DE4116375C2

DE4116375C2 -

Info

Publication number: DE4116375C2
Application number: DE4116375A
Authority: DE
Inventors: Georg 5942 Brachthausen De Haase
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-18
Filing date: 1991-05-18
Publication date: 1993-04-08
Also published as: DE4116375A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zu einer Wärmespeicherbatterie großer Volumenkapazität erweiterbaren Langzeit-Wasser-Wärmespeicher mit Speichermoduln aus Kunststoff.The invention relates to a large to a heat storage battery Volume capacity expandable long-term water heat storage with storage modules made of plastic.

Wasser-Wärmespeicher für die Brauchwasserbereitung in der bisher bekannten Form sind als Einzelspeicher konzipiert und nur so groß, daß sie durch Normtüren von 80 cm Breite transportiert werden können und nicht ohne weiteres zu Langzeit-Wärmespeicher-Batterien gekoppelt werden können und auch nicht dafür vorgesehen sind. Sollen dennoch für einen größeren Brauchwasserbedarf mehrere der bekannten Speicher verbunden werden, müssen immer Rohrleitungen mit Umwälzpumpen installiert werden, die keine Temperaturschichtung zulassen, oder jeder der Einzelspeicher muß die erforderlichen Wärmetauscher besitzen, die nur in Parallelschaltung betrieben werden können, was einen unwirtschaftlich hohen Kosteneinsatz zur Folge hat. Zur effektiveren Nutzung von konventionellen Heizanlagen, im besonderen aber von erneuerbaren Energien und Abwärme aus Industrie und Gewerbe, sind große Speichervolumen mit einer ungestörten Temperaturschichtung im gesamten Speicher unbedingt erforderlich. Denn je größer z. B. der Temperaturunterschied zwischen dem unteren Bereich eines Wärmespeichers und einem Solarkollektor ist, um so größer ist der Wirkungsgrad der Gesamtanlage, und je größer das Speichervolumen, um so größer der Jahresnutzungsgrad.Water heat storage for domestic water preparation in the previously known Form are designed as individual storage and only so large that they can be transported through standard doors of 80 cm width and not without further can be coupled to long-term heat storage batteries and are also not intended for this. Should still for a larger one Hot water demand several of the known storage tanks are connected, pipelines with circulation pumps must always be installed, which none Allow temperature stratification, or each of the individual storage must have the necessary heat exchangers that only operate in parallel can be, which results in an uneconomically high cost. For more effective use of conventional heating systems, but in particular of renewable energies and waste heat from industry and trade large storage volume with an undisturbed temperature stratification throughout Storage absolutely necessary. Because the larger z. B. the temperature difference between the lower area of a heat accumulator and a solar collector is, the greater the efficiency of the overall system, and the greater that Storage volume, the greater the annual utilization rate.

Bisher sind großvolumige Wasser-Wärmespeicher bekannt, die aus Stahlblech gefertigt werden. Diese können aber nur in Einzelteilen in Gebäude transportiert und auf der Baustelle zusammengeschweißt werden und sind zu dem mit Korrosion behaftet.So far, large-volume water heat storage are known, made of sheet steel are manufactured. However, these can only be used in individual parts in buildings transported and welded together on site and are closed with corrosion.

Weiter sind Speicher mit Flanschverbindungen bekannt, wie sie in der Patentschrift DE 33 01 254 C2 beschrieben sind. Wie aus der Beschreibung zu entnehmen ist, sollen diese jedoch aus metallischen Werkstoffen gefertigt werden und nur der Brauchwasserbereitung dienen, was auch aus der Bezeichnung "Boiler" zu entnehmen ist. Nur bei erhöhtem Warmwasserbedarf sollen weitere Speichereinheiten nach oben aufgeschraubt werden. Speicherkapazitäten von 50.000 l und mehr sind dabei nicht vorgesehen und auch nicht machbar.Furthermore, memories with flange connections are known, as in the Patent specification DE 33 01 254 C2 are described. As from the description can be seen, however, these should be made of metallic materials and only serve for the preparation of hot water, which also from the The designation "Boiler" can be found. Only when there is an increased demand for hot water additional storage units should be screwed up. Storage capacities of 50,000 l and more are not provided for not feasible either.

Weiter sind Speicher aus Kunststoff nach der Patentschrift CH 6 51 920 A5 bekannt, bei denen es sich jedoch um nur jeweils ein Speicherteil handelt, das aus Stabilitätsgründen an den beiden Längsseiten eingedrückt ist und so einzelne Kammern entstehen läßt, die untereinander verbunden sind. Soll daraus eine Batterie entstehen, müssen Speicher der gleichen Art, mit allen erforderlichen Wärmetauschern in der gleichen Weise bestückt werden. Eine homogene Verbindung des Speicherwassers in den einzelnen Behältern besteht nicht.There are also memories made of plastic according to the patent specification CH 6 51 920 A5 known, but it is only one memory part at a time, which is pressed in on the two long sides for reasons of stability and such creates individual chambers that are interconnected. Should a battery must arise from it, memories of the same type, with all required heat exchangers can be equipped in the same way. A homogeneous connection of the storage water in the individual tanks does not exist.

Um die Ausnutzung fossiler Brennstoffe zu Heizzwecken, die Nutzung erneuerbarer Energien, im besonderen der Solarenergie, Wind- und Wasserkraft, sowie den Nutzungsgrad von Block-Heiz-Kraftwerken und die Nutzung industrieller und gewerblicher Abwärme erheblich zu verstärken, und damit eine Energieeinsparung und Emissionsminderung zu bewirken, ist dies, wie Meßergebnisse aus der Vergangenheit belegen, nur durch den Einsatz großvolumiger Langzeit-Wasser-Wärmespeicher möglich.To use fossil fuels for heating purposes, the use renewable energies, especially solar, wind and Hydropower, as well as the degree of utilization of block-type thermal power plants and the Significantly increase the use of industrial and commercial waste heat, and in order to save energy and reduce emissions, this is as measurement results from the past prove, only through use large-volume long-term water heat storage possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch in bestehenden Gebäuden eine einfache Erweiterung der Speicherkapazität zu ermöglichen, wobei die Moduln so bemessen sind, daß sie durch Normtüren von 80 cm Breite zu transportieren sind, auf einfachste Weise zu großen Batterien zu koppeln sind, und sich eine ungestörte Temperaturschichtung während der Be- und Entladevorgänge einstellen kann.The invention is therefore based on the object, even in existing buildings, a simple one To allow expansion of the storage capacity, the modules so are dimensioned to be transported through standard doors 80 cm wide are to be coupled in the simplest way to large batteries, and an undisturbed temperature stratification during loading and Unloading can adjust.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst. Dabei ist die Möglichkeit gegeben, in jedem Gebäude schon mit einem ersten Speichermodul, alle nur denkbaren Energiequellen einzeln oder gleichzeitig zu nutzen, und alle nur denkbaren Heizsysteme einzeln oder gleichzeitig zu versorgen. Schon das erste Modul wird zu einer "Schnittstelle" in Versorgungssystemen mit "offener Architektur", das auch im Neubau kostengünstig erstellt werden kann. Für die preiswerte Grundausstattung eines solchen offenen Systems ist nur das erste Modul mit jeweils einem Wärmetauscher für Heizung und Warmwasser erforderlich. Heizkessel können, wenn sie auf gleicher Höhe stehen, ohne Wärmetauscher direkt angeschlossen werden. Eine Kapazitätserweiterung ist problemlos möglich durch einfachen Anschluß weiterer leerer Speichermoduln, die noch erheblich kostengünstiger sind als das erste Modul mit seinen Wärmetauschern.This object is achieved with the features of the claim solved. It is possible to have one in every building first storage module, all imaginable energy sources individually or to use simultaneously, and all conceivable heating systems individually or to supply at the same time. Already the first module becomes an "interface" in supply systems with "open architecture", also in new buildings can be created inexpensively. For the inexpensive The basic equipment of such an open system is only the first module One heat exchanger each for heating and hot water required. Boilers can, if they are at the same height, without a heat exchanger can be connected directly. Capacity expansion is easily possible by simply connecting additional empty memory modules that are still substantial are cheaper than the first module with its heat exchangers.

Sehr großen Einfluß auf die Rußschichtbildung und die Schadstoffemission hat die jährliche Brennerstartzahl bei Heizkesseln, die auf Grund der Überdimensionierung in 80% aller Gebäude und auf Grund ihres sehr geringen Wasserinhaltes bis zu 30.000 beträgt. Schon bei einem Speichervolumen von 2.000 l wird sie auf 500 und weniger reduziert. Dadurch werden die Kamin-, Betriebs- und Bereitschaftsverluste, die bekanntlich je nach Anlagenart zwischen 20% und 60% liegen, derart minimiert, daß sich eine Primärenergieersparnis von 30% - 70% und damit auch eine Emissionsminderung bei CO₂ von 30% bis 70% ergibt. Eine Überdimensionierung von Heizkesseln im Speicherbetrieb hat praktisch keinen Einfluß mehr auf den Jahresnutzungsgrad einer Anlage. Sie führt lediglich dazu, daß die Betriebszeit etwas verkürzt wird. Im Betrieb arbeiten Brenner und Kessel mit ihrem höchstmöglichen Wirkungsgrad, so daß der Feuerungswirkungsgrad annähernd auch Anlagenwirkungsgrad ist.Very large influence on the soot layer formation and the pollutant emission has the annual number of burner starts for boilers, which is due to the Oversizing in 80% of all buildings and due to their very small size Water content is up to 30,000. Even with a storage volume of 2,000 l is reduced to 500 and less. This will make the Chimney, operating and standby losses, which are known depending on the type of system are between 20% and 60%, minimized in such a way that a Primary energy savings of 30% - 70% and therefore also one Emission reduction for CO₂ from 30% to 70% results. A Oversizing boilers in storage mode has practically none Influence more on the annual efficiency of a plant. It only leads that the operating time is shortened somewhat. Burners work in operation and boiler with their highest possible efficiency, so that the Firing efficiency is also approximately system efficiency.

Die Rußschichtbildung in Heizkesseln, die besonders aus der hohen Startzahl resultiert, beträgt nur noch ca. 5% der sonst üblichen, was wiederum zu einem verminderten Primärenergieeinsatz führt. Durch die geringe Startzahl ergibt sich eine lange Brennerlaufzeit, die zu einer besseren Kaminerwärmung führt, aber nur ca. einmal pro Tag erfolgt. Kaminversottung entfällt damit.The soot layer formation in boilers, which is particularly due to the high number of starts results, is only about 5% of the usual, which in turn leads to reduced primary energy consumption. Due to the low number of starts there is a long burner runtime, which leads to better fireplace heating, but only about once a day. Chimney sooting is no longer necessary.

Feuerräume für Öl- und Gasbrenner, die zur Zeit fast alle für den Niedertemperaturbetrieb mit all seinen Nachteilen konzipiert sind, können im Speicherbetrieb wieder der altbewährten Hochtemperaturtechnologie angepaßt werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Emissionsminderung, die bei CKW mit 50% und bei CO mit 30% bewertet werden kann. Hinzu kommt, daß Heizkessel in Hochtemperaturtechnologie erheblich einfacher und damit kostengünstiger hergestellt werden können.Fireboxes for oil and gas burners, almost all for the time being Low temperature operation with all its disadvantages can be designed in Storage operation again adapted to the tried and tested high-temperature technology will. This results in a further reduction in emissions, that at CKW can be rated with 50% and with CO with 30%. In addition, that Boilers in high temperature technology considerably easier and therefore can be produced more cost-effectively.

Abwärme aus Industrie und Gewerbe, die sehr oft im Niedertemperaturbereich ansteht und deshalb meist nicht genutzt wird, kann auf einfachste Weise eingespeichert werden. Dazu wird in eine kopfseitige Flanschöffnung ein Wärmetauscher eingebracht, an den die Wärmequelle angeschlossen wird. Solarenergie, wie sie zur Zeit genutzt wird, dient in ca. 99% aller Fälle nur der Brauchwasserbereitung, weil zu Heizzwecken bei konventionellen Heizsystemen Anbindungs- und Speichermöglichkeiten fehlen. Der Jahresnutzungsgrad wird für den m² mit ca. 200 kWh angegeben. Wird sie jedoch einem Speichervolumen von 6.000 l zugeführt und auch zu Heizzwecken benutzt, steigt der Jahresnutzungsgrad auf ca. 800 kWh/m² und ist mit weiterer Speicherkapazitätserhöhung noch höher anzusetzen.Waste heat from industry and trade, which is very often in the low temperature range and therefore mostly not used, can be stored in the simplest way. For this purpose, a heat exchanger is inserted into a flange opening at the head to which the heat source is connected. In approximately 99% of all cases, solar energy, as it is currently used, is only used for the preparation of process water, because there are no connection and storage options for conventional heating systems for heating purposes. The annual utilization rate for the m ^{2 is given} as approx. 200 kWh. However, if it is supplied to a storage volume of 6,000 l and also used for heating purposes, the annual efficiency increases to approx. 800 kWh / m ² and is to be set even higher with a further increase in storage capacity.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speichermoduls ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of a memory module according to the invention is in the Drawing shown. Show it:

Fig. 1 Vorderansicht mit Flanschöffnungen (1) für Wärmetauscher; Fig. 1 front view with flange openings ( 1 ) for heat exchangers;

Fig. 2 Seitenansicht mit Flanschöffnungen (2) zur Verbindung mit weiteren Speichermoduln; Fig. 2 side view with flange openings ( 2 ) for connection to other memory modules;

Fig. 3 Draufsicht. Fig. 3 top view.

Die Länge jedes der Speichermoduln beträgt ca. 1.600 mm, die Breite maximal 800 mm, die Höhe maximal 1.950 mm. Sie sind so konzipiert, daß sie leicht durch Normtüren von 80 cm Breite und 200 cm Höhe transportierbar sind und nebeneinandergestellt große Batterien bilden können. Die mechanische Verbindung und Abdichtung der seitlich angeordneten oberen und unteren Flanschöffnungen 2, die der Erweiterung dienen, erfolgt in einfacher Weise mit übergezogenen Spannringen. Die Flanschöffnungen 2 mit großer lichter Weite gewährleisten auch in einer Batterie aus vielen gekoppelten Speichermoduln, daß sich eine ungestörte Temperaturschichtung allein durch den Gewichtsunterschied des oben wärmeren Wassers und des unteren kälteren Wassers einstellt. Das gesamte Speicherwasser als Wärmeträgermedium bildet jedoch eine homogene Masse, die nicht durch Wände getrennt ist.The length of each of the memory modules is approximately 1,600 mm, the maximum width is 800 mm, and the maximum height is 1,950 mm. They are designed so that they can be easily transported through standard doors 80 cm wide and 200 cm high and can form large batteries next to each other. The mechanical connection and sealing of the laterally arranged upper and lower flange openings 2 , which are used for the expansion, is carried out in a simple manner with coated clamping rings. The flange openings 2 with a large internal width also ensure in a battery made up of many coupled storage modules that an undisturbed temperature stratification occurs solely through the difference in weight of the warmer water and the lower colder water. However, the entire storage water as a heat transfer medium forms a homogeneous mass that is not separated by walls.

Wird in einer Batterie aus vielen Speichermoduln nur das erste Modul durch einen unten eingebrachten Wärmetauscher oder einen direkten Anschluß einer Energiequelle aufgeheizt, steigt das erwärmte Wasser durch natürliche Konvektion nach oben, während der untere Bereich vorerst kalt bleibt. Das erwärmte Wasser verteilt sich durch die oberen seitlichen Flanschverbindungen ohne mechanische Hilfe über die gesamte Speicherbatterie, das noch kalte Wasser in umgekehrter Richtung über die unteren Flanschverbindungen. Dieser Effekt setzt sich so lange fort, bis die gesamte Speicherbatterie geladen ist und eine unten wie oben gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist. Wird nun durch einen oberen Wärmetauscher Wärme entnommen, setzt der gleiche Effekt in umgekehrter Reihenfolge ein.If the battery is made up of many storage modules, only the first module will go through a heat exchanger installed below or a direct connection to one Heated energy source, the heated water rises through natural Convection upwards, while the lower area remains cold for the time being. The heated water is distributed through the upper side flange connections without mechanical help over the entire storage battery, the still cold Reverse water through the lower flange connections. This Effect continues until the entire storage battery is charged and has a uniform temperature distribution both below and above. Now The same effect is exerted by an upper heat exchanger in reverse order.

Claims

Long-term water heat accumulators with storage modules made of plastic that can be expanded to form a heat accumulator battery with a large volume, at least one of the storage modules on its head side having a plurality of closable flange openings ( 1 ) through which heat exchangers that can be connected to different energy circuits can be inserted, which are arranged next to one another for capacity expansion and parallel-connected memory modules can be connected, two opposite flange openings ( 2 ) of large internal width being arranged on the longitudinal sides of all memory modules, above and below, with which the memory modules can be connected in succession by means of clamping rings pulled over the flanges, so that the loading and unloading also takes place in a battery from a large number of individual storage modules with uniform temperature stratification over the entire battery by natural convection.