DE3021422A1 - Solar heating system for service water - has pump controlling thermostat valves and vent for freezing, excess pressure and overheating protection - Google Patents

Solar heating system for service water - has pump controlling thermostat valves and vent for freezing, excess pressure and overheating protection

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Abstract

The solar heating system designed to supply hot water has the supply and return lines (4) to the heat collectors (5) connected by thermostatically operated valves (8) to extension lines to the water tank (2). These two valves are connected to a thermostat (7), located at the heat collectors. The return line to the tank incorporates a circulating pump (3) also connected to the thermostat. The supply line to the heat collectors incorporates an air vent (9) and the two valves also control flow to a common discharge line (6). The circuit operates so that at normal temps. and pressures less than the cold water mains supply (10) to the tank, water is circulated, but the members are controlled to offer protection against freezing by discharging part of the water in the pipes through the discharge tube (6). The water is also prevented from boiling or reaching an excess pressure.

Description

Beschreibung:Description:

Die Erfindung betrifft eine Übenvachungseinrichtung von Solaranlagen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Anwendungsgebiet sind also Solaranlagen, die der direkten, d.h. unmittelbaren Erwärmung von Brauchwasser mittels Sonnenkollektoren dienen. Diese stehen dann ebenso wie das gesamte Brauchwassersystem unter dem üblichen Kaltwasser-Netzdruck.The invention relates to a monitoring device for solar systems according to the preamble of claim 1. The field of application are therefore solar systems that serve the direct, i.e. immediate heating of domestic water by means of solar collectors. These stand then just like the entire domestic water system under the usual cold water network pressure.

Bei derartigen Solaranlagen ist es erforderlich, unzulässigen Druck durch Einfrieren bzw. Dampfbildung des Brauchwassers zu vermeiden, durch den die Anlage zerstört würde.With such solar systems it is necessary to use impermissible pressure Avoid freezing or the formation of steam in the domestic water, which would destroy the system.

Um die somit sowohl bei Unterkühlung unter den Gefrierpunkt des Wassers, als auch bei überhitzung über den Siedepunkt bestehende Oberdruckgefahr prinzipiell zu verhindern, müssen Solaranlagen zur direkten Brauchwassererwärmung entweder Sonnenkollektoren mit aufwendigen Frost- und Sonnenschutzeinrichtungen erhalten, oder sie müssen jeweils entleert werden. Ersteres bedeutet einen erheblichen Investitionsaufwand, letzteres geschieht bei Gefahr der Annäherung der Wassertemperatur an den Gefrierpunkt meist von Hand, so daß dieser Vorgang häufig zu wiederholen wäre, wenn das Solarstrahlungsangebot möglichst ausgenutzt werden soll. Gegen die Oberdruckgefahr durch Dampfbildung bei Oberschreiten des Siedepunktes des Brauchwassers könnten hilfsweise auch Oberdruckventile eingesetzt werden, die jedoch einen erheblichen Wasserverlust dadurch erzeugen, daß der unter dem Netzdruck stehende Kollektor nicht entleert, sondern durch das nachströmende Kaltwasser nur unter den Siedepunkt abgekühlt werden kann.In order to ensure that both undercooling below the freezing point of the water, and there is a risk of overpressure in the event of overheating above the boiling point To prevent this in principle, solar systems have to be used for direct domestic water heating Either get solar collectors with complex frost and sun protection devices, or they have to be emptied each time. The former means a considerable investment, the latter happens when there is a risk of the water temperature approaching freezing point mostly by hand, so that this process would have to be repeated frequently if the solar radiation is to be used as much as possible. Against the risk of overpressure due to the formation of steam when the boiling point is exceeded of the domestic water could also be used as an aid overpressure valves, which, however, produce a considerable loss of water in that the collector under the network pressure is not emptied, but through the incoming cold water can only be cooled below the boiling point.

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Diese Probleme haben dazugeführt, daß Solaranlagen zur direkten Wassererwärmung bisher üblicherweise nur zur Schwimrabecken-Wassererwärmung, nicht jedoch für unter dem Kaltwasser-Netzdruck stehendes Brauchwasser angewandt werden. So kann temperaturabhängig eine leichte Entleerung der Anlage z.B. durch Abschalten der den Kreislauf aufrecht erhaltenden Umwälzpumpe erfolgen. Außerdem ist die Überhitzung des gesamten Wasserhaushaltes wegen des hohen Wärmespeichervermögens des Schwimmbeckens im Gegensatz zu einer Solaranlage zur Brauchwassererwärmung ausgeschlossen. These problems have led to solar systems for direct water heating up to now usually only for swimming pool water heating, but not for service water under the cold water network pressure can be applied. Depending on the temperature, the system can be easily emptied, e.g. by switching off the Circulation pump. In addition, the entire water balance is overheating Due to the high heat storage capacity of the swimming pool, in contrast to a solar system for domestic water heating, excluded.

Üblicherweise xverden diese Anlagen vielmehr als indirekt wirkende, mit einem Zwischenmedium arbeitende Systeme ausgebildet. Dieses kann z.B. Thermoöl oder ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch in einem separaten Solarkreislauf mit Wärmetauscher sein. Bei diesen Konzepten ergeben sich jedoch ebenfalls verschiedene Nachteile.Usually these systems act as indirect ones an intermediate medium operating systems formed. This can e.g. thermal oil or a water-antifreeze mixture in a separate Be solar circuit with heat exchanger. However, these concepts also have various disadvantages.

Grundsätzlich verschlechtert sich zunächst einmal der Wirkungsgrad der indirekt, mit Zwischenkreislauf arbeitenden Anlage durch Inkaufnahme der unvermeidbaren Temperaturniveauabsenkung im Wärmetauscher. Thermoöl und Frostschutzmittel bedeuten zusätzliche Investitionskosten, beim ersteren auch für entsprechend resistente Materialien und Dichtungen. Anlagen mit Frostschutzmittelbeimischung werden üblicherweise mit Überdruckventilen gegen Dampfbildung dadurch gesichert, daß die Kollektoren durch Abblasen einer entsprechenden Menge des Strömungsmittels entleert werden. Dieses muß meist von Hand nachgefüllt werden, was unwirtschaftlichen Anlagenstillstand sowie zusätzlichen Material- und Personalaufwand nach sich zieht.Basically the efficiency of the first deteriorates indirect, with an intermediate circuit, by accepting the unavoidable drop in temperature in the heat exchanger. Thermal oil and antifreeze means additional investment costs, in the case of the former also for appropriately resistant materials and seals. Systems with antifreeze admixture are usually equipped with pressure relief valves secured against the formation of steam in that the collectors are emptied by blowing off a corresponding amount of the fluid will. This usually has to be refilled by hand, which leads to uneconomical system downtimes and additional material and personnel costs entails.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Überwachungseinrichtung der in Frage stehenden Art zu schaffen, die die beschriebenen Unzulänglichkeiten sowohl beim Einsatz direkter als auch indirekt arbeitender Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung vermeidet. Dabei soll die Gefahr der Bildung unzulässig hohen Überdrucks durch Einfrieren oder Dampfbildung des Brauchwassers durch temperaturabhängiges, teilweises Entleeren desThe object of the invention is to provide a monitoring device of The type in question to create the described inadequacies both when using direct and indirect solar systems for domestic water heating avoids. There should be the risk of the formation of inadmissibly high overpressure due to freezing or the formation of steam of the domestic water through temperature-dependent, partial emptying of the

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Solarkreislaufes behoben werden und auch das Wiederfüllen und -Inbetriebnehmen automatisch geschehen.The solar circuit can be remedied and also the refilling and commissioning happen automatically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombination der entsprechend ergänzten hydraulischen Schaltung des Solarkreislaufes mit einer vorzugsweise elektrischen Schalteinrichtung und einer üblichen Einrichtung zur Be- und Entlüftung der Solarrohrleitung gelöst. Dabei bildet der übliche, einfache Solarkreislauf mit Vor- und Rücklaufleitung durch vorzugsweisen Einbau zweier Umschaltorgane zwei getrennte Teile. Der untere besteht aus dem Speichergefäß, der Umwälzpumpe, dem Kaltwasser-Anschluß und den beiden Vor- und Rücklaufleitungen bis zu den Umsehaltorganen und läßt sich hier temperaturabhängig nach oben abschließen. Der obere Teil enthält neben den Sonnenkollektoren, einer Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung und den restlichen Rohrstrecken der Vor- und Rücklaufleitungen diese Umschaltorgane und eine gemeinsame oder zwei Ablaufleitungen, über die er bei Überdruckgefahr zu entleeren ist. Diese Oberdruckgefahr ist durch die Annäherung der Brauchwassertemperatur im Kollektor an den Gefrier- bzw. Siedepunkt des Wassers gekennzeichnet. Sie wird durch einen (Doppel-) oder mehrere (Einfach-) Thermostaten gemessen, die die Umschaltorgane und die Umwälzpumpe steuern. Bei normaler Betriebstemperatur der Solaranlage sind die Umschaltorgane auf Durchgang vom unteren zum oberen Teil des Solarkreislaufes geschaltet und zugleich die Ablaufleitung(en) abgesperrt sowie die Umwälzpumpe eingeschaltet. Bei Annäherung an die gennanten Grenztemperaturen erfolgt das Umschalten auf Absperrung und Entleerung des oberen Teils des Solarkreislaufes und das Abschalten der Umwälzpumpe.According to the invention, this object is achieved by a combination of the corresponding supplemented hydraulic circuit of the solar circuit with a preferably electrical switching device and a conventional device released for ventilation of the solar pipeline. The usual, simple solar circuit with flow and return lines forms through preferential installation of two switching elements two separate parts. The lower one consists of the storage tank, the circulation pump and the cold water connection and the two supply and return lines to the Umsehaltorganen and can be closed at the top here depending on the temperature. In addition to the solar collectors, the upper part contains a pipe ventilation device and the remaining pipe sections of the supply and return lines, these switching devices and a common or two drainage lines, via which it is to be emptied if there is a risk of overpressure. This risk of overpressure is due to the approaching of the domestic water temperature marked in the collector at the freezing or boiling point of the water. It is controlled by one (double) or several (single) thermostats measured, which control the switching devices and the circulation pump. At normal operating temperature of the solar system, the switching devices are open Passage from the lower to the upper part of the solar circuit is switched and at the same time the drain line (s) are shut off and the circulation pump is switched on. When the mentioned limit temperatures are approached, the system switches to blocking and emptying the upper part of the solar circuit and switching off the circulation pump.

Die Vorteile dieser Lösung bestehen im Vermeiden sämtlicher geschilderter Nachteile, ohne - bei Beachtung der Auslegung auf den Kaltwasser-Netzdruck - mit einem eigenen Nachteil verbunden zu sein. Die Solaranlage zur direkten Brauchwassererwärmung besitzt einen deutlich besseren Wirkungsgrad als eine mit Zwischenkreislauf, -Medium und Wärmetauscher wesentlich aufwendiger ausgerüstete, indirekt arbeitende Solaranlage. MitThe advantages of this solution consist in avoiding all of the above Disadvantages without being associated with a disadvantage of their own - if the design for the cold water network pressure is taken into account. The solar system for direct domestic water heating has a significantly better efficiency than one with an intermediate circuit, medium and heat exchanger more elaborately equipped, indirectly working solar system. With

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der erfindungsgemäßen Ausrüstung funktioniert die direkte Solaranlage völlig unabhängig von menschlichen Eingriffen, daher nicht nur investitionskostengünstiger, sondern auch hinsichtlich der Personalkosten für Überwachung, Inbetriebnahme und Störungsbeseitigung. Die Betriebsmitte lverluste beschränken sich auf die unbedeutende Menge bloßen Wassers des oberen Teiles des Solarkreislaufes, das praktisch kostenlos auch öfters ersetzt werden darf, da die Nutzungszeit der Solaranlage dadurch auch auf Zeiten mit nutzbarer Solarstrahlung während der kalten Jahreszeit ausgedehnt werden kann. Vor allem werden aber in der heißen Jahreszeit Betriebsstörungen durch überhitzung ausgeschlossen, die bei einer mit Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch arbeitenden üblichen, indirekten Solaranlage dann unvermeidbar sind, wenn bei geringem Brauchwasserbedarf und starker Solarstrahlung das daher normalerweise vorgesehene Überdruckventil das Strömungsmittel abgelassen hat, um den Kollektor zu entleeren. Dies ist umso nachteiliger, als im allgemeinen keine Warneinrichtung die dann vorliegende Betriebsstörung anzeigt und die Solaranlage somit langer als notwendig gerade zur Zeit bester Leistung außer Betrieb ist.the equipment according to the invention works the direct solar system completely independent of human intervention, therefore not only cheaper to invest, but also with regard to the personnel costs for monitoring, commissioning and troubleshooting. The operating fluid losses are limited to the insignificant amount of bare water of the upper part of the solar circuit, which can be replaced more often practically free of charge, since the usage time of the solar system this can also be extended to periods with usable solar radiation during the cold season. But above all, be in the hot Season of the year operational malfunctions due to overheating are excluded a conventional, indirect solar system that works with a water-antifreeze mixture is unavoidable when there is little domestic water demand and strong solar radiation, the therefore normally provided pressure relief valve has drained the fluid in order to empty the collector. This is all the more disadvantageous because, in general, there is no warning device to indicate the operational malfunction and the solar system thus longer than necessary just at the time of the best performance out of service is.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel mit zwei Umschaltorganen, einer gemeinsamen Ablaufleitung und einem Doppelthermostat im Kollektor zeigt Fig. 1. In Fig. 2 ist beispielhaft für Alternativausführungen eine Solaranlage mit vier Absperr-Schaltorganen, zwei Ablaufleitungen und zwei Einfachthermostaten am Kollektor-Ein- und -Austritt dargestellt.An advantageous embodiment with two switching elements, one common drainage line and a double thermostat in the collector Fig. 1. In Fig. 2 is an example of alternative designs, a solar system with four shut-off switching elements, two drain lines and two Single thermostats shown at the collector inlet and outlet.

Gemäß Fig. 1 besteht der Solarkreislauf aus einem unteren Teil (1) mit Speichergefäß (2), Umwälzpumpe C3) und Kaltwasser-Anschlußleitung (10), der sich durch die Umschaltorgane (8) vom oberen Teil (4) mit den Sonnenkollektoren (5), dem Doppelthermostat (7), der Ablaufleitung (6) und der Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) absperren läßt.According to Fig. 1, the solar circuit consists of a lower part (1) with Storage vessel (2), circulation pump C3) and cold water connection line (10), which is through the switching elements (8) from the upper part (4) with the solar panels (5), the double thermostat (7), the drain line (6) and the pipe ventilation device (9) can be shut off.

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Claims (3)

302H22 RAUE HELENE-MAYER-RINS 12/11 8OOO MÖNCHEN 4O TeL. 089/3516104 Patentansprüche:302H22 ROUGH HELENE-MAYER-RINS 12/11 8OOO MÖNCHEN 4O TeL. 089/3516104 claims: 1. ) Überwachungseinrichtung von Solaranlagen zur direkten Brauchwassererwärmung mit von unter dem Kaltwasser-Netzdruck stehendem Brauchwasser durchströmten Sonnenkollektoren in Verbindung mit einem Speichergefäß, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Kombination einer hydraulischen Schaltung, bestehend aus einem unteren Teil CD eines Solarkreislaufes mit einem Speichergefäß (2) und einer Umwälzpumpe (3) und einem oberen Teil (4) eines Solarkreislaufes mit Sonnenkollektoren (5) und ein oder zwei Ablaufleitungen C6), einer vorzugsweise elektrischen Schalteinrichtung, bestehend aus einem oder mehreren Thermostaten (7) und zwei oder mehreren (Um)schaltorganen (8), und einer Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) bei normaler Temperatur flüssigen Wassers die automatische Füllung des gesamten Solarkreislaufes über eine Kaltwasser-Anschlußleitung (10) und die Einschaltung der Umwälzpumpe (3) bzw. bei Überdruckgefahr durch Einfrieren oder Dampfbildung die Entleerung des oberen Teils (4) des Solarkreislaufes und die Abschaltung der Umwälzpumpe (3) bewirkt wird.1.) Monitoring device of solar systems for direct domestic water heating with solar collectors flowing through with hot water under the cold water network pressure in connection with a storage tank, characterized in that by a combination a hydraulic circuit consisting of a lower part CD of a solar circuit with a storage vessel (2) and a circulation pump (3) and an upper part (4) of a solar circuit with solar collectors (5) and one or two drain lines C6), one preferably electrical switching device, consisting of one or more thermostats (7) and two or more (changeover) switching devices (8), and one Pipe aeration and ventilation device (9) liquid at normal temperature The entire solar circuit is automatically filled with water a cold water connection line (10) and the activation of the circulation pump (3) or, if there is a risk of overpressure due to freezing or the formation of steam, emptying the upper part (4) of the solar circuit and switching off the Circulation pump (3) is effected. 2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in den Sonnenkollektoren (S) oder in deren unmittelbarer Nähe eingebauten Thermostate (7) bei normaler Temperatur zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt des unter dem Kaltwasser-Netzdruck stehenden Brauchwassers mittels der (Um)schaltorgane (8) den Durchgang vom unteren Teil (1) zum oberen Teil (4) des Solarkreislaufes offen, die Ablaufleitungen(en) (6) geschlossen und die Umwälzpumpe (3) eingeschaltet halten sowie die Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) durch Entlüftung das Füllen des oberen Teils (4) des Solarkreislaufes ermöglicht. 2. Monitoring device according to claim 1, characterized that the thermostats (7) built into the solar collectors (S) or in their immediate vicinity are at normal temperature between the freezing point and the boiling point of the domestic water under the cold water network pressure by means of the switching elements (8) Passage from the lower part (1) to the upper part (4) of the solar circuit is open, the drain line (s) (6) are closed and the circulation pump (3) keep it switched on and the pipe ventilation device (9) allows the upper part (4) of the solar circuit to be filled by venting. 3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermostate (7) bei Annäherung der Temperatur des Brauchwassers an dessen Gefrier- oder Siedepunkt eine Änderung dergestalt bewirken, daß mittels der (Um)schaltorgane (8) der Durchgang vom unteren Teil (1) zum oberen Teil (4) des Solarkreislaufes abgeschlossen ist, die Ablaufleitungen(en) (6) geöffnet und die Umwälz-3. Monitoring device according to claim 1 and 2, characterized in that that the thermostats (7) change when the temperature of the domestic water approaches its freezing or boiling point cause in such a way that by means of the (changeover) switching elements (8) the passage from the lower part (1) to the upper part (4) of the solar circuit is completed, the drain line (s) (6) open and the circulation 130Q5W0132130Q5W0132 OWQJNAL INSPECTEDOWQJNAL INSPECTED pumpe (3) abgeschaltet sind sowie die Rohr-Be- und -Entlüftungseinrichtung (9) durch Belüften das Entleeren des oberen Teils (4) des Solarkreislaufes ermöglicht.pump (3) are switched off and the pipe aeration and ventilation device (9) by venting the emptying of the upper part (4) of the solar circuit enables.
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