DE4332141A1 - Umlaufwasserheizer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umlaufwasserheizer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger Umlaufwasserheizer ist aus der ASUF-Schriftenreihe, Nr. 11 "Brennwertgeräte Technik-Vorschriften-Erfahrungen", zweites Brennwert-Symposium, 23. und 24. Februar 1989, Darmstadt, Vulkan­ verlag, Essen, Seiten 71/72, bekanntgeworden.

Bei solchen Umlaufwasserheizern ergibt sich das Problem, daß die für die Bereitung von Brauchwasser erforderliche Brennerleistung meist erheblich größer ist als die für die Bereitung des Heizwas­ sers erforderliche Leistung. Dies trifft besonders für die Ausle­ gung von kleineren Heizungsanlagen von 5 bis 10 kW, wie zum Bei­ spiel für ein kleineres Einfamilienhaus oder eine für eine Wohn­ einheit konzipierte Etagenheizung zu.

Da weiter der Brauchwasserbedarf meist nur kurzzeitig gegeben ist, wird ein solcher auf den dafür notwendigen Leistungsbedarf von 20 bis 30 kW konzipierter Brenner während des größten Teiles seiner Betriebszeit mit einer relativ kleinen Teillast betrieben, wodurch sich ein schlechter Wirkungsgrad ergibt. Außerdem kommt es bei solchen Umlaufwasserheizern aufgrund der ungünstigen Dimensionie­ rung des Brenners zu häufigen Betriebsunterbrechungen und daher zu einem, durch die häufigen Startphasen bedingten, erhöhten Ausstoß von Schadstoffen in Form von Kohlenwasserstoffen.

Aufgrund des Trends zu einer besseren Wärmedämmung der Häuser und Wohnungen einerseits und luxuriösen Bädern andererseits vergrößert sich der Unterschied zwischen dem Leistungsbedarf für die Heizung und jenem für die Brauchwasserbereitung, wodurch sich das oben aufgezeigte Problem verschärft. So ist es bei entsprechender Wär­ medämmung möglich, bei einer Wohneinheit mit 120 bis 150 m² mit einer Heizleistung von ca. 6 kW das Auslangen zu finden, wogegen für die Brauchwasserbereitung mit herkömmlichen Umlaufwasserhei­ zern mit einem Leistungsbedarf von ca. 25 kW gerechnet werden muß.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Umlaufheizer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der es er­ laubt den Brenner im wesentlichen auf den Heizbedarf der ange­ schlossenen Heizungsanlage zu dimensionieren und trotzdem ausrei­ chend Brauchwasser mit genügender Temperatur und ausreichendem Durchsatz bereitstellen zu können.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs erreicht.

Auf diese Weise ist es möglich, bei vorhandener oder auch nicht vorhandener Wärmeanforderung durch die Heizungsanlage, den Latent­ wärmespeicher aufzuladen. Bei Brauchwasserzapfung kann diese ge­ speicherte Wärme dem Latentwärmespeicher entnommen werden. Dazu genügt es, die Rücklaufleitung mit dem Latentwärmespeicher zu ver­ binden und die den Latentwärmespeicher überbrückende Bypassleitung zu sperren. Dadurch kommt es zu einer Vorheizung des in den Wärme­ tauscher einströmenden Wassers, so daß dieses auf eine ausreichend hohe Endtemperatur gebracht werden und in einem ausreichend großen Durchsatz bereitgestellt werden kann, auch wenn der Brenner nur eine relativ kleine Leistung aufbringt.

Für das Aufheizen des Latentwärmespeichers kann die Heizungs-By­ passleitung geöffnet werden, so daß der Latentwärmespeicher mit Wasser aufgeheizt wird, dessen Temperatur im wesentlichen der Tem­ peratur des aus dem Wärmetauscher austretenden Wassers entspricht. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ergibt sich je­ doch nicht nur der Vorteil, daß die Brennerleistung nach dem Heiz­ bedarf ausgelegt werden kann, sondern auch, daß eine nicht unwe­ sentliche Anzahl von Kaltstarts vermieden werden kann. So kann nach einer längeren Stillstandsphase des Brenners bei einer auf­ tretenden Wärmeanforderung zum Beispiel der Heizungsanlage, beim Start des Brenners und damit der Umlaufpumpe der Latentwärmespei­ cher durchströmt werden, wodurch entsprechend vorgewärmtes Wasser in den Wärmetauscher einströmt und dadurch eine Kondensatbildung im Wärmetauscher vermieden wird.

Außerdem ergibt sich durch die vorgeschlagene Lösung auch der Vor­ teil einer geringeren Schalthäufigkeit bei kleineren Entnahmen von Brauchwasser, verglichen mit den herkömmlichen Umlaufwasserhei­ zern, da der Brenner bei Kleinzapfungen nicht immer zünden muß, wenn die Erwärmung des Zapfwassers die Wärme des Latentwärmespei­ chers ausreicht. Dadurch ergibt sich auch der Vorteil einer gerin­ geren Schadstoffemission.

Aufgrund der, verglichen mit herkömmlichen Lösungen, verringerten Brennerleistung kann auch der Abgasrohrdurchmesser verkleinert werden, was den Einsatz dieser Geräte in Gebäuden mit sanierungs­ bedürftigen Schornsteinen ermöglicht.

Da der vorgesehene Latentwärmespeicher nur ein relativ kleines Vo­ lumen benötigt, ergibt sich aufgrund des Umstandes, daß der Bren­ ner eine kleinere Leistung aufweist als dies bei einem herkömmli­ chen Umlaufwasserheizer der Fall wäre, eine mit einem herkömmli­ chen Umlaufwasserheizer vergleichbare Baugröße.

Latentwärmespeicher sind mit einem Medium gefüllt, das im Bereich der Arbeitstemperatur schmilzt oder verdampft und sich durch eine hohe Schmelz- und Kondensationswärme auszeichnet. Beim Betrieb ei­ nes solchen Speichers steigt dessen Temperatur mit der Zufuhr von Wärme an, bis das Speichermedium zu schmelzen beginnt. Danach bleibt bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur des Speichermediums konstant, bis das gesamte Speichermedium aufgeschmolzen ist, wo­ nach bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur weiter ansteigt. Um­ gekehrt verharrt des Speichermedium bei einer Abgabe von Wärme auf der Schmelztemperatur, bis das gesamte Speichermedium erstarrt ist. Da die latente Wärme, das heißt die Schmelz- und Kondensa­ tionswärme meist das hundert- bis zweihundertfache der spezifi­ schen Wärme der betreffenden Substanz beträgt, haben Latentwärme­ speicher gegenüber Kapazitätswärmespeichern, bei denen das Spei­ chermedium seinen Aggregatzustand beibehält, den Vorteil eines weit geringeren Volumens bei gleicher Speicherkapazität.

Als Speichermedium für einen Latentwärmespeicher für einen erfin­ dungsgemäßen Umlaufwasserheizer kann beispielsweise Bariumhydroxi­ doctahydrat verwendet werden, dessen Schmelzpunkt bei 78°C liegt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen Umlaufwasserheizer zeigt.

Ein Wärmetauscher 8 ist von einem Gasbrenner 9 beheizbar. Von ei­ ner vom Wärmetauscher 8 wegführenden Vorlaufleitung 6 zweigt eine zu einem mit einer Zapfwasser-Rohrschlange 26 versehenen Brauch­ wasser-Wärmetauscher 12 führende Leitung 15 ab. Von der Vorlauf­ leitung 6 zweigt weiter stromab der Verzweigungsstelle 20 eine Heizungs-Bypassleitung 16 an der Verzweigung 21 ab, in der ein druckdifferenzgesteuertes Überströmventil 13 angeordnet ist und die parallel zu einer aus einer Mehrzahl von mit Thermostatventi­ len 22 versehenen Radiatoren 23 bestehenden Heizungsanlage 14 ge­ schaltet und mit einer Rücklaufleitung 17 in einer Einmündung 24 verbunden ist.

In der Rücklaufleitung 17 ist ein Drei-Wege-Ventil 10 stromab der Einmündung 24 angeordnet, an dem eine Leitung 18 angeschlossen ist, die vom Brauchwasserwärmetauscher 12 wegführt. Dadurch ist der Primärkreis des Brauchwasserwärmetauschers 12 bei entsprechen­ der Stellung des Drei-Wege-Ventiles 10 vom Heizwasser durchströmt, das über die Vorlaufleitung 6 zu- und über die Rücklaufleitung 17 abströmt.

In der Rücklaufleitung 17 ist weiter eine Umlaufpumpe 11 angeord­ net, die für die nötige Umwälzung des Heizwassers sorgt.

Dem Wärmetauscher 8 ist ein im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteiliger Latentwärmespeicher 4, 5 vorgeschaltet. Zu diesem ist eine Bypassleitung 1 parallel geschaltet.

Dabei ist in der Rücklaufleitung 17 ein weiteres Drei-Wege-Ventil 7 angeordnet. An diesem ist eine Leitung 19 und die Bypassleitung 1 angeschlossen, wobei an der Leitung 19 die beiden Teile 4, 5 des Latentwärmespeichers parallel angeschlossen sind. Die von den bei­ den Teilen 4, 5 des Latentwärmespeichers wegführenden Leitungen 2, 3 münden in die Bypassleitung 1 in einer Einmündung 25 unmittelbar stromauf des Wärmetauschers 8.

Die Zapfwasser-Rohrschlange 26 ist auslaufseitig mit einem Zapf­ ventil 27 und einlaufseitig mit einem Wasserschalter 28 versehen, der bei Zapfwasserdurchsatz über eine Leitung 29 einen Motor 30 ansteuert, der die Drei-Wege-Ventile umschaltet.

Bei bestehender Wärmeanforderung durch die Heizungsanlage 14 ist der Brenner 9 mit Gas versorgt und in Betrieb, desgleichen die Um­ laufpumpe 11. Das aus dem Wärmetauscher 8 abströmende Wasser strömt dabei über die Heizungsanlage 14 und die Rücklaufleitung 17 zurück zum Wärmetauscher 8. Dabei ist das Ventil 13 in der Hei­ zungs-Bypassleitung 16 geschlossen und das Drei-Wege-Ventil 10 gibt die Durchströmung von den Radiatoren 23 in Richtung der Rück­ laufleitung 17 frei und sperrt die Leitung 18. Desgleichen gibt das Drei-Wege-Ventil 7 die Durchströmung von der Rücklaufleitung 17 zur Bypassleitung 1 frei und sperrt die Leitung 19 ab.

Bei einer Brauchwasserzapfung schaltet der Wasserschalter 28 das Drei-Wege-Ventil 10 um und gibt die Durchströmung von der Leitung 18 zur Rücklaufleitung 17 frei, wobei der von der Heizungsanlage kommende Abschnitt der Rücklaufleitung 17 gesperrt ist. Gleichzei­ tig schaltet er auch das Drei-Wege-Ventil 7 um, wobei die By­ passleitung 1 gesperrt wird und die Durchströmung von der Rück­ laufleitung 17 zur Leitung 19 freigegeben wird.

Dadurch strömt das Wasser über die beiden Teile 4, 5 des Latent­ wärmespeichers, wodurch das über den Primärkreis des Brauchwasser­ wärmetauschers 12 kommende Wasser aus dem Latentwärmespeicher 4, 5 aus diesem Wärme aufnimmt und entsprechend vorgewärmt in den Wär­ metauscher 8, der vom Brenner 9 beaufschlagt ist, einströmt und weiter erwärmt wird.

Ist die Brauchwasserzapfung beendet, schaltet der Wasserschalter 28 die Drei-Wege-Ventile 7 und 10 zurück und es wird zur Aufladung des Latentwärmespeichers 4, 5 das Wasser von der Vorlaufleitung 6 zur Rücklaufleitung 17 über das Drei-Wege-Ventil 10 geleitet, das die Rücklaufleitung der Heizung weiterhin sperrt. Über das Drei- Wege-Ventil 7 strömt das Wasser in die Leitung 19 und den Latent­ wärmespeicher 4, 5 und gibt in diesem seine Wärme ab. Zu dieser Aufladung ist ein den Motor 30 über eine Leitung 31 steuernder Temperaturfühler 32 im Latentwärmespeicher 5 vorgesehen.

Dabei wird das Speichermedium geschmolzen, wobei die entsprechende Schmelzwärme vom Brenner aufgebracht werden muß. Diese Schmelzwärme kann bei der Erstarrung des Speichermediums bei der Wärmeabgabe in Form der Erstarrungswärme wieder zurückgewonnen werden.

Mit einem solchen Umlaufwasserheizer kann zum Beispiel mit einem Brenner 9 mit einer Leistung von 6 kW, die zum Beispiel für die Heizung einer Wohneinheit mit 120 bis 150 m² ausreicht, auch ein für ein Duschbad ausreichender Brauchwasserdurchsatz bereitge­ stellt werden. Dabei wird für ein Duschbad in der Regel ein Bedarf von ca. 50 l mit einer Temperatur von 40°C in einem Zeitraum von ca. 6 min. angenommen. Dies erfordert einen Wärmebedarf von 1.745 Wh in 6 min., was einer Leistung von ca. 18 kW entspricht. Die gegenüber der Brennerleistung fehlende Leistung wird durch den Latentwärmespeicher 4, 5 für die 6 min. aufgebracht.

Aufgeladen wird der Latentwärmespeicher dann über ca. 12 min, wo­ bei die Leistung des Brenners 9 in die Speicher 4, 5 eingebracht wird.

Claims (1)

1. Umlaufwasserheizer zur Bereitung von Brauch- und Heizwasser mit einem von einem Brenner beauf­ schlagten Wärmetauscher, der eine Vorlaufleitung mit Heizwasser versorgt, die über ein Drei-Wege­ Ventil wahlweise mit einer Heizungsanlage oder einem Brauchwasser-Wärmetauscher verbunden ist, wobei eine Umlaufpumpe vorgesehen ist, die vor­ zugsweise in einer zum Wärmetauscher führenden Rücklaufleitung angeordnet ist und wobei eine von einem Überströmventil gesteuerte Heizungs-By­ passleitung parallel zur gesamten Heizungsanlage geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (8) ein Latentwärmespeicher (4, 5) vorgeschaltet ist, zu dem eine von einem Ventil (7) gesteuerte Bypassleitung (1) parallel ge­ schaltet ist.