DE4142488A1 - Beheizungssystem zur kombinierten waermeerzeugung und eine heizungsanlage und einen speicherbehaelter fuer brauchwasser - Google Patents
Beheizungssystem zur kombinierten waermeerzeugung und eine heizungsanlage und einen speicherbehaelter fuer brauchwasserInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Beheizungssystem zur kombinierten
Wärmeerzeugung für eine Heizungsanlage und einen Speicherbehälter
für Brauchwasser mit einem Brenner für flüssige und gasförmige Brenn
stoffe, einen in dessen Abgasweg angeordneten vom Heizungswasser
durchströmten Heizungswärmetauscher, einem Heizungswasserkreislauf,
in dem eine Mischeinrichtung angeordnet ist, und einem Brauchwasser
wärmetauscher zur Erwärmung des Brauchwassers.
Beheizungssysteme dieser Art sind allgemein bekannt und dienen ne
ben der Beheizung von Wohnungen und Gebäuden der indirekten Brauch
wassererwärmung in einem Speicherbehälter. Bei Systemen der bekann
ten Art ist üblicherweise im Abgasstrom eines Brenners ein von Hei
zungswasser durchströmter Wärmetauscher angeordnet. Das Heizungs
wasser dient zur Raumbeheizung sowie zur indirekten Brauchwasser
erwärmung mittels eines im Speicherbehälter angeordneten Wärme
tauschers. Eine im Heizungswasserkreislauf angeordnete Mischein
richtung ist mit einer für derartige Beheizungssysteme üblichen
Regeleinrichtung verbunden. Die Mischeinrichtung dient zur Ver
teilung des erwärmten Heizungswassers zur Heizungsanlage und zum
Wärmetauscher des Speicherbehälters. Die Brauchwassererwärmung er
folgt in der Regel mit Hilfe einer Vorrangschaltung.
Die bekannten Heizungssysteme haben den Nachteil, daß die Brenner
leistung primär zur Deckung des Wärmebedarfes für die Warmwasser
bereitung ausgelegt ist und somit häufig deutlich über dem Heizungs
wärmebedarf liegt. Ein weiterer Nachteil sind die relativ großen
Stillstandsverluste bei der Warmwasserbereitung in den Sommer
monaten. Des weiteren sorgt ein energiebewußteres Verbraucherver
halten und eine verbesserte Wärmedämmung der Häuser dafür, daß der
Heizungsbedarf sinkt, wogegen ein steigender Komfortanspruch den
Energiebedarf für die Warmwasserbereitung gegenüber dem Heizungs
bedarf prozentual ansteigen läßt. Dies führt bei den bekannten Be
heizungssystemen zur Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades und
damit zu unnötig hohen Energiekosten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Beheizungs
system der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß die Wärme
übertragungsvorgänge optimiert werden und somit eine Erhöhung der
Energieausnutzung erreicht wird, so daß sich der Gesamtwirkungsgrad
des Beheizungssystems verbessert.
Ausgehend von dem Beheizungssystem der eingangs genannten Art wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Brauch
wasserwärmetauscher innerhalb des Heizungswärmetauschers angeordnet
ist und vom Heizungswasser umströmt wird, daß der Heizungswasser
kreislauf mittels der Mischeinrichtung trennbar ist, daß der Spei
cherbehälter als ein nach dem Verdrängungsprinzip arbeitender
Schichtenspeicher ausgebildet ist und einen mit einer Ladepumpe
versehenen Brauchwasserladekreislauf aufweist.
Durch ein derartiges Beheizungssystem ist bei der alleinigen Brauch
wassererwärmung, beim alleinigen Heizungsbetrieb und im kombinierten
Betrieb eine optimale Brennwertnutzung während eines großen Teils
des Jahres möglich.
Die Anordnung des Brauchwasserwärmetauschers innerhalb des Heizungs
wärmetauschers bewirkt eine Verbesserung des Wirkungsgrades insbe
sondere dadurch, daß in allen Betriebsweisen die im Abgas des Bren
ners enthaltenen Kondensationswärme genutzt werden kann. Ein wei
terer Vorteil ist, daß auf zusätzliche Wärmetauscher verzichtet
werden kann.
Zur Brauchwassererwärmung, die üblicherweise gegenüber dem Hei
zungsbetrieb vorrangig erfolgt, wird der Heizungswasserkreislauf
unterbrochen. Das Brauchwasser sorgt im Wärmetauscher dafür, daß
die Temperatur des in einem stark verkleinerten Kreislauf umgewälz
ten Heizungswassers schnell absinkt. Dieses bewirkt eine niedrige
Oberflächentemperatur auf der Außenseite des Wärmetauschers und
somit die Kondensation des Wasserdampfes im Abgas. Die Temperatur
des Heizungswassers im Ringraum ist dabei während der gesamten Auf
heizzeit des Brauchwassers nur etwa 5 bis 10 K höher als die des zu
erwärmenden Brauchwassers, das vorzugsweise im Gleichstrom zum Hei
zungswasser durch den Wärmetauscher strömt.
Bei der kombinierten Betriebsweise erfolgt die Brauchwassererwär
mung zur Befüllung des Schichtenspeichers parallel zum Heizungsbe
trieb. Heizungs- und Brauchwasser strömen dabei vorzugsweise im
Gleichstrom.
Der Speicherbehälter ist als ein nach dem Verdrängungsprinzip ar
beitender Schichtenspeicher ausgebildet. Dies ist energetisch be
sonders vorteilhaft.
Die Erfindung ist dadurch weitergebildet, daß der Heizungswärme
tauscher mit einem Brauchwasserwärmetauscher ein Koaxialrohr
bildet. Dieses bewirkt vorteilhafterweise eine gute Wärmeübertra
gung zwischen den Wärmetauschern.
Erfindungsgemäß ist das Koaxialrohr spiralförmig ausgebildet, so
daß es in Verbindung mit einem Brenner mit zylindrischem Flammen
halter eine optimale Wärmeübertragung erreicht wird. Ein weiterer
Vorteil ist, daß sich durch eine derartige Form die Strömungs
widerstände im Koaxialrohr verringern. Zur optimalen Wärmeübertra
gung hat sich die Anzahl von 3 bis 4 Windungen als vorteilhaft er
wiesen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist das Koaxialrohr um den
Brenner gewickelt, wobei dieser einen zylindrischen Flammenhalter
aufweist und als überstöchiometrisches vermischender Brenner ausge
bildet ist. Die niedrige abgasseitige Oberflächentemperatur des
Heizungswärmetauschers ermöglicht eine optimale Kondensation des
Wasserdampfes im Abgasstrom des Brenners.
Bei der Auslegung eines derartigen Beheizungssystems kann sich die
Brennerleistung vorteilhafterweise ausschließlich am Heizungswär
mebedarf orientieren. Dieses hat den Vorteil, daß man mit Brennern
kleinerer Leistung auskommt und gleichzeitig für die Brauchwasser
erwärmung einen kontinuierlichen Brennerbetrieb ermöglicht. Hier
durch verringern sich insbesondere in den Sommermonaten die Still
standsverluste.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Leistung des Brenners
und/oder die Drehzahl der Pumpe regelbar, vorzugsweise im Verhält
nis von mindestens 1 : 3. Hierdurch wird eine optimale Anpassung
des Brenners an den jeweiligen Heizungswärmebedarf und an die zur
Brauchwassererwärmung notwendige Energie erreicht. Dieses bewirkt
eine Verringerung von Unterbrechungen im Brennerbetrieb und trägt
somit ebenfalls zur Reduzierung von Stillstandsverlusten bei.
Die Erfindung ist dadurch weitergebildet, daß die Laufrichtung der
Ladepumpe in Abhängigkeit vom Ladezustand des Speichers und vom
Heizungswärmebedarf umkehrbar ist, so daß Brauchwasser aus dem
Schichtenspeicher als Wärmequelle für das Heizungswasser genutzt
werden kann. Bei geladenem Schichtenspeicher dient die im unteren
Drittel gespeicherte Wärme zur Pufferung der Heizungsanlage, indem
warmes Brauchwasser im Gegenstrom zum zu erwärmenden Heizungswasser
durch das Koaxialrohr geführt wird. Das Brauchwasser wird dabei aus
dem oberen Teil entnommen und in den unteren Teil des Schichten
speichers zurückgeführt, so daß kein Brennerbetrieb notwendig ist.
Durch eine derartige Schaltung wird der kurzzeitige Brennerbetrieb
vermieden, so daß längere ununterbrochene Stillstandszeiten ent
stehen und sich somit die Wärmeverluste weiter verringern lassen.
Erfindungsgemäß sind im Schichtenspeicher drei Temperaturfühler
angeordnet. Diese dienen zur Bestimmung des Ladezustandes des
Schichtenspeichers, der sich dadurch vorteilhafterweise in folgende
Ladezustände unterteilen läßt:
- - Speicher in ungeladenem Zustand
- - Basisvorrat vorhanden
- - Komfortbereich erreicht
- - Speicher vollständig geladen.
Unter Basisvorrat wird verstanden, daß das obere Drittel des Schich
tenspeichers mit auf Solltemperatur erwärmtes Brauchwasser gefüllt
ist. Der Komfortbereich ist erreicht, wenn die oberen zwei Drittel
des Schichtenspeichers mit auf Solltemperatur erwärmtes Brauchwas
ser gefüllt sind. Bei vollständig geladenem Schichtenspeicher kann,
wie bereits erläutert, die im unteren Drittel gespeicherte Wärme
zur Pufferung der Heizungsanlage genutzt werden.
Durch die erfindungsgemäße außenseitige Berippung oder Profilierung
des Heizungswärmetauschers wird dessen Oberfläche derart vergrößert,
daß ein optimaler Wärmeaustausch zwischen dem Abgas des Brenners
und dem durch den Heizungswärmetauscher strömenden Heizungswasser
stattfindet.
In Weiterbildung der Erfindung ist auch der im Heizungswärmetau
scher angeordnete Brauchwasserwärmetauscher mit Rippen- oder Pro
filelementen versehen, wobei diese eine wärmeübertragende Verbin
dung mit dem Heizungswärmetauscher bilden können. Diese Elemente
dienen zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Heizungswasser
und Brauchwasser.
Zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung wird das Heizungs
wasser erfindungsgemäß im Gegenstrom zum Brauchwasser durch das
Koaxialrohr geführt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Braucherwasserwärmetauschers
aus Kupfer oder Edelstahl und des Heizungswärmetauschers aus Alu
minium bewirken aufgrund hoher Wärmedurchgangsquotienten eine gute
Wärmeleitung zwischen Brauch- und Heizungswasser sowie zwischen
Heizungswasser und Abgas. Zur Vermeidung von Korrossionsschäden
wird der Heizungswärmetauscher mit einer korrosionsbeständigen
Beschichtung versehen. Das Koaxialrohr läßt sich relativ einfach
und kostengünstig herstellen.
Als Erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombinationen
der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den oben diskutierten Verknüpfungen
abweichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels im Zusammenhang mit einer beiliegenden Zeichnung
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in einer einzigen Figur, den
schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Beheizungssystems für
die Raumbeheizung und Brauchwassererwärmung, wobei sich die Dar
stellung auf die wesentlichen Komponenten beschränkt. Die Anlagen
teile zur Raumbeheizung sind nicht dargestellt.
Als Wärmeerzeuger für das Beheizungssystem dient ein überstöchiome
trisch vormischender Gasbrenner 1 mit einem zylinderförmigen Flam
menhalter 2. Der Gasbrenner 1 ist in seiner Leistung modulierend
regelbar.
Der Gasbrenner 1 ist von einem Koaxialrohr 3 umgeben. Dieses wird
von einem Heizungswärmetauscher 4 und einem darin angeordneten
Brauchwasserwärmetauscher 5 gebildet. Das Koaxialrohr 3 ist spi
ralförmig ausgebildet und mit Abstand um den zylindrischen Flam
menhalter 2 des Gasbrenners 1 angeordnet. Das anfallende Abgaskon
densat wird über eine unterhalb des Koaxialrohres 3 angeordnete
nicht dargestellte Einrichtung gesammelt und abgeführt.
Das zu erwärmende Heizungswasser strömt im Koaxialrohr 3 durch
einen Ringraum, der von der Außenseite des Brauchwasserwärmetau
schers 5 und von der Innenseite des Heizungswärmetauschers 4 ge
bildet wird. Das Heizungswasser wird mittels einer rücklaufseitig
im Heizwasserkreislauf 15 angeordneten Pumpe 6 umgewälzt.
Der Brauchwasserwärmetauscher 5 wird von Brauchwasser durchströmt
und ist über Rohrleitungen 7 mit einem nach dem Verdrängungsprinzip
arbeitenden Schichtenspeicher 8 verbunden. Zum Laden des Schichten
speichers 8 wird aus dessen unterem Teil kaltes Wasser entnommen
und dem Brauchwasserwärmetauscher 5 zugeführt. Dort wird das Brauch
wasser erwärmt und anschließend zum Schichtenspeicher 8 zurückge
führt, indem es in den oberen Teil des Behälters geleitet wird. Das
Brauchwasser wird dabei mittels einer Ladepumpe 9 umgewälzt, deren
Laufrichtung in Abhängigkeit vom Ladezustand des Speichers 8 und
vom Heizungswärmebedarf umkehrbar ist.
Des weiteren weist der Schichtenspeicher 8 im unteren Teil eine
Kaltwasserzuführung 10 und im oberen Teil eine Entnahmestelle 11
für das zum Verbrauch bestimmte Warmwasser auf.
Im Schichtenspeicher 8 wird die Wassertemperatur an drei Stellen
gemessen. Hierzu dienen ein im unteren Teil angeordneter erster
Temperaturfühler 12, ein im mittleren Teil angeordneter zweiter
Temperaturfühler 13 und ein im oberen Teil angeordneter dritter
Temperaturfühler 14, die mit einer nicht dargestellten Regelein
richtung verbunden sind. Mittels der drei Temperaturfühler 12, 13,
14 läßt sich der jeweilige Ladezustand des Schichtenspeichers 8
bestimmen.
Im Heizungswasserkreislauf 15 ist eine Mischeinrichtung 16 ange
ordnet, die in Abhängigkeit vom Heizungswärme- und/oder vom Brauch
wasserbedarf derart regelbar ist, daß der Heizungswasserkreislauf 15
an der Mischeinrichtung 16 schließbar ist.
Der Gasbrenner 1, die Mischeinrichtung 16 sowie die Ladepumpe 9 und
die Umwälzpumpe 6 werden mittels der für derartige Beheizungssysteme
üblichen Regeleinrichtung geregelt.
Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten
gegeben. Beispielsweise könnte ein derartiges Beheizungssystem mit
einem kontrollierten Wohnungsbelüftungssystem kombiniert werden,
so daß eine umfassende Wärmerückgewinnung möglich ist. In Kom
bination mit einer Warmluftheizung kann der Heizungswasserkreislauf
dazu benutzt werden, einen indirekt beheizten Warmlufterzeuger zu
versorgen.
Claims (11)
1. Beheizungssystem zur kombinierten Wärmeerzeugung für
eine Heizungsanlage und einen Speicherbehälter (8)
für Brauchwasser mit
- - einem Brenner (1) für flüssige oder gasförmige Brennstoffe,
- - einem in dessen Abgasweg angeordneten vom Hei zungswasser durchströmten Heizungswärmetau scher (4),
- - einem Heizungswasserkreislauf (15), in dem eine Mischeinrichtung (16) angeordnet ist,
- - und einem Brauchwasserwärmetauscher (5) zur Er wärmung des Brauchwassers,
dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasserwärme
tauscher (5) innerhalb des Heizungswärmetauschers (4)
angeordnet ist und vom Heizungswasser umströmt wird,
daß der Heizungswasserkreislauf (15) mittels der
Mischeinrichtung (16) trennbar ist, daß der Spei
cherbehälter (8) als ein nach dem Verdrängungsprin
zip arbeitender Schichtenspeicher (8) ausgebildet
ist und einen mit einer Ladepumpe (9) versehenen
Brauchwasserladekreislauf aufweist.
2. Beheizungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Heizungswärmetauscher (4) mit dem
Brauchwasserwärmetauscher (5) ein Koaxialrohr (3)
bildet.
3. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaxial
rohr (3) spiralförmig ausgebildet ist.
4. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaxial
rohr (3) um den Brenner (1) gewickelt ist, wobei
dieser einen überstöchiometrisch vormischenden Mi
scher und einen zylindrischen perforierten Flammen
halter (2) aufweist.
5. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des
Brenners (1) und/oder der Ladepumpe (9) regelbar
ist, vorzugsweise im Verhältnis von mindestens 1 : 3.
6. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrichtung
der Ladepumpe (9) in Abhängigkeit vom Ladezustand
des Schichtenspeichers (8) und vom Heizungswärmebe
darf umkehrbar ist, so daß Brauchwasser aus dem Schich
tenspeicher (8) als Wärmequelle für das Heizungswasser
dient.
7. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Tempe
raturfühler (12) die Wassertemperatur im unteren
Bereich des Schichtenspeichers (8) mißt und ein zwei
ter Temperaturfühler (13) im mittleren Bereich mißt
und ein im oberen Teil messender dritter Temperatur
fühler (14) zur Regelung des Brenners (1), der Misch
einrichtung (16) und/oder der Ladepumpe (9) dienen.
8. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungswärme
tauscher (4) außenseitig berippt und profiliert ist.
9. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasser
wärmetauscher (5) berippt und profiliert ist.
10. Beheizungssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungswär
metauscher (4) aus Aluminium, vorzugsweise mit kor
rosionsbeständiger Beschichtung und daß der Brauch
wasserwärmetauscher (5) vorzugsweise aus Kupfer oder
Edelstahl ausgebildet sind.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4142488A DE4142488A1 (de) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Beheizungssystem zur kombinierten waermeerzeugung und eine heizungsanlage und einen speicherbehaelter fuer brauchwasser |
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