem der Lufteinwirkung auf das Wasser und mit dem Problem der Unterbringung des bei Speicherheizungen unvergleichlich großen Ausdehnungsgefäße befassen. So z. B. wurde nach der DE-AS 18 11 358 das drucklose Ausdehnungsgefäß in den Heizkeller heruntergeholi und die Einwirkung der Umgebungsluft auf das Wasser umständlich mit Hilfe von Druckhaltepumpe, Überlaufgefäß und Luftblase auf ein Minimum beschränkt.

Es ist auch bekannt, Speicherheizungen vorteilhaft als »geschlossene« Anlagen (DIN 4751 Blatt 2) auszubilden. Die Vorteile werden wegen der hohen Betriebsdrücke, die zeitweise 2,5 bar und mehr betragen, teuer erkauft, obgleich die Speichertemperaturen nicht höher als 100⁰C sind. Aufwendig und sperrig sind nämlich die besonders druckfesten Speicherbehälter und die das Ausdehnungswasser aufnehmenden großen Ausdehnungsgefäße, sogar Batterien davon,

Speicherheizungen mit zwei getrennt angeordneten Ausdehnungsgefäßen sind bei geschlossenen Anlagen mit Ausbildung beider Ausdehnungsgefäße als Membrandruckgefäße an sich bekannt

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die »geschlossen« ist und praktisch nicht teurer als eine entsprechende »offene« Anlage ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst

Bei Heizungsanlagen mit einem höheren statischen Druck als 5 m WS, entsprechend #„«■* = 110⁰C, sollte gemäß Anspruch 2 der Ansprechdruck des Sicherheitsventils nur wenig über dem statischen Druck liegen. Die Erfindung, die nämlich davon ausgeht, den Speicherbehälter praktisch wie bei der offenen Anlage nur durch den statischen Druck zu belasten, bietet die Möglichkeit, die Gefahrtemperatur des im Notfall trotz des Sicherheitstemperaturbegrenzers durchgehenden Kessels verhältnismäßig wenig anwachsen zu lassen. Dies einmal wegen der Temperaturträgheit des Speichers und zum anderen durch Wahl eines verhältnismäßig kleinen Membrandruckgefäßes zur Erzielung eines

μ raschen Druckanstieges bei abgesperrtem Drucklosgefäß. Es ist schadlos, die Zeit zwischen dem Schließen des besagten Absperrorgans und dem Beginn des Abblasens des Sicherheitsventils kurz zu bemessen. Nur die Selektivität ist sicherzustellen. Das Membrandruckge-

J5 faß ist hier nur Hilfsbestandteil der Sicherheitsausrüstung des Kessels. Bei Kesselanlagcn mit weniger als 5 m WS statischem Druck gilt im Grunde dasselbe, jedoch mit Begrenzungstemperaturen von nur 105" oder 100°.

■to Auch die Patentansprüche 3 bis j betreffen, wie nachstehend begründet, zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches I.

In dem Fall, daß das Drucklosgcfäß an der höchsten Stelle des Verbrauchernetzes angeordnet ist, hat das Absperrorgan seinen Platz in dem Verbindungsrohr zum Speicher, sperrt also nicht gleichzeitig den Speicher vom Kessel. Da das Verbindungsrohr selbst bei größeren Anlagen einen relativ kleinen Durchmesser hat, wird das Absperrorgan zweckmäßig als Magnelventil ausgebildet. Dabei besorgt ein Rückschlagventil den ungehinderten Rückfluß von Ausdehnungswasscr für den Fall, daß das Magnetventil in besagtem Notfall für längere Zeit geschlossen bleibt. Es ist also unbedenklich, die elektrische Steuerung des Magnetventils so einzurichten, daß es sich nur mit einem Werkzeug wieder öffnen läßt.

Die Tendenz zu einem Speicherbehälter niedriger Druckauflastung auch bei statischen Drücken von mehr als etwa 10 m WS oder sogar die Tendenz zu einem

f>o völlig drucklos zu betreibenden Wassertank führt zu einer alternativen Ausführungsform, bei der die Gesamtanlage, wie an sich bekannt (DE-OS 20 38 665), in einen Hochdfucktcil und einen Niederdruckteil gegliedert ist. Bei der Erfindung ist jedoch der Kessel in den Hochdruckteil eingegliedert. Die beiden Teile sind mit Druckhebepumpe und Drossel funktionsmäßig verbunden. Die Pumpe mit zugehöriger Rückschlagklappe und eine fest eingestellte Drossel mit zugehöri-

gem Matorventil bilden hier zugleich das Absperrorgan des Prucklosgefsßes, so daß der Speicher mit abgesperrt ist, wenn der Kessel im Notfall durchgeht. Wegen der Druekhebepumpe ist dabei die Zwischenordnung eines zum Hoehdruckteil gehörenden Staubehälters vorgesehen.

Das Drucklosgefäß als Follenbehälter kann eine Wanne mit einem am Rand bpfestigten Foliensack sein. Baulich einfacher und billiger ist in an sich bekannter Weise (DE-OS 24 22 915) eine Blase aus Gummi oder dergleichen, ähnlich einer Gummiwärmflasche. Überdies bestehen bei einer sorgfältig konfektionierten Blase keine Dicntungsprobleme,

In der im weiteren erläuterten Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Heizkesselanlage mit Speicher und an der höchsten Stelle angeordnetem Drucklosgefäß

Fig.2 eine Heizkesselanlage ähnlich Fig. 1, jedoch mit niedriger angeordnetem Drucklosgefäß

Fig.3 ein als frei aufliegende Blase ausgebildetes Druckiosgefäß

Fig.4 einen als Batteriebehälter ausgebiideten quaderförmigen Speicher

F i g. 5 eine aus drei Behältern nach F i g. 4 bestehende Speicherbatterie

An einem Heizkessel 1 mit Sicherheitsventil 2 ist ein Membrandruckgefäß 3 angeschlossen. Kesselvorlauf und -rücklauf führen über einen Dreiwegemischer 4 und eine Umwälzpumpe 5 zum Verbrauchernetz 6. An dem Jo Kessel 1 ist hinsichtlich Verbraucherbelieferung in Gegenschaltung ein mit Kesselwasser gefüllter Speicher 7 angeschlossen und daran ein Drucklosgefäß 8, das zusammen mit dem Membrandruckgefäß 3 das Ausdehnungssystem bildet. 9 ist die Ladepumpe des Speichers. «

Zum Betrieb der Anlage entnimmt der thermostatgesteuerte Mischer 4 bei durch (nicht gezeichnete) Organe zeitweise abgesperrtem Kessel die jeweilige Wärmemenge dem Speicher 7, wobei das Rücklaufwasser durch die stillstehende Pumpe 9 hindurch in den Speicher -»ο fließt. Ein Temperaturfühler, der den Entladezustand anzeigt, besorgt die Einschaltung von Kessel 1 und Ladepumpe 9. Der Mischer bezieht jetzt seine Wärme vom Kessel, während der Überschuß in den Speicher wandert. Das stetig aus dem Heizwasserkreis austretende Ausdehnungswasser fließt in das Drucklosgefäß 8. Zu diesem wird vorerst nur bemerkt, daß es das Wasser ohne Dtuckauflastung des Systems aufnimmt und mittels einer Folie gegen die Außenluft absperrt. Ein in der Verbindung des Drucklosgefäßes 8 als Notabsperrorgan angeordnetes Magnetventil 10 bleibt über den Ladeschluß hinaus offen.

Reagiert der Kessel 1 im Notfall nicht auf das Abschaltkommando des (nicht gezeichneten) Wahltemperaturfühlers, so steigt die Ladevorlauftemperatur langsam weiter bis auf 110° an. Der hierdurch ansprechende Sicherheitstemperaturbegrenzer 11 gibt einen Schließimpuls an das Magnetventil 10 zugleich mit dem Abschaltimpuls an den Kessel. Reagiert der Kessel auch darauf nicht, so weicht das sich weiter bildende f>o Ausdehnungswasser in das Membrandruckgefäß 3 hinein aus, um dessen Druck von dem auf den statischen Druck eingestellten »Vordruck« aus ansteigen zu lassen. Das Gefäß ist klein und die pro Grad Temperatursteigerung anfallende Ausdehnungswassermenge groß. Folg- »5 lieh wächst der Systenrdruck rasch um einige Meter WS an, beispielsweise von 7 m auf 9 m. Das auf diesen Druck eingestellte Sicherheitsventil 2 spricht an und besorgt einen stationären Zustand wenige Grad oberhalb 110°,

Ein weiteres Mittel, bei dem verhältnismäßig niedrigen Systemdruck die Dampfbildung im Kessel zu verhindern, ist die Anordnung der Ladepumpe 9 im Rücklauf und zugleich die Anbringung einer drosselnden Rohrverengung 9' im Kesselvorlauf. Das Sicherheitsventil kann dann statt auf 9 m auf beispielsweise 11 m eingestellt sein, der Speicher aber nur eine Notauflastung von 9 m erhalten.

Nach Wiederingangsetzung der Anlage mit dem für den Sicherheitstemperaturbegrenzer obligatorischen Werkzeug wird das stromlos geschlossene Magnetventil 10 wieder geöffnet. Der Wasserbedarf der Anlage während der Abkühlzeit wurde aus dem Drucklosgefäß 8 mittels Rückschlagventil 12 gedeckt, das das Ventil 10 überbrückt.

Bei der Anordnung nach F i g. 2, bei der angenommen ist, daß der statische Druck des Verbrauchernetzes 6 etwa 20 m WS beträgt, ist der Drucklosbehälter 8 in niedrigerer Höhe angeordnet, so daß der Speicher wie bei dem Beispiel nach Fig. 1 eine Ar'-astung von nur 10 m WS erhält. Kessel und Vcrbrauchc.ncz bilden den Hochdruckteil der Anlage und Speicher und Drucklosgefäß den Niederdruckteil. Da solche Anlagen in der Regel Großanlagen sind, lohnt sich ein besonderer Aufwand ?ur Funktionsverbindung der beiden Teile 1 und 6 bzw. 7 und 8, wie im weiteren beschrieben:

Das vom Sicherheitstemperaturfühler 11 den Schließimpuls erhaltende Absperrorgan 13 trennt im Notfall auch den Speicher vom Kessel. Es ist zugleich die Sperre gegen den Differenzdruck 20-1O=IOmWS. Es besteht aus zwei Teilen, nämlich einer Rückschlagklappe 13a und einem Motorventil 130. In Strömungsrichtung vor der Rückschlagklappe sitzt eine Druckhebepumpe 14 und vor dem Motorventil eine Drossel 15. Sie ist auf eine konstante Fördermenge der Pumpe fest eingestellt. Die Pumpe ist bei dieser geläufigen Förderhöhe eine schnellaufende Heizungspumpe. Im oberen Rohrstrang folgt eine zum Kesaelrüc'ilauf abzweigende Weiche 16 und daran anschließend ein Staubehälter 17. Weitere drei Anschlüsse des Behälters 17 führen zur Drossel 15, zum Mischer 4 und zu einem Treffpunkt von Kesselvorlauf und Verbraucherrücklauf.

Der Mischer 4 entnimmt den jeweiligen Wärmebedarf der Staukammer 17. Ist sie kalt, öffnet der Mischer ganz und schallet mit seinem Endschalter die Pumpe 14 ein. Sodann öffnet das Motorventil \3b. Geradeaus über die Weiche 16 wird Speichervorlaufwasser in den Staubehälter eingeführt und der Vorgang nach Maßgabe eines Zeitrelais oder durch Kontaktgabe vom Mischer 4 aus beendet. Dies wiederholt sich taktweise. Die Pumpe 14 wird also wie der Brenner eines Ölkessels mit bedarfsabhängigen Pausen intermittierend betrieben. Im Staubehälter besteht wegen der tangcntialen Anschlüsse eine durch einen Pfeil angedeutete Kreisbewegung, die eine rasche Durchmischung bewirkt und im Zentrum eine höhere Temperatur entstehen läßt als an der Peripherie. Nach Entladung des Speichers schaltet die Weiche 16 um. Jetzt wird der Kessel vom Speicherwasser durchströmt und der Staubehälter 17 vom Kessel beliefert. Die Restwärme wandert in den Speicher. Bei Erreichen der maximalen L&detemperatur schaltet der Kessel ab und setzt die wahrend der Ladephase dauernd laufende Pumpe still.

Sie läuft periodenweise wieder an, sobald der Mischer 4 Wärmebedarf des Staubehäliers anzeigt.

Das gesamte Ausdehnungswasser wird auch hier vom Drucklosgefäß 8 aufgenommen. Das Membrandruckge-

faß 3 ist für den beschriebenen Notfall vorhanden. Hier bestehen aber keine Druckprobleme. Das Sicherheitsventil 2 kann auf 2,5 bar oder mehr eingestellt sein. Bei etwa im Sommer oder bei einem Büro- oder Geschäftshaus übers Wochenende stillstehender Anlage wirkt das Membrandruckgefäß 3 zusätzlich als Druckpuffer, indem es über einen Druckschalter die Pumpe 14 bei geschlossen bleibendem Ventil 136 immer dann kurz anlaufen IaBt, wenn die durch sein Polster erhöhte statische Druckauflastung zu stark nachgelassen hat. Die Pumpe liefert nämlich bei Q = 0 einen höheren als den durch die Drossel vorgegebenen Betriebsdruck, der praktisch gleich dem statischen Druck des Verbrauehcrnci/es ist.

Das Drucklosgeiäß ist nach I" i g. 3 eine Blase 18 aus Gummi oder Kunststoffolie. Diese liegt auf einer ebenen Unterlage 19 frei verformbar auf und besitzt oben einen Winkelanschluß 20 für Aufnahme und Hergäbe von Ausdehnungswasscr. lim selbsttätiges Knt- und HcKiI-tungsventil 21 besorgt, daß die Blase stets luftfrei ist aber auch nicht unter Unterdruck steht. Die obere Folie 22 liegt daher stets auf dem Wasser auf. Die Unterlage 19 ist an einer Decke 23 aufgehängt. Das im Mauerwerk 24 verlegte Verbindungsrohr 25 führt zum Speicher 7. Der flexible Übergang zwischen dem Rohr 25 und dein Winkel 20 ist ein Schlauch 26. Die Blase ist nach außen durch eine Kapselung 27 geschützt.

Zu dem Rohr 25 wird noch bemerkt, daß es auf dem Wege bis zum Speicher in geeigneter Weise gekühlt ist. um die Höchsttemperatur des cingctretcndcn Wassers auf etwa 50" zu begrenzen. Ferner ist die Frostgefahr insoweit ausgeschlossen, als es zweckmäßig ist. die Blase an der Decke eines beheizten oberen Räume; anzuordnen etwa in der Diele oder im Treppenhaus. Sie hat eine niedrige Bauhöhe und eine verhältnismäßig große Grundfläche. Beides sind günstige Voraussetzun gen für die Architektonik.

Eine Überfüllsicherungsvorrichtung 28 besteht air einer Schallerkombination 29 und einem schwenkbai gelagerten Tasthebel 30.

Bei einer vorbestimmten Maximalhöhe des Taslhe

to bels öffnet einer der Schalter 29 ein im Hcizkellei befindliches Magnetventil solange, bis der Schaltei zurückschallet. Mnlsprcchcnd besorgt ein Minimum schalter nach Maßgabe der Tasthcbelstcllung ein Signa zum Nachfüllen von Wasser. Min an den Tasihebe

i) angeschlossenes Potentiometer ermöglicht die skalari Fernanzeige des Momentanzustandes. Die Vorrichtung 28 ist damit vergleichbar mit dem Manometer eine Membrandruckgefäßes mit Vordruckmarke für da« Minimum und Wasscrabiaßmarkicrung bei 2.5 bar.

.'ο Die vorteilhafte Auswirkung der Anordnung nacl F i g. 2 auf die Schaffung eines ganz oder nahe/i drucklosen Speichcrbchältcrs in einer Itifiabgeschlossc nen Heizungsanlage ist ein qiiadcrförmigcr Behälter 31 Man kann ihn gemäß F i g. 5 bei voller Ausnutzung dei

->i Kellerhöhe Kdreifach übcrcinanderlegen. Spangcnroh rc 33 verbinden diese drei Behälter 31 zu cinei Behälterbatterie 32. die mit einer Isolierung 36 umgcbcr ist. Das Ruhr 34 führt zu der Pumpe 14 (F i g. 2). Min zi dem Dehnungswasserrohr 25 führendes Rohr 35 isi

ι» zwecks Kühlwirkung als Haarnadelschlcife zuerst nacl· unten geführt und dann teilweise mit angedeuteter Kühllamellen verschen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ι. Heizungsanlage mit einem Heizkessel, einem mit Kesselwasser gefüllten Wärmespeicher und einem an dem Heizkessel angeschlossenen Drueklosgefäß zur Aufnahme von Ausdehnungswasser, dadurch gekennzeichnet, daß das^Drucklosgefäß (8) als verformbarer, mit einer Überfüllsicherungsvorrichtung (28) versehener Folienbehälter (18) ausgebildet ist, dessen oberer Folienteil (22) druckfrei auf dem Wasser aufliegt, daß das Drucklosgefäß mit einem spätestens durch Ansprechen eines Sicherheitstemperaturfühlers (11) einen Schließimpuls erhaltenden Absperrorgan (10, 13) vom Kessel (1) trennbar ist, und daß an dem mit einem Druck-Sicherheitsventil (2) versehenen Kessel ein nicht absperrbares Membrandruckgefäß (3) als zweites Ausdehnungsgefäß angeschlossen ist
2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheilsventil (2) auf einen Druck anspricht, der im Minimum nur um einen Selektivwert höher ist als ein dampfdruckrnäßig ausreichend hoher statischer Druck.
3. Heizungsanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an höchster Stelle des Verbrauchernetzes angeordneten Drucklosgefäß (8, 18) das ÄbsperrorgpT ein zu einem Rückschlagventil (12) parallel angeordnetes Magnetventil (10) ist.
4. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Kessel (1) und Verbrauchernen (6) bestehender statischer Hochdruckteil und ein aus Speicher (7, 32) und DrucklosgefäD (8, 18) bestehender Niederdruckteil über das Absperrorgan (13) mittels Druckhebepumpe (14) und Drossel (15) eine Funktionseinheit bilden und an die Druckhebepumpe ein Slaubchälier (17) angeschlossen ist.
5. Heizungsanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienbehälter eine aus einer Gummi- oder Kunststoffolie bestehende Blase (18) ist, die auf einer Unterlage (19) frei aufliegt.