DE3625829A1 - Heizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage mit einer Einrichtung zur Umweltwärme-Nutzung in Form einer Energiezelle, die innerhalb einer gemeinsamen Raumhülle zahlreiche Baukomponente einschließlich einer Wärmepumpe vereinigt.

Durch die DE-PS 31 02 308 ist es bekannt, in einer Energiezelle zahlreiche Baukomponente einschließlich Regeleinrichtungen, Verbinden der Leitungen, Armaturen usw. so zusammenzufassen, daß diese Einrichtungen von einer gemeinsamen Raumhülle umschlossen sind. Der Hauptvorteil der Energiezelle im vorbezeichneten Sinne besteht darin, daß die Vielzahl von Funktions-Elementen werkstattmäßig gefertigt und auf der Baustelle mit einem extrem niedrigen Aufwand an Baustellen-Stunden montiert und in Betrieb gesetzt werden kann.

Bekannt sind ferner zahlreiche Konstruktionen, die dazu dienen, Umweltwärme durch eine Wärmepumpe zu entnehmen, und zwar mit Hilfe von Luftabsorbern, die außerhalb des zu beheizenden Gebäudes aufgestellt werden, z. B. in Form eines Energie-Zaunes oder in Form eines Absorber-Turmes. Bekannt sind ferner eine Reihe von Vorschlägen, die Wände von Gebäuden als sogen. Massiv-Absorber auszubilden, welche Wärme aus der Umwelt-Luft aufnehmen und über die Wärmepumpe der Heizung zuführen. Diese Massiv-Absorber erfordern aber eine individuelle Planung in der Bauausführung und machen die Ausführung der Häuser von dieser vorangegangenen Individualplanung abhängig. Auch Lösungen für die serienmäßige Ausführung von Massiv- Absorbern, wie z. B. die Ausbildung einer Fertiggarage als Massiv-Absorber, haben den Nachteil, daß sie nur unter bestimmten Voraussetzungen und ausschließlich bei Neubauten möglich sind. Dies macht aber die Anwendung bei der immer wichtiger werdenden Altbaumodernisierung oder dort unmöglich, wo größere Bauten beispielsweise bestehende Wohnhäuser an eine gemeinsame Heizung mit Standort außerhalb der Häuser angeschlossen werden sollen.

Erfindungsgemäß werden im Gegensatz zu den bisherigen Konstruktionen die Luftabsorber mit einer auf die Energiezelle abgestimmten Größe zwar außerhalb der Energiezelle angeordnet, aber räumlich, konstruktiv und funktionell mit der Energiezelle verbunden. Dies geschieht vorzugsweise so, daß eine Kompaktanlage entsteht, in der alle Betriebseinrichtungen einschließlich der Absorber auf kleinstem Raum konzentriert sind, so daß Anlagen für kleinere Bauten sogar als Ein-Stück-Verbund- Konstruktion an den Einsatzort gebracht und Anlagen für größere Wärmeleistung an Ort und Stelle aus Fertigteilen, vorzugsweise sogar trocken montiert werden können. So können sogar Anlagen für die Modernisierung größerer Baukomplexe großer Einheiten nach diesem Prinzip als Kompakt-Anlagen mit geringstem Raumbedarf nachträglich angeschlossen werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Beispielhaft wird die vorliegende Erfindung in den Fig. 1 bis 7 dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Energiezelle für ein Einzelhaus,

Fig. 2 eine Energiezelle, die nachträglich an eine Garage angebaut ist,

Fig. 3 eine vereinfacht dargestellte Energiezelle mit Luftabsorbern auf einem Raumfachwerk,

Fig. 4 die Anordnung einer Energiezelle in Verbindung mit einem Schwimmbad zwischen zwei Hausfassaden im Freigelände,

Fig. 5 die speziellen Einzelheiten für die Nutzbarmachung der Abwärme, die bei der Verbrennung von Primärenergie in der Energiezelle entsteht durch ein spezielles Absorber-System,

Fig. 6 eine Energiezelle mit turmartig angeordneten Luftabsorbern und

Fig. 7 die Energiezelle der Fig. 6, eingebaut unter dem Dach eines Wohnhauses.

Wesentlich ist in allen Fällen, daß der nach dem Deutschen Patent 31 02 308 bekannten Energiezelle Absorber-Elemente hinzugefügt werden, für deren Halterung die Raumhülle der Energiezelle dient.

Fig. 1 zeigt eine Energiezelle, die in einer Raumhülle (1) eine Vielzahl von Komponenten vereinigt, in erster Linie eine Heizquelle bzw. einen Heizkessel (2) für Primärenergie, eine Wärmepumpe (3) und einen Wärmespeicher (4). Diese aus dem DE-PS 31 02 308 bekannte Energiezelle ist nun gemäß Fig. 1 ergänzt durch die außen angeordneten Luftabsorber (6 a und 6 b) an den Wänden sowie den Luftabsorber (9) oberhalb des Daches der Raumhülle (1), wobei die Absorber (6 a, 6 b, 9) mit Rohrleitungen (7 und 8) mit den Betriebsanlagen im Innern der Energiezelle verbunden sind. Abgesehen von dem Abgaskamin (10) sind die übrigen Betriebseinrichtungen, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, nicht dargestellt. Für die Funktion ist bei der Anlage der Fig. 1 wichtig, daß nicht nur die Abwärme aus der Raumhülle (1) auf die angebauten Absorber (6 a, 6 b, 9) übergeht, sondern daß auch die in den Abgasen aus dem Kamin (10) austretende Restwärme der Verbrennung durch den Absorber (9) oberhalb des Daches der Energiezelle ausgenutzt wird, weil die Luft über dem Dach-Absorber (9) durch Abkühlung nach unten fällt, nachdem ihr im Absorber (9) die Wärme entzogen worden ist und dann seitlich abfließt.

Fig. 2 zeigt eine Garage (11) mit einer Energiezelle in einer Raumhülle (1), deren Innenraum durch eine von außen zu öffnende Tür (12) zugänglich ist. Wie in Fig. 1 ist die Energiezelle durch seitlich angebaute Luftabsorber (6 a und 6 b) und einem über dem Dach angeordneten Luftabsorber (9) ergänzt derart, daß die von den Luftabsorbern aufgenommene Umweltwärme über die Wärmepumpe (3) der Raumheizung zugeführt wird, wobei ein Kleincomputer (in Fig. 1 mit 13 bezeichnet) in bekannter Weise das Zusammenwirken der verschiedenen, in den Figuren dargestellten und der zugehörigen, im Bild aber nicht gezeigten Komponenten regelt. Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer größeren Energiezelle mit der Raumhülle (1) und der aus einzelnen Heizquellen bzw. Heizkesseln (2) zusammengesetzten Kesselanlage sowie die Wärmepumpen-Anlage, die im vorliegenden Falle aus zwei mit Gas betriebenen Motor-Wärmepumpen (19) besteht. Die Abgase der Kesselanlage (2) und der Motor-Wärmepumpen (19) gelangen durch die Kamine (21 a und 21 b) ins Freie und werden über den Luftabsorbern (20) oberhalb der Energiezelle ins Freie entlassen. Die Luftabsorber (20) sind auf einem räumlichen Fachwerk (40) aufgelagert, das seinerseits unter dem Untergurt die Dachhaut (41) der Raumhülle (1) der Energiezelle trägt. Die Zuleitung (22 a) und Ableitung (22 b) wird mit bekannten technischen Mitteln mit der Kesselanlage (2) und den Motor-Wärmepumpen (19) derart verbunden, daß durch einen Computer (13) die Steuerung der gesamten (bivalenten) Heizungsanlage erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, den größten Teil der Heizungsenergie mit Hilfe der Motor-Wärmepumpenanlage (19) während des größten Teils des Jahres aus der Umweltwärme zu decken und nur bei ungünstiger Witterung mit Hilfe der Kesselanlage (12) den Wärmebedarf durch Verbrennung von Primärenergie ganz oder teilweise zu decken.

In Fig. 4 ist eine Energiezelle (14) dargestellt, die als Teil eines Bauwerks im Freigelände zwischen zwei Wohnblocks (15 und 16) aufgestellt ist und über zwei Fernleitungen (17 und 18) die einzelnen Wohnungen mit der in der Energiezelle mit Hilfe einer Wärmepumpe (3) oder der Kesselanlage (2) gewonnenen Heizwärme versorgt. Auf diese Weise kann man beispielsweise Altbauwohnungen, die bisher ausschließlich durch Verbrennung von Primärenergie beheizt wurden, auf den bivalenten Heizbetrieb aus der Energiezelle (14) umstellen und wesentliche Anteile an Primärenergie sowie Betriebskosten sparen. Bei Altbauwohnungen, die bisher noch keine Sammelheizung besaßen, kann z. B. eine Fußbodenheizung mit niederer Vorlauftemperatur in den Wohnungen eingebaut und an die Energiezelle (14) angeschlossen werden.

Das Gebäude der Fig. 4, in dem die Energiezelle (14) untergebracht ist, besitzt im vorliegenden Falle eine Anzahl verschiedenartiger Räume, wobei auch über der Energiezelle (14) anderweitig genutzte Räume angeordnet sein können. Ferner ist hier schematisch dargestellt, daß der Hauptbau des Gebäudes ein Schwimmbecken (42) enthält. Das Raumfachwerk (40) hat die mehrfache Funktion, auf der Unterseite die raum-abschließenden Dachplatten (41), auf der Oberseite die Luftabsorber (20) zu tragen und mit seinem Luftraum zwischen Obergurt und Untergurt die seitliche Ableitung für die zirkulierende Luft zu bilden, aus der die Wärmepumpen-Anlage die Umwelt-Energie entnimmt.

Entscheidend ist auch hier, daß auf kleinstem Raum - unabhängig von der baulichen Ausführung der beheizten Baulichkeiten - eine Kompaktanlage für die Energiezelle und die Absorber-Anlage geschaffen wird, die bereits bei der Investition Zeit, Arbeit und Kosten spart, einen wirtschaftlichen Betrieb sichert und dadurch erreicht, daß die Investitionskosten für die Umweltwärme-Gewinnung innerhalb weniger Jahre gedeckt werden.

Wie schon mehrfach erwähnt, besteht die Erfindung darin, daß die Luftabsorber räumlich und konstruktiv mit der Energiezelle verbunden sind. Daher zeigen auch bereits die Fig. 1 bis 4 z. B. schematisch, daß die Luftabsorber-Anlage keinen besonderen Grundflächenbedarf hat. Durch die Abstützung der Absorber-Anlage auf der Energiezelle werden somit in entscheidender Höhe Grundflächen, sondern auch Kosten eingespart. Die Rohrleitungen zwischen den Luftabsorbern außerhalb der Energiezelle und den innerhalb der Energiezelle angeordneten Komponenten sind kurz, daher wirtschaftlich, außerdem jederzeit zugänglich und infolgedessen im Falle von Störungen kurzfristig instandsetzbar.

Darüber hinaus besteht aber zusätzlich eine weitere und spezielle betriebstechnische Funktions-Kopplung, die in Fig. 5 dargestellt ist. Bereits bei den Anordnungen der Fig. 1 bis 3 wird die Wärmeabgabe der Energiezelle (1) durch die zu Wänden und Dach angeordneten Absorber verwertet. Zusätzlich zu dieser Funktions-Kopplung durch die konstruktive Verbindung wird in Fig. 5 schematisch und vereinfacht gezeigt, daß in der Raumhülle (1) eine Heizquelle (2) in Form eines Heizkessels für Primärenergie, eine Wärmepumpe (3) und ein Speicher (4) angeordnet sind, während oberhalb der Energiezelle ein Luftabsorber (20) die Umweltwärme aufnimmt, daß aber außerdem noch eine Wärme-Rückgewinnung aus Abgas möglich ist. In diesem Falle ist der Abgaskamin (10) von einem Mantel (23) umgeben derart, daß zwischen dem Abgaskamin (10) und dem Mantel (23) ein Strömungskanal (24) entsteht, in dem ein Luftabsorber (25) mit entsprechend großer Oberfläche untergebracht ist. (Die Zeichnung ist nur schematisch ausgeführt.) Die Wirkung besteht darin, daß die vom Kamin (10) abgegebene Wärme, die sonst verlorengeht, auf die Luft übergeht, die oben bei (26) in den Kanal (24) eintritt und sich erwärmt, daß andererseits die Wärme dann durch den Luftabsorber (25) über die Sole in der Rohrleitung (27) der Wärmepumpe (3) zugeführt wird. Die im Mantel (23) durch die Abwärme des Kamins (10) erwärmte und durch den Wärmetauscher (25) wieder abgekühlte Luft wird durch das Rohr (32) dem Brenner (2 a) des Heizkessels (2) zugeführt. Die Parallelschaltung des Luftabsorbers (25) zum Kamin (10) und des Luftabsorbers (20) über dem Dach wird durch Steuerorgane (30, 31) vom Computer (13) mit bekannter Technik geregelt, die zur Vereinfachung zeichnerisch nicht dargestellt ist. Hervorzuheben ist, daß das Gebläse des Brenners (2 a) des Heizkessels (2) in dem Wärmetauscher (23, 24, 25) eine Luftbewegung hervorruft, deren Geschwindigkeit verhältnismäßig hoch ist, so daß die Wärmeübertragung des Luftabsorbers (25) bezogen auf die Fläche günstiger ist als bei einem Wärmetauscher, der nur durch natürliche Luftbewegung Wärme aufnimmt.

Fig. 6 zeigt eine Energiezelle, deren Hülle (1) als Fundament für einen darüber angeordneten Turm dient, in dessen Mitte sich der Abgaskamin (10) befindet. Der Turm ist verkleidet wieder durch einen Mantel (23), der einen Luftraum umschließt, in dem eine Mehrzahl von Luftabsorbern (34) angeordnet ist. Diese Luftabsorber (34) nehmen aus dem oben durch Öffnungen (26) eintretenden Luftstrom sowohl die ursprünglich in der Umwelt vorhandene Wärme, wie auch die Abwärme auf, die der Abgaskamin (10) aus dem Heizkessel (2) nach oben abführt. Ein in der Energiezelle angeordnetes Gebläse saugt die bei (26) eintretende Außenluft an und führt sie dem Heizkessel (2) als Verbrennungsluft zu. Das Gebläse wirkt aber auch gleichzeitig beim Betrieb der Wärmepumpe (3) im Sinne einer Beschleunigung der Luftströmung im Luftraum innerhalb des Mantels (23), so daß die Wärmeaufnahme durch die Absorber (34) wesentlich erhöht wird. Daher bringt die Turm-Anordnung der Luftabsorber in Verbindung mit der Energiezelle nicht nur den Vorteil einer Raumersparnis, sondern auch eine erhöhte Wirtschaftlichkeit, weil der Wärmeumsatz in den Luftabsorbern (34) gegenüber traditionellen Luftabsorbern mit natürlicher Belüftung wesentlich erhöht wird. Das bedeutet, daß die Absorber-Fläche kleiner gehalten sein kann und daher billiger wird. Darüber hinaus kann die ganze Anlage, bestehend aus Energiezelle und kombiniertem Kamin-Absorber-Turm als Fertigkonstruktion mit wesentlicher Einsparung an Arbeitszeit und Kosten auf der Einsatzstelle "gebrauchsfertig" angeliefert werden. Während des Betriebes der Wärmepumpe erfolgt im Heizkessel keine Verbrennung; erst wenn bei niederen Außentemperaturen die Verbrennung im Kessel einsetzt, wird die umgewälzte Luft für die Verbrennung ausgenutzt; dabei geben die aus dem Kamin (10) entweichenden Abgase ihre überschüssige Abwärme an den Luftabsorber (34) ab.

Während in den Fig. 3 und 4 die Raumfachwerke (40) als liegende Platte ausgebildet sind, kann auch ein Turm mit relativ kleiner Grundfläche und größerer Höhe gemäß Fig. 6 mit einem Raumfachwerk als tragende Gerippekonstruktion ausgeführt werden, wobei die Baukomponenten des Raumfachwerks in bekannter Weise aus Stäben und Knoten bestehen.

Fig. 7 zeigt endlich die Möglichkeit der Aufstellung einer Energiezelle mit einer Raumhülle (1) und eines darauf abgestützten Absorber-Turmes (46) auf der obersten Decke (47) eines Wohngebäudes (49), wobei diese Decke als Flachdach ausgebildet sein kann oder - wie in Fig. 7 schematisch angedeutet - sich unter einem Satteldach (48) befindet.

Claims (10)

1. Heizungsanlage mit einer Einrichtung zur Umweltwärme- Nutzung in Form einer Energiezelle, die innerhalb einer gemeinsamen Raumhülle zahlreiche Baukomponente einschließlich einer Wärmepumpe vereinigt, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Energiezelle großflächige Luftabsorber (5, 9, 20, 25, 34) angeordnet, aber räumlich und konstruktiv mit der Raumhülle der Energiezelle (1) verbunden sind.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabsorber (6, 9, 20, 25, 34) funktional nicht nur in bekannter Weise mit dem Sole-Kreislauf der Wärmepumpe zusammenwirken, sondern auch die Abwärme der Energiezelle verwerten.

3. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabsorber (6, 9, 20, 34) den Wand- und/oder Dachflächen der Raumhülle (1) der Energiezelle zugeordnet und mit diesen konstruktiv verbunden sind.

4. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Luftabsorber (25, 34) mit dem Abgaskamin (10) einer Primärenergie verbrauchenden Heizquelle (2) zur Nutzung der Abwärme des Verbrennungsvorganges zusammenwirkt.

5. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Luftabsorber (25) während der Betriebsdauer der Heizquelle (2) mit deren Verbrennungsluft-Zuführung (23, 32) so zusammenwirkt, daß durch die hohe Strömungs- Geschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Luftführung (23, 32) ein hoher Wärme-Übergang im Luftabsorber (25) erfolgt.

6. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabsorber (25, 34) innerhalb eines Mantels (23) von der durch Öffnungen (26) eintretenden Umgebungsluft durchströmt werden, die ganz oder teilweise als Verbrennungsluft für die Heizquelle (2) und/oder eine Motor-Wärmepumpe (19) dient.

7. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabsorber (9, 20) oberhalb des Daches der Raumhülle (1) der Energiezelle in Form eines turmartigen Aufbaus angeordnet sind, der mit der Raumhülle (1) der Energiezelle eine Baueinheit bildet.

8. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachkonstruktion eines Gebäudes mit einer Energiezelle von einem Raumfachwerk (40) gebildet wird, das auf seiner Oberseite die Luftabsorber (20) trägt, und daß die Umgebungsluft, die Wärme an den umliegenden Luftabsorber (20) abgegeben hat, durch den seitlich offenen Luftraum des Raumfachwerks (40) wieder in die Umgebung des Bauwerks abströmt.

9. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumfachwerk (40) mit den auf der Oberseite angeordneten Luftabsorbern (20) und den auf der Unterseite angeordneten raumabschließenden Dachhaut (41) sowie der unter dem Schutz der Dachhaut (41) angeordneten Energiezelle (14) eine Kompaktanlage bildet, die auch zusätzliche Betriebseinrichtungen, z. B. ein Schwimmbad (42), aufnehmen kann.

10. Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Energiezelle bzw. Raumhülle (1) und Turmaufbau (46) mit Abgaskamin (10) und Luftabsorber (34) bestehende Kompaktanlage auf einem Flachdach oder unter einem Satteldach (48) eines Gebäudes (49) aufgestellt oder seitlich an eine Garage oder ein Gebäude angebaut ist.