DE3632669A1 - Zentralheizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentralheizungsanlage mit Nutzung der in den Rauchgasen eines Heizkessels enthaltenen Wärmeener­ gie mit einem Heizkessel mit einem Heißwasserkreislauf mit an diesen angeschlossenen Verbrauchern, mit einer an den Heißwas­ serkreislauf angeschlossenen Wärmepumpe und mit einem Rauch­ gasabzug für den Heizkessel.

In die Bemühungen, die in den fossilen Energieträgern enthal­ tene Wärmeenergie besser zu nutzen, haben die Forschung und die Praxis auch die Zentralheizungsanlagen eingeschlossen, wie sie zum Beheizen von Häusern und zum Erwärmen von Wasser zu dessen Verwendung als Warmwasser eingesetzt werden. Die be­ reits verwirklichten Vorschläge betreffen eine bessere Isola­ tion, einen höheren Wirkungsgrad der Brenner und Feuerungen, bessere Steuerungen usw. Die vorliegende Erfindung fällt in dieses Gebiet. Insbesondere betrifft sie die Nutzung der in den heißen Ab- oder Rauchgasen eines Heizkessels noch enthal­ tenen Wärmeenergie. Man kann davon ausgehen, daß diese Rauch­ gase mit einer Temperatur in der Größenordnung von bis zu 150°C vom Heizkessel in den Rauchgasabzug eintreten. Im Som­ mer, wenn der Heizkessel nur zum Herstellen von Warmwasser verwendet wird, besteht zur Außentemperatur ein nutzbarer Tem­ peraturunterschied von bis zu zirka 120°. Im Winter liegt der nutzbare Temperaturunterschied weit höher. Es ist bekannt, den Wirkungsgrad von Zentralheizungsanlagen durch den Einsatz von Wärmepumpen zu steigern. Diese Wärmepumpen entziehen der Um­ welt, zum Beispiel dem Erdreich oder der Außenluft, Wärme und leiten diese in den Heißwasserkreislauf ein. Die konventionel­ len, auf dem Markt befindlichen und damit kostengünstig zu er­ werbenden Wärmepumpen können jedoch nur bei Außentemperaturen von über 0°C ohne zusätzliche Einrichtungen eingesetzt werden. Bei Temperaturen von unter 0°C kann Wasser nicht mehr als Wär­ meträger im Primärkreislauf einer Wärmepumpe verwendet werden. Bei Außentemperaturen von unter 0°C muß ein Wärmeträger mit einem niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser verwendet werden. Dies erhöht die Bau- und Betriebskosten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ei­ ner Zentralheizungsanlage der eingangs genannten Gattung die in den Rauchgasen des Heizkessels noch enthaltene Wärmeenergie zum Erhöhen des Wirkungsgrades der Zentralheizungsanlage zu nutzen. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Er­ findung dadurch, daß außerhalb des zu beheizenden Raumes ein Speicherraum angeordnet und der Rauchgasabzug durch diesen hindurch ins Freie geführt ist und der Primärkreislauf der Wärmepumpe in dem Speicherraum verläuft. Im Unterschied zum Stand der Technik werden die heißen Rauchgase des Heizkessels somit nicht unmittelbar ins Freie abgeleitet, sondern zuvor in den Speicherraum eingeleitet und dort solange gehalten, bis ihnen die in ihnen enthaltene und noch nutzbare Wärmeenergie entzogen worden ist. Diese Wärmeenergie wird auf den ebenfalls im Speicherraum angeordneten Primärkreislauf der Wärmepumpe übertragen und durch diese dann in den Heißwasserkreislauf eingeleitet. Bei einer für ein Einfamilienhaus bemessenen Zen­ tralheizungsanlage hat der Speicherraum einen Inhalt in der Größenordnung von zirka 25 m³. Das heißt, daß beträchtliche Mengen Rauchgase und damit auch beträchtliche Mengen Wärme­ energie über einen längeren Zeitraum zur Nutzung zu einem Zeitpunkt gespeichert werden können, zu dem ein akuter Wärme­ bedarf besteht. Der erfindungsgemäße Übergang der Wärmeener­ gie von den Rauchgasen zum Primärkreislauf der Wärmepumpe über den Speicherraum ist damit einem Wärmeübergang durch unmittel­ bare Wärmeleitung überlegen. Gleichzeitig können die Wärmepum­ pen auch bei Außentemperaturen von unter 0°C ohne besonderen Aufwand eingesetzt werden, da die Temperatur ihres im Spei­ cherraum geführten Primärkreislaufes nie unter 0°C abfallen kann. Ein moderner, mit Öl oder Erdgas betriebener Heizungs­ kessel brennt nicht stetig. Er wird so gesteuert, daß sich Brennzeiten und Pausen ablösen. In den Pausen, wenn dem Spei­ cherhaus keine neuen heißen Rauchgase zugeführt werden, fällt dessen Temperatur ab. Durch die Wärmepumpe wird dessen niedri­ gere Temperatur dann auf den höheren Temperaturpegel angeho­ ben, auf dem die Wärmeenergie in den Heißwasserkreislauf ein­ geleitet werden muß. Damit steigt dessen Temperatur. Damit verlängern sich die Brennpausen des Brenners des Heizungskes­ sels.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung liegt im Rauchgasabzug zwischen Heizungskessel und Speicherraum eine Sicherheitsschleuse. Diese wirkt wie ein Rückschlagventil und verhindert ein Rückströmen der im Speicherraum gespeicherten Rauchgase in den Heizungskessel.

Der Einsatz von Solarkonvektoren in Zentralheizungsanlagen ist bekannt. Unter einem Solarkonvektor wird hier eine Einrichtung verstanden, die die Sonnenstrahlung zum Beispiel mit einem Spiegel bündelt und auf eine Stelle leitet, an der ein Wärme­ träger, wie Wasser, entlanggeführt wird. Die Erfindung sieht vor, daß solche Solarkonvektoren im Primärkreislauf der Wärme­ pumpe liegen. Damit wird dem Primärkreislauf zusätzlich zu der in den Rauchgasen enthaltenen Wärmeenergie auch die Strah­ lungsenergie der Sonne zugeführt. Die Brennpausen des Brenners im Heizungskessel werden dadurch noch weiter verlängert.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, die Solar­ konvektoren unmittelbar im Speicherhaus anzuordnen. Damit die Strahlungsenergie mit möglichst geringen Verlusten in dieses eintreten und auf den Primärkreislauf übergehen kann, ist in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß das Speicherhaus Wände und Dach aus Glas aufweist und insgesamt auf der Südseite des zu beheizenden Hauses angeordnet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ab­ luftschächte der Feuchträume, wie Küche, Bad, Waschraum usw., in das Speicherhaus einmünden. Damit wird auch die Wärme ge­ nutzt, die in den aus diesen Räumen abziehenden warmen Schwa­ den enthalten ist. Selbstverständlich liegen Sicherheits­ schleusen der schon genannten Art zwischen diesen Abluft­ schächten und dem Speicherhaus. Damit wird ein Einleiten der unter anderem Kohlendioxyd und bei unvollständiger Verbren­ nung auch Kohlenmonoxyd enthaltenden Raumgase in Küche usw. verhindert.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung nach der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß ein elektronisch gesteuerter Schie­ ber am Abzug des Speicherhauses ins Freie liegt. Dieser Schie­ ber wird unter anderem in Abhängigkeit vom Innendruck des Speicherhauses und der Außentemperatur geöffnet und geschlos­ sen. Damit wird sichergestellt, daß die Verbrennungsluft mit ausreichendem Zug am Brenner im Heizungskessel vorbeigeführt wird und dieser damit mit hohem Wirkungsgrad arbeitet. Gleich­ zeitig wird sichergestellt, daß den im Speicherhaus gespeicher­ ten Rauchgasen die maximal mögliche Menge Wärmeenergie entzo­ gen wird.

Am Beispiel der in der Skizze schematisch dargestellten Zen­ tralheizungsanlage wird die Erfindung nun weiter erläutert. Nur als Beispiel ist der Heizungskessel in der Skizze als Gas- Therme und ein Verbraucher als Heizkörper beschrieben.

Die Skizze zeigt ein zu beheizendes Haus 12 mit einem Verbrau­ cher 14, mit einem Heizungskessel 16, mit dem Heißwasserkreis­ lauf 18 und mit dem Rauchgasabzug 20 des Heizungskessels 16. Über eine Sicherheitsschleuse 22 mündet der Rauchgasabzug 20 in das Speicherhaus 24. An einer von der Sicherheitsschleuse 22 abgelegenen Stelle weist dieses einen Abzug 26 ins Freie auf. Dort ist der elektronisch gesteuerte Schieber angeord­ net. Eine Wärmepumpe 28 arbeitet auf den Heißwasserkreislauf 18. Ihr Primärkreislauf 30 ist durch das Speicherhaus 24 durchgeführt. In diesem liegen die Solarkonvektoren 32 im Primärkreislauf 30 der Wärmepumpe 28.

Im Betrieb wird der Heizungskessel 16 mit Erdgas, Öl oder ei­ nem anderen Brennstoff gefeuert und arbeitet auf den Heißwas­ serkreislauf 18. Verbraucher 14, wie der eingezeichnete Heiz­ körper, oder Warmwasserentnahmestellen werden damit betrie­ ben. Die heißen Rauchgase des Heizungskessels 16 treten über die Sicherheitsschleuse 22 in das Speicherhaus 24 ein. Dort geben sie ihre Wärme an den Primärkreislauf 30 der Wärmepum­ pe 28 ab. Diese hebt mit elektronischer Steuerung bei Bedarf den Temperaturpegel an und speist die Wärme in den Heißwas­ serkreislauf 18 ein. Während der hellen Tageszeiten und bei Sonne wird deren Strahlungsenergie mit den Solarkonvektoren 32 aufgefangen und in den Primärkreislauf 30 eingeleitet. Da­ mit wird auch die Sonnenenergie in den Heißwasserkreislauf 18 eingegeben.

Claims (7)

1. Zentralheizungsanlage mit Nutzung der in den Rauchgasen ei­ nes Heizkessels enthaltenen Wärmeenergie mit einem Heizkes­ sel mit einem Heißwasserkreislauf mit an diesen angeschlos­ senen Verbrauchern, mit einer an den Heißwasserkreislauf angeschlossenen Wärmepumpe, und mit einem Rauchgasabzug für den Heizkessel, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des zu beheizenden Raumes (12) ein Speicherraum (24) angeordnet und der Rauchgasabzug (20) durch diesen hindurch ins Freie geführt ist, und der Primärkreislauf (30) der Wärmepumpe (28) in dem Speicherraum (24) verläuft.

2. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Rauchgasabzug (20) zwischen Heizungskessel (16) und Speicherraum (24) eine Sicherheitsschleuse (22) liegt.

3. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Primärkreislauf (30) der Wärmepumpe (28) Solarkonvektoren (32) liegen.

4. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Solarkonvektoren (32) im Speicherhaus (24) an­ geordnet sind.

5. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Speicherhaus (24) Wände und Dach aus Glas aufweist und auf der Südseite des zu beheizenden Hauses (12) angeordnet ist.

6. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abluftschächte der Feuchträume, wie Küche, Bad, Waschraum usw., in das Speicherhaus (24) einmünden.

7. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein elektronisch gesteuerter Schieber am Abzug (26) des Speicherhauses (24) ins Freie liegt.