DE3127252A1

DE3127252A1 - "solaranlage fuer direkte brauchwassererwaermung"

Info

Publication number: DE3127252A1
Application number: DE19813127252
Authority: DE
Inventors: Heinz-Jürgen 6054 Rodgau Seifert
Original assignee: Gese Bau & Co Sanierungs GmbH
Current assignee: Gese Bau & Co Sanierungs GmbH
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-01-20

Description

~ 7

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage für die direkte Brauchwasser-Erwärmung mit wenigstens einem Solarkollektor, der über eine Zuström- und eine Rückströmleitung mit mindestens einem Braue !wasserspeicher mit einer Frischwasser-Zufuhr- und einer Warmwasser-Entnahmeleitung in Verbindung steht, wobei in einer der Verbindungsleitungen des Kollektors mit dem Brauchwasserspeicher eine Umwälzpumpe angeordnet ist.

Solche Anlagen, bei denen die Zustrom- und die Rückströmleitungen zum und vom Kollektor direkt mit einem Brauchwasserspeicher verbunden sind, sind in neuerer Zeit als Alternative zu sogenannten Zweikreisanlagen, d.h. AnJagan, bei denen der Kollektorkreislauf vom Brauchwassersystem getrennt ist und die Wärmeübertragung aus dem Kollektorkreislauf auf das Brauchwasser über einen Wärmetauscher erfolgt, dÄutiert worden (z.B. DE-OS 29 07 6571 DE-OS 29 16 650), weil die mit direkter Brauchwasser-Erwärmung arbeitenden Anlagen grundsätzlich einen einfacheren Aufbau haben und somit geringere Investitionskosten erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solaranlage für direkte Brauchwasser-Erwärmung sowie Komponenten für eine solche Anlage zu schaffen, welche

bei einfachem Aufbau automatisch, gesteuert und in vergleichsweise hohem Wirkungsgrad zuverlässig arbeitet, dabei aber in ihrer Funktion grundsätzlich weiter ausbaubar ist, z.B. mit Heizungsanlagen oder anderen Abwärmequellen gekoppelt' werden kann.

Ausgehend von einer Anlage der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Frischwasser-Zufuhrleitung zum Brauchwasserspeicher mit der Rückstromleitung vom Kollektor verbunden ist, während in der vom Brauchwasserspeicher zum Kollektor führenden Zuströmleitung ein Rückflußverhinderer eingeschaltet ist, und daß im Brauchwasserspeicher und im Kollektor Temperaturfühler vorgesehen sind, die den jeweils gemessenen Temperaturen des im Brauchwasserspeicher bzw. dem Kollektor enthaltenen Wassers proportionale Steuersignale entwickeln, die in. einer Steuereinheit verglichen und derart verarbeitet werden, daß die Steuer— · einheit ein Einsehaltsignal für den Antrieb der Umwälzpumpe entwickelt, solange das vom Kollektor-Temperaturfühler entwickelte Signal im Kollektor eine höhere Temperatur als im Brauchwasserspeicher meldet, den Antrieb der Umwälzpumpe jedoch spätestens dann abschaltet, wenn die von den Temperaturfühlern entwickelten Signale gleich sind. Durch diese Temperatursteuerung, 'die gewährleistet, daß der Kollektorzweig der Anlage nur dann in Betrieb ist, wenn der

Kollektor das im Brauchwasserspeieher enthaltene Wasser weiter aufzuheizen vermag, ist durch Verwendung integrierter Schaltungen sehr preiswert verwirklichbar, wobei die Steuereinheit für weitere Punktionen ohne Schwierigkeiten ausbaubar is't.jDer Brauchwasserspeicher ist vorzugsweise ein Kombinationsspeieher mit zwei voneinander getrennten, senkrecht übereinander angeordneten Speicherkammern, die über zwei Tauacherleitungen verbunden sind, von denen die eine den oberen Bereich der unteren Speicherkammer mit dem oberen Bereich der oberen Speicherkammer und die andere den unteren Bereich der oberen Speicherkammer mit dem unteren Bereich der unteren Speicherkammer verbindet, wobei die Frischwasser-Zufuhrleitung dann in den unteren Bereich der unteren Speicherkammer und die Warmwasser-Entnahmeleitung im oberen Bereich der oberen Speicherkammer mündet. Mit dieser speziellen Anordnung und Verbindung der Speicherkammern wird erreicht, daß das aus dem Kollektorzweig zuströmende erwärmte Wasser in der unteren Speicherkammer aufsteigt und über die eine Tauscherleitung zur Oberseite der oberen Speicherkammer aufsteigt, wobei in der oberen Speicherkammer enthaltenes kühleres Wasser über die zweite Tauscherleitung in die untere Speicherkammer verdrängt wird. D.h. aufgrund der physikalischen Gegebenheiten wird ein innerer Kreislauf zwischen den Speicherkammern erhalten, der gewährleistet, daß sich in der oberen Speicherkammer das auf der höchsten Temperatur befindliche Wasser sammelt und für den Gebrauch zur Verfügung steht,

- 10 -

während in der unteren Speicherkammer sich das vergleichsweise kühlere Wasser sammelt.

Um zu vermeiden, daß das der unteren Speicherkammer zuströmende Wasser sich durch Wirbelbildung mit dem bereits im Unterspeicher enthaltene Wasser vermischt und so ein Temperaturausgleich erfolgt, welcher die Zirkulation zwischen der oberen und der unteren Speicherkammer beeinträchtigt, empfiehlt es sich in erfindungsgemäßer Weiterbildung dicht über der Mündung der Frischwasser-Zufuhrleitung in dex unteren Speicherkammer eine Prallplatte anzuordnen, welche das zuströmende Frischwasser

- sei es kaltes Wasser aus dem Netz oder erwärmtes Wasser aus dem Kollektorkreislauf - zunächst in den unteren Bereich der Speicherkammer lenkt.

In der oberen Speicherkammer wird zweckmäßig ein elektrisches Zusatz-Heizelement vorgesehen, mit welchem der Inhalt der oberen Speicherkaramer auf der erforderlichen Temperatur gehalten werden kann, wenn

- infolge ungünstiger Witterung - über den Kollektorzweig der Anlage nicht genügend erwärmtes Wasser nachgeliefert werden kann.

Darüber hinaus empfiehlt es sich, den Kombinationsspeicher mit einem Wärmetauscher mit je einem äußeren Zu- und Abflußanschluß für ein gegebenenfalls zur Verfügung stehendes flüssiges Medium erhöhter Temperatur, z.B. Warmwasser aus einer Heizungsanlage oder warme Abwasser, zu versehen.

- 11 -

Der Wärmetauscher kann dann entweder insgesamt in der unteren Speicherkanuner oder - in Hintereinanderschaltung - zum Teil in der unteren und zum Teil in der oberen Speicherkammer des Kombinationsspeichers vorgesehen sein.

Um zu verhindern, daß bei strengem Frost das im Kollektor enthaltene Wasser einfriert und den Kollektor dabei beschädigt, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung eine durch Signale von der Steuereinheit betätigte Ablaß-Ventileinrichtung vorgesehen, welche den Kollektor-Kreislauf entleert, wenn der Temperaturfühler im Kollektor ein Absinken der Wassertemperatur bis in die Nähe des Gefrierpunkts signalisiert. Der im Kollektor ohnehin vorhandene Temperaturfühler wird also in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch zur Sicherung der Anlage gegen Einfrieren des Kollektors verwendet.

Die Ablaß-Ventileinrichtung kann beispielsweise Jeweils ein in der Zuström- und der Rückströmleitung zum bzw. vom Kollektor angeordnetes, von der Steuereinheit synchron betätigbares und jeweils an eine Entleerungsleitung angeschlossenes Dreiwegeventil aufweisen. Bei der Entleerung des Kollektor-Kreislaufs wird dieser also von der restlichen Anlage abgetrennt, so daß kein bereits erwärmtes Wasser aus dem Brauchwasserspeicher ausfließen kann.

Zur Ausnutzung der in warmen Abwässern - beispielsweise von Spülmaschinen, Waschmaschinen u.dgl. - kann die

- 12 -

erfindungsgemäße Anlage so weitergebildet sein, daß die Anschlüsse des Wärmetauschers des Kombinationsspeichere über Verbindungsleitungen mit einem Sammelspeicher für die warmen Abwasser verbunden sind, wobei in einer der Verbindungsleitungen eine Umwälzpumpe vorgesehen ist, deren Antrieb von der Steuereinheit ferngesteuert eingeschaltet wird, sobald das vom Brauchwasserspeicher-Temperaturfühler entwickelte Signal eine Wassertemperatur im Brauchwasserspeicher meldet, die niedriger als die der Steuereinheit von einem im Abwasser-Sammelspeicher angeordneten Temperaturfühler gemeldete Abwassertemperatür ist.

Um den Abwasser-Sammelspeicher aus der allgemeinen Abwasserleitung einer häuslichen ¥asserinstallation mit warmem Abwasser zu befüllen, dabei aber kalte Abwasser am Speicher vorbeizuführen, empfiehlt es sich, den Abwasser-Sammelspeicher über eine Abwasser-Zulauf leitung und eine Abwasser-Über- und Ablaufleitung mit der die warmen Abwasser führenden Abwasserleitung zu verbinden, wobei die Abwasser-Zulaufleitung über ein von der Steuereinheit fern betätigbares Dreiwegeventil an der Abwasserleitung angeschlossen ist, und in Strömungsrichtung vor dem Dreiwegeventil einen T mperaturfühler in der Abwasserleitung vorzusehen, dessen temperaturproportionales Signal in der Steuereinheit mit dem Temperatursignal des Temperaturfühlers im Abwasser-Sammelspeicher verglichen und derart verarbeitet wird, daß die Steuereinheit ein Betätigungssignal für das Dreiwegeventil entwickelt, welches die Abwasserleitung mit der Abwasser-Zulauf leitung verbindet, solange der in der Abwasserleitung angeordnete Temperaturfühler eine höhere

- 13 -

Temperatur als der Temperaturfühler im Sammelspeicher signalisiert.

Ein insbesondere in Verbindung mit der ierfindungsgemäßen Solaranlage mit Vorteil.verwendbarer Solarkollektor zeichnet sich aus durch eine innerhalb eines Gehäuses mit wärmegedämmter Rückseite und für Wärmestrahlung durchlässiger Oberseite angeordnete , von Wasser mit Netzdruck durchströmbare Rohrschlangenanordnung mit einem äußeren Zu- und einem Ablaufanschluß, und durch eine zwischen der Rohrschlangenanordnung und der rückseitigen Wärmedämmung des Gehäuses angeordnete wärmespeichernde Platte. Die vorzugsweise aus einer Schamotfcplatte bestehende wärmespeichernde Platte erwärmt sich durch den im Kollektor herrschenden Treibhauseffekt während der Sonneneinstrahlung und gibt die

noch
aufgenommene Wärme/innerhalb geraumer Zeit nach Sonnenuntergang oder während zwischenzeitlicher Bewölkungsphasen an die Rohrschlangenanordnung ab, wodurch eine Verlängerung und Vergleichmäßigung des Wärmeanfalls im Brauchwasserspeieher erreicht wird.

Die Rohrschlangenanordnung ist zweckmäßig auf einer im wesentlichen ebenflächigen Platte aus gut wärmeleitendem Metall, vorzugsweise Kupfer bzw. einer Kupferlegierung, angeordnet oder in einer solchen Metallplatte eingebettet, wobei die Rohrschlangenanordnung zur Verbesserung des Wärmeübergangs zweckmäßig mit der Platte aus wärmeleitendem

Metall verlötet ist.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung ist die für Wärmestrahlung durchlässige Oberseite des Gehäuses des Solarkollektors von einer dachartigen Abdeckung mit zwei zueinander geneigt verlaufenden Dachflächen

-strahlungsaus wärme^urchlässigen Platten gebildet. Hierdurch wird

- bei entsprechend ausgerichteter Anordnung der Dachfläche des Solarkollektors der Sonneneinfallwinkel vormittags bzw. nachmittags verbessert.

Die dachflächenbildenden wärmestrahlungsdurchlässigen Platten (Glas-oder Kunststoffplatten) werden dabei

- bezogen auf die von der Rohrschlangenanordnung bzw. der Platte aus gut wärmeleitendem Metall gebildete Basisfläche - vorzugsweise unter einem "Winkel von

angeordnet,

Winkel von jeweils etwa 45 aufeinander zu geneigt

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigtt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Solaranlage für direkte Brauchwassererwärmung}

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines die in Fig. 1 gezeigte Anlage funktionell ergänzenden Anlagenteils für die Wiedergewinnung von Wärme aus Abwässern} und

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch einen in Verbindung mit der in Fig. 1 gezeigten Anlage verwendbaren Solarkollektor.

- 15 -

Die in Figur 1 schematisch dargestellte, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Solaranlage weist einen nachfdgsidnoch näher beschriebenen Brauchwasserspeicher 12 und einen z.B. auf dem Dach eines Gebäudes installierten Solarkollektor 14 auf, dessen Ausgestaltung im folgenden in Verbindung mit Fig. 3 ebenfalls noch näher erläutert wird. Anstelle des einen dargestellten Kollektors 14 werden in der Praxis mehrere gleichartige Kollektoren 14 in Parallelschaltung vorgesehen sein.

In den unteren Teil des Brauchwasserspeichers 12 mündet eine Frischwasser-Zufuhrleitung 16, die über ein kombiniertes Überdrück-Absperrventil 18 an das allgemeine Leitungswassernetz 20 angeschlossen ist. Vom oberen Teil des BrauchwasserSpeichers führt die Warmwasser-Sntnahmeleitxxng 22 zu den nicht gezeigten Warmwasser-Zapf stellen«,

Der Solarkollektor ist über eine aus dem unteren Teil des Brauchwasserspeichers 12 herausgeführte Zuströmleitung 24 mit dem einströmseitigen Anschluß des Solarkollektors i4 verbunden, der abströmseitig an eine Rücketrömleitung 26 angeschlossen ist, die ihrerseits in die Frischwasser-Zufuhrleitung 16 mündet. Ein Rückflußverhinderer 28 in der Zuströnileitung 2k und eine Umwälzpumpe 30 in der Rückströmleitung 26 stellen sicher, daß der Kollektor 14 nur in der durch die Pfeile neben den Leitungen 2k, veranschaulichten Richtung mit dem zu erwärmenden

- 16 -

Wasser durchströmbar ist. Solange die Umwälzpumpe 30 in Betrieb ist, erfolgt also eine Umwälzung von Wasser aus dem unteren Bereich des Brauchwasserspeichers 12 in den von der Zuströmleitung 2k, dem Kollektor 14, der Rucks tr ömlei.tung 26 und der Frischwasser-Zuführleitung 16 gebildeten Kollektorkreislauf. Das bei geeigneter Witterung im Kollektor 1k erwärmte Wasser steigt - wegen des geringeren spezifischen Gewichts von warmem Wasser im Vergleich zu kaltem Wasser - im Brauchwasserspeieher 12 nach oben,- wobei dort gegebenenfalls befindliches kaltes Wasser absinkt und dabei in den Mündungsbereich der Zuströmleitung 24 kommt, die demzufolge immer relativ kühleres Wasser ansaugt. Um die geschilderten physikalischen Gegebenheiten auch optimal zur Wirkung zu bringen, muß verhindert werden, daß das aus der Frischwasser-Zuführleitung 16 in den Speicher austretende, vom Kollektor ~\k erwärmte Wasser sich sogleich mit dem im unteren Bereich des Speichers befindlichen kalten Wasser vermischt. Diesem Zweck dient eine in Fig. 1 schematisch dargestellte AbschLr.tnplatte J2 zwischen den Mündungen, der Zuführleitung i6 und der Zuströmleitung 2k im Speicher.

Der V rhinderung der unerwünschten Vermischung von wärmerem mit kälterem Wasser und des Sammelns des warmen Wassers im Speicher im Bereich der Mündung der Warmwasser-Entnahmeleitung 22 dient auch die Ausbildung des BrauchwasserSpeichers 12 als Kombinationsspeicher, der aus zwei in senkrechter

- 17 -

Richtung übereinander angeordneten getrennten Speicherkammern 3h, 36 zusammengesetzt ist, die lediglich über zwei Tauseherleitungen 38, kO miteinander in Verbindung stehen. Dabei ist die Tauscherleitung 38 vom oberen Bereich der unteren Speicherkammer 3^ bis in den oberen Bereich der oberen Speicherkammer 36 geführt, während umgekehrt die Tauscherleitung ^O aus dem unteren Bereich der oberen Speicherkammer 36 in den unteren Bereich der unteren Speicherkammer 3^ geführt ist. Über die Tauseherleitung 38, kO erfolgt im Speicher ein Austausch von Wasser in dem Sinne, daß das warme Wasser jeweils über die Tauseherleitung 38 von der unteren Speicherkammer 3^ in die obere Speicherkammer 36 übertritt, während gegebenenfalls in der oberen Speicherkammer 36 abgekühltes Wasser über die Tauecherleitung ho zurück in die untere Speicherkammer 3^ geführt wird.

Zur Überbrückung von Perioden geringer Sonneneinstrahlung und damit geringeren Anfalls von warmem Wasser ist in der oberen Speieherkammer 36 ein elektrisches Zusatz-Heizelement k2 angeordnet, welches das aus der unteren Speicherkammer 3^ in die obere Speicherkammer 36 überströmende Wasser auf die gewünschte Brauchwassertemperatur nachheizt. Hierfür stehen Widerabands-Heizstäbe mit integrierten einstellbaren Thermostaten zur Verfügung, die einfach

- 18 -

- 1

an das elektrische Leitungsnetz angeschlossen werden können.

Zusätzlich iet ein nur schPTiatisch als in die untere Speicherkanimer ¹^k hinein und von dort über die obere Speicherkammer 36 zurückgeführte Rohrschlangen dargestellter Wärmetauscher hk vorgesehen, der bei Durchströmung mit einer Flüssigkeit erhöhter Temperatur, z.B. aus einem HeiZungskreislauf oder - wie in Verbindung mit Fig. 2 noch näher beschrieben wird mit warmen Abwässern eine Erwärmung des im Speicher enthaltenen Brauchwassers bewirkt.

Zum Schutz des Kollektors i4 gegen Einfrieren bei Frost ist in der Zuströmleitung 2k und der Rückströmleitung 26 je ein normalerweise auf Durchlauf geschaltetes Dreiwegeventil k6,bzw, kB vorgesehen, die über ein gemeinsames Servoaggregat 50 synchron so umschaltbar sind, daß der zwischen ihnen liegende Teil des Kollektorkreislaufs, insbesondere aber der Kollektor Ik selbst, über eine Entleerungsleitung 52 entleert werden kann, wobei gleichzeitig die Zuströmleitung 2k zum Speicher 12 und die Rückströmleitung 26 zur Frischwasserleitung 16 abgeschlossen wird. Ein zweckmäßig am höchsten Punkt des Kollektor- · kreislaufs angebrachtes selbsttätiges Entlüftungsventil 5^ gewährleistet die schnelle und vollständige Entleerung ebenso wie die spätere vollständige, blasenfreie Füllung des zuvor entleerten Teils des Kollektorkreislaufs.

- 19 -

Die Steuerung der Solaranlage 10 erfolgt mit Hilfe von Temperaturfühlern, welche temperaturabhängige elektronische Signale entwickeln, die in einer elektronischen Steuereinheit 56 verarbeitet und in Steuersignale umgesetzt werden. Der Antrieb der Umwälzpumpe 30 wird beispielsweise in Abhängigkeit von einem di© Temperatur in der unteren Speicherkammer 34 überwachenden Temperaturfühler 58 einerseits und einem die Temperatur des Wasserinhalts des Kollektors 14 überwachenden Temperaturfühler andererseits von der Steuereinheit 56 in dem Sinne gesteuert, daß die Umwälzpumpe angetrieben wird, solange der Temperaturfühler 60 eine höhere Temperatur als der Temperaturfühler 58 anzeigt. Sobald von den Temperaturfühlern 60, 58 gleiche Temperaturen oder eine höhere Temperatur am Temperaturfühler 5$ signalisiert werden, schaltet die Steuereinheit 56 den Antrieb der Umwälzpump© 30 ab.

Auch die Überwachung des Kollektorkreislaufs auf Einfrieren bzw« seine vorsorgliche Entleerung vor dem Einfrieren über die Dreiwegeventile 46, 48 in die Entleerungsleitung 52 erfolgt ebenfalls durch die Steuereinheit 56 in Abhängigkeit von den vom Kollektor-Temperaturfühler 60 und einem Außen-Temperaturfühler 62 entwickelten Signalen. Bei drohender Gefahr des Einfrierens entwickelt die Steuereinheit 56 ein Steuersignal, mit dem das Servoaggregat 50 aktiviert und die Dreiwegeventile 46, 48 in die Entleerungsstellung umgeschaltet werden.

- 20 -

Sobald die Außentemperatur wieder so weit ansteigt, daß ein Einfrieren des Kollektors nicht mehr befürchtet werden muß, wird die Ablaß-Ventileinrichtung wieder in die Betriebsatellung geschaltet.

In Fig. 2 ist ein die Solaranlage 10 ergänzender Anlagenteil für die Wiedergewinnung von Wärme aus Abwässern, beispielsweise aus Spül- oder Waschmaschinen u.dgl. gezeigt. Dieser Anlagenteil besteht im wesentlichen aus einem Sammelspeicher für die warmen Abwässer, der über zwei Verbindungsleitungen 68 und 70 mit den Anschlüssen des Wärmetauschers kh im Bruuchwasserspeicher 12 verbunden ist. Eine - im gezeigten Fall in die Verbindungsleitung 70 eingeschaltete - Umwälzpumpe ⁷JZ bewirkt eine Zirkulation des im Sammelspeicher 66 enthaltenen Abwassers durch den Wärmetauscher hk.

Zur Befüllung des Sammelspeichers 66 ist in der allgemeinen Haus-Abwasserleitung Jk ein normalerweise auf Durchfluß eingestelltes servo—betätigtes Dreiwegeventil j6 angeordnet, das abströmseitiy auf eine zum Sammelspeicher 66 führende Abwasser-Zulauf leitung umschaltbar ist. In Strömungsrichtung hinter dem Dreiwegeventil 76 ist eine Abwassertiber- und Ablaufleitung 80 an der Abwasserleitung 7^ angeschlossen, die im unteren Bereich des Sammelbehälters 66 mündet. Beim Zuströmen von warmen Abwässern über die Zulaufleitung 78 in den Sammelspeicher 66 wird somit zwangsläufig im unteren Teil

- 21 -

des Sammelspeichers 66 enthaltenes kälteres Abwasser in. die Abwasserleitung 7^- verdrängt.

Auch, in diesem Fall erfolgt die Steuerung der Umwälzpumpe 72 bzw» des Dreiwegeventils 76 wieder von der Steuereinheit 56 in Abhängigkeit von den in Temperaturfühlern entwickelten Temperatursignalen. Zum Antrieb der Umwälzpumpe 72 werden die Signale des in. der unteren Speicherkammer 3^· des Brauchwasserspeichers angeordneten Temperaturfühlers 5& und eines im Samraalspeicher 66 angeordneten weiteren Temperaturfühlers 82 verglichen,, wobei in der Steuereinheit 56 an den Antrieb der Umwälzpumpe entwickelndes Steuersignal dann erzeugt wird, wenn die Temperatur der Abwässer im Sammelspeicher 66 höher als die Temperatur des in der unteren Speicherkanuner 3^· enthaltenen Brauchwassers ist.

Die Umschaltung des Braitregeventils 76 erfolgt in Abhängigkeit vom Temperaturfühler 82 und einem weiteren Temperaturfühler 84_? der in Strömungsrichtiaag vor dem Dreiwegeventil 76 die Temperatur der in der Abwasserleitung 7^ strömenden Abwässer überwacht« Sobald d©r Vergleich der Temperatursignal© der Temperaturfühler 82 und 84 ergibt, daß das in der Abwasserleitung 7h strömende Abwasser ©in© höhere Temperatur als das im Sammelspeieher enthaltene Wasser hat₉ wird das Dreiwegeventil 76

- 22 -

von der Steuereinheit 56 so umgeschaltet, daß das warme Abwasser über die Abwasser-Zulaufleitung JS in den Sammelspeicher 66 geführt wird.

Grundsätzlich kann die Anlage 10 mit beliebigen Solarkollektoren 14 betrieben werden, solange diese eine hinreichende Druckfestigkeit für die Durchströmung mit unter Netzdruck stehendem Wasser haben. In Fig. 3 ist noch schematisch ein Querschnitt durch einen gegenüber üblichen Solarkollektoren weiterentwickelten und mit besonderem Vorteil in der erfindungsgemäßen Anlage einsetzbaren Kollektor gezeigt. Der Kollektor 14 weist ein Gehäuse 88 auf, dessen Unterseite durch eine starke Wärmedämmschicht 90 gegen Temperaturverlust gesichert ist. Auf der Wärmedämmschicht 90 ist eine Schamott platte 92. als Wärmespeicher aufgesetzt. Auf der Schamottplatte 92 ist dann die vom zu erwärmenden Wasser durchflossene Rohrschlangenanordnung 9^· aufgelagert, die zur Vergrößerung der Wärmestrahlung aufnehmenden Fläche auf eine im wesentlichen ebenflächigen Platte aus Kupfer oder einem anderen gut wärmeleitendem Metall aufgesetzt ist, wobei sowohl die Rohrschlangenanordnung 9^ als auch die Kupferplatte in üblicher Weise zur Erhöhung der Wärmeabsorption eingeschwärzt sind.

Die Oberseite des Gehäuses 88 ist nicht wie bei üblichen Solarkollektoren durch eine ebene Abdeckung in Form einer Glasscheibe abgeschlossen, sondern

die Abeeckung 96 wird, von zwei ciachartig zueinander geneigt verlaufenden wärmestrahlungsdurchlässigen Platten 98, vorzugsweise Glasplatten, gebildet, die bezogen auf die von der Rohr sch. lang en anordnung 9^ gebildete Basisfläche jeweils unter einem Winkel von etwa 45 aufeinander zu geneigt angeordnet und entlang ihrer oberen zusammentreffenden (firstseiti gen) Kanten durch ein Profil 100 miteinander verbunden sind. Damit sich der in Solarkollektoren ausgenützte Treibhauseffekt unter der Abdeckung 96 entwickeln kann, muß das Gehäuse 88 an den Enden bis zum Profil geschlossen sein,,

Die Anordnung des Kollektors 1 k auf einem Gebäude oder dner Tragkonstruktion erfolgt so, daß das Profil 100 etwa in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet ist β Durch die geneigt angeordneten wärmestrahlungsdurclilässigeii Platten 98 wird ein günstiger Sonneneinfallswinkel erreicht;, und zwar bezogen auf die eine Platte 98 am Vormittag und die andere Platte am Nachmittag. Dieser günstigere Sonneneinfallwinkel und die durch die Schamottplatte erreichte Wärmespeicherung, welche ein© Wirksamkeit des Kollektors 1 über die direkte Sοnnen~Eintrahldauer hinaus bewirkt, führen zu einer Erhöhung und Vergleichmäßigung der Temperatur-Übertragung auf das die Rohrschlangenanordraing 9^ durchströmende Wasser»

Abwandlungen und Weiterbildungen, der beschriebenen Solaranlage sind im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich. So kann als Antriebsmotor für die Umwälzpumpe 30 des Kollektorkreislaufs beispielsweise ein elektrischer. Niederspannungs-Gleichstrommotor verwendet werden, der seine elektrische Energie aus einem Akkumulator erhält, der seinerseits von einer Anzahl von Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelnden Halbleiter-Solarzellen in aufgeladenem Zustand gehalten wird.

Anstelle des in der oberen Speicherkammer 36 des BrauchwasserSpeichers 12 angeordneten elektrischen Zusatz-Heizelements kz kann dem Brauchwasserspeicher auch ein elektrischer Durchlauferhitzer nachgeschaltet sein, wobei der Brauchwasserspeicher dann als üblicher iüinkanimer-Speicher ausgebildet werden kann.

Claims

PATENTANWÄLTE HELBER S ZENZ ■ BIESSER WEG A7 SAt. Λ ^WIMSFNBFHG TP'.. D 3Ξ 51-741 OS

S 8103

GeSe Bau GmbH & Co₀, Sanierungs-KG,, Philipp~Reis~StraI3e 17 p 605h Rodgau-Jügesheim.

Solaranlage für direkte Brauchwassererwärmung

Patentansprüche

f XJ Solaranlage für die direkte Brauchwassererwärmung mit wenigstens einem Solarkollektor der über eine Zuström= und eine Rückströmleitung mit mindestens

einem Braiachwasserspeicher mit einer Frischwasser-Zuführ·= und einer !Jarrawass er -Entnahme leitung in Verbindung steht, wobei in einer der Verbindungs» leitungera des Kollektors mit dem Brauchwasserspeicfo-eir ein® UmWaIspumpe angeordnet ist, dadurch gekennselehnet„ daß die Frischwasser-Zufuhrleitung (l6) zum Brauchwasserspeicher (l2) mit der Rückströmleitung (26) fom Kollektor (lh) verbunden ist, wiÜJPend, isa dar ύομ Brauchwasser speicher (12) zum Kollektor (3A) führenden Zus tr Umleitung (2k) ein Rüekflußv©rl3.±md©rey (28) ©isigescnaltet ist, und daß im Brauchwasserspeicher (l2) und im Kollektor

™ Q

Temperaturfühler (58} 60) vorgesehen sind, die den jeweils gemessenen Temperaturen des im Brauchwasserspeicher (i2) bzw. dem Kollektor (14) enthaltenen Wassers proportionale Steuersignale entwickeln, die in einer Steuereinheit (56) verglichen und derart verarbeitet werden, daß die Steuereinheit (56) ein Einschaltsignal für den Antrieb der Umwälzpumpe (30) entwickelt, solange das vom Kollektor-Temperaturfühler (60) entwickelte Signal im Kollektor (14) eine höhere Temperatur als im Brauchwasserspeicher meldet, den Antrieb der Umwälzpumpe (30) jedoch spätestens dann abschaltet, wenn die von den Temperaturfühlern (58} 60) entwickelten Signale gleich sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasserspeicher (12) ein Kombinationsspeicher mit zwei senkrecht übereinander angeordneten Speicherkammern (3^5 36) ist, die über zwei Tauscherleitungen (38} ko) verbunden sind, von denen die eine den oberen Bereich der unteren Speicherkammer (3*0 mit dem oberen Bereich der oberen Speicherkammer (36) und die andere den unteren Bereich der oberen Speieherkammer (36) mit dem unteren Bereich der unteren Speicherkammer (3*0 verbindet, und daß die Frischwasser-Zufuhrleitung (16) in den unteren Bereich der unteren Speicherkammer (3*0 und die Warmwasser-Entnahmeleitung (22) im oberen Bereich der oberen Speicherkammer (36) mündet.
3· Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dicht über der Mündung der Frischwasser-Zufuhrleitung (i6) in der unteren Speicherkamrner (34) eine Prallplatte (32) angeordnet ist, welche das zuströmende Frischwasser zunächst in den unteren Bereich der Speicherkammer (34) lenkt.
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Speicherkamrner (36) ein elektrisches Zusatz-Heizelement (42) vorgesehen ist.
5· Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationsspeicher (12) einen Wärmetauscher (44) mit je einem äußeren Zu- und Abflußanschluß für ein gegebenenfalls zur Verfügung stehendes flüssiges Medium erhöhter Temperatur aufweist»
6. Anlage nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (44) in der unteren Speicherkammer (3*0 angeordnet ist.
7. Anlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (44) zum Teil in der unteren und zum Teil in der oberen Speicherkammer (34; 3^) des Kombinationsspeichers (12) vorgesehen ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß im Kollektor-Kreislauf eine durch Signale von der Steuereinheit (56) betätigte Ablaß-Ventileinrichtung (46$ 48, 50} 52) vorgesehen

ist, welche den Kollektor-Kreislauf entleert, wenn der Temperaturfühler (6o) im Kollektor ein Absinken der Wassertemperatur bis in die Nähe des Gefrierpunkts signalisiert.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abläß-Ventileinrichtung jeweils ein in der Zustrom- und der Rückströmleitung (24; 26) angeordnetes, von der Steuereinheit (56) synchron betätigbares und jeweils an eine Entleerungsleitung (52) angeschlossenes Dreiwegeventil (46} 48) aufweist.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse des Wärmetauschers (44) des Kombinationsspeichers (12) über Verbindungsleitungen (68 j 70) mit einem Sammelspeicher (66) für warme Abwässer verbunden sind, wobei in einer der Verbindungsleitungen (685 78) eine Umwälzpumpe (72) vorgesehen ist, deren Antrieb von der Steuereinheit (56) ferngesteuert eingeschaltet wird, sobald das vom Brauchwasserspeicher-Temperaturfühler (58) entwickelte Signal eine Wassertemperatur im Brauchwasserspeicher (12) meldet, die niedriger als die der Steuereinheit (56) von einem im Abwasser-Sammelspeicher (66) angeordneten Temperaturfühler (82) gemeldete Abwassertemperatur ist.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasser-Sammelspeicher (66) über eine Abwasser-Zulauf leitung (78) und eine Abwasser-Über- und Ablaufleitung (80) mit einer Abwasserleitung (74) für warme Abwässer verbunden ist, daß die Abwasser-Zulauflei"tung(78

über ein von der Steuereinheit (56) fern betätigbares Dreiwegeventil (76) an der Abwasserleitung (7k) angeschlossen ist, und daß in Strömungsrichtung vor dem Dreiwegeventil (76) ein Temperaturfühler (8k) in der Abwasserleitung (7^) vorgesehen ist, dessen temperaturproportionales Signal in der Steuereinheit (56) mit dem Temperatursignal des Temperaturfühlers (82) im Abwasser-Sammelspeicher (66) verglichen und derart verarbeitet wird, daß die Steuereinheit (56) ein Betätigungssignal für das Dreiwegeventil (76) entwickelt, welches die Abwasserleitung (7*0 mit der Abwasser-Zulaufleitung (78) verbindet, solange der in der Abwasserleitung (7k) angeordnete Temperaturfühler (84) eine höhere Temperatur als der Temperaturfühler (82) im Sammelspeieher (66) meldet.
12. Solarkollektor, insbesondere für Solaranlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine innerhalb eines Gehäuses (88) mit wärmegedämmter Unterseite (Wärmedämmschicht 90) und für Wärmestrahlung durchlässiger Oberseite angeordnete, von Wasser mit Netzdruck durchströmbare Rohrschlangenanordnung (9*0 mit einem äußeren Zu= und einem Ablaufanschluß, und durch eine zwischen der Rohrschlangenanordnung (9k) und der rückseitigen Wärmedämmung (90) des Gehäuses angeordnete wärmespeichernde Platte (9²)
13. Solarkollektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wärme spei chersad© Platte eine Schamottplatte (92) ist.
14. Solarkollektor nach. Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangenanordnung (9k) auf einer im wesentlichen ebenflächigen Platte aus gut wärmeleitendem Metall, vorzugsweise Kupfer bzw. einer Kupferlegierung, angeordnet oder in einer solchen Metallplatte eingebettet ist.
15· Solarkollektor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die für Wärmestrahlung durchlässige Oberseite des Gehäuses von einer dachartigen Abdeckung (96) mit zwei zueinander geneigt verlaufenden Dachflächen aus wärmestrahlungsdurchlässigen Platten (98) gebildet ist.
16. Solarkollektor nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dachflächen bildenden wärmestrahlungsdurchlässigen Platten (98) bezogen auf die von der Rohrschlangenanordnung (9^·) bzw. der Platte aus gut wärmeleitendem Metall gebildete Basisfläche unter einem Winkel von jeweils k$ aufeinander zu geneigt angeordnet sind.