DE3129950A1

DE3129950A1 - Heiz- und sprinkleranlage

Info

Publication number: DE3129950A1
Application number: DE19813129950
Authority: DE
Inventors: Arno Ing. 7470 Albstadt Hofmeister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DE3129950C2

Description

8000 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

Auf Steingen 14, D-7470 Albstadt 15

Heiz- und Sprinkleranlage

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und Sprinkleranlage mit

- einem Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher,

- einem Heizmittel- insbesondere Warmwasserkreislauf,

- wenigstens einer Wärmepumpe zur überführung von Wärme

aus dem Niedertemperaturspeicher in den Heizmittelkreislauf und

- einem Sprinklerspeicher für Sprinklerflüssigkeit einer Sprinklereinrichtung.

Bei einer bekannten Anlage dieser Art ist die Sprinklereinrichtung vollständig unabhängig von der Heizeinrichtung. Es sind demnach zwei gesonderte Flüssigkeitsspeicher vorhanden, nämlich der Sprinklerspeicher, der entsprechend den feuerpolizeilichen Vorschriften 160 cbm und mehr Speicherinhalt haben kann, sowie der Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher, der nach Möglichkeit ebenfalls möglichst groß zu dimensionieren ist, damit ausreichend Wärmespeicherkapazität zur Verfügung steht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Heiz- und Sprinkleranlage der eingangs genannten Art den gesonderten Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher einzusparen.

Diese Aufgabe wird' dadurch gelöst, daß der Sprinklerspeicher als der Niedertemperaturspeicher ausgebildet ist. Aufgrund seines großen Volumens ist der Sprinklerspeicher sehr gut als Niedertemperaturspeicher geeignet. Durch⁷ Wegfall des gesonderten Niedertemperaturspeichers verringern

sich die Anlagekosten entscheidend, wie auch die Wartungs-. kosten; auch ist der Raumbedarf für die Anlage dementspre.-chend geringer ; "

Ein gesonderter Wärmetauscher entfällt, wenn die Sprinklerflüssigkeit durch die Wärmepumpe im Kreislauf geführt'; ist. Der Sprinklerflüssigkeitsstand im Sprinklerspeicher, der einen bestimmten Mindeststand aus Sicherheitsgründen nicht unterschreiten darf, ist in diesem Falle im wesentlichen unabhängig davon, ob die· Wärmepumpe zugeschaltet ist oder nicht.

Aufgrund seiner großen Wärmespeicherkapazität ist es von Vorteil, den Sprinklerspeicher zur Wärmezufuhr an eine Sonnenkollektoranlage anzuschließen. Die während der warmen Jahreszeit .gesammelte Sonnenkollektorwärme kann dann zur Abgabe während der kühlen Jahreszeit im Sprinklerspeicher gespeichert werden.

Die insbesondere aus Wasser bestehende Sprinklerflüssigkeit kann zumindest in Ländern mit entsprechend warmen Klima unmittelbar als Sonnenkollektorflüssigkeit verwendet werden.· In kälteren Gebieten dagegen ist es zweckmäßig eine kältefeste Sonnenkollektorflüssigkeit, vorzugsweise Soleflüssigkeit, einzusetzen., wobei dann der Sprinklerspeicher mit einem ersten Wärmetauscher für Sonnenkollektorflüssigkeit zu versehen ist.

Es wird vorgeschlagen,·eine erste Steuereinrichtung vorzusehen zur Steuerung des Flusses der Sonnenkollektorflüssig-

keit durch den ersten Wärmetauscher, insbesondere in Abhängigkeit von einer Sprinklerspeicher-Maximaltemperatur. Durch diese Steuereinrichtung besteht die Möglichkeit in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung gewünschte SprinklerSpeichertemperaturen einzustellen. Für den Fall, daß aus Gründen der Sicherheit der Sprinkleranlage eine ggf. behördlich vorgeschriebene Sprinklerspeicher-Maximaltemperatur (z.B. 30⁰C) nicht überschritten werden darf, sorgt die ■ erste Steuereinrichtung für die Einhaltung dieses Grenzwertes.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Sonnenkollektoranlage mit dem Heizmittelkreislauf, vorzugsweise über einen zweiten Wärmetauscher, zur unmittelbaren Sonnenkollektor-Wärmeübertragung verbunden ist, und daß eine zweite Steuerschaltung vorgesehen ist, die dafür sorgt, daß vom Heizmittelkreislauf nicht benötigte überschuß-Sonnenkollektorwärme in den Sprinklerspeicher übergeführt wird.

Diese Steuerung kann in zuverlässiger, einfacher Weise dadurch vorgenommen werden, daß die zweite Steuerschaltung den Fluß der Sonnenkollektor-Flüssigkeit durch den ersten Wärmetauscher sowie den Fluß der Sonnenkollektor-Flüssigkeit durch den zweiten Wärmetauscher steuert, vorzugsweise durch entsprechendes Ansteuern von im jeweiligen Fluß angeordneten Förderpumpen.

Eine-weitere, im wesentlichen kostenlose Wärmequelle für den Sprinklerspeicher erhält man erfindungsgemäß dadurch, daß der Sprinklerspeicher an eine Abwärme abgebende Einrichtung, vorzugsweise Kälteanlage, angeschlossen ist. Eine derartige Kälteanlage kann beispielsweise eine mit Gasmotor angetriebene Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Entwärmung von Räu-

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men, wie Kompressorräumen, sein.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Abwärme abgebende Einrichtung mit dem Heizmittelkreislauf zur unmittelbaren Abwärmeübertragung, vorzugsweise über einen gemeinsamen Pufferspeicher für Heiz- und Kühlmittel verbunden ist, und daß eine dritte Steuerschaltung vorgesehen ist, die dafür sorgt, daß vom Heizmittelkreislauf nicht benötigte Überschuß-Abwärme in den Sprinklerspeicher übergeführt wird.

Als Kühlmittel für die Abwärme abgebende Einrichtung kann das Sprinklerspeicherwasser selbst ohne weiteres verwendet werden. Im Falle eines gemeinsamen Pufferspeichers für/ Heiz- und Kühlmittel ist es jedoch von Vorteil, den Sprinkler-. " speicher mit einem dritten Wärmetauscher für das Kühlmittel der Abwärme abgebenden Einrichtung zu versehen, da dann die Möglichkeit besteht, das Heizmittel wie üblich, unter Überdruck zu setzen, wohingegen der Sprinklerspeicher drucklos bleiben kann.

Eine besondere einfache Leitungsführung ist dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmepumpe und/oder die Abwärme abgebende Einrichtung jeweils in einem vom Pufferspeicher ausgehenden Heizmittelkreis liegen. .-

Um die Wärmeabgabe des Sprinklerspeiehers mit technisch' einfachen Mitteln stufenweise erhöhen zu können, wird vorgeschlagen, zwei, vorzugsweise gasgetriebene, Wärmepumpen unterschiedlicher Wärmeleistung einzusetzen, die in Abhängigkeit vom Bedarf an Wärme aus dem Sprinklerspeicher kaskadenartig zuschaltbar sind. Mit steigendem Wärmebedarf wird daher zuerst allein die Wärmepumpe niedriger Wärmeleistung eingeschaltet, dann ausschließlich die mit der höheren Wär-

meleistung und schließlich beide zusammen.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Heizmittelkreislauf wenigstens eine Heizeinrichtung vorgesehen ist sowie eine· Schalteinrichtung, die bei Inbetriebsetzung der Heizeinrichtung wahlweise den Pufferspeicher in den Heizmittelzulauf zur Heizeinrichtung zuschaltet. Hierdurch erreicht man eine Erhöhung der Rücklauftemperatur und dementsprechend eine Verringerung der von der Heizeinrichtung abzugebenden Wärmemenge.

Aufgrund seines großen Speichervolumens liegt die Speichertemperatur des Sprinklerspeichers bei vorgegebener Speicherkapazität relativ niedrig (ggf. unter 30⁰C). Die Wärmeverluste an die Umwelt sind daher von vorneherein relativ gering. Dennoch ist es um auch geringe Wärmeverluste zu vermeiden von Vorteil, den Sprinklerspeicher wärmeisoliert auszubilden.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Übersicht den Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heiz- und Sprinkleranlage, wobei mit durchgezogenen Linien Flüssigkeitsleitungen und mit strichpunktierten Linien Steuerleitungen·symbolisiert sind. Die allgemein mit 10 bezeichnete Heiz- und Sprinkleranlage wird dann, eingesetzt, wenn von vorneherein aus Feuerschutzgründen eine Sprinkleranlage vorzusehen ist, beispielsweise in Fabrikationsräumen, Kaufhäusern, Lagerhallen o.dgl.. Der Sprinklerspeicher für das Sprinklerwasser kann dann als Wärmespeicher zur besseren Nutzung der Sonnenwärme oder von Abwärme benutzt werden.

In der Figur ist der Sprinklerspeicher mit 12 bezeichnet.

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Er besteht aus einer nach oben hin offenen Speicherwärme 14, die nach außen hin thermisch isoliert ist, beispijelsweise durch entsprechende Kunststoffschaumbeschichtung. Um auch eine thermische Isolierung nach oben hin zu |erreichen, kann ein - nicht dargestellter - ebenfalls "isolierter Deckel vorgesehen sein. Der Pegelstand des pjsrinklerwassers 16 ist in der Figur angedeutet. W

Die vom Sprinklerspeicher 12 versorgte Sprinklereinrichtung üblichen Aufbaus ist nicht dargestellt; es sind leda^-lich vom Speicher 12 weglaufende Sprinklerleitungen 16, W und 18 angedeutet. _;i.f

Der Sprinklerspeicher 12 dient als Niedertemperatur-fjärmespeicher, wozu er aufgrund seines großen Volumens (beispielsweise 160 cbm) sehr gut geeignet ist. Ein derartiger Niedertemperatur-Wärmespeicher ist dann erforderlich^ wenn · die 'Zeiten des Bedarfs an Wärmeenergie nicht mit den_rZeiten des Angebots an Wärmeenergie übereinstimmen, also bejpspielsweise bei Sonnenkollektoranlagen wie auch ggf. bei Abwärmeanlagen. Im ausgeführten Beispiel ist der Sprinklerspgicher sowohl an eine Sonnenkollektoranlage 19 wie auch an ^ Abwärmeanlage 21 angeschlossen; man kann jedoch die Erfindung mit Vorteil auch in Verbindung mit lediglich eirier Sonnenkollektoranlage oder einer Abwärmeanlage einseifen'.

Rechts oben in der Figur ist ein Sonnenkollektor 20 Sonnenkollektoranlage 19 angedeutet, der über eine Falleitung 22 und eine Steigleitung 24 mit einer. Wärmetauscherschlange 26 innerhalb des Sprinklerspeichers 12 verbunden ist, so daß ein Kreislauf für Sonnenkollektorflüssigkeit (zumeist Sole,um Einfrieren zu vermeiden) vom Sonnenkollektor 20 über die Leitung 22, die Wärmetauscherschlange 26 und die Leitung 24 zurück zum Kollektor 20 möglich ist. An die Falleitung 22 ist ein Expansionsgefäß 28 sowie ein als Sicherheitsventil dienendes Überströmventil 30 eingeschaltet; in der Steigleitung 24 sind zwei in Richtung der

Dreiecksspitze fördernde Fördermotoren eingeschaltet, von denen der untere mit 32 und der obere mit 34 bezeichnet ist. In der Steigleitung 24 zwischen beiden Motoren 32 und 34 sowie in einer noch zu behandelnden, an die Falleitung 22 über ein Dreiwegeventil 100 angeschlossenen Zuleitung ist jeweils ein Rückschlagventil 36 bzw. 36a vorgesehen. Beide Rückschlagventile 36 und 36a schließen bei Strömung entgegen der Förderrichtung der Förderpumpen 32 und 34 und vermindern eine Schwerkraftzirkulation bei. Stillstand der Anlage.

Zur Steuerung des Sonnenkollektor-Flüssigkeitsflusses und damit der Aufheizung des Sprinklerspeicherwassers 16 durch die Sonnenkollektoranlage 19 ist eine erste Steuereinrichtung 38 vorgesehen, die die genannten Motoren 32 und 34 ansteuert und die ihre Steuerinformation zum einen von einem Temperaturfühler 40 am Sonnenkollektor 20 über eine Steuerleitung 42 erhält und zum anderen von einem über eine Steuerleitung 44 angeschlossenen Thermostat 46, der über einen Wärmefühler 48 die Temperatur des Sprinklerspeicherwassers feststellt und ein überschreiten einer maximalen Sprinklerwassertemperatur (z.B. 30⁰C) verhindert. Eine derartige Sprinklerwasser-Maximaltemperatur kann aus Gründen der Funktionssicherheit der (nicht dargestellten) Sprinklereinrichtung vorgeschrieben sein.

Der Sprinklerspeicher 12 erhält weiterhin Wärmeenergie noch von der in der Figur links angedeuteten Abwärmeanlage 21, die aus beliebigen,Abwärme abgebenden Einrichtungen, wie Kältemaschinen für Kühlräume o. dgl., bestehen kann.

Im zu beschreibenden Beispiel besteht die Abwärmeanlage aus einem Raumkühlgerät 50 zur Entwärmung eines Kompressorraumes einer Fabrik. Das Raumkühlgerät 50 besteht wiederum aus einem Gasmotor, der eine mit LWP bezeichnete Luft-Wasser-Wärmep_umpe antreibt. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe kühlt die Raumluft ab unter Erwärmung von durch die Pumpe geführtem Wasser, welches wiederum zur Erwärmung des Sprinklerspeicherwassers 16 eingesetzt werden kann. Hierzu ist im Sprinklerspeicher eine zweite Wärmetauscherschlange 52

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gehenden Zuleitung 56 und eine in einem Leitungsversorgungspunkt 58 endende Ableitung 60 an eine Leitung 62 zwischen dem Raumkühlgerät 50 und einem Pufferspeicher 64 angeschlossen ist. Das Kühlwasser der Abwärmeanlage 21 könnte zwar auch direkt durch den Sprinklerspeicher 12 zirkuliert^werden; da die Abwärmeanlage 21 jedoch direkt über den Pufferspeicher 64 in einen noch zu beschreibenden HeizmitteCkreislauf eingeschaltet ist und das Heizmittel unter Druck-steht, wird die Kühlflüssigkeit über die zweite Wärmetauschejjfechlange 52 durch den (drucklosen) Sprinklerspeicher 12 gemhrt. ·

Nachdem vorstehend die Einrichtung zur Speicherung väp· Wärme skizziert worden sind, soll im folgenden als erstej die Heizungsanlage als solche beschrieben werden und ansjä|ip.ießend die verschiedenen Möglichkeiten in die Heizungsanlag|||Abwärme, Sonnenkollektorwärme oder Speicherwärme aus de Sprinklerspeicher einzuspeisen.

Von der allgemein mit 66 bezeichneten Heizungsanlagej|ist der die eigentlichen Wärmeverbraucher umfassende Teil|weggelassen, der beispielsweise aus Raumheizung, Brauchwsssererwärmung, Hallenbadheizung und Klimatisierung bestellen kann. Dargestellt ist lediglich eine im folgenden noch zu ^handelnde Dampfwasser-Vörwärmung 200 sowie der Heizungsteiliäwischen einem Sammler 68 zur Aufnahme des von den Heizkörpeferi^ücklaufenden Heizungswasser (Pfeile A) und einem Verteiler 70 zur Verteilung des inzwischen erwärmten Heizungswassers auf die ßinzelheizungen .(Strömungspfeile B) . Vom Sammler*,g8 aus läuft eine Leitung 72 bis zu einem motorgetriebenen Breiwegeventil 74. Vom Ventil 74 wiederum geht (in der Fig-ur nach rechts) eine Leitung 76 aus, die an zwei parallel^geschalteten Heizkesseln 78 und 80 endet. In den HeizkeJiseJLn 78 und 80 kann das durch die Leitung 76 bei entsprechender Schaltung zugeführte Heizungswasser erwärmt und über: e|ne

Leitung 82 dem Verteiler zugeführt werden. ';&

Vom Dreiwegeventil 74 geht eine weitere Leitung 84 aulpy-'die

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im bereits erwähnten Pufferspeicher 64 in dessen unterem Bereich endet. Bei entsprechender Stellung des Dreiwegeventils kann demnach Heizungswasser vom Sammler 68 in den Pufferspeicher 64 geführt werden, welches dann über eine vom oberen Ende des Pufferspeichers 64 ablaufende Leitung 86 dem Heizmittelkreislauf zugeführt wird. Hierbei durchströmt das Heizungswasser ein Dreiwegeventil 88 am Ende der Leitung 86, woraufhin das Heizungswasser der Schaltstellung des Ventils 88 entsprechend entweder über eine in die Leitung 82 mündende Leitung 91 direkt zum Verteiler 70 fließt oder über eine in die Leitung 76 einmündende Leitung 90 zuerst durch die Heizkessel 78 und 80 und erst dann zum Verteiler 70 .

Die Erwärmung des Inhalts des Pufferspeichers 78 kann über die Abwärmeanlage 21 und/oder über die Sonnenkollektoranlage 10 erfolgen. Zur Erwärmung durch die Abwärme des Raumkühlgeräts 50 ist dieses mit einer Zuleitung 92 mit dem Pufferspeicher 64 in dessen oberem Bereich einmündend verbunden sowie mit einer Leitung 94 am unteren Ende des Pufferspeichers 64, welche im erwähnten Ventil 54 endet und durch die Leitung 62 bis zum Raumkühlgerät 50 fortgesetzt wird. In der Leitung 62 ist eine Förderpumpe 96 eingeschaltet. Das vom Raumkühlgerät 50 erwärmte Wasser kann daher im Kreislauf durch den Puffer 64 geführt werden, wobei es sich mit dem Heizungswasser der Heizungsanlage 66, ggf. vermischt. Auf diese Weise kann also die Abwärme des Raumkühlgeräts 50 unmittelbar als Heizungswärme für die Heizungsan-' lage' 66 verwendet werden.

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Aufgrund der Verwendung von Sole-Flüssigkeit, kann die Wärme der Sonnenkollektoranlage 19 der Heizungsanlage nur über eine Wärmetauscherschlange 96 zugeführt werden, die sich innerhalb des Pufferspeichers 64 befindet. Die Wärmetauscherschlange 96 ist über eine Zuleitung 98 mit einem in der Falleitung 22 liegenden Dreiwegeventil 100 verbunden und über eine Ableitung 102 mit der Steigleitung 24, wobei die Leitung 102 zwischen dem Rückschlagventil 36 und dem Förder-

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motor 34 einmündet. An die Rückleitung 102 sind ein Expansionsgefäß 104 sowie ein Überströmventil 106 angeschlossen. Entsprechend der Ventilstellung des Dreiwegeventils 100 kann demnach Sonnenkollektorflüssigkeit im Kreislauf durch den Pufferspeicher 64 geführt werden.

Um dies zu steuern ist eine zweite Steuereinrichtung 106 ■ vorgesehen, die über eine Steuerleitung 108.mit dem Ventil 100 und über eine Steuerleitung 110 mit den Motoren 32 und 34 verbunden ist_r. Ihre Information erhält die Steuereinrichtung 106 zum einen über einen Temperaturfühler 112 am Sonnenkollektor 20, der über eine Leitung 114 angeschlossen ist und über einen Tauchfühler 116 am Boden des Pufferspeichers 64, der über eine Leitung 118 angeschlossen ist. Schließlich kann noch eine Verbindungsleitung zwischen der ersten und der zweiten Steuereinrichtung 38 und 106 bestehen. Die Steuereinrichtung 106 stellt eine Vorrangsteuerung dar, die dafür sorgt, daß stets zuerst der Pufferspeicher 64 und damit die Heizungsanlage 66 mit Wärme aus der Sonnenkollektoranlage 10 versorgt wird und lediglich in der Heizungsanlage 66 nicht benötigte überschußwärme dem Sprinklerspeicher 12 zugeführt wird. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 106 das Ventil 100 sowie die Motoren 32 und 34 stets so an, daß solange die Tem-, peratur im Pufferspeicher 64 die Temperatur im Sonnenkollektor 20 um einen vorgegebenen geringen Wert unterschrei-tet, stets sämtliche Sonnenkollektorflüssigkeit ausschließlich durch den Pufferspeicher 64 geführt wird und erst dann, wenn sich die Temperatur im Pufferspeicher 64 an die im Sonnenkollektor 20 angleicht oder eine vorgegebene Maximal-Temperatur erreicht hat, Sonnenkollektorflüssigkeit durch die Wärmetauscherschlange 26 im Sprinklerspeicher fließt.

Eine dementsprechend als Vorrangschaltung ausgebildete dritte Schalteinrichtung 122 steuert auch den Kühlmittelfluß des Raumkühlgeräts 50. Hierzu ist die Steuereinrichtung 122 über eine Leitung 124 mit dem steuerbaren Dreiwege-

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ventil 54 verbunden und über eine Leitung 126 mit einem Temperaturfühler 128 im unteren Bereich des Pufferspeichers 64. Solange die Temperatur im Pufferspeicher unter einer vorgegebenen Soll-Temperatur von beispielsweise 75°C liegt, wird sämtliches Kühlwasser des Raumkühlgeräts 50 ausschließlich durch den Pufferspeicher 64 geführt, wozu das Dreiwegeventil 54 die Leitungen 94 und 62- miteinander verbindet unter Absperrung der Leitung 56. Wird dagegen im Pufferspeicher 64 keine Wärme mehr benötigt, da'die Soll-Temperatur bereits erreicht ist, wird das Ventil 54 derart umgestellt, daß das Kühlwasser aus der Leitung 94 zwangsweise über die Leitung 56 durch die Wärmetauscherschlange 52 und zurück über die Leitungen 60 und 62 zum Raumkühlgerät 50 fließt. Ein zusätzlich eingebauter Raumthermostat 50a schaltet das Raumkühlgerät 50 in Abhängigkeit von den Betriebszeiten der wärmeerzeugenden nicht dargestellten Kompressoren, derart, daß bei deren Stillstand eine Abkühlung des Raumes unter +5⁰C nicht möglich ist.

Um die im Sprinklerspeicher 12 gespeicherte Wärme der Heizungsanlage 66 bedarfsweise zuführen zu können, sind zwei parallel angeordnete Wärmepumpen 130 und 132 vorgesehen, die aus jeweils einem Gasmotor und einer von diesem betriebenen mit WWP bezeichneten Wasser-Wasser-Wärme£umpe bestehen. Eine im Sprinklerspeicher 12 wenig unterhalb der Wasseroberfläche mündende Zuleitung 134 sowie eine knapp oberhalb des Bodens des Sprinklerspeichers 12 mündende Rückleitung 136 verbinden die beiden Wärmepumpen 130 und 132 (unter entsprechender Verzweigung jeweils kurz vor den parallel geschalteten Pumpen 130 und 132) mit dem Sprinklerspeicher 12. Die Lage der Einmündungen der Leitungen 134 und 136 ist entsprechend der Temperaturschichtung des Sprinklerwassers 16 im Sprinklerspeicher 12 gewählt; diese Temperaturschichtung soll möglichst erhalten bleiben. Ein Fördermotor 138 in der Zuleitung 134 sorgt für eine ent-. sprechende Strömung des Sprinklerwassers 16 im Kreislauf durch die Wärmepumpen 130 und 132.

Die Wärmepumpen 130 und 132 entnehmen dem durch sie hindurch-

geführten Sprinklerwasser 16 Wärme und geben diese an durch sie hindurchgeführtes Heizungswasser der Heizungsanlage 66 ab. Dieses Heizungswasser wird über eine vom Boden des Pufferspeichers 64 ausgehende Zuleitung 140 zugeführt, die sich vor den parallel geschalteten Wärmepumpen 130 und 132 verzweigt; das von. den Wärmepumpen 130 und 132 erwärmte Wasser wird über eine Ableitung 142 dem Pufferspeicher 64 im oberen Speicherbereich wieder zugeführt. Um den erforderlichen Heizungswasserkreislauf durch die Wärmepumpen 130 und 132 aufrechtzuerhalten, ist eine Förderpumpe 144 in die Zuleitung 140 eingeschaltet. Die Wärmepumpen 130 und 132 werden von einer mit der Steuereinrichtung 122 verbundenen weiteren Steuereinrichtung 146 aus gesteuert. Hierzu sind die Gasmotoren der Wärmepumpen 130, 132 über entsprechende Steuerleitungen 148 und 150 mit der Steuereinrichtung 146 verbunden. Weitere Steuerleitungen 152 und 154 verlaufen zu den Fördermotoren 144 bzw. 138. Temperaturinformationen erhält die Steuereinrichtung 146 über einen Temperaturfühler 154 im oberen Bereich des Pufferspeichers 64 und einen Temperaturfühler 156 in der vom Sammler 68 kommenden Heizungswasserleitung 72. Die Fühler 154 und 156 sind über eine Leitung 158 bzw. 160 an die Steuereinrichtung 146 angeschlossen. Leitungen 162 und 164 verbinden die motorgetriebenen Dreiwegeventile 74 bzw. 88 mit der Steuereinrichtung 146. Schließlich können die Heizkessel 78 und 80 noch über Leitungen 166 und 168 von der Steuereinrichtung 146 aus gesteuert werden.

Im folgenden wird die Funktion der beschriebenen Heiz- und Sprinklereinrichtung 10, soweit noch erforderlich, beschrieben.

Für den Fall, daß,z.B. bei ungenügender Wärmeabgabe durch die Abwärmeanlage 21, die Sonnenkollektoranlage 19 und den Sprinklerspeicher 12 und hohem Heizungswärmebedarf, die Rücklauftemperatur in der Leitung 72 die Pufferspeichertempera-

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tür übersteigt (gemessen durch die Fühler 156 bzw. 154) schaltet die Steuereinrichtung 146 die Heizkessel 78 und 80 ggf. kaskadenartig zu unter Umschaltung des Dreiwegeventils 74 in diejenige Stellung, in der die Leitung 76 unmittelbar an die Leitung 72 angeschlossen ist unter Absperrung der Leitung 84. Wenn die Temperatur im Pufferspeicher 64 jedoch die des Rücklaufwassers in der Leitung 72 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs übersteigt, wird der Pufferspeicher 64 zugeschaltet unter Erwärmung des zu den Heizkesseln 78 und 80 fließenden Wassers. Hierzu wird das Ventil 74 derart geschaltet, daß die Leitung 84 mit der Leitung 72 verbunden ist unter Absperrung der Leitung 76. Weiterhin wird das Ventil 88 derart geschaltet, daß die Leitung 90 mit der Leitung 86 verbunden ist unter Absperrung der Leitung 91. Das vom Sammler 68 kommende Heizungswasser strömt demnach über die zwei Leitungen 72 und 84 dem Puffer 64 zu und von diesem über die Leitungen.86, 90 und 76 den Heizkesseln 78 und 80 und wird dabei um mindestens 5⁰C, in der Regel um TO⁰C bis 15⁰C erwärmt, was den Heizkesselener.giebedarf reduziert.

Für den Fall, daß aufgrund relativ geringen Heizungswärmebedarfs, beispielsweise in der Übergangszeit, es möglich ist,ohne Heizkesselbetrieb auszukommen, schaltet die Schaltungseinrichtung 146 die beiden Heizkessel 78 und 80 ab, wobei die Schaltungseinrichtung 146 auch das Dreiwegeventil 88 derart umstellt, daß die Leitung 86 mit der Leitung 91 verbunden ist unter Abtrennung der Leitung 90. Das vom Pufferspeicher 64.kommende Heizungswasser fließt demnach über die Leitungen 86 und 91 direkt dem Verteiler 70 zu.

Während der vorstehend beschriebenen Heizungsbetriebsarten der Heiz- und Sprinkleranlage 10 sorgt die Steuereinrichtung 146 dafür, daß bei Bedarf, d.h. dann, wenn die Temperatur im Pufferspeicher 64 unter einen vorbestimmten Wert sinkt, gespeicherte Wärme aus dem Sprinklerspeicher zugeführt wird, sofern solche noch eingespeichert ist. Hierzu ist die Steue-

rungseinrichtung 146 noch mit einer Leitung 170 mit dem bereits erwähnten Temperaturfühler 48 im Sprinklerspeicher 12 verbunden. Bei entsprechendem Speicherwärmebedarf schaltet die Steuereinrichtung 146 die Wärmepumpen 130 und 132 zu,unter Einschaltung der Fördermotoren 144 und 138. Die Wärmepumpe 130 ist auf eine Wärmeleistung von 60 kW ausgelegt, die Wärmepumpe 132 auf 180 kW. Bei steigendem Speicherwärmebedarf schaltet die Steuereinrichtung 146 die Wärmepumpen 130 und 132 kaskadenartig zu, d.h. zuerst die Wärmepumpe 130 mit 60 kW, dann ausschließlich die Wärmepumpe 132 mit 18OkW und dann beide zusammen mit insgesamt 240 kW.

Für den Puffer 64 genügt ein 3000 bis 4500 1 Speicher. Das Raumkühlgerät 50 kann beispielsweise eine "30 kW-Wärmepumpe sein. Die ggf. ebenfalls kaskadenartig zuschaltbaren Heizkessel 78 und 80 können eine Heizleistung zwischen 700 und 900 kW aufweisen.

Die ebenfalls von der Heiz- und Sprinkleranlage mit Wärme versorgte Dampfwasser-Vorwärmung 200 dient zur Erwärmung von über eine Leitung 202 einem Heißdampfkessel 204 zuzuführenden Dampfwasser, um die für den Betrieb des'Dampfkessels 204 aufzuwendende Heizenergie zu verringern. Der Dampfkessel gibt über eine Leitung 206 Produktions-Dampf ab. Die Leitung 202 wird als Wärmetauscherschlange 208 durch einen zylindrischen Wärmetauscherbehälter 210 geführt, der wiederum in eine die Leitungen 72 und 91 miteinander verbindende Verbindungsleitung 212 eingeschaltet ist. Eine Förderpumpe 214 ist in die Leitung 212 eingeschaltet, die über eine Leitung 218 mit einem Temperaturfühler 216 an der Leitung 202 in Strömungsrichtung hinter der Austauscherschlange 208 verbunden ist und daher in Abhängigkeit von der Temperatur des vorgewärmten Dampfwassers gesteuert werden kann. Bei Inbetriebsetzung der Förderpumpe 214 wird Heizungswasser unter Umgehung der Heizungsanlage 66 (nach Art eines "Kurzschlusses") durch die

Brauchwasservorwarmung 2 00 hindurch unmittelbar der Leitung 72 zugeführt. Dies öffnet die Möglichkeit insbesondere in der wärmeren Jahreszeit die Energiekosten für den Heiß-Dampf-Dampfkessel 204 zu verringern. Das dem Dampfkessel 2 zugeführte Wasser ist hierbei auf Temperaturen zwischen 72 und 75⁰C vorgewärmt.

Die vorstehend beschriebene Heiz- und Sprinkleranlage ermöglicht eine optimale Nutzung der im Kompresso-

renraum anfallenden Wärme sowie der Sonnenkollektorwärme, wobei der Sprinklerspeicher 12 für einen Ausgleich zwischen Zeiten erhöhten Wärmebedarfs und Zeiten erhöhten Wärmeangebots sorgt. Die aus dem Kompressorenraum gewonnene Abwärme, die Solarwärme sowie bei Bedarf die im Sprinklerspeicher 12 gespeicherte Wärme kann dem Pufferspeicher 64 zugeführt werden, an den sämtliche Wärmeverbraucher gleichzeitig angeschlossen sind, was den Leitungsaufwand und Steuerungs-. aufwand erheblich verringert. Die Mehrkosten der vorstehend beschriebenen Heiz- und Sprinkleranlage mit Solaranlage gegenüber einer herkömmlichen Anlage aus einer gesonderten Heizanlage und einer gesonderten Sprinkleranlage werden innerhalb eines kurzen Zeitraums, beispielsweise von 4 Jahren, durch entsprechend verringerte Energiekosten (öl, Gas, Strom) erwirtschaftet.

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Claims

Patentanwälte DiPL.-i?JG.T$. Wetckmänn; DJpl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F.A.Weickmann, Dip'l.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska 8000 MÜNCHEN 86, DEN 29. Jjjjj POSTFACH 860 820 . MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 Herr Ing. Arno Hofmeister Auf Steingen 14, D-7470 Albstadt 15 Heiz- und Sprinkleranlage Patentansprüche

1. Heiz- und Sprinkleranlage mit

- einem Niedertemperatur-Flüssigkeitsspeicher,

•05 — einem Heizmittel- insbesondere Warmwasserkreislauf (66),

- wenigstens einer Wärmepumpe (130, 132) zur überführung von Wärme aus dem Niedertemperaturspeicher in den Heizmittelkreislauf und

- einem Sprinklerspeicher (12) für Sprinklerflüssigkeit einer Sprinklereinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sprinklerspeicher (12) als der Niedertemperaturspeicher ausgebildet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprinklerflüssigkeit (16) durch die Wärmepumpe (130, 132) im Kreislauf geführt ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprinklerspeicher (12) zur Wärmezufuhr an eine Sonnenkollektoranlage (19) angeschlossen ist.

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4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprinklerspeicher (12) mit einem ersten Wärmetauscher (26) für Sonnenkollektorflussigkeit versehen ' ist.

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch-i eine erste Steuereinrichtung (38) zur Steuerung dea^; _; Flusses der Sonnenkollektorflussigkeit durch den eisten Wärmetauscher (26) , insbesondere in Abhängigkeit voii einer Sprinklerspeicher-Maximaltemperatur. -^:-v

6.. Anlage nach einem'der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektoranlage (19) Jg|t dem Heizmittelkreislauf (66) , vorzugsweise über epien zweiten Wärmetauscher (96) zur unmittelbaren Sonnjeftkollektor-Wärmeübertragung verbunden ist_A und daß leine zweite Steuerschaltung (106) vorgesehen ist, die cjfatfür sorgt, daß vom Heizmittelkreislauf (66) nicht benötigte überschuß-Sonnenkollektorwärme in den Sprinklersp^icher

(12) übergeführt wird. 1

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerschaltung (106) den Fluß der Sonden- ·' kollektor-Flüssigkeit durch den ersten Wärmeaustauscher (26) sowie den Fluß der Sonnenkollektor-Flüssigkeit durch den zweiten Wärmeaustauscher (96) steuert, vorzugsweise durch entsprechendes Ansteuern von im jeweiligen Fluß angeordneten Förderpumpen (34, 132).

8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprinklerspeicher (12) an-leine Abwärme abgebende Einrichtung (21), vorzugsweise kälteanlage, angeschlossen ist,

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch.gekennzeichnet, daß die

Abwärme abgebende Einrichtung (21) mit dem Heizmittclkreislauf (66) zur unmittelbaren Abwärmeübertragung/ vorzugsweise über einen gemeinsamen Pufferspeicher (64) für Heiz- und Kühlmittel, verbunden ist, und daß eine dritte Steuerschaltung (122) vorgesehen ist, die dafür sorgt, daß vom Heizmittelkreislauf (66) nicht benötigte Überschuß-Abwärme in den Sprinklerspeicher (12) übergeführt wird.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprinklerspeicher (12) mit einem dritten Wärmetauscher (52) für das Kühlmittel der Abwärme abgebenden Einrichtung (21) versehen ist.

11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (130, 132) und/oder die Abwärme abgebende Einrichtung (21) jeweils in einem vom Pufferspeicher (64) ausgehenden Heizmittelkreis liegen.

12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei, vorzugsweise gasbetriebene,Wärmepumpen (130 und 132) unterschiedlicher Wärmeleistung, die in Abhängigkeit vom Bedarf an Wärme aus dem Sprinklerspeicher (12) kaskadenartig zuschaltbar sind. .

13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis.12, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizmittelkreislauf (66) wenigstens eine Heizeinrichtung (78, 80) vorgesehen ist sowie eine Schalteinrichtung (146), die bei Inbetriebsetzung der Heizeinrichtung (78, 80) wahlweise den Pufferspeicher (64) in den Heizmittelzulauf zur Heizeinrichtung (78, 80) zuschaltet.

14. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprinklerspeicher (12) wärmeisoliert ausgebildet ist.

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15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß im Heizmittelkreislauf (66) eine . wahlweise zuschaltbare Dampf wasser-Vorwärmung (2,00) vorgesehen ist. - -' ~ )