DE2856018A1 - Anordnung zur regelung der waermeverteilung in einem solarhaus - Google Patents

Anordnung zur regelung der waermeverteilung in einem solarhaus

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Description

BROWN , BOVERI& CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 21. Dezember 19 78
Mp.-Nr. 698/78 ZFE/P3-NL/dr
Anordnung zur Regelung der Wärmeverteilung in einem Solarhaus
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Regelung der Wärmeverteilung in einem Solarhaus, bestehend einmal aus Energieerzeugern, wie Sonnenkollektor, Wärmepumpe und herkömmlichen Heizkessel und einmal aus Energieverbrauchern, wie Schwimmbad, Hausheizungsanlage und Brauchwasserspeicher, sowie aus einem Solarspeicher, weiterhin bestehend aus einem Rohrleitungssystem zum Verbinden der Energieerzeuger und Energieverbraucher untereinander und Umwälzpumpen zum Transport der Wärmeträger.
Aus der Zeitschrift "Klima- und Kälteingenieur", 3/76, Teil 4.2, Seite 1 bis 4, ist ein Untersachungsbericht über ein Solarheizsystem mit wirtschaftlichem Betrieb bekannt. Eine konventionelle Heizungsanlage mit Ölheizkessel, Fußbodenheizung und Warmwasseraufbereitung wird zusammen mit einer Solaranlage bestehend aus Sonnenkollektoren, Wärmetauscher und Solarspeicher, sowie alternativ einer Wärmepumpe in einem mit Büroräumen benutzten Haus betrieben.
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Dieses Haus weist dabei hinsichtlich Aussehen, Größe, Form, Energiebedarf, Wärmedämmung und Fensterflächen die typischen Eigenschaften eines modernen Einfamilienhauses für gehobene Komfortansprüche auf. Für die Untersuchung des Sonnenenergie-Heizsystems, des konventionellen Heizsystems mit den einzelnen Komponenten, sowie für die Vergleichsmessungen verschiedener Systeme bei unterschiedlichen Betriebsweisen, standen die Kellerräume dieses Hauses zur Verfügung. D.uröh die Verwendung von kommerziellen Steuer- und Regelungsgeräten der Heizungstechnik treten geringe Anlagekosten ohne Einschränkung der Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit auf.
Neben der konventionellen Ölheizungsanlage arbeitet die Solaranlage als bivalentes Heizsystem. Bei ungenügender Wärmeleistung der Solaranlage übernimmt die Ölzentralheizung die zusätzliche Abdeckung des Wärmebedarfs. In den Sommermonaten erfolgt die vorrangige Warmwasserbereitung fast ausschließlich über Solarkollektoren. In Abhängigkeit von der erreichten Brauchwassertemperatur kann eine Wärmepumpe zu-
2Q geschaltet werden.
Zur Überwachung und Steuerung des gesamten Funktionsablaufs des Solarheizsystems registriert eine automatische Meßdatenerfassungsanlage fortlaufend die Meßwerte der zahlreich eingesetzten Temperaturfühler, Betriebsstundenzähler, Wärmemengenzähler, Stromverbrauchszähler und dergleichen. Die beschriebene Anordnung schließt nJcht die Möglichkeit der Schwimmbadbeheizung ein und erlaubt nicht die optimale Nutzung der Solarenergie und der Hilfsenergie.
Aus der FR-PS 11 38 587 und der US-PS 25 44 474 sind einfache Regelschaltungen für die Anschaltung von Solarkollektoren an Solarspeichern bekannt. Diese Schaltungen beziehen sich aber auf Steuerschaltungen für Pumpen, wenn eine bestimmte Temperatur im Solarkollektor überschritten bzw. im Solarspeicher unterschritten ist.
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Aus der DE-AS 26 38 45 7 ist ebenfalls ein einfaches Regelsystem für ein multivalentes Heizungssystem mit Sonnenkollektor, Wärmepumpe und Zusatzheizeinrichtung bekannt. Hier werden aber nur Außentemperaturen und Vorlauftemperatür der Anlage erfaßt und über Mehrwege-Magnetventil, Wärmepumpen oder Zusatzheizung zugeschaltet, bzw. die Vorlauftemperatur geregelt. Eine automatische Wärmeverteilung, auch mit Sommer- und Winterbetrieb, Brauchwasseraufbereitung, Schwimmbaderwärmung, bei bester Ausnutzung der erzeugten ■)0 Energie, ist mit dieser Anlage nicht möglich, weil zuviele Kriterien nicht erfaßt werden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, in einem Solarhaus die Wärmeverteilung automatisch vorzunehmen und die Solar-•|5 energie auf die energetisch günstigste Art den Verbrauchern bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß bei Sommerbetrieb Regelkreise für Brauchwasser, Schwimmbaderwärmung und die Ladung des Solarspeichers sowie bei Winterbetrieb Regelkreise für den Solarspeicher für das Brauchwasser und für die Hausheizungsanlage vorgesehen sind.
Nach der Umschaltung auf Sommerbetrieb besteht der Regelkreis für das Brauchwasser aus einem Bedarfsmelder mit Ja- und Nein-Stellung, dem von der Ja-Stellung über eine Vergleichsschaltung eine Pumpe zur Erwärmung des Brauchwassers derart nachgeschaltet ist, daß bei Temperaturgefälle zwischen Sonnenkollektor und Brauchwasserspeicher größer als 1 bis 5 0C die Pumpe einschaltbar ist und daß bei Temperaturgefälle kleiner 1 bis 5 0C in einer Vergleichsschaltung über ein Zeitglied auf einen anderen Bedarfsträger umschaltbar ist, wobei der Bedarfsmelder für die solare Brauchwassererwärmung vorrangig vor dem Bedarfsmelder für die Schwimmbaderwärmung und dem Bedarfsmeider für den Solarspeicher
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geschaltet ist, und daß für eine Nachbeheizung des Brauchwasserspeichers ein Regelkreis mit einem Bedarfsmelder und Schaltverstärkern vorhanden ist, so daß bei einer Temperatur unterhalb 40 bis 50 0C ein Heizstab im Brauchwasserspeicher über Schaltverstärker zu oder über Schaltverstärker abschaltbar ist, und daß dem Bedarfsmelder ein Vergleicher mit Ja- und Nein-Stellung derart nachgesehaltet ist, daß bei Ja-Stellung eine Pumpe die Erwärmung des Brauchwasserspeichers aus dem Solarspeicher vornimmt und den Heizstab über den Schaltverstärker blockiert und daß bei Nein-Stellung des Vergleichers die Erwärmung des Brauchwasserspeichers über den Schaltverstärker durch den Heizstab erfolgt.
Bei Sommerbetrieb besteht der Regelkreis für die Schwimmbaderwärmung aus der Reihenschaltung eines Bedarfsmelders, einer Vergleichsschaltung mit Ja- und Nein-Stellung und einer Ansteuerung für die Pumpen des Schwimmbades derart, daß bei Bedarf an Schwimmbaderwärmung und positivem Temperaturunterschied zwischen Sonnenkollektor und Schwimmbad und Ja-Stellung der Vergleichsschaltung dip Pumpen zuschaltbar sind und bei Nein-Stellung der Vergleichsschaltung über ein Zeitglied auf einen Bedarfsmelder umschaltbar ist. Der Regelkreis für die Ladung des Solarspeichers im Sommerbetrieb, bestehend aus einem Bedarfsmelder und einem Vergleicher mit Ja- und Nein-Stellung, lädt den Solarspeicher über die Pumpen bis zu einer vom Bedarfsmelder festgestellten Grenztemperatur auf, wenn der Vergleichsmelder in Ja-Stellung steht und schaltet die Pumpen bei Nein-Stellung des Vergleichsmelders wieder aus.
Den Ja-Atisgängen der Vergleicherschaltung und des Vergleichsmelders sind ein Zeitglied und ein Bedarfsmelder derart nachgeschaltet, daß nach Ablauf der Zeit des Zeitgliedes und Ja-Stellung des Bedarfsmelders die Pumpen des Solarspeichers oder des Schwimmbeckens abschaltbar sind und ein nachgeschaltetes Zeitglied, das auf einen Vergleicher wirkt, die Pumpen des Solarspeichers oder des Schwimmbeckens wieder zuschaltet.
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Für die Aufheizung des SolarSpeichers im Winterbetrieb steht ein Schalter auf Ja-Stellung und der Regelkreis für die Aufheizung des Solarspeichers über ein Bedarfsmelder und einen Vergleicher wirkt auf die Pumpen des Solarspeichers derart ein, daß bei Bedarf und positiver Temperaturdifierenζ von größer 1 bis 5 0C im Vergleicher die Pumpen des Solarspeichers zuschaltbar sind und bei keinem Bedarf oder Temperaturdifferenz kleiner 1 bis 5 0C die Pumpen des Solarspeichers ausschal tbar sind.
Für die Erwärmung des Brauchwasserspeichers im Winterbetrieb besteht der Regelkreis aus einer Zeitsperre mit Schalter, einem nachgeschalteten Temperaturfühler, einem Vergleicher und einem Meßbaustein, so daß bei Ja-Stellung des Temperaturfühlers der Solarspeicher oder die Wärmepumpe oder der Heizkessel wahlweise in Abhängigkeit von Vergleicher und Vergleicher und Meßbaustein zuschaltbar sind, die Heizungspumpe abschaltbar und die Pumpe des BrauchwasserSpeichers zuschaltbar ist.
Für den Winterbetrieb der Hausheizungsanlage besteht der Regelkreis aus Zeitsperre mit Schalter und Temperaturfühler sowie aus einem Vergleicher mit Ja- und Nein-Stellung, wobei der Ja-Stellung ein Steuerbaustein zur Versorgung der Heizungsanlage aus dem Solarspeicher nachgeschaltet ist, weiter folgt dem Steuerbaustein ein Vergleicher mit Ja- und Nein-Stellung, der bei Ja-Stellung die Versorgung der Heizungsanlage aus dem Solarspeicher aufrechterhält und bei Nein-Stellung des Vergleichers bzw. bei Nein-Stellung eines anderen Vergleichers einen nachgeschalteten Fühler mit Ja- und Nein-Stellung derart ansteuert, daß bei Ja-Stellung ein Temperaturaußenfühler mit Ja- und Nein-Stellung abgefragt wird und bei Nein-Stellung des Temperaturaußenfühlers die wärmepumpe über den Schaltverstärker einschaltet, daß bei Nein-Stellung des Fühlers sowie Ja-Stellung des Temperaturaußenfühlers der Heizkessel über einen Schalt-
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verstärker anläuft, daß diesem Schaltverstärker ein Vergleicher mit Ja- und Nein-Stellung nachgeschaltet ist, wobei die Ja-Stellung über den Temperaturaußenfuhler und einen Schaltverstärker den Betrieb der Wärmepumpe ermöglicht und die Nein-Stellung des Vergleichers den Heizkessel über einen Schaltverstärker in Betrieb hält, und daß eine Steuerschaltung mit Ja- und Nein-Stellung und mit nachfolgendem Schaltglied dem Schaltverstärker derart nachgeschaltet ist, daß bei gestörter Wärmepumpe die Steuerschaltung nach einer Zeitverzögerung die Wärmepumpe abschaltet und den Heizkessel über seinen Schaltverstärker zuschaltet.
Bei der Umschaltung von Sommer- auf Winterbetrieb durch den Schalter erfolgt eine vorrangige. Anschaltung der Heizungsanlage vor der Erwärmung des Brauchwasserspeichers durch eine Zeitsperre mit.Schalter, und in der. vorgegebenen Zeit der Zeitsperre erfolgt die Erwärmung des Brauchwasserspeichers über einen Temperaturfühler und die Schaltverstärker der Elektroheizung.
Für eine Übergangszeit erfolgt bei eingeschaltetem Sommerbetrieb ein kurzzeitiges Einschalten der Heizungsanlage über ein Zeitglied mit nachgeschalteter Logik über die Zeitsperre mit Schalter, und nach Ablauf des Zeitgliedes geht die Hausheizungsanlage über einen Steuerbaustein wieder außer Betrieb.
Durch die vollständige Automatisierung der Wärmeverteilung innerhalb des Solarhauses ergibt sich ein Optimum an energietechnischer Ausnutzung. Dabei wird solange wie möglich Energie aus den Solarspeichern entnommen, um möglichst wenig Energie aus elektrischem Strom und Öl erzeugen zu müssen. Die erfindungsgemäße Anordnung kann zudem in vorteilhafter Weise integrierbar ausgeführt werden. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ersichtlich.
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Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Solarhauses, während Fig. 2 das Flußdiagramm zur Regelung der Wärmeverteilung dieses Hauses vorwiegend bei Sommerbetrieb und Fig. 3 die entsprechende Regelung bei Winterbetrieb zeigt.
An einem Sonnenkollektor 1 mit der Absorbertemperatur Tft nach Fig. 1 (in der Praxis werden meistens 20 - 60 Kollektoren eingesetzt) als Energieerzeuger sind über Rohrleitungen ein Brauchwasserspeicher 2, ein Solarspeicher 3 und ein Schwimmbad 7 angeschlossen. Die Rohrleitungen sind mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gefüllt, die mit Frostschutz versehen ist. Der Brauchwasserspeicher 2, der Solarspeicher 3 und das Schwimmbad 7 sind über Wärmetauscher 2c, 3a und 7a mit dem Sonnenkollektor 1 verbunden. Pumpen (2a beim Brauchwasserspeicher 2, 3c beimSolarspeicher 3 und 7c beim Schwimmbad 7) sorgen für den Durchfluß des Wärmeträgers. Weitere Pumpen 3b und 7b auf der Sekundärseite der Wärmetauscher 3a, 7a sind für den Kreislauffluß durch den Solarspeicher 3, bzw. das Schwimmbad 7 vorgesehen. Parallel zu dem Solarspeicher 3, der über seinen Wärmetauscher 3a aufgeheizt wird, ist ein konventioneller mit Öl, Gas oder Kohle betriebener Heizkessel 4, eine Hausheizungsaniage 5 (z.B. Niedertemperaturheizung, 45 "C Vorlauftemperatur), angeschaltet über einen Mischer 5b, und eine Wärmpumpe 6 angeordnet. Der Durchfluß durch die Heizungsanlage 5 wird durch die Pumpe 5a und mittels der Wärmepumpe 6 durch die Pumpe 6a vorgenommen. Geregelt wird der Durchfluß durch die Heizungsanlage 5 durch den Mischer 5b mit einem Endschalter 26, dargestellt in Fig. Die Heizungsanlage 4 wirkt über die Pumpen 2b und den Wärmetauschern 2d ebenfalls nocht auf den Brauchwaserspeicher 2. Für eine externe Aufheizung des Brauchwasserspeichers 2 mit Fremdenergie (beispielsweise Strom ) ist ein Heizstab 2e vorgesehen. Der Brauchwasserspeicher 2 weist Temperaturfühler für den oberen Bereich (maximal möglichen) und den Solarbereich auf.
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Auch der Solarspeicher 3 hat einen Temperaturfühler für den oberen Bereich (85 0C) und einen für den unteren Bereich (Entladung). Zur Vereinfachung wurden in diesem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 1 Ventile, Regler, Mischer, Temperaturfühler und dergleichen fortgelassen.
Die erfindungsgemäße Regelung des solarbeheizten Hauses arbeitet gemäß den Figuren 2 und 3 wie folgt.
Über einen Schalter 11 (der nur einmal vorhanden ist und in den Figuren 2 und 3 die gleiche Bezeichnung hat) erfolgt die Umstellung der gesamten Anlage von Sommer- auf Winterbetrieb.
Der Sommerbetrieb (Stellung des Schalters 11 auf Sommer) startet mit dem Bedarfsmelder 12 für Warmwasser. Dieser Bedarf smelder besteht beispielsweise aus einer Temperaturüberwachung mit Grenzwertschalter. Bei Warmwasserbedarf (Ja-Stellung) wird eine Vergleichsschaltung 13 mit Ja-Nein-Stellung abgefragt, ob die Temperatur im Sonnekollektor 1 höher ist als im Brauchwasserspeicher 2. Dazu sind elektronische Bauelemente, vorwiegend NTC-Widerstände vorgesehen, die an den zu messenden Objekten Kollektor 1 und Brauchwasserspeicher angeordnet sind und die dort gemessene Temperaturen nach entsprechender Aufbereitung an die Vergleichsschaltung 13 geben. Meldet die Vergleichsschaltung 13 ein Temperaturgefälle von 1 bis 5 0C (Ja-Stellung), schaltet sich die Brauchwasser-Umwälzpumpe 2a ein und setzt den Wärmekreislauf in Betrieb. Damit wird die im Sonnenkollektor 1 gespeicherte Wärme in den Brauchwasserspeicher 2 mxttels des Wärmetauschers 2c überführt. Der Brauchwasserspeicher heizt sich also auf und das erwärmte Brauchwasser kann entnommen werden. Die Brauchwassererwärmung wird vorrangig vor der Schwimmbaderwärmung und der Solarspeicheraufheizung vorgenommen.
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Zur Vereinfachung wurden in den Zeichnungen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 und 3 die Energieerzeuger Sonnekollektor mit nachgeschaltetem Brauchwasserspeicher, sowie die Wärmepumpe und konventionelle Heizungsanlage nicht dargestellt,
Auch die Energieverbraucher Hausheizung (Niedertemperatur-
heizung), Brauchwasser und Schwimmbadheizung wurden nicht mit in die Zeichnung nach Fig. 2 und 3 aufgenommen. Symbolhaft sind nur die über Relais oder Schaltverstärker angesteuerten ■)0 Pumpen für den Wärmkreislauf, Schwimmbadheizung sowie Einschalter für Heizungsanlage, Elektroheizung und Wärmepumpe dargestellt.
In der Vergleichsschaltung 13 (Nein-Stellung) ist ein Zeit-■J5 glied 13a vorhanden, das für 10 Minuten den Kollektorkreislauf dem Brauchwasserspeicher 2 zuordnet. Durch diese Zeitschaltung können sich Energieverluste, häufiges Umschalten der Kreisläufe durch kurzzeitge Intensitätsändeungen (Wolken) bei der Sonneneinstrahlung nicht mehr bemerkbar machen. Erst wenn nach 10 Minuten keine positive Temperaturdifferenz eingetreten ist, wird der Weg zum Schimmbecken 7 oder Solarspeicher 3 freigegeben, d.h. der Sonnenkollektor 1 kann bei Bedarf auf das Schwimmbecken 7 oder den Solarspeicher 3 einwirken .
Ist entweder der Temperaturunterschied in der Vergleichsschaltung 13 (Nein-Stellung) kleiner 1 bis 5 0C (und das auch noch nach 10 Minuten) oder besteht Bedarf an Heizungsenergie für das Schwimmbad 7, wird über einen Bedarfsmelder 15 mit Ja- und Nein-Stellung, der aus Temperaturfühlern besteht, eine Vergleichsschaltung 16 mit Ja- und Nein-Stellung abgefragt, ob die Temperatur T im Sonnenkollektor 1 mindestens 1 bis 5 0C größer ist, als im Schwimmbecken 7. Ist dies der Fall, (Ja-Stellung), wird die Pumpe 7c für den Kreislauf des Schwimmbeckens eingeschaltet und ebenfalls die
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Pumpe 7b nach dem Wärmetauscher, gemäß Fig.l. Die Vergleichsschaltung 16 ist mit einem 10 Minuten-Zeitglied 16a versehen, das den Solarkre.is dem Schwimmbad für jeweils diesen Zeitraum zuordnet. Damit soll verhindert werden, daß kurzzeitige Intensitätsschwankungen durch Wolken zu einem zu häufigen Umschalten der Anlagen führen könnten.
Ist kein Bedarf an Heizungsenergie für das Schwimmbad 7 (die an einem Schwimmbad-Temperaturbegrenzer eingestellte Temperatür ist erreicht), oder ist nach 10 Minuten Wartezeit keine positive Temperaturdifferenz zwischen Kollektor und Schwimmbad entstanden (Nein-Stellung 16,16a), wird über einen Bedarfsmelder 19 mit Ja- und Nein-Stellung und einen Vergleichsmelder 17 mit Ja- und Nein-Stellung der Solarkreis dem Solarspeicher 3 zugeordnet, wenn eine positive Temperaturdifferenz von 1 bis 5 0C zwischen Kollektor 1 un^ dem Solarspeicher 3 besteht. Ist dies der Fall (Ja-Stellung Vergleichsmelder 17), schaltet sich die Pumpe 3c des KollektorSolarspeicher-Systems bzw. die Pumpe 3b nach dem Wärmetauscher 3a ein. Registriert Bedarfsmeider 19, der mit einem Grenzwertmelder ausgestattet ist, Erreichen der Grenζtemperatur (ca. 85 bis 95 0C), werden die Pumpen 3c, 3b ausgeschaltet. Diese Pumpen werden ebenfalls ausgeschaltet, wenn die Temperatur T des Sonnenkollektors 1 im Vergleicher 17 (Nein-Stellung) nicht 1 bis 5 0C höher ist, als im Solarspeicher 3.
Bei Winter (Heizbetrieb ja), also umgeschalteter Einrichtung 11 erfolgt die Aufheizung des Solarspeichers 3 ebenfalls über den Bedarsmelder 19, sowie über den Vergleicher 17 und damit durch den Kollektor 1.
Im Sommer (Heizbetrieb nein), nach erfolgter Trennung vom Solarkreis und Brauchwasserspeicher, bewirkt ein Zeitglied 14, das der Vergleichsschaltung 16 (Ja-Stellung) und dem Vergleichsmeider 17 (Ja-Stellung) nachgeschaltet ist, daß eine Rückschaltung frühestens nach 30 Minuten erfolgt. Diese vorteilhafte
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. Maßnahme verhindert zu häufiges Umschalten der Kreisläufe. Nach Ablauf des Zeitgliedes 14 und Wärmebedarfsmeldung durch Bedarfsmelder 12 werden die Pumpen 3b, 3c des Solarspeichers 3 oder 7b, 7c des Schwimmbades 7 abgeschaltet und durch ein Zeitglied 20 in diesem Zustand gehalten (für ca. 10 Minuten). Durch dieses Zeitglied 20 wird die Möglichkeit geschaffen, von niedrigem Kollektortemperaturniveau, beispielsweise der Schwimmbadbeheizung, zum Temperaturniveau der Brauchwasserbeheizung zu gelangen.
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Wird im Sommer (Heizbetrieb nein), umgelegten Schalter 11, durch die solare Beheizung nicht die gewünschte Brauchwassertemperatur erreicht, erfolgt die notwendige Nachheizung durch eine Elektroheizung. Dafür ist im Brauchwasserspeicher 2 ein Heizstab 2e vorgesehen. Angeschaltet wird dieser Heizstab über einen Bedarfsmelder (Ja- und Nein-Stellung) mit einem Temperaturfühler 25, der im Brauchwasserspeicher angeordnet ist. Über einen Schaltverstärker 22 wird der Heizstab 2e eingeschaltet, wenn die vom Temperaturfühler 25 des Bedarfsmelders im Brauchwasserspeicher 2 gemessene Temperatur unter 40 bis 50 0C liegt (Ja-Stellung). Ist die Temperatur > 40 bis 50 0C (Nein-Stellung), wird über den Schaltverstärker 23 der Heizstab 2e wieder ausgeschaltet. Die Nachheizphase kann über eine Zeitschaltuhr auf bestimmte Zeiträume (z.3. Nacht) festgelegt werden.
Wird über einen nachgeschalteten Vergleicher 27 mit Ja— und Nein-Stellung jedoch eine Temperaturdifferenz von 5 °C zwischen Solarspeicher 3 und Brauchwasserspeicher 2 gemeldet, wird die Warmwasserbereitung im Nachheizbereich des Speichers 2 , unabhängig von der Tageszeit, vom Solarspeicher 3 übernommen, bis die Temperaturdifferenz auf ca. 4 °C abgebaut ist.
Nach Umschalten des Schalters 11 von Sommer- auf den Winterbetrieb wird das Schwimmbad 7 nicht mehr erwärmt, ebenfalls die direkte solare Beheizung des Brauchwasserspeichers 2 mittels der Pumpe 2a über der. Wärmetauscher 2c. Die Beheizung
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des Brauchwassers 2 oder der Betrieb der Hausheizungsanlage erfolgt nun direkt über den aufgeheizten Solarspeicher 3 oder über die Wärmepumpe 6.
Um nach Umschalten vom Sommerbetrieb auf Winterbetrieb durch den Schalter 11 die Priorität der Raumheizung gegenüber Brauchwassererwärmung zu gewährleisten, wird eine Zeitsperre 24 von drei Stunden eingesetzt. Während dieser Zeit wird das Brauchwasser, wenn mehr als 40 bis 50 °C (Temperaturfühler Ja-Stellung) verlangt werden, über den Schaltverstärker 22 mit dem elektrischen Heizstab 2e aufgeheizt (nach Fig. 3). Bei Winterbetrieb ist die Heizungspumpe 5a generell eingeschaltet .
Diese Einschaltung der Zeitsperre 24 erfolgt nur einmalig beim Umschalten von Sommer- auf Winterbetrieb. Nach der Zeitverzögerung von 3 Stunden überbrückt bzw. beendet ein Schalter 24a die Zeitsperre (Nein-Stellung) und behält diese Stellung während des gesamten Winterbetriebes bei.
Bei abgelaufener Zeitsperre 24 oder überbrückter bzw. beendeter Zeitsperre wird über einen Temperaturfühler 25 mit Ja- und Nein-Stellung, der im Brauchwasserspeicher 2 angeordnet ist, festgestellt, ob das Brauchwasser größer 40 bis 50 0C odei kleiner 40 bis 50 0C ist. Ist diese Temperatur kleiner 40 bis 50 0C (Ja-Stellung), wird die Pumpe 5a der Niedertemperaturheizung 5 abgeschaltet. Die Warmwasseraufbereitung hat jetzt Vorrang vor der Raumheizung.
In einem dem Temperaturfühler 25 nachgeschalteten Vergleicher 27 mit Ja- und Nein-Stellung wird durch Vergleich der Temperatur im Solarspeicher 3 und der Temperatur im Brauchwasserspeicher 2 festgestellt, ob die Differenz größer 5° ist. Ist dies der Fall (Ja-Stellung), wird wieder die Pumpe 2b eingeschaltet und kann Wärme aus dem Solarspeicher 3 mittels des
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Wärmetauschers 2d an den Brauchwasserspeicher 2 abgeben.
Ist dagegen der Temperaturunterschied im Vergleicher 27 kleiner als 5° (Nein-Stellung) wird in einem Meßbaustein 28 mittels Temperaturfühler abgefragt, ob die Temperatur im
Solarspeicher 3 größer ist als 5 "C. Ist dies der Fall (Ja-Stellung), kann das Brauchwasser über die Wärmepumpe 6 aus dem Solarspeicher 3 beheizt werden. Fällt die Temperatur im Solarspeicher unter 5 "C (Nein-Stellung), kann der Solar-■|Q speicher 3 nicht mehr eingesetzt werden und das Brauchwasser muß aus einem konventionellen Heizsystem mittels Heizkessel 4 (Öl, Gas, Kohle) beheizt werden.
Bei Winterbetrieb (eingeschalteter Raumheizung) und genügend ■(5 warmem Wasser im Brauchwasserspeicher (vorrangig beheizt) und Nein-Stellung Temperaturfühler 25 wird in einem Vergleicher mit Ja- und Nein-Stellung, der aus NTC-Fühlern und Differenzbildnern besteht, ermittelt, wie hoch der Temperaturunterschied zwischen dem Solarspeicher 3 und der Niedertemperaturheizung 5 ist. Ist die Temperaturdifferenz höher als 10 0C (Ja-Stellung), wird über einen Steuerbaustein 30 die -Pumpe 5a eingeschaltet, so daß die Energie des Solarspeichers 3 dem Rohrsystem der Niedertemperaturheizung 5 zugeführt wird. Dieser Steuerbaustein 30 bewirkt auch die Schaltung nicht dargestellter Ventile.
Die Direktheizung der Niedertemperaturheizung 5 aus dem Solarspeicher 3 bleibt solange erhalten, bis ein dem Steuerbaustein 30 nachgeschalteter Vergleicher 30a mit Ja- und Nein-Stellung
on eine negative Temperaturdifferenz zwischen Niedertemperaturheizung 5 und Solarspeicher 3 feststellt (positive Differenz = Ja-Stellung). Dies führt in einer ausgeführten Anlage dazu, daß auch ein mit Endschalter 26 ausgestatteter Mischer 5b in Stellung "ganz geöffnet" fährt.
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Bei einer negativen Temperaturdifferenz des Vergleichers 30a wird mittels eines nachgeschalteten Fühlers 31 abgefragt, ob die Temperatur im Solarspeicher 3 noch größer als + 5 0C ist. Ist dies der Fall (Ja-Stellung Temperaturfühler 31) erfolgt über einen Temperaturaußenfühler 3 3 mit Ja- und Nein-Stellung ein eventueller Betrieb der Wärmepumpe 6 über den Schaltver- stärker 34. Voraussetzung für den Einsatz der Wärmepumpe zur Niedertemperaturheizung ist eine Außentemperatur positiver - 3 bis +2 0C (Nein-Stellung) des Fühlers 33. Über einen Endschalter 26 des Mischers 5b und über den Schaltverstärker 34 wird die Wärmepumpe 6 je nach Heizbedarf zu- und abgeschaltet, Der Schaltverstärker 3 4 zum Anschalten der Wärmepumpe schaltet zusätzlich immer den Brenner des Heizkessels 4 ab. Gleichzeitig werden die für den Betrieb der Wärmepumpe notwendigen Ventile
-J5 und Mischer in Arbeitsstellung geschaltet.
In einer zusätzlichen Steuerschaltung 35 wird die Wärmepumpe fortlaufend auf Störung überwacht. Tritt eine Störung ein, (beispielsweise: Temperatur im Kondenserkreis überschritten), und ist diese Störung nach 30 Minuten noch nicht abgeklungen, schaltet sich die Wärmepumpe 6 über ein Schaltglied 35a ab und der Brenner des Heizkessels 4 über den Schaltverstärker 32 zu.
Ist die Bedingung Solarspeicher 3 wärmer als 5 0C nicht gegeben (Temperaturfühler 31 auf Nein-Stellung), wird unabhängig von der Außentemperatur (Fühler 33) der Heizkessel 4 über den Schaltverstärker 32 eingeschaltet.
Der Brenner des Heizkessels 4 schaltet sich also bei den drei Bedingungen zu:
Wärmepumpe gestört, Außentemperatur negativer als -3 0C und Solarspeichertemperatur kleiner 5 "C.
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Steigt im Solarspeicher 3 die Temperatur wieder auf größer +10 0C an, gemessen in einem dem Schaltverstärker 32 nachgeschalteten Vergleicher 32a mit Ja- und Nein-Stellung, wird die Wärmepumpe 6 bei Außentemperatur positiver -3 bis +2 0C über den Temperaturaußenfuhler 33 und den Schaltverstärker 34 wieder zugeschaltet.Bei Nein-Stellung des Vergleichers 32a (Temperatur im Solarspeicher kleiner +10 0C) wird der Heizkessel 4 über den Schaltverstärker 32 in Betrieb gehalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist für die Übergangszeit (beispielsweise Frühjahr und Herbst) zusätzlich eine Schaltung vorgesehen, die bei eingeschalteten Sommerbetrieb über ein Zeitglied 36 ein kurzes Umschalten auf Winterbetrieb mit einer Inbetriebnahme der Hausheizungsanlage 5 ermöglicht. Dies erfolgt über eine getrennte Zuschaltung. Mittels des Zeitgliedes 36 mit nachgeschalteter Logik 36a ist eine Zeit von 12 Stunden einstellbar, in der die Hausheizungsanlago 5 eingeschaltet ist. Bei Ja-Stellung der Logik 36a ist über die Zeitsperre 24 und Schalter 24a eine Verbindung zum Solarspeicher 3 (über Steuerbaustein 30) oder Heizkessel 4 (über Schaltverstärker 32) oder Wärmepumpe 6 (über Schaltverstärker 34) möglich. In diesem Zeitraum erfolgt die Beheizung also durch Solarspeicher direkt oder über Wärmepumpe 6 oder über Heizkessel 4. Nach 12 Stunden bzw. Ablauf des Zeitgliedes 36 schaltet die Logik 36a auf Nein-Stellung, und über den Steuerbaustein 3 7 wird die Hausheizungsanlage 5 ausgeschaltet bzw. der Sommerbetrieb wieder eingeschaltet. Die oben beschriebenen Schaltungsabläufe und Kriterien laufen für nur kurze Zeit (Erwärmung des Solarhauses) wie im Winterbetrieb über die Bausteine Zeitsperre 24 und Schalter 24a ein.
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Claims (10)

  1. 698/78 21. 12. 1978
    ZFE/P3-NL/dr
    Ansprüche
    (l.^Anordnung zur Regelung der Wärmeverteilung in einem Solarhaus, bestehend einmal aus Energieerzeugern, wie Sonnenkollektor, Wärmepumpe und herkömmlichem Heizkessel und einmal aus Energieverbrauchern, wie Schwimmbad, Hausheizungsanlage und Brauchwasserspeicher, sowie aus einem Solarheizspeicher, weiterhin bestehend aus einem Rohrleitungssystem zum Verbinden der Energieerzeuger und Energieverbraucher untereinander und Umwälzpumpe zum Transport der Wärmeträger, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Sommerbetrieb Regelkreise für Brauchwasser, Schwimmbaderwärmung und die Ladung des Solarspeichers (3) sowie bei Winterbetrieb Regelkreise für den Solarspeicher (3), für das Brauchwasser und für die Hausheizungsanlge (5) vorgesehen sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Umschaltung auf Sommerbetrieb (11) der Regelkreis für das Brauchwasser aus einem Bedarfsmelder (12) mit Ja- und Nein-Stellung besteht, dväm von der Ja-Stellung über «ine Vergleichsschaltung (13) eine Pumpe (2a) zur Erwärmung des Brauchwasserspeichers (2) derart nachgeschaltet ist, daß bei Temperaturgefälle zwischen Sonnenkollektor (1) und Brauchwasserspeicher (2) großer als 1 bis 5 0C die Pumpe (2a) einschaltbar ist und daß bei Temperaturgefälle kleiner 1 bis 5 0C in einer Vergleichsschaltung (13) über ein Zeitglied (13a) auf einen anderen Bedarfsträger umschaltbar ist, wobei der Bedarfsmelder (12) für die solare Brauchwassererwärmung vorrangig vor dem Bedarfsmelder (15) für die Schwimmbaderwärmung und dem Bedarfsmelder (19) für den Solarspeicher (3) geschaltet ist, und daß für eine Nachbeheizung des Brauchwasserspeichers (2) ein Regelkreis
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    mit einem Bedarfsmelder (25) und Schaltverstärkern (22, 23) vorhanden ist, so daß bei einer Temperatur unterhalb 40 bis 40 0C ein Heizstab (2e) im Brauchwasserspeicher (2) über Schaltverstärker (22) zu- und über den Schaltverstärker (23) abschaltbar ist, und daß dem Bedarfsmelder (25) ein Vergleicher (27) mit Ja- und Nein-Stellung derart nachgeschaltet ist, daß bei Ja-Stellung eine Pumpe (2b) die Erwärmung des Brauchwasserspeichers (2) aus dem Solarspeicher (3) vornimmt und den Heizstab (2e) über den Schaltverstärker (23) blockiert und bei Nein-Stellung des Vergleichers (27) die Erwärmung des Brauchwasserspeichers (2) über den Schaltverstärker (22) durch den Heizstab (2e) erfolge.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sommerbetrieb (11) der Regelkreis für die Schwimmbaderwärmung aus der Reihenschaltung eines Bedarfsmelders (15), einer Vergleichsschaltung (16) mit Ja- und Nein-Stellung und eine Ansteuerung für die Pumpen (7c, 7b) des Schwimmbades (7) derart besteht, daß bei Bedarf an Schwimmbaderwärmung und positi\/em Temperaturunterschied zwischen Sonnenkollektor (1) und Schwimmbad (7) und Ja-Stellung der Vergleichsschaltung (16) die Pumpen (7c, 7b) zuschaltbar sind und bei Nein-Stellung der Vergleichsschaltung (16) über ein Zeitglied (16a) auf einen Bedarfsmelder (19) umschaltbar ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis für die Ladung des Solarspeichers (3) im Sommerbetrieb, bestehend aus einem Bedarfsmelder (19) und einem Vergleichsmelder (17) mit Ja- und Nein-Stellung, den Solarspeicher (3) über die Pumpen (3b, 3c) auflädt bis zu einer vom Bedarfsmelder (19) festgestellten Grenztemperatur, wenn der Vergleichsmelder (17) in Ja-Stellung steht und daß die Pumpen (3b, 3c) bei Nein-Stellung des Vergleichsmelders (17) ausschaltbar sind.
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  5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Ja-Ausgängen der Vergleichsschaltung (16) oder des Vergleichsmelders (17) ein Zeitglied (14) und ein Bedarfsmelder (12) derart nachgeschaltet sind, daß nach Ablauf der Zeit des Zeitgliedes (14) und Ja-Stellung des Bedarf smelders (12) die Pumpen (3b, 3c) oder (7b, 7c) abschaltbar sind und daß durch ein nachgeschaltetes Zeitglied (20), das auf den Vergleicher (13) wirkt, die Pumpen (3b,3c) oder (7b, 7c) wieder zuschaltbar sind.
    10
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufheizung des Solarspeichers (3) im Winterbetrieb der Schalter (11) auf Ja-Stellung steht und daß der Regelkreis für die Aufheizung des Solarspeichers (3) über den Bedarfsmelder (19), den Vergleicher (17) auf die Pumpen (3b, 3c) des Solarspeichers (3) derart einwirkt, daß bei Bedarf und positiver Temperaturdifferenz von größer 1 bis 5 0C im Vergleicher (17) die Pumpen (3b, 3c) zuschaltbar sind und bei keinem Bedarf oder Temperaturdifferenz kleiner 1 bis 5 0C die Pumpen (3b, 3c) ausschaltbar sind.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erwärmung des BrauchwasserSpeichers (2) im Winterbetrieb der Regelkreis aus einer Zeitsperre (24) mit Schalter (24a) einem nachgeschalteten Temperaturfühler (25) einem Vergleicher (27) und einem Meßbaustein (28) besteht, so daß bei Ja-Stellung des Temperaturfühlers (25) der Solarspeicher (3) oder die Wärmepumpe (6) oder der Heizkessel (4) wahlweise in Abhängigkeit der Schaltzustände von Vergleicher
    (27) und Meßbaustein (28) zuschaltbar sind, die Heizungspumpe (5a) abschaltbar und die Pumpe (2b) des Brauchwasserspeichers (2) zuschaltbar ist.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Winterbetrieb der Hausheizungsanlage (5) der
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    Regelkreis aus Zeitsperre (24) mit Schalter (24a) und Temperaturfühler (25) sowie aus einem Vergleicher (29) mit Ja- und Nein-Stellung besteht, wobei der Ja-Stellung ein Steuerbaustein (30) zur Versorgung der Heizungsanlage (5) aus dem Solarspeicher (3) nachgeschaltet ist, daß dem Steuerbaustein (30) ein Vergleicher (30a) mit Ja- und Nein-Stellung folgt, der bei Ja-Stellung die Versorgung der Heizungsanlage (5) aus dem Solarspeicher (3) aufrechterhält und bei Nein-Stellung des Vergleichers (30a) bzw. bei Nein-Stellung des Vergleichers (29) einen nachgeschalteten Fühler (31) mit Ja- und Nein-Stellung derart ansteuert, daß bei Ja-Stellung ein Temperaturaußenfühler (33) mit Ja- und Nein-Stellung abgefragt wird und bei Nein-Stellung des Temperaturaußenfühlers (33) die Wärmepumpe (6) über den Schaltverstärker (34) eingeschaltet wird,
    daß bei Nein-Stellung des Fühlers (31) sowie Ja-Stellung des Temperaturaußenfühlers (33) der Heizkessel (4) über den Schaltverstärker (32) anläuft,
    daß dem Schaltverstärker (32) ein Vergleicher (32a) mit Ja- und Nein-Stellung nachgeschaltet ist, wobei die Ja-Stellung über den Temperaturaußenfühler (33) und Schaltverstärker (34) den Betrieb der Wärmepumpe (6) ermöglicht und die Nein-Stellung des Vergleichers (32a) den Heizkessel (4) über den Schaltverstärker (32) in Betrieb hält,
    daß eine Steuerschaltung (35) mit Ja- und Nein-Stellung und mit nachfolgendem Schaltglied (35a) dem Schaltverstärker (34) derart nachgeschaltet ist, daß bei gestörter Wärmepumpe die Steuerschaltung (35) nach einer Zeitverzögerung die wärmepumpe abschaltet (35a) und den Heizkessel (4) über den Schaltverstärker (32) zuschaltet.
  9. 9. Anordnung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umschaltung von Sommer- auf Winterbetrieb durch den Schalter (11) eine vorrangige Anschaltung der Heizungsanlage (5) vor der Erwärmung des Brauchwasserspeichers (2) durch die Zeitsperre (^4) mit Schalter (24a)
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    ■ 69β/7β 2356018
    erfolgt und daß in der vorgegebenen Zeit der Zeitsperre (24) die Erwärmung des Brauchwasserspeichers (2) über den Temperaturfühler ( 25) und die Schaltverstärker (22, 23) der Elektroheizung (2e) erfolgt. 5
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Übergangszeit bei eingeschaltetem Sommerbetrieb (11) ein kurzzeitiges Einschalten der Heizungsanlage (5) über ein Zeitglied (36) mit nachgeschalteter Logik (36a) über die Zeitsperre (24) mit Schalter (24a) erfolgt und daß nach Ablauf des Zeitgliedes (36) über den Steuerbaustein (37) die Heizungsanlage (5) außer Betrieb geht.
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