DE4409675A1 - Kondensationsheizgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kondensations­ heizgerät gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patent­ anspruchs

Solche Kondensationsheizgeräte sind sogenannte Niedertempera­ turheizgeräte, bei denen die von einem Brenner stammenden Ab­ gase in einem oder mehreren Wärmetauschern so weit herunterge­ kühlt werden, daß der Taupunkt unterschritten wird, so daß aus dem Abgas Wasser auskondensiert, womit die latente Wärme der Abgase genutzt werden kann. Durch diese Technologie ergeben sich feuerungstechnische Wirkungsgrade von über 100%, bezogen auf den weiteren Heizwert H_u Brennstoffes. Der Nachteil dieser Geräte liegt darin, daß sie mit diesen hohen Wirkungs­ graden nur dann arbeiten, wenn das aufzuheizende Medium auf nicht allzu hohe Temperaturen aufgeheizt werden muß, um eben die Taupunktschwelle im Wärmetauscher zu unterschreiten. Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet von Kondensationsheizgeräten ist somit die Speisung von Fußbodenheizungen oder, allgemeiner gesagt, Niedrigtemperaturheizanlagen. Es ist zwar möglich, Kondensationsheizgeräte auch so zu betreiben, daß das auf zu­ heizende Medium relativ hoch erhitzt wird, also beispielsweise bis 80/90°C, nur geht damit der Kondensationseffekt zum großen Teil wieder verloren, weil die Temperatur des aufzuhei­ zenden Wassers im Wärmetauscher das Unterschreiten des Tau­ punkts der Abgase verhindert. Dann arbeiten diese Geräte nicht mehr als Kondensationsheizgeräte, sondern als normale Heizge­ räte, womit sich feuerungstechnische Wirkungsgrade von über 90% erreichen lassen, sie unterscheiden sich aber dann nicht mehr wesentlich von normalen Heizgeräten, die aber dann mit erheblichem geringerem konstruktiven Aufwand herstellbar sind.

Andererseits benötigt der Betreiber eines Kondensationsheizge­ rätes eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser. Hier ist es ohne weiteres möglich, neben das Kondensationsheizgerät einen gasbeheizten Speicher zu stellen, der völlig unabhängig vom Kondensationsheizgerät arbeitet und mit dem es möglich ist, das aufzuheizende Brauchwasser auf einen Temperaturbe­ reich von bis zu 45°C einerseits oder andererseits bis zu 80°C aufzuheizen. Im ersten Fall benötigt der Betreiber einen gasbeheizten Speicher relativ großen Volumens, da sich eine Beimischung von kaltem Wasser zum aufgewärmten Brauchwasser verbietet, im anderen Fall ist eine Beimischung von kaltem Wasser zum hochaufgeheizten Brauchwasser schon wegen des Ver­ meidens der Verbrühungsgefahr regelmäßig vonnöten. Im ersten Fall treten bei den niedrigen Brauchwassertemperaturen aller­ dings wenig Betriebsbereitschaftsverluste in Erscheinung, da das Brauchwasser auf einem niedrigeren Temperaturniveau ge­ speichert wird, andererseits erhöht sich die Anfälligkeit ge­ genüber Legionellenwachstum. Bei hoch erhitztem Brauchwasser steigen naturgemäß die Betriebsbereitschaftsverluste erheb­ lich, da der Brauchwasserspeicher relativ große Wärmeströme an die Umgebung abstrahlt, andererseits ist die Legionelleninfek­ tionsgefahr minimiert.

Es ergeben sich aber für den Verbraucher die Kosten für die Installation zweier Geräte. Nun wäre es mit einem Kondensa­ tionsheizgerät im Prinzip genauso möglich, einen neben dem Heizgerät aufgestellten Brauchwasserspeicher unter größtmögli­ cher Nutzung des Brennwertbetriebes zu erwärmen. Dies bedingt aber ein großes Bauvolumen, da große Mengen Wasser mit einem Temperaturniveau von nur ca. 45°C benötigt werden, um eine ausreichend komfortable Warmwasserbereitung zu gewährleisten, da eine Beimischung kalten Wassers sich verbietet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kondensationsheizgerät der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, das eine Brauchwasserbereitung sicherstellt, ohne den Platz und das finanzielle Investitionsvolumen für zwei se­ parate Geräte zu benötigen.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einem Kon­ densationsheizgerät der eingangs näher bezeichneten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.

Durch diese Merkmale ergibt sich der Vorteil, daß zunächst nur ein einziges Gerät gebraucht wird, das in seinem Gehäuse sowohl das Kondensationsheizgerät wie auch den Brauchwasser­ speicher aufnimmt. Liegt der Brauchwasserspeicher unten, erge­ ben sich relativ geringe Kosten für den Aufbau des Kondensa­ tionsheizgerätes, da dieses dann nicht den relativ schweren Speicher tragen muß. Wird das Volumen des Brauchwasserspei­ chers relativ klein gewählt, so ergeben sich besonders gün­ stige Betriebsweisen für das Kondensationsheizgerät: Bei rela­ tiv kleinem Brauchwasservolumen wird nämlich das Brauchwasser­ volumen relativ häufig voll bei Warmwasserzapfungen aufge­ nutzt, so daß nach dem Schließen des Brauchwasserzapfventils nahezu der gesamte Inhalt des Brauchwasserspeichers leerge­ zapft ist. Damit ist der Brauchwasserspeicher aber mit fri­ schem Kaltwasser gefüllt, so daß die Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums zum Kondensationswärmetauscher sehr niedrig ist, womit der Kondensationswärmetauscher im Kondensationsbe­ trieb arbeitet. Das heißt, es ist bei dieser geschickten Be­ triebsweise möglich, wenigstens in großen Zeitbereichen das Kondensationsgerät auch im Kondensationsbetrieb arbeiten zu lassen, obwohl es zur Brauchwassererwärmung dient. Lediglich in der Endphase der Aufheizung des Brauchwasserspeichers ver­ läßt das Kondensationsheizgerät den Kondensationsbetrieb und geht in den kondensationsfreien Betrieb über. Diese Zeiten sind aber in aller Regel vernachlässigbar gegenüber den Zei­ ten, die bei Kondensationsbetrieb auftreten, weil sich hier die Zeiten für die Speisung der Heizanlage und für den ersten Bereich der Aufheizung nach vollständigem Leerzapfen des Brauchwasserbereiters addieren. Somit läßt sich als Kombina­ tionsgerät das Kondensationsheizgerät sehr vorteilhaft ausnut­ zen, obwohl von der Art der Anforderungen zunächst das Konden­ sationsheizgerät nicht als Kombinationsheizgerät zur Speisung sowohl der Heizung wie auch des Brauchwasserspeichers geeignet erscheint.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Merkmale des An­ spruchs 2 vorgeschlagen, die die Maßnahmen nach Anspruch 1 be­ züglich der Betriebsweise synergetisch unterstützen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fi­ gur der Zeichnung näher erläutert.

In einem Gehäuse 1 aus Blechen, die einen Deckel 2, zwei Sei­ tenwände 3 und 4 und einen Boden 5 bilden, ist im unteren Be­ reich unterhalb einer Gehäusetrennwand 6 ein Brauchwasserspei­ cher 7 gelagert. Dieser weist in seinem Innenraum 8 eine Rohr­ schlange 9 auf, die die Wandung des Speicherbehälters an zwei Stellen durchtritt und mit Krümmern 10 und 11 versehen ist. Der Innenraum 8 des Brauchwasserspeichers 7 ist weiterhin mit einem Rücklaufanschluß 12 und einem Vorlaufanschluß 13 verse­ hen, wobei ersterer an ein speisendes Kaltwassernetz und letz­ terer an einer Mehrzahl von mit je einem Zapfventil versehenen Warmwasserzapfstellen führt.

Oberhalb der Trennwand 6 ist ein Kondensationsheizgerät 10 an­ geordnet, das im wesentlichen aus einem Wärmetauscher 15 und einem Sturz-Gas-Gebläsebrenner 16 besteht, zu dem eine Luft­ leitung 17 führt, in die ein Gebläse 18 eingeschaltet ist. In die Luftleitung 17 mündet zwischen Gebläse 18 und dem Sturz- Gas-Gebläsebrenner eine Gaszuleitung 19, die mit einem Regel­ ventil 20 versehen ist. Das stetig arbeitende Regelventil 20 weist einen nicht weiter dargestellten Stellantrieb auf, der von einem Regler 21 gesteuert wird. Dem Regler sind ein Außen­ temperaturfühler 22 über eine Leitung 23, ein einstellbarer Soll-Wertgeber 24 über eine Leitung 25 und über eine Leitung 26 ein Vorlauftemperaturfühler 27 zugeordnet. Weiterhin ist über eine Leitung 28 ein Temperaturfühler 29 angeschlossen, der im Innenraum 8 des Brauchwasserspeichers 7 vorgesehen ist.

Der Wärmetauscher 15 ist mit einer Rücklaufleitung 30 verse­ hen, die die Gehäusetrennwand 6 durchsetzt, die mit dem Krüm­ mer 11 verbunden ist und an die weiterhin eine Heizungsrück­ laufleitung 31 angeschlossen ist, die die Seite 4 des Gehäuses 1 durchsetzt. Den Wärmetauscher verläßt eine Vorlaufleitung 32, in der eine Umwälzpumpe 33 und der Vorlauftemperaturfühler 27 angeordnet sind. Diese Vorlaufleitung verzweigt sich und führt einmal zu einer Heizungsvorlaufleitung 34 und zu einer Speichervorlaufleitung 35, die mit dem Krümmer 10 verbunden ist. Es ist ein 3-Wege-Umschaltventil 36 vorgesehen, das von einem Stellantrieb 37 beherrscht ist, der das Ventil entweder so schaltet, daß die Vorlaufleitung 32 mit der Heizungsvor­ laufleitung 34 oder mit der Brauchwasser-Speichervorlauflei­ tung 35 verbunden ist. Unterhalb des Wärmetauschers 15 befin­ det sich ein Abgassammelkasten 38, an dessen Unterseite ein Siphon 39 angeschlossen ist. Statt eines 3-Wege-Ventiles wäre auch eine Ladepumpe für den Speicher denkbar.

Die Funktion des eben beschriebenen Kondensationsheizgerätes ist folgende:

Fordert die Heizung, die als Vielzahl parallel und/oder in Se­ rie geschalteter Radiatoren oder Fußbodenheizungsabschnitte an die Heizungsvorlaufleitung 34 beziehungsweise die Heizungs­ rücklaufleitung 31 angeschlossen ist, Wärme an, was aus einer Temperaturdifferenz zwischen dem vom Vorlauftemperaturfühler 27 gegenüber der eingestellten Heizkurve sich ergebenden Dif­ ferenz ersichtlich wird, so geht das Kondensationsheizgerät in Betrieb, das heißt, die Pumpe 33 läuft, das Vorrangumschalt­ ventil 36/37 wird so gestellt, daß die Vorlaufleitung 32 mit der Heizungsvorlaufleitung 34 verbunden ist, der Brenner geht in Betrieb, das heißt, das Gebläse 18 fördert Luft, und der Luft wird über einen sich einstellenden Öffnungsquerschnitt des Gasregelventils Gas beigemischt, so daß ein stöchiome­ trisch brennendes Gas-Luft-Gemisch bestimmten Durchsatzes re­ sultiert. Der Durchsatz hängt hierbei von der Temperaturabwei­ chung ab. Unterstellt man als Heizungsanlage eine Fußbodenhei­ zung oder eine sonstige Niedertemperaturheizung, so arbeitet das Kondensationsheizgerät 14 im Kondensationsbereich, das heißt, kondensierendes Abgas sammelt sich am Boden der Abgas­ sammelhaube 38 und wird über den Siphon 39 abgeführt. Findet nun eine Brauchwasserzapfung statt, das heißt, ein im Zuge der Zapfwasserauslaßleitung liegendes Zapfventil wird geöffnet, so strömt über die Kaltwasserzulaufleitung 12 kaltes Wasser in den Speicher nach. Wenn der Temperaturfühler 29 eine entspre­ chende Abkühlung des Speicherinhalts an den Regler 21 meldet, so wird das Vorrangumschaltventil 36/37 umgesteuert, und die Vorlaufleitung 32 wird mit der Speichervorlaufleitung 35 ver­ bunden, das Kondensationsgerät lädt nunmehr den Inhalt des Speichers in seinem Temperaturniveau auf. Da das Speicherwas­ ser relativ kalt ist, wird das Heizungswasser beim Passieren der Rohrschlange 9 relativ stark abgekühlt, das heißt, es tritt relativ stark abgekühltes Wasser über die Rücklauflei­ tung 30 in den Kondensationswärmetauscher 15 ein. Dies führt zu einem Weiterbetreiben des Kondensationsheizgerätes im Kon­ densationsbereich. Erst wenn sich die Temperatur des Brauch­ wasserspeichers über 45° angehoben hat, nimmt die Kondensa­ tionsneigung der Abgase ab, so daß das Heizgerät in einen kon­ densationsfreien Betrieb übergeht. Die Wahl der Größe des Brauchwasserspeichers ist danach zu treffen, daß der Speicher bei Zapfvorgängen möglichst häufig stark entleert wird, das heißt, daß möglichst alles warmes Wasser aus ihm ausgetragen wird. Es wäre auch möglich, mit der Umschaltung des Kondensa­ tionsheizgerätes vom Speisen der Heizungsanlage auf das Nach­ laden des Brauchwasserspeichers 7 auch den Soll-Wert umzu­ schalten, hierbei ist es möglich, als Soll-Wertgeber nicht mehr die gleitend gesteuerte Außentemperaturvorgabe auf den Regler 21 zu geben, sondern vielmehr einen fest eingestellten und höheren Soll-Wert über den Soll-Wertgeber 24. Je höher dieser Soll-Wert eingestellt wird, um so weniger läuft das Kondensationsheizgerät im Kondensationsbetrieb.

Die Zeitspanne, in der das Brennwertgerät bei Speicheraufla­ dung im Kondensationsbetrieb arbeitet, kann noch dadurch ver­ größert werden, daß der Einschaltimpuls zur Speicherladung für eine bestimmte Zeit unterdrückt wird. Hierdurch kommt es bei Brauchwasserzapfung zu einer weiteren Abkühlung des Speichers.

Die Zeitspanne ist zweckmäßigerweise einstellbar zu gestalten, um mit unterschiedlichen Bedingungen arbeiten zu können. Dies kann im Soll-Wertgeber 24 über ein dort vorzusehendes Zeit­ glied 40 geschehen.

Claims (3)

1. Kondensationsheizgerät (14) mit einem einen Wärmetauscher (15) beheizenden Brenner (16), dessen Brennstoffzufuhr über ein in einer Brennstoffzufuhrleitung (19) zum Brenner (16) angeordnetes Regelventil (20) als Funktion einer Vor- oder Rücklauftemperatur des vom Wärmetauscher beheizten Mediums in Relation zu einem Soll-Wert (22) gesteuert ist und der zusammen mit dem Wärmetauscher (15) in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im gleichen Gehäuse (1) ein Brauchwasserspeicher (7) vorgesehen ist, des­ sen Heizmediumvor- (35) und -rücklaufleitung (30) mit dem Wärmetauscher (15) verbindbar sind.

2. Kondensationsheizgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß für den das Konden­ sationsgerät steuernden Regler (21) ein zwei­ ter Soll-Wertgeber (24) vorgesehen ist, auf den vom Heizungs-Soll-Wertgeber (22) umge­ schaltet wird, wenn das Kondensationsheizge­ rät (14) auf den Brauchwasserspeicher (7) ge­ schaltet ist.

3. Kondensationsheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Kondensationsgerät steuernden Regler (21) ein Soll-Wertgeber (24) mit einem einstellbaren Zeitglied (40) vorgesehen ist, um eine Aufla­ dung des Speichers für eine bestimmte Zeit zu unterdrücken.