DE2902294A1 - Solar heating plant - with diaphragm type expansion vessel for gas and liq. in heat carrier circuit - Google Patents

Solar heating plant - with diaphragm type expansion vessel for gas and liq. in heat carrier circuit

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Abstract

Solar heating plant for a central heating or warm water prodn. system consists of the solar heat collector, a pump and a water storage heat exchanger. The pump is controlled by thermometer probes in the storage tank and in the circulation system. An expansion vessel with a diaphragm which separates the water from the pressurised gas section has a volume adequate to accept all fluid in the solar heat collector in case of evapn. by overheating. The gas pressure equals the sum of the static head and the dynamic pump pressure, with a maximum of 2.5 bar. Such a solar heating plant is not confined to buildings with gabled roofs and is equally suitable for flat roofs, without additional structures to disturb the architecture.

Description

"Heizungsanlage mit Sonnenkollektor" "Heating system with solar collector"

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit mindesens einem Sorrenkollektor, einem Warmeaustauscher, einem durch den Sonnenkollektor sowie den Wärmeaustauscher führenden geschlossenen Rohrleitungssystem mit einem flüssigen Wärmeträger, einer Um-Wälzpumpe zum Transport des Wärmeträgers und einem Ausdehnungseine Heizungsanlage der genannten Art kann in Verbindung mit einer herkömmlichen brennstoffbefeuerten Zentralhei zungsanlage oder auch gesondert zur Erzeugung von warmem Brauchwasser oder zur Schwimmbadwassererwärmung verwendet werden. Insbesondere in der warmen Jahreszeit, wenn kein Wärmebedarf vorhanden ist, kann es bei starker Sonneneinstrahlung vorkommen, daß das im Sonnenkollektor vorhandene Wasser- zu verdampfen beginnt und der Dampfdruck das übrige im Sonnenkollektor vorhandene Wasser aus diesem herausdrückt, bis der gesamte Sonnenkollektor nur noch mit Dampf gefüllt ist.The invention relates to a heating system with at least one Sorrenkollektor, one heat exchanger, one through the solar collector and the heat exchanger leading closed pipeline system with a liquid heat carrier, a Um-Circular pump for the transport of the heat carrier and an expansion of its heating system of the type mentioned can be used in conjunction with a conventional fuel-fired Central heating system or separately for the production of hot water or can be used to heat swimming pool water. In particular in the warm season, when there is no heat demand, it can be stronger Solar radiation can cause the water present in the solar collector to evaporate begins and the steam pressure removes the remaining water in the solar collector from it until the entire solar collector is only filled with steam.

Um Schaden zu vermeiden, die durch eine solche Dampfbildure entstehen können, ist es bei einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art bereits bekannt, ein über dem Kollektor angeordnetes druckloses Ausdehnungsgefäß vorzusehen, mit dem der untere E.ollektorbereich durch eine Steigleitung verbunden ist. Das Ausdehnungsgefäß ist dabei durch eine flexible Membran gegen die Außenatmosphäre abgeschirmt.To avoid damage caused by such steam formation can, it is already known in a heating system of the type mentioned above, to provide a non-pressurized expansion vessel arranged above the collector, with to which the lower collector area is connected by a riser. The expansion tank is shielded from the outside atmosphere by a flexible membrane.

Die bekannte Heizungsanlage, bei der das Ausdehnungsgefäß über dem Kollektor angeordnet werden muß, kann nur dann installiert werden, wenn oberhalb des bzw. der Sonnenkollektoren ein genügend großer Montageraum, wie z.B. bei Giebelbauten, vorhanden ist.The well-known heating system in which the expansion tank above the Collector must be placed, can only be installed if above a sufficiently large installation space for the solar collector (s), e.g. in the case of gable buildings, is available.

Wenn die Sonnenkollektoren dagegen auf Flachdächern montiert sind, kann die bekannte Heizungsanlage nicht installiert werden, es sei denn, daß man ein Gerüst zur Montage des Ausdehnungsgefußes oberhalb der Sonnenkollektoren in Kauf nehmen würde. Dadurch würde aber das architektonische Bild des mit den Sonnenkollektoren ausgerüsteten Gebäudes gestört werden. Auch ist es schwierig, ein hochliegendes Ausdehnungsgefäß im Winter gegen Frost zu schützen.If, on the other hand, the solar panels are mounted on flat roofs, the well-known heating system cannot be installed unless one a scaffold for mounting the expansion vessel above the solar collectors in Would buy. But this would change the architectural image of the solar panels equipped building are disturbed. It is also difficult to get a high-lying Protect the expansion tank against frost in winter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage zu schafen, die sich auch in Verbindung mit Flachdächern onne störende Beeinflussung der Gebäudearchitektur verwenden läßt.The invention is based on the object of creating a heating system, the disturbing influence on the building architecture, also in connection with flat roofs lets use.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Ausdehnungsgefäß an das Rohrleitungssystem an einer Stelle angeschlossen ist, die unterhalb der Oberkante des Kollektor3 liegt, und daß das Ausdehnungsgefäß ein Membrangefäß ist, dessen dem Wärmeträger gegenüberliegende Seite druckbeaufschlagt ist.According to the invention this object is achieved in that the expansion vessel is connected to the piping system at a point below the top edge of the collector3, and that the expansion vessel is a membrane vessel, its the side opposite the heat carrier is pressurized.

Bei der erfindungsgemäßen Heizungsanlage kann das Ausdehnungsgefäß an Jeder beliebigen Stelle des Rohrleitungssystems installiert werden, an der zufällig Platz ist und das Ausdehnungsgefäß nicht störend wirkt. Insbesondere kann das Ausdehnungsgefäß auch im Weller des Gebäudes neben dem Wärmeaustauscher angebracht werden.In the heating system according to the invention, the expansion vessel be installed at any point in the piping system, at which random There is space and the expansion vessel does not interfere. In particular, the expansion vessel can also be installed in the building's corrugation next to the heat exchanger.

Der Druck, mit dem die dem Wärmeträger gegenüberliegende Seite der Membran des Ausdehnungsgefäßes beaufschlagt ist, ist vorzugsweise mindestens gleich der Summe aus dem statischen Gegendruck aus dem Rohrleitungssystem und dem Pumpendruck. Im Hinblick auf vorhandene Normen, beispielsweise DIN 4751, wird der Druck, mit dem die dem Wärmeträger gegenüberliegende Seite der Membran beaufschlagt ist, vorzugsweise so gewählt, daß er nicht höher als etwa 2,5 bar über Normal beträgt.The pressure with which the side of the The membrane of the expansion vessel is acted upon, is preferably at least the same the sum of the static back pressure from the pipeline system and the pump pressure. With regard to existing standards, for example DIN 4751, the pressure, with to which the side of the membrane opposite the heat carrier is acted upon, preferably chosen so that it is not higher than about 2.5 bar above normal.

Das Ausdehnungsvolumen des Ausdehnungsgefäßes ist zweckmäßig mindestens gleich der Summe des Volumens der Wärmeträgermenge, als sich unter normalen Betriebsbedingungen im Kollektor befirdet, und des maximalen Ausdehnungsvolumens des gesamten flüssigen Wärmeträgers zuzüglich etwa 10 % des Kollektorinhalts für weitere Volumenvergrößerung durch Überhitzung des Dampfes. Wenn beispielsweise im Sommer die Temperatur des Kollektor bzw. in den Kollektoren befindlichen Wärmeträgers so weit ansteigt, daß die in den Kollektoren befindlichen Wärmeträgermengen zu verdampfen beginnen, so drückt der entstehende Dampf den flüssigen Wärmeträger aus den Kollektoren reraus, so daß eine zusätzliche Wärmeträgermenge, die der w cen Kollektoren verdrängten Menge entspricht, in das Ausdehnungsgefäß hineingedrückt wird. Wenn bei weiterer Verdampfung des Wärmeträgers der gesamte Kollektor bzw. die gesanten Kollektoren mit Dampf gefüllt sind, so sollte der durch das verdrängte Wärmeträgervolukmen im Ausdehnungsgefäß angestiegene Druck 2,5 bar über Normal nicht übersteigen. Wenn der Kollektor bzw. die Kollektoren vollständig mit Dampf gefüllt sind, so kann bei weiterer Sonneneinstrahlung der Dampf zwar noch leicht überhitzt werden, jedoch ist die Wärmeübertragung an den überhitzten Dampf dann nur noch sehr gering, da der größte Teil der übertragenen Wärme wieder nach außen abgestrahlt wird. In diesem Stadium ist die weitere Volumenvergrößerung durch eventuelle Überhitzung des Dampfes vernachlässigbar gering.The expansion volume of the expansion vessel is expediently at least equal to the sum of the volume of the amount of heat transfer medium, as under normal operating conditions in the collector, and the maximum expansion volume of the total liquid Heat transfer medium plus about 10% of the collector content for further volume increase by overheating the steam. For example, if the temperature of the Collector or heat transfer medium located in the collectors increases so far that the heat transfer medium in the collectors begin to evaporate, see above the resulting steam pushes the liquid heat carrier out of the collectors, so that an additional amount of heat transfer fluid displaced by the w cen collectors Amount is pressed into the expansion vessel. If with further Evaporation of the heat transfer medium of the entire collector or the entire collectors are filled with steam, the volume of heat displaced by the heat transfer medium in the In the expansion vessel, do not exceed the increased pressure 2.5 bar above normal. if the collector or collectors are completely filled with steam, then at Further exposure to sunlight the steam will still be slightly overheated, however the heat transfer to the superheated steam is then only very low, there most of the transferred heat is radiated outwards again. In this The stage is the further increase in volume due to possible overheating of the steam negligibly small.

Ferner kann die zum Transport des Wärmeträgers vorgesehene e wälzpumpe bei einer Temperatur des Wärmeträger von etwa 95@ automatisch ausschaltbar sein. Dadurch wird erreicht, daß der Wärmeträger praktisch keine weitere Wärme mehr aufnimmt.Furthermore, the circulation pump provided for transporting the heat transfer medium can be used be automatically switched off at a temperature of the heat transfer medium of about 95 @. This ensures that the heat carrier practically no longer absorbs any more heat.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated in the drawing, for example and described in detail below with reference to the drawing.

In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Heizungsanlage veranschaulicht. Nach der Zeichnung verbindet ein geschlossenes Rohrleitungssystem @ e ein Sonnenkollektor 2 mit einem Wärmeaustauscher 3. Der Wärmeaustauscher 3 ist im wesentlichen als Wasserspeicher ausildt, der in seinem unteren Bereich einen Kaltwassereinlaß 4 und in einen oberen Bereich einen Warmwasserauslaß 5 aufweist. Der Wärmeaustauscher kann zur Erzeugung von warmem Brauchwasser oder aach zur Schwimmbeckenwassererwärmung dienen.The drawing shows an exemplary embodiment in a schematic representation a heating system illustrated. According to the drawing, a closed one connects Piping system @ e a solar collector 2 with a heat exchanger 3. The heat exchanger 3 is essentially designed as a water reservoir in its lower area has a cold water inlet 4 and a hot water outlet 5 in an upper region. The heat exchanger can be used to generate hot domestic water or to heat swimming pool water to serve.

Im Innern des Wärmeaustauschers befindet sich eine Rohrschlange @, durch die der im Sonnenkollektor 2 erwärmte Wärmeträger, vorzugsweise Wasser, hindurchgeführt wird und seine Wärme an das dem Wärmeaustauscher 3 befindliche Wasser abgibt.Inside the heat exchanger there is a coil @, through which the heat transfer medium, preferably water, heated in the solar collector 2, is passed and its heat is transferred to the water located in the heat exchanger 3.

In das Vorlaufzweig des Rohrleitungssystems 1 ist eine UmwälzuinrJe 7 vorgesehen, die das Wasser durch den Kreislauf fördert.In the flow branch of the pipeline system 1 is a UmwälzuinrJe 7 provided, which promotes the water through the circuit.

nie Umwälzpumpe 7 wird mit Hilfe eines im oberen Bereich des Wärmeaustauschers 3 angeordneten Temperaturfühlers S ir hängigkeit von der Temperatur des in dem Wärmeaustauscher befindlichen Brauchwassers gesteuert. Wenn die Temperatur aes Brauchwassers unter eine bestimmte Minimaltemperatur absinkt, wird die Umwälzpumpe eingeschaltet, und wenn das Brauchwasser ei bestimmte Maximaltemperatur erreicht hat, wird die Umwälzputze wieder ausgeschaltet.Circulation pump 7 is never operated with the aid of a in the upper area of the Heat exchanger 3 arranged temperature sensor S ir dependent on the temperature of the in the heat exchanger the domestic hot water. When the hot water temperature is below drops a certain minimum temperature, the circulation pump is switched on, and when the domestic water has reached a certain maximum temperature, the circulating plaster turned off again.

Darüber hinaus muß aber auch darauf geachtet werden, daß als Wärmeträger dienende Umlaufwasser nicht zu heiß w rl. Zur Überwachung der Temperatur des Umlaufwassers ist in dem Rohrleitungssystem 1 ein weiterer Temperaturfühler 13 angeordnet, der die Temperatur des Umlaufwassers mißt. Wenn das Umlaufwasser einen Maximalwert von etwa 950 C erreicht, wird die Umwälzpumpe unabhängig von der Temperatur des in dem Wärmeaustauscher 3 befindlichen Brauchwassers abgeschaltet, so das der Wärmeträger keine weitere Wärme in dem Kollektor 2 mehr aufnimmt.In addition, however, care must also be taken that as a heat transfer medium The circulating water used is not too hot. To monitor the temperature of the circulating water a further temperature sensor 13 is arranged in the pipeline system 1, the measures the temperature of the circulating water. When the circulating water has a maximum value of reaches about 950 C, the circulation pump is independent of the temperature of the in the Heat exchanger 3 located domestic water switched off, so that the heat transfer medium no more heat in the collector 2 absorbs.

Neben dem Wärmeaustauscher 3 ist ein Ausdehnungsgefäß 9 installiert, das vorzugsweise an den Rücklaufzweig des Rohrleitungssystems 1 über eine kurze Verbindungsleitung 10 angeocilossen ist. Das Ausdehnungsgefäß 9 ist mit einer Membran 11 unterteilt, deren dem Wärmeträger gegenüberliegende Seite mit einem Druck beaufschlagt ist, der mindestens gleich der Summe aus dem statischen Gegendruck aus dem Rohrleitungssystem und aes Pumpendruck ist, Jedoch vorzugsweise höchstens 2,5 bar Überdruck beträgt.An expansion vessel 9 is installed next to the heat exchanger 3, preferably to the return branch of the pipeline system 1 via a short Connection line 10 is angeocilossen. The expansion vessel 9 is provided with a membrane 11 divided, the opposite side of which is pressurized to the heat carrier is at least equal to the sum from the static counter pressure from the piping system and aes pump pressure, but preferably at most 2.5 bar overpressure.

Das Ausdehnungsgefäß 9 weist ein ausreichend großes Ausdehnungsvolumen auf, das so bemessen ist, daß es zusätzlich zu dem maximalen Ausdehnungsvolumen des Umlaufwassers diejenige Wassermenge aufnehmen kann, die unter extremen Bedingungen, nämlich bei Verdampfung des Wassers im Sonnenkollektor, aus diesem verdrängt wird, zuzüglich etwa 10 % des Kollektorinhalts für weitere Volumenvergrößerung durch eventuelle Überhitzung <ics Dampfes.The expansion vessel 9 has a sufficiently large expansion volume on, which is dimensioned so that it is in addition to the maximum expansion volume of the circulating water can absorb the amount of water that, under extreme conditions, namely, when the water evaporates in the solar collector, it is displaced from it, plus about 10% of the collector's content for further volume expansion through eventual Overheating <ics of the steam.

Ah die Verbindungsleitung, die das Ausdehnungsgefäß 9 mit dem Rohrleitungssystem verbindet, ist aus Sicherheitsgründen ein Sicherheitsventil 12 angeschlossen.Ah the connection line that connects the expansion tank 9 with the pipeline system connects, a safety valve 12 is connected for safety reasons.

Das Ausdehnungsgefäß 9, das bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel neben dem Wärmeaustauscher im tiefsten bereich des Rohrleitungssystems angeordnet ist, kann je nach den vorhandenen baulichen Gegebenheiten auch an jede beliebige andere Stelle des Rohrleitungssystems angeschlossen werden, ohne daß dadurch seine Funktionstüchtigkeit beeinträchtigt wird.The expansion tank 9, which is shown in the drawing Embodiment next to the heat exchanger in the deepest area of the pipeline system is arranged can, depending on the existing structural conditions, also to each any other point of the pipeline system can be connected without this its functionality is impaired.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (4)

Patentansxrüche () Heizungsanlage mit mindestens einem Sonnenkollektor, einem Wärmeaustauscher, einem durch den Sonnenkollektor SOWi 4 Wärmeaustauscher führenden geschlossenen Rohrleitungssystem mit einem flüssigen Wärmeträger, einer Umwälzpumpe zum Transport des Wärmeträgers und einem Ausdehnungsgefäß. Patent claims () heating system with at least one solar collector, one heat exchanger, one through the solar collector SOWi 4 heat exchanger leading closed pipeline system with a liquid heat carrier, a Circulation pump for transporting the heat transfer medium and an expansion tank. d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausdehnungsgefäß (9) an das Rohrleitungssystem (1) an einer Stelle angeschlossen ist, die unterhalb der Oberkante des Sonnenkollektors (2) liegt, und daß das Ausdehnungsgefäß (9) ein Membrangefäß ist, dessen dem Wärmeträger gegenüberliegende Seite druckbeaufschlagt ist. d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the expansion vessel (9) is connected to the pipeline system (1) at a point below the upper edge of the solar collector (2) is, and that the expansion tank (9) a The membrane vessel is pressurized on the opposite side of the heat transfer medium is. 2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -X e n n z e i c h n e t , daß der Druck, mit dem die dem Wärmeträger gegenüberliegende Seite der Membran (11) des Ausdehnungsgefäßes (9) beaufschlagt ist, mindestens gleich der Summe aus dem statischen Gegendruck aus dem Rohrleitungssystem (1) und dem Pumpendruck ist. 2. Heating system according to claim 1, d a d u r c h g e -X e n n z e i c h n e t that the pressure with which the side opposite the heat transfer medium the membrane (11) of the expansion vessel (9) is acted upon, at least the same the sum of the static back pressure from the Piping system (1) and the pump pressure. 3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausdehnungsvolumen des Ausdehnungsgefäßes (9) mindestens gleich der Summe es Volumens der Wärmeträgermenge, die sich unter normalen Betriebsbedingungen im Sonnenkollektor befindet, und dem maximalen Ausdehnungsvolumen des gesamten flüsigen Wärmeträgers zusätzlich etwa 10 % des Kollektorinhalts für weitere Volumenvergrößerung durch Überhitzung des Dampfes ist.3. Heating system according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the expansion volume of the expansion vessel (9) is at least equal to the sum of the volume of the amount of heat transfer medium that is available under normal operating conditions located in the solar collector, and the maximum expansion volume of the total liquid Heat transfer medium in addition to about 10% of the collector content for further volume increase by overheating the steam. 4. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Wasser als Wärmeträger, d a d <1 u r c h g e k e n r -z e i c h r, e t , daß die zum Transport des Wärme trägers vorgesehene Umwälzpumpe (7) bei einer Temperatur des Wärmeträgers von etwa 950 C automatisch ausschaltbAr ist.4. Heating system according to one of claims 1 to 3, with water as Heat transfer medium, d a d <1 u r c h g e k e n r -z e i c h r, e t that the transport of the heat carrier provided circulation pump (7) at a temperature of the heat carrier can be switched off automatically from approx. 950 C.
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