DE3019318A1 - Heizungs- und warmwasserbereitungsanlage - Google Patents

Description

DR.-ING. EUGEN MÄIER ." DR.-ING."ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

STUTTGART

A 12 8. Mai 1980 • Solar Wärmetechnik - 4 ·? f - na

Beschreib u η q .

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Warmwasserberei— tungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben Gattung.

Es ist eine Anlage dieser Art bekannt (DE-OS 27 15 268), deren Wärmetauscher in einen Sonnenkollektorkreislauf eingebunden und als auf der Mantelfläche des Brauchwasser— wärmers angeordnete Rohrschlange ausgebildet ist. Da die Sonnenenergie vor allem ,in den Wintermonaten nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung steht, ist dort in dem .Speicherbehälter ein als elektrische Heizwendel ausgebildeter Zusatzheizer vorgesehen.

Weiter ist bereits früher vorgeschlagen worden, die im Verflüssiger einer Kältemaschine anfallende Abwärme mittels eines in einen Brauchwarmwasserbehälter eintauchenden Wärmetauschers zur Warmwasserberextung zu verwenden. Die Nutzung der Verflüssigerwärme ist vor allem bei Betrieben von Interesse, die über größe Kaiteaggregate mit ausreichen-

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der Wärmeabgabe auf der Verflüssigerseite verfugen. Hierzu gehören u. a. Gaststätten, Hoteis, Metzgereien, Lebensmittelgroßhandlungen und dgl. Der Anfall an Verflüssigerwärme einerseits und der Warmwasserbedarf andererseits sind in der Regel allerdings zeitlich nicht aufeinander abgestimmt, so daß in Stoßzeiten für den Warmwasserbedarf keine oder nicht genügend Verflüssigerwärme für die rasche Aufheizung des Brauchwassers anfällt und umgekehrt, bei Erreichen der Maximaltemperatur im Brauchwasserwärmer eine ausreichende Kühlung der Kältemaschine nicht mehr gewährleistet ist. Die angestrebte Doppelfunktion einer Nutzung der Verflüssigerwärme für die Brauch- . warmwasserbereitung und einer ausreichenden Kühlung des Kältemasehinenverflüssigers kann mit einer solchen Anordnung daher nur unvollkommen realisiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- und .Warmwasserbereitungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit der eine annäherd vollständige Nutzung der am Verflüssiger einer Kälteanlage anfallenden Abwärme und zugleich eine nahezu immer ausreichende Kühlung des Kältemasehinenverflüssigers ohne Fremdkühlung gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich

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aus den Unteransprüchen.

In dem erfindungsgemäßen, mit Wasser gefüllten Wärmespeicher bildet sich bei entsprechend aufeinander abgestimmter Wärmezu- und abfuhr.ein relativ stabiles Temperaturprofil mit von unten, nach oben ansteigender Temperatur aus. Demgemäß wir aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der direkt oder über einen Sekundärkreislauf mit der Verflüssigerwärme einer Kältemaschine beaufschlagten Wärmetauscher im unteren Bereich des großvolumigen Speicherbehälters ständig eine Temperaturdifferenz vorhanden sein, die sowohl eine ausreichende Kühlung des Verflüssigers als auch eine annähernd vollständige Abgabe der Verflüssigerwärme an den Wärmespeicher gewährleistet. Um etwaige zeitlich unterschiedliche Variationen im Heiz- und Brauchwarmwasserbedarf einerseits und im Wärmeanfall am Wärmetauscher andererseits weitgehend ausgleichen zu können, ist es zweckmäßig, den Wärmespeicher so groß zu wählen, daß der maximale Wärmeinhalt bei normalen Betriebsbedingungen mindestens das Fünffache der täglich anfallenden, an den Wärmespeicher abgegebenen Verflüssigerwärme beträgt. ■ .

Zur Stabilisierung der Temperaturschichtung im Wärmespeicher ist es vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher etwa auf der Höhe eines im Speicherbehälter angeordneten, mit Kaltwasser beaufschlagten, dem Brauchwasserwärrner vorgeschalteten . 130048/0348

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Brauchwasservorwäriner angeordnet ist. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann dadurch erzielt werden, daß der den Wärmetauscher enthaltende Bereich des Speicherbehälters durch eine vertikale wärmeleitende Trennwand von dem den Brauchwasservorwärmer und/oder die Rohranschlüsse für den Heizkreislauf und für den Zusatzheizer enthaltenden Bereich getrennt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher im unteren Viertel des Speicherbehälters angeordnet, während die zum Heizkreislauf und zum Zusatzheizer führenden Rohranschlüsse sowie die Brauchwassernachwärmer in der oberen Hälfte des Speicherbehälters angeordnet sind. Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Teil des Wärmetauschers durch eine in unmittelbarem thermischem Kontakt mit der Mantelfläche des Brauchwasservorwärmers befindliche Rohrschlange gebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen ■

Fig. 1 die Vorderansicht eines Wärmespeichers mit einem Schema einer Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage;

Fig.2 einen Schnitt durch einen Wärmespeicher mit einem Schema einer gegenüber Fig. 1 etwas abgewandelten

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Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage.

Die in der Zeichnung gezeigte Heizungs- und Warmwasser- . bereitungsanlage enthält einen Großraum-Wärmespeicher 10 aus Stahl mit einem Wasserinhalt von beispielsweise fünf bis zehn m , der für einen Betriebsdruck von typischerweise 0,8 bar ausgelegt ist* In der in Pig. I gezeigten zweigeteilten Frontabschlußplatte 12 sind insgesamt drei Flansche 14 für einen, untenliegenden Brauchwasservor— wärmer 16 und zwei obenliegende Brauchwassernachwärmer 18 sowie zwei Flansche 20 für Wärmetauscher 22 vorgesehen. Außerdem enthält der.Wärmespeicher 10 Rohr- und Befesti— gungsmuffen für folgende Anschlußgruppen: Zentralheizung 24, Brauchwarmwasser 26, Abwärmekreislaufe27 von Kältemaschinen 28, Sonnenkollektorkreislauf 30, Wärmepumpe 32, Schwimmbadheizung 34 und Heizkessel 64, 68.

Die drei Brauchwarmwasserbereiter 16, 18 sind horizontal im Wärmespeicher 10 angeordnet. Das Kaltwasser tritt an dem Anschluß 36 in den Vorwärmer 16 ein, erwärmt sich dort auf ca. 30-40⁰C und gelangt über die Steigleitung 38 und die Anschlüsse 40 .in die beiden obenliegenden Nachwärmer' 18, in denen es auf 50 - 65 C aufgeheizt und über die Anschlüsse 42 an die Warmwasserverbraucher 26 abgegeben wird. Für die Überwachung der Wassertemperatur in den Brauchwarmwasserbereitern 16, 18 sind geeignete Messfüh- '. . - 130048/034 &

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ler 44 mit Anzeigeinstrumenten 46 vorgesehen.

Der Sonnenkollektorkreislauf 30 enthält mindestens einen zum Beispiel auf einem Gebäudedach angeordneten Sonnenkollektor 48 und ist über die Anschlüsse 50 an schlangenförmig auf den zylindrischen Mantelflächen der Brauchwarmwasserbereiter 16, 18 aufgeschweißten Wärmetauscherkanälen 52 angeschlossen. Vorrangig wird die Sonnenenergie an die beiden obenliegenden Nachwärmer' 18 abgegeben. Nähert sich aber die Temperatur im Kollektorkreislauf 30 der Nachwärmertemperatur bis auf 5 K an, so ist ein wirksamer Wärmeübergang zum Nachwärmer 18 nicht mehr gewährleistet. In einem solchen Falle wird der Sonnenkollektorkreislauf über das Dreiwegeventil 54 auf den untenliegenden kälteren Vorwärmer 16 umgeleitet. In beider Fällen wird gleichzeitig Wärme auch unmittelbar an das Speicherwasser abgegeben. Die Steuerung des Dreiwegeventils 54 erfolgt automatisch über ein Steuergerät 56, das sowohl über die Meßstellen 58 die Temperaturen der Brauchwarmwasserbereiter 16, 18 als auch über die Meßstelle 60 die Temperatur am Ausgang des Sonnenkollektors 48 überwacht und auswertet. Über das Steuergerät 56 wird außerdem die im Kbllektorkreislauf angeordnete Umwälzpumpe 62 angesteuert.

Die Wärmetauscher 22 der die Verflüssigungswärme der Kühlaggregate 28 abführenden Abwärmekreisläufe 27 greifenhori-

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zontal in den unteren Bereich des Speicherbehälters 10 neben dem Brauchwasservorwärmer 16 ein. Lediglich der Übersichtlichkeit, halber ist in Fig. 2 der Wärmetauscher 22 über·dem Vorwärmer 16 eingezeichnet. Da sich innerhalb des Wärmespeichers 10 eine Temperaturschichtung mit von unten nach oben ansteigender Temperatur einstellt, wird durch die Anordnung der Wärmetauscher 22 im unteren Viertel des Speicherbehälters 10 eine gute Wärmeabgabe an das Speicherwasser und damit eine ausreichende Wärmeabfuhr von den Kühlaggregateri 22 gewährleistet. Die bisher nutzlos an die Umwelt abgegebene Verflüssigungswärme großer Kühlaggregate wird somit sinnvoll für die Raumklimatisierung und Brauchwarmwasserbereitung genutzt. Hinzu kommt, daß das jetzt lediglich noch aus Sicherheitsgründen vorhandene Kühlgebläse am Kühlmaschinenverflüssiger in der Regel abgeschaltet bleibt und somit keinen Strom verbraucht. .

Sofern, die über die Kühlaggregate 28 und den Sonnenkollek— torkreislauf 30 zur Verfügung stehende Heizleistung nicht ausreicht, können verschiedene Zusatzheizungen zugeschaltet werden. Dies gilt insbesondere in den Wintermonaten, in _; denen das durch die Verflüssigungswärme und die Sonnenenergie vorgewärmte Speicherwasser zum Beispiel durch einen Gas-Durchlauferhitzer 64 oder eine Wärmepumpe 32 auf die für Heizungszwecke benötigte Vorlauftemperatür von 50 65 ° C erwärmt wird. Aufgrund der großen Speicherkapazität

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ergeben,sich dabei lange Laufzeiten und optimale Wirkungsgrade.

Um auch einen eventuellen Spitzenbedarf decken zu können, ist zusätzlich ein Öl-Heizkessel 68 in die Anlage eingebunden.

Das Heizungswasser wird durch die Heizungsumwälzpumpe 70 über den Anschluß 72 unmittelbar aus dem oberen Speicherbereich entnommen und mit einem Vierwegemischer 74 auf die gewünschte Vorlauftemperatur heruntergemischt. Ein Teil des an den Heizkörpern 24 abgekühlten Wassers gelangt über den ebenfalls noch in der oberen Hälfte des Speicherbehälters10 angeordneten Rücklaufanschluß 78 wieder zurück in den Speicherbehälter. Der Mischer 74 und die Heizungsumwälzpumpe 70 werden automatisch über ein Zentralsteuer.-gerät 80 gesteuert, das über einen Raumthermostat 82 die Temperatur in den zu klimatisierenden Räumen überwacht.

Die Regelung der Speichertemperatur erfolgt über einen Kesselthermostaten, der nach Maßgabe der Abweichung der an der Meßstelle 84 gemessenen von den vorgeschriebenen Speicher.temperaturen den Gasbrenner 64 und/oder den Ölbrenner sowie die zugehörige Wasserumwälzpurr.pe 86 ein- und ausschaltet. Durch die Anordnung der Kessel-Vor- und Rücklaufanschlüsse 88, 90 etwa in mittlerer Höhe des Speichers wird erreicht,

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daß im Bereich der Nachwärmer 18 eine etwa konstante Temperatur von 50-65 C erhalten wird, während gleichzeitig im unteren Viertel des Speicherbehälters eine für die Kühlung, der Kältemaschinen 28 ausreichend niedrige Temperatur beibehalten wird.

Die oben beschriebene Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage ist besonders für Betriebe geeignet, die über Kühlaggregate relativ großer Leistung mit einem entsprechend großen Anfall an Verflüssigerwärme verfügen, beispielsweise für Gaststätten, Hotels, Metzgereien, Lebensmittelgroßhandlüngen und dgl.

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Claims (7)

1. DR.-ING. EUGEN ivfÄIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

   ' . PATENTANWÄLTE .

   ■ ZUGELASSENEVERTRETERVOR DEM EUROPAISCHEN PATENTAMT

   D R B S D N K R B a'n K Λ Q TBLBFONi (Ο711) 34 0701/S · STUTTGART NR. 1030 034

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   Λ 12 434 0. Mai 1980 f - na

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   7980 Ravensburg 1. ;

   Heizungs- und Watmwasserbereitungsanlage

   ■ · · · ' A ns ρ r ü ehe . ■

   ( 1.J Heizungs- und Wartnwasserbereitungsanlage mit einem über entsprechende Vor-und Rücklaufanschlüsse unmittelbar an einen Heizkreislauf einer Warmwasserheizung anschließbaren Wärmespeicherbehälter, mindestens einem innerhalb des Speicherbehälters angeordneten Brauchwasserwärmer, mindestens einem in den Speicherbehälter eintauchenden, von einem Heizmedium durchströmten Wärmetauscher und

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   mindestens einem in den Speicherbehälter eingreifenden oder über entsprechende Rohranschlüsse an den Speicherbehälter anschließbaren Zusatzheiser, d ad ure h g e k e η η ζ e i c h η et , daß der Wärmetauscher (22) .direkt oder über einen Sekundärkreislauf C27) mit der Verflüssigerwärme einer Kältemaschine (28)· beaufschlagbar ist und in einen Bereich unterhalb der Vor- und Rücklaufanschlüsse (72, 78? 88, 90) des Heizkreislaufs (24) und des Zusatzheizers (64? 68; 32) sowie unterhalb des Brauchwasserwarmers (18) etwa horizontal in den Speicherbehälter (10) eintaucht. ,
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, da durch g e k e η η— ze i c h η e t ., daß der Wärmetauscher (22) etwa auf der Höhe eines im Speicherbehälter (10) angeordneten, mit Kaltwasser (Anschluß 36) beaufschlagten, dem Brauchwasserwärmer (18) vorgeschalteten Brauchwasservorwärmer (16) angeordnet ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e η η .zeichnet , daß der den Wärmetauscher (22) enthaltende Bereich des Speicherbehälters (10) durch eine vertikale wärmeleitende Trennwand von dem den Brauchwasservorwärmer (16) enthaltenden Bereich getrennt ist.
4. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ■ da durch

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   g e k e η η ze i c h η et , daß der Wärmetauscher (22) im unteren Viertel und die zum Heizkreislauf (24) und zum .Zusatzheizer (64, 68) führenden Rohranschlüsse (72, 78; 88/ 90) sowie der Brauchwasserwärmer (18) in der oberen Hälfte des Speicherbehälters (10) angeordnet sind.
5. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e. k en η ζ ei c h η e t , daß zumindest ein Teil des Wärmetauschers durch eine in unmittelbarem thermischem Kontakt mit der Mantelfläche des Brauchwasservorwärmers befindliche Rohrschlange, gebildet ist.
6. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e η η ζ ei σ h net , daß ' der den Wärmetauscher. (22) enthältende Bereich des Speicherbehalters (10) durch eine vertikale wärmeleitende Trennwand von dem die Rohranschlüss.e für den Heizkreislauf (24) und/oder für den Zusatzheizer (64, 68) enthaltenden Bereich getrennt
7. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k en η ζ e i c. h η β t , daß der bei normalen Betriebsbedingungen maximal verfügbare Wärmeinhalt des Wärmespeichers mindestens das Fünffache der täglich anfallenden» an den Wärmespeicher abgegebenen Verflüssiger-

   .wärme beträgt.

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