DE4418737C2 - Anordnung zur Warmwasserbereitung mit Satelitenspeicher und Rückschlagventil - Google Patents
Anordnung zur Warmwasserbereitung mit Satelitenspeicher und RückschlagventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Aus der DE 43 01 723 A1 ist eine Anordnung
bekannt, die lediglich einen einzigen Speicher aufweist. Inner
halb dieses Speichers ist ein Mittelrohr vorgesehen, in welchem
eine beheizbare Rohrwendel angeordnet ist. Dabei bewirkt das
Mittelrohr erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten für durch die
Rohrwendel erwärmtes Wasser. Durch eine Überströmöffnung
ist stets eine Verbindung zwischen dem Mittelrohr und dem üb
rigen Speicherinhalt gewährleistet. Zusätzliche Ausströmöffnun
gen in verschiedenen Höhen lagen des Mittelrohrs sind vorgese
hen, wobei zumindest ein Teil der Ausströmöffnungen mit je
einem Rückschlagventil versehen ist.
Weiterhin ist aus der Firmendruckschrift "Satellit-Speicher" der
Firma Jenni Energietechnik AG, CH - 3414 Oberburg bei
Burgdorf, Schweiz, eine gattungsgemäße Anordnung mit mehre
ren räumlich voneinander getrennten Speichern bekannt. Die
Kombination mehrerer relativ klein ausgebildeter Speicherbehäl
ter ermöglicht die Schaffung eines insgesamt großen Speichers
auch bei beengten räumlichen Verhältnissen. Häufig werden bei
Neubauten für die Solaranlagen Speicherelemente mit Höhen
von beispielsweise 5 m vorgesehen. Beim Nachrüsten beste
hender Häuser mit Solaranlagen kann durch die Kombination
mehrerer kleiner Speicherzellen, die durch vorhandene Türöff
nungen passen, insgesamt ein ausreichend großer Speicher
hergestellt werden.
Die Schaffung mehrerer horizontaler Verbindungsleitungen zwi
schen jeweils zwei Speichern bewirkt, daß eine Temperatur
schichtung in jedem der Speicherbehälter beibehalten werden
kann, da sich mit Hilfe der verschiedenen Verbindungsleitungen
relativ eng begrenzte Kreisläufe zwischen zwei verbundenen
Speichern ausbilden, in denen sich das Wasser aufgrund seiner
Wärme- und damit Dichteunterschiede austauscht. Dieser Aus
tausch kann auf bestimmte Temperaturbereiche begrenzt blei
ben, so daß benachbarte Temperaturschichten hiervon nicht
betroffen sind. So kann relativ hohe Temperatur dort ermöglicht
werden, wo das Wasser entnommen wird, ohne daß der ge
samte Speicherinhalt über die gesamte Höhe des Speichers
eine annähernd gleiche Temperatur aufweisen muß.
Trotz dieser Temperaturschichtungen ist es bei gattungsge
mäßen Anlagen häufig nachteilig, daß die gesamte auf mehrere
Speicherbehälter verteilte obere Temperaturschicht von der
Solaranlage nur sehr langsam aufgeheizt werden kann und auf
diese Weise nicht in der gewünschten kurzen Zeitspanne eine
obere Temperaturschicht mit hoher Temperatur zur Verfügung
gestellt werden kann. Dementsprechend häufig schaltet sich die
üblicherweise an die Speicher angekoppelte konventionelle
Heizanlage ein, um die gewünschte Temperatur in der oberen
Speicherschicht herzustellen. Auf diese Weise wird trotz des
Zustroms von Warmwasser aus den Solarkollektoren ein relativ
langer bzw. häufiger Betrieb der konventionellen Heizanlage
bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Anordnung zur Warmwasserbereitung dahingehend zu verbes
sern, daß der Anteil der eingesetzten Solarenergie möglichst
hoch ist und die konventionelle Heizanlage in möglichst gerin
gem Umfang zugeschaltet werden muß, um eine gewünschte
Wassertemperatur in der oberen Wasserschicht zu erzielen.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die
Ausgestaltung gemäß dem kennzeichnenden Teil des An
spruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, ein Rückschlag
ventil in der obersten der Verbindungsleitungen vorzusehen, d. h.
in der oberen Verbindungsleitung, die für einen Kreislauf der
oberen Wasserschicht zwischen zwei benachbarten Behältern
vorgesehen ist. Dieses Rückschlagventil ist so angeordnet, daß
in der oberen Verbindungsleitung von dem ersten Speicher,
welcher den Wärmetauscher der Solaranlage enthält, kein
Heißwasser in den zugeordneten zweiten Speicher fließen kann.
So wird zunächst in dem ersten Speicher eine hohe
Temperaturanhebung der obersten Wasserschicht bewirkt, ohne
daß sofort die große obere Wasserschicht sämtlicher Speicher
aufgeheizt werden muß. Demzufolge kann mit einer vorge
gebenen Wärmeenergie eine möglichst schnelle und hohe
Temperaturerhöhung innerhalb des ersten Speichers bewirkt
werden. Daher kann die Einschaltdauer zusätzlicher
Heizeinrichtungen möglichst gering gehalten oder ganz
verhindert werden.
Wird aus dem oberen Bereich, also aus dem Warmwasserbe
reich, des ersten Speichers Wärme entnommen, bis die oberste
Temperaturschicht in diesem ersten Speicher kühler ist als die
obere Temperaturschicht des benachbarten Speichers, so kann
durch das in dieser Richtung öffnende Rückschlagventil ein
Kreislauf zwischen den beiden Speichern innerhalb der oberen
Temperaturschicht stattfinden, so daß zunächst wärmeres Was
ser aus dem zweiten Speicher in den ersten Speicher strömen
kann. Durch diese Maßnahme wird weiterhin die von außen
erforderliche Energiezufuhr verringert, um die obere
Temperaturschicht des ersten Speichers auf die gewünschte
Solltemperatur zu erhitzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind den
Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
wird anhand der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben.
Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung,
bei der zwei Speicher miteinander verbunden sind,
Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt aus
der Verbindungsleitung zwischen den beiden
Speichern der Fig. 1 mit dem Rückschlagventil
und
Fig. 3 drei schematische Funktionsdarstellungen des
Rückschlagventils gemäß Fig. 2.
In Fig. 1 ist mit 1 ein erster Speicher bezeichnet, der in seinem
unteren Bereich einen Wärmetauscher 2 aufweist, der über Vor-
und Rückläufe 3 mit Solarkollektoren verbunden ist. Über einen
Warmwasserkamin 4 wird erreicht, daß das im Kamin befind
liche Wasser des ersten Speichers 1, welches von dem Wärme
tauscher 2 erwärmt wird, innerhalb des Kamins 4 aufsteigt und
oben im Bereich der wärmsten Wasserschicht des ersten Spei
chers 1 austritt. Auf diese Weise wird effizient eine schnelle Be
heizung der oberen Wasserschicht ermöglicht, ohne daß durch
den Wärmetauscher 2 zunächst der gesamte untere Bereich des
Speicherinhaltes erwärmt werden müßte, bis oben im Speicher
die gewünschte Temperatur erreicht ist.
In der oberen Wasserschicht des ersten Speichers 1 ist eine
Edelstahlblase 5 angeordnet, die über einen Kaltwasserzulauf 6
und einen Warmwasseraustritt 7 von Brauchwasser verfügt, so
daß das Brauchwasser innerhalb der Edelstahlblase 5 von der
umgebenden Warmwasserschicht im ersten Speicher 1 erwärmt
wird.
Eine zusätzliche Beheizung dieser oberen Wasserschicht des
ersten Speichers ist durch einen Anschluß einer zusätzlichen
Heizanlage mit Vorlauf 8 und Rücklauf 9 vorgesehen, beispiels
weise im Rahmen einer üblichen Boilervorrangschaltung.
Diesem sogenannten "Kombinationsspeicher" 1 ist ein zweiter
Speicher 10 zugeordnet, der als einfacher Tank ausgebildet
sein kann und der über drei Verbindungsleitungen A, B und C in
unterschiedlichen Höhen mit dem ersten Speicher verbunden
ist.
Geht man davon aus, daß zunächst in beiden Speichern 1 und
10 kaltes Wasser vorhanden ist, so wird über den Wärme
tauscher 2 Wärme in den ersten Speicher 1 eingebracht. Durch
den entstehenden Dichteunterschied wird Wasser aus dem
zweiten Speicher 10 durch die untere Verbindungsleitung C in
den ersten Speicher 1 gedrückt, wobei ein Rückfluß über die
Leitung B vom ersten Speicher 1 in den zweiten Speicher 10
erfolgt.
Sobald im ersten Speicher 1 auf Höhe der Verbindungsleitung B
eine höhere Temperatur vorliegt als im zweiten Speicher 10,
strömt warmes Wasser vom ersten Speicher 1 in den zweiten
Speicher 10. Dort steigt dieses wärmere Wasser aufgrund der
geringeren Dichte nach oben und vermischt sich mit den oberen
Schichten im zweiten Speicher 10. Auf diese Weise werden die
oberen Wasserschichten des zweiten Speichers 10 erhitzt.
Eine direkte Beheizung der oberen Wasserschichten im zweiten
Speicher 10 aus den oberen Warmwasserschichten des ersten
Speichers 1 durch die Verbindungsleitung A erfolgt nicht, da in
der Verbindungsleitung A ein Rückschlagventil 11 angeordnet
ist, welches bei einer vom ersten in den zweiten Speicher ge
richteten Wasserströmung sperrt.
Insgesamt wird dieser beschriebene Vorgang solange fortge
setzt, bis in beiden Speichern die gleichen Temperaturen in den
verschiedenen Schichten herrschen.
Erfolgt die Entnahme von Brauchwasser aus der Edelstahlblase
5, so strömt kaltes Wasser durch den Kaltwasserzulauf 6 in die
Edelstahlblase 5 ein und kühlt das umgebende Speicherwasser
innerhalb des ersten Speichers 1 ab. Dadurch erhöht sich des
sen Dichte und dieses obere Wasser drückt nun nach unten
durch die Leitung B in den zweiten Speicher 10. Umgekehrt
strömt heißes Wasser über die Verbindungsleitung A vom
zweiten Speicher 10 durch das in dieser Richtung öffnende
Rückschlagventil 11 in den oberen Bereich des ersten Spei
chers 1.
Sobald die Temperaturschichten beider Speicher 1 und 10 im
oberen Bereich gleich sind, endet dieser Vorgang. Sofern die
Temperaturanhebung der oberen Wasserschicht im ersten
Speicher 1 nicht ausreicht, um das Brauchwasser auf die ge
wünschte Solltemperatur zu erwärmen, kann eine zusätzliche
Beheizung über die Boilervorrangschaltung der Heizanlage er
folgen.
Bei einer derartigen Beheizung beschränkt sich die einzubrin
gende Heizenergie auf die Beheizung der oberen Wasser
schicht im ersten Speicher 1, da ein Austausch mit der oberen
Wasserschicht im zweiten Speicher 10 durch das Rückschlag
ventil 11 verhindert wird.
Da der Rücklauf 9 der Boilervorrangschaltung auf der gleichen
Höhe liegt wie die Verbindungsleitung B, wird bei diesem Vor
gang auch ein Überströmen durch die Leitung B weitestgehend
verhindert.
Der zweite Speicher 10 kann in seinem oberen Bereich einen
Vorlauf 12 für Heizkörper bzw. für eine Fußbodenheizung auf
weisen, sowie in seinem unteren Bereich einen entsprechenden
Rücklauf 14. Bei einer Entnahme von Warmwasser für die
Raumbeheizung kühlt sich die obere Wasserschicht im zweiten
Speicher 10 ab. Durch den resultierenden Dichteunterschied
drückt Wasser aus dem zweiten Speicher 10 durch die untere
Verbindungsleitung C in den ersten Speicher 1 und bewirkt
einen Kreislauf, der durch die mittlere Verbindungsleitung B ge
schlossen wird, durch welche erwärmtes Wasser aus der Mitte
des ersten Speichers 1 in die Mitte des zweiten Speichers 10
strömt. Ein Austausch der oberen Wasserschicht im ersten
Speicher 1 und damit eine Auskühlung der Edelstahlblase 5 wird
verhindert, so daß das Zuschalten von Heizenergie über den
Vorlauf 8 und den Rücklauf 9 minimiert wird.
Der Vorlauf 12 für den Heizkörper kann in umgekehrter Strö
mungsrichtung als Vorlauf für einen Kachelofen oder einen
Ofen-Heizeinsatz dienen, so daß eine Beheizung der beiden
Speicher 1 und 10 über einen Kachelofen oder über einen Ofen-
Heizeinsatz erfolgen kann. Entsprechend kann der Rücklauf 14
der Heizkörper in umgekehrter Strömungsrichtung als Rücklauf
für den Kachelofen bzw. Kachelofen-Heizeinsatz dienen.
In Fig. 2 ist in schematischer und perspektivischer Anordnung
der Teil der Verbindungsleitung A dargestellt, der das Rück
schlagventil 11 umfaßt. Das Rückschlagventil 11 wird durch eine
Kunststoffmembran gebildet, die als Verschlußklappe aus Sili
kon gefertigt sein kann. Das geringe Gewicht ermöglicht, daß
das Rückschlagventil 11 schon bei geringen Druckunterschie
den zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stel
lung verschwenkt.
Weiterhin ist in Fig. 2 dargestellt, daß die Verbindungsleitung A
im Bereich des Rückschlagventils 11 eine Wartungsöffnung 15
umfaßt, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die War
tungsöffnung 15 nicht lediglich durch eine entfernbare Klappe
abgedeckt ist, um das Verbindungsrohr A abzudichten, sondern
einen Stutzen 16 aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, seri
enmäßig hergestellte Rohrabschnitte zu verwenden, wie sie bei
spielsweise für Schmutzfilter vorgesehen sind, wobei anstelle
des Schmutzfilters das Rückschlagventil 11 eingebaut wird, so
daß preisgünstig Elemente aus einer größeren Serie für die er
findungsgemäße Anordnung verwendet werden können.
Weiterhin ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß das Rückschlagventil 11
in seiner Schließstellung an einem ringförmigen Anschlag 17
anliegt, der eine weitere Bewegung der Ventilmembran und
damit ein unerwünschtes Öffnen des Ventils verhindert. Um an
gesichts der Flexibilität der Ventilmembran ein Durchdrücken
dieser Membran durch den Ring zu verhindern, weist der An
schlag 17 im freien Strömungsquerschnitt der Verbindungslei
tung A eine Stützfläche 18 auf, die als Steg ausgebildet ist und
an die sich die Membran des Rückschlagventils 11 in ihrer
Schließstellung anlegt.
Die Funktion des Rückschlagventils 11 ist anhand dreier Pha
sen in Fig. 3 schematisch erläutert. Dabei ist in der oberen
Phase a die Öffnungsstellung des Rückschlagventils 11 darge
stellt, bei der eine von links nach rechts gerichtete Strömung
ungehindert durch die Verbindungsleitung A strömen kann, ab
gesehen von einer leichten Querschnittsverringerung durch den
Anschlag 17 innerhalb der Verbindungsleitung A.
In der Phase b befindet sich das Rückschlagventil 11 in einer
Zwischenstellung, die beispielsweise eingenommen wird, wenn
Wasser durch die Verbindungsleitung A von rechts nach links zu
strömen beginnt. Setzt sich diese von rechts nach links gerichte
te Strömung fort, so geht das Rückschlagventil 11 schließlich in
seine in Phase c dargestellte Schließstellung über, in der es an
dem Anschlag 17 anliegt und den freien Leitungsquerschnitt der
Verbindungsleitung A vollständig sperrt.
Setzt demgegenüber wieder eine Strömung durch die Verbin
dungsleitung A ein, die gemäß Fig. 3 von links nach rechts ge
richtet ist, so öffnet sich das Rückschlagventil und nimmt, aus
gehend von der Phase c über die Phase b die Öffnungsstellung
gemäß Phase a ein.
Das Rückschlagventil 11 kann dabei an seiner Oberkante eine
Achse aufweisen, um die es schwenkbar gelagert ist. Das Rück
schlagventil kann jedoch, wenn es entsprechend elastisch ist,
mit seinem oberen Bereich durch Verschraubung, Verklebung,
Verschweißung od. dgl. entweder an der Verbindungsleitung A
oder am Stutzen 16 oder auch am Anschlag 17 festgelegt sein
und sich ausschließlich durch seine Verformung öffnen und
schließen.
Claims (5)
1. Anordnung zur Warmwasserbereitung, mit mehreren
räumlich voneinander getrennten Speichern zur Auf
nahme von Wasser oder einem anderen Wärmemedium,
wobei ein erster Speicher zur Erwärmung seines Inhalts
einen Anschluß an eine Solaranlage aufweist sowie einen
Vorratsbehälter für erwärmtes Brauchwasser, welches
von dem übrigen Speicherinhalt getrennt zu- und ab
fließen kann, und wobei ein zweiter Speicher an den Vor-
und Rücklauf der Heizkörper einer Heizungsanlage ange
schlossen ist, und wobei jeweils zwei Speicher mehrere
Verbindungsleitungen zwischen sich aufweisen, die die
Speicher in unterschiedlichen Höhen verbinden, um einen
Wasseraustausch innerhalb mehrerer Temperaturschich
ten zwischen den Speichern zu ermöglichen, dadurch ge
kennzeichnet, daß die obere Verbindungsleitung (A) ein
Rückschlagventil (11) aufweist, welches eine Strömung
vom zweiten (10) in den ersten Speicher (1) zuläßt und
bei einer Strömung vom ersten (1) in den zweiten
Speicher (10) die Verbindungsleitung (A) sperrt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rückschlagventil (11) als Kunststoffmembran
ausgebildet ist, die einseitig schwenkbar gelagert ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Rückschlagventil (11) ein Einlegering als
Anschlag (17) zugeordnet ist, der eine Bewegung des
Rückschlagventils (11) aus der Öffnungsstellung über
seine Schließstellung hinaus verhindert.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Anschlag (17) für das Rückschlagventil
(11) eine Stützfläche (18) für die Kunststoffmembran im
freien Strömungsquerschnitt der Verbindungsleitung (A)
ausbildet.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Wartungsöffnung (15) für das
Rückschlagventil (11), die in der Verbindungsleitung (A)
vorgesehen ist.
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1994
- 1994-05-28 DE DE19944418737 patent/DE4418737C2/de not_active Expired - Fee Related
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