DE4332141C2 - Umlaufwasserheizer - Google Patents
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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 auszukommen, 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.
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