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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für eine Warmwasserheizungsanlage
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige mit Nachtstrom aufhelzbare Wärmespeicher werden als Wärmequellen
für Heizanlagen von einzelnen Wohnungen verwendet.
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Der gesamte Wärmespeicher inklusive einer den eigentlichen Speicherblock
umschließenden Isolierschicht und eines äußeren Blechgehäuses hat die üblichen Einbaumaße
eines Geschirrspülers oder einer Waschmaschine und kann wie diese Geräte in einer
Einbauküche aufgestellt werden. Selbst wenn man auf die Einhaltung derartiger Normmaße
verzichten würde, könnte man die Größe eines derartigen Wärmespeichers nicht beliebig
erhöhen, um größere Wohnungen auf gleiche Weise heizen zu können, da das Gewicht
des Wärmespeichers hierbei stark zunehmen würde und die Belastbarkeit der Decke
des Wohngebäudes rasch überschritten würde.
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Die bekannten mit Nachtstrom beheizten Wärmespeicher eignen sich somit
nur zur Verwendung in Heizanlagen für kleinere Wohnungen, in der Regel 2- oder 3-Zimmerwohnungen.
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Durch die vorliegende Erfindung scll ein elektrisch beheizter Wärmespeicher
für eine Heizanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden,
daß er sich auch für größere Heizanlagen in größeren Wohnungen eignet, ohne daß
sein Gewicht nennenswert vergrößert wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Wärmespeicher
gemäß Anspruch 1.
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Bei der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß das Aufheizen des
Speicherblockes durch Nachtstrom insbesondere an sehr kalten Tagen nicht bis auf
die vorgesehene maximale Speichertemperatur erfolgt, da schon in der Nacht dem Speicherblock
wieder
Wärme entzogen wird. Zu Beginn der Tagstromzeit ist der Speicherblock
also nur teilweise mit Wärme aufgeladen. Dieser nachteilige Effekt tritt dann besonders
verstärkt auf, wenn man mit einer nächtlichen Temperaturabsenkung arbeitet, weil
dann gerade in den frühen Morgenstunden eine hohe Heizleistung benötigt wird, welche
dem Speicherblock entnommen werden muß.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher kann der während der Nachstromzeit
auftretende Wärmebedarf der Heizanlage direkt durch den ebenfalls mit billigem Nachtstrom
arbeitenden Durchlauferhitzer gedeckt werden; die Wärmeaufladung des Speicherblockes
kann also unabhängig vom momentanen Wärmebedarf der Heizanlage bis zum Maximum erfolgen.
Insbesondere kann das Wiederanheben der Temperatur am Morgen durch den Durchlauferhitzer
rasch und unter Verwendung von billigem Nachtstrom direkt erfolgen; dem Speicherblock
wird hierzu noch keine Wärme entzogen, man geht mit voll aufgeladenem Speicherblock
in den Normaltarifbereich des Tages hinein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher ist somit die Speicherkapazität
nicht auf die unter ungünstigsten Wetterbedingungen erforderliche maximale Heizleistung
ausgelegt; sie braucht nur den Wärmebedarf innerhalb der Normaltarifzeiten in etwa
abzudecken. Auch dies braucht aber nicht für extremste Außentemperaturen gewährleistet
zu sein, da in diesen selten auftretenden Fällen mit Normaltarifstrom durch den
Durchlauferhitzer zugeheizt werden kann. Es entstehen dabei zwar an diesen wenigen
Tagen höhere Heizkosten, man kann aber auf diese Weise von der bequemen, sauberen,
störunanfälligen und bei Nichtauftreten extremer Temperaturverhältnisse billigen
Heizung auch in größeren Wohnungen Gebrauch machen, bei denen dies bisher nicht
möglich war.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist der,
daß man kurze Niedertarifzeiten während des Tages, welche in der Regel 1 1/2 bis
2 Stunden dauern und um die Mittagszeit liegen, sehr effektiv zur Temperaturerhöhung
verwenden kann,
da die volle Leistung des Durchlauferhitzers direkt
und ohne Verzögerung dem Heizkreislauf zugeführt wird. Gleichzeitig kann auch noch
der Speicherblock wieder aufgeheizt werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist der,
daß man nach Außerbetriebnahme der Heizung, z. B. während eines Urlaubs, die Wohnung
rasch wieder aufheizen kann. Dies ist bei bekannten elektrisch beheizten Wärmespeichern
nicht möglich, da das Aufheizen des Speicherblockes viel Zeit benözeigt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist sichergestellt,
daß die vom Durchlauferhitzer abgegebene Wärme unmittelbar in den Heizkreislauf
abgegeben wird.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf
einen kompakten Aufbau des gesamten Wärmespeichers von Vorteil.
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Ein Gehäuse des Durchlauferhitzers, wie es im Anspruch 4 angegeben
ist, läßt sich leicht unter Verwendung von Rohrmaterial herstellen. Man erhält so
auch eine verlustfreie laminare Wasserströmung im Durchlauferhitzer.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist sichergestellt,
daß immer neue Bereiche des Wasserstromes in Berührung mit den Heizstäben kommen,
die Wärme vom Heizstab also sehr effektiv abgeführt wird.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 sichert eine einfache
gemeinsame Wartbarkeit von Durchlauferhitzer und Wärmetauscher und ist zudem im
Hinblick auf einen besonders kompakten Aufbau des Wärmespeichers von Vorteil.
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Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 dient einem
kompakten Aufbau des Wärmespeichers.
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Bei einem Wärmespeicher gemäß Anspruch 8 ist sichergestellt, daß der
hohe Leistung aufweisende Durchlauferhitzer nicht auf unzulässig hohe Temperatur
kommt.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 verhindert eine direkte
Wärmeabgabe des Durchlauferhitzers an den Raum, in welchem der Wärmespeicher aufgestellt
ist.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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In dieser zeigen: Fig. 1: eine perspektivische teilweise weggebrochene
Ansicht eines Wärmespeichers für eine Heizanlage einer Etagenwohnung; Fig. 2: eine
schematische Aufsicht auf die Vorderseite eines abgewandelten Wärmespeichers; und
Fig. 3: eine schematische Aufsicht auf die Vorderseite eines weiteren abgewandelten
Wärmespeichers.
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Fig. 1 zeigt einen Wärmespeicher für eine Etagenwarmwasserzentralheizung.
Ein Rahmen des Wärmespeichers besteht aus einer Grundplatte 10, welche über Winkelschienen
12 auf dem Boden ruht. Auf der Oberseite der Grundplatte 10 sind vier Winkelprofile
14 angeschweißt, deren obere Enden gegebenenfalls über angeschweiSte Verstrebungen
zusätzlich verbunden sein können.
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In die Winkelprofile 14 sind Wände 16 eingesetzt, welche aus Blech
oder aus Asbestzementplatten gefertigt sein können. Im Inneren des durch die Wände
16 begrenzten Raumes sind quaderförmige
Magnetitsteine 18 aufgeschichtet.
Zwischen den Magnetitsteinen 18 sind Heizdrähte oder Heizstäbe angeordnet, welche
in der Zeichnung nicht wiedergegeben sind und über elektrische Klemmen 20, 22 mit
dem Netz verbindbar sind. Ein Deckel 24 verschließt die offene obere Seite des durch
die Grundplatte 10, die Winkelprofile 14 und die Wände 16 gebildeten Behälters für
die Magnetitsteine 18.
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Die Magnetitsteine 18 sind so geschichtet, daß zwischen ihnen Durchgänge
26 verbleiben, durch welche Luft umgewälzt werden kann, über welche dem insgesamt
mit 28 bezeichneten Speicherblock die Wärme wieder entzogen werden kann. Hierzu
dient ein nicht näher gezeigtes Gebläse, das in einem Wärmetauscher 30 angeordnet
ist und die Luft an einer wasserdurchströmten gewendelten Wärmetauscherschlange
(ebenfalls nicht gezeigt) vorbeiführt, welche einlaufseitig mit einer Rücklaufleitung
31 der Heizanlage verbunden ist.
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Ein in den Speicherblock 28 hineinragender Temperaturfühler 32 ist
mit einer nicht gezeigten Speichersteuerelektronik verbunden, welche die Klemmen
20 und 22 dann vom Netz trennt, wenn die vorgesehene maximale Speichertemperatur
erreicht ist.
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Die oben beschriebenen Teile des Värmespaichers sind von einem Isoliermantel
34 allseitig umgeben, welcher in Fig. 1 ebenso wie ein ihn schützendes Blechgehäuse
36 fast vollständig weggebrochen ist.
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Bisher war es üblich, den Auslaß des Wärmetauschers 30 mit der Vorlaufleitung
der Heizanlage zu verbinden. Bei dem hier betrachteten Wärmespeicher ist zusätzlich
ein elektrischer Durchlauferhitzer 38 vorgesehen, welcher zwischen den Auslaß des
Wärmetauschers 30 und die mit 40 bezeichnete Vorlaufleitung der Heizanlage geschaltet
ist.
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Der Durchlauferhitzer 38 hat ein gestrecktes zylindrisches Gehäuse
42,
in welchem ein wendelförmiger Heizstab 44 angeordnet ist. Letzterer ist über Klemmen
46, 48 und die Speichersteuerelektronik mit dem Netz verbindbar. Der Einlaß und
der Auslaß des Gehäuses 42 sind in den Gehäusestirnwänden vorgesehen. In der Nähe
des Auslasses des Durchlauferhitzers 38 ist ein Übertemperaturwächter 50 angeordnet,
welcher ebenfalls mit der Speichersteuerelektronik verbunden ist und ein Unterbrechen
der Verbindung des Heizstabes 44 mit dem Netz herbeiführt, wenn vom Wasser der Heizanlage
z. B. wegen Ausfalles der Umwälzpumpe nicht so viel Wärme abgeführt werden kann
wie der Heizstab 44 abgibt.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist der Durchlauferhitzer 38 quer über dem Wärmetauscher
30 unter Verwendung von Schrauben 52 an Winkeln 54 befestigt, die ihrerseits an
den vorderen Winkelprofilen 14 festgeschweißt sind.
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Unter Verwendung einer geeignet programmierten Speichersteuerelektronik
arbeitet der oben beschriebene Wärmespeicher folgendermaßen: Während der Niedertarifzeiten
wird zumindest im letzten Teil (in der Praxis während der letzten beiden Stunden)
eine Wärmeentnahme aus dem Speicherblock 28 unterbunden; vielmehr wird dieser nur
noch auf die gewünschte Solltemperatur aufgeheizt, welche in bekannter Weise von
der jeweiligen Außentemperatur abgeleitet sein kann. Der momentane Wärmebedarf der
Heizanlage wird dagegen zumindest während dieses letzten Teiles der Niedertarifzeit
über den Durchlauferhitzer 38 gedeckt. Eine derartige Programmierung der Speichersteuerelektronik
sorgt dann automatisch auch dafür, daß der Wärmebedarf der Heizanlage bei kurzen
Niedertarifzeiten über den Durchlauferhitzer gedeckt wird.
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Zusätzlich kann die Speichersteuerelektronik für die Zeiträume, in
denen der Durchlauferhitzer 38 zugeschaltet wird, die Sollvorlauftemperatur erhöhen,
um auch die Wassermenge der Heizanlage zur kurzfristigen Wärmespeicherung heranzuziehen
und um
in dieser Zeit ein besonders rasches Annähern an die gewünschte
Raumtemperatur zu gewährleisten.
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Während der Normaltarifzeiten wird dagegen die Erregung des Durchlauferhitzers
38 im normalen Steuerbetrieb unterbunden.
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Eine zusätzliche Handschaltung kann vorgesehen sein, um bei Bedarf,
z. B. bei Rückkehr aus einem Urlaub, die Heizanlage mit Normaltarifstrom unter Verwendung
des Durchlauferhitzers 38 rasch anzufahren.
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In Fig. 1 sind die Größenverhältnisse des Durchlauferhitzers 38 stark
übertrieben, um Einzelheiten besser zeigen zu können. In der Praxis hat ein zylindrischer
Durchlauferhitzer mit einer Leistung von 4 kW eine Länge von etwa 60 cm und einen
Durchmesser von etwa 8 cm. Der Wärmetauscher 30 steht in Wirklichkeit auch weniger
über die Vorderseite des Speicherblockes 28 über als in Fig. 1 gezeigt. Die Anordnung
von Durchlauferhitzer und Wärmetauscher in einer gemeinsamen vertikalen Ebene bei
der Vorderseite des Speicherblockes ist im Hinblick auf kompakte Abmessungen und
leichte Wartung des Wärmespeichers von besonderem Vorteil.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen ähnlich kompakte Anordnungen von Speicherblock
28, Wärmetauscher 30 und Durchlauferhitzer 38.
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In Fig. 2 erstreckt sich der nur schematisch wiedergegebene Durchlauferhitzer
38 längs einer unteren seitlichen Kante des Speicherblockes 28. In Fig. 3 ist der
Durchlauferhitzer 38 in einem oberen Teil des Speicherblockes 28 untergebracht,
welcher von Magnetitsteinen 18 freigelassen ist.