Die Erfindung betrifft das Gebiet der häuslichen Warmwasserversorgungssysteme,
insofern eine Einrichtung im Zusammenwirken von vorbekannten Solaranlagen und
Anlagen zur Bereitstellung von Warmwasser für die Hauswasserversorgung und
Heizung insbesondere von Wohn- und Gewerbebauten nach den Merkmalen des
Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to the field of domestic hot water supply systems,
insofar as a facility in the interaction of previously known solar systems and
Plants for the provision of hot water for domestic water supply and
Heating especially of residential and commercial buildings according to the characteristics of the
The preamble of claim 1.
Allgemein bekannt ist, daß nach gegenwärtigem Stand der Technik die
Warmwasserbereitung in Hausanlagen generell mit Gaswandgeräten mit beheizbarem
Durchlaufspeicher oder mit Warmwasserbereitern, die durch ein Gaswandgerät oder
einen Kessel gespeist werden, realisiert wird. Die Geräteart mit einem
beheizbaren Durchlaufspeicher weist wesentliche Nachteile insofern auf, daß
z. B. in der Zeit des Anlaufbetriebes, der Zeit zwischen Zapfbeginn und voller
Wärmeleistung des Gerätes sowie vollständig erwärmten Wassers an der Zapf- bzw.
Austrittsstelle, kein erwärmtes oder nur unzureichend erwärmtes Wasser
einesteils am Ausgang des Gerätes, insbesondere aber an der Zapfstelle zur
Verfügung steht. Ein Aufbau eines Zirkulationssystems ist gerätebedingt nicht
möglich. Diese Nachteile erfordern, daß der Abstand zwischen Gerät und
Zapfstelle möglichst gering gehalten werden muß, was auf mehr oder weniger
weite Grenzen stößt. Andererseits werden als Energieerzeuger und
Warmwasserversorgung und Heizung Ölheizanlagen eingesetzt. Diese sind
gleichfalls komplizierte, insbesondere aber räumlich größere Anlagen, wodurch
ihr Einsatz gleichfalls technische Probleme aufwirft. Die allgemein bekannten
Solaranlagen benötigen für sich allein mindestens drei Wärmetauscher, einen für
den Solarkreis, einen für die Energieeinspeisung in den Heizkreislauf und einen
für die Warmwasserbereitung alternativ zwei Wärmetauscher und einen
Pufferspeicher. Somit ist auch ein höherer apparativer Aufwand gegeben. Darüber
hinaus reicht das Energiebereitstellungsvermögen einer Solaranlage allein für
Heizung und Warmwasserbereitung in der geographischen Lage von Deutschland und
weiter nördlich davon nicht aus.It is generally known that according to the current state of the art
Warm water preparation in house systems generally with gas wall devices with heatable
Flow storage or with water heaters by a gas wall unit or
a boiler can be fed. The device type with a
heatable flow memory has significant disadvantages in that
e.g. B. in the time of start-up, the time between the start of the tap and full
Heat output of the device and completely heated water at the tap or
Exit point, no heated or insufficiently heated water
partly at the outlet of the device, but especially at the tap
Available. Building a circulation system is not device-related
possible. These disadvantages require that the distance between the device and
Tap must be kept as low as possible, which is more or less
has wide limits. On the other hand, as an energy producer and
Hot water supply and heating oil heating systems used. These are
likewise complicated, but in particular larger systems, whereby
their use also poses technical problems. The generally known
Solar systems alone require at least three heat exchangers, one for
the solar circuit, one for feeding energy into the heating circuit and one
alternatively two heat exchangers and one for hot water preparation
Buffer storage. This means that there is also a higher outlay on equipment. About that
in addition, the energy supply capacity of a solar system is sufficient for
Heating and water heating in the geographical location of Germany and
not further north of it.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die
unter Nutzung der Solarenergie den notwendigen Energiebedarf bereitstellen
kann, den die Solaranlage selbst und allein für sich genommen, zumindest in der
geographischen Lage Deutschlands und weiter nördlich davon, für die Aufgaben
der Warmwasserbereitstellung und Heizung eines Gebäudes nicht erbringen kann,
wobei eine physikalisch sinnvolle Anordnung, d. h. jedes partielle
Energieteilchen soll noch genutzt werden können, und eine Rücklaufanhebung im
Heizbereich, vorzugsweise für Heizungen im Niedertemperaturbereich, wie im Fall
der Fußbodenheizungen, anzustreben war. Darüber hinaus sollte eine
kostengünstige Lösung mit möglichst wenig Baugruppen geschaffen werden.The invention has for its object to provide a device that
provide the necessary energy using solar energy
that the solar system can take on its own, at least in the
geographical location of Germany and further north of it, for the tasks
who cannot provide hot water and heating a building,
where a physically sensible arrangement, i. H. every partial
Energy particles should still be able to be used, and a return flow increase in
Heating area, preferably for heaters in the low temperature range, as in the case
of underfloor heating was to be aimed for. In addition, a
cost-effective solution with as few assemblies as possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine an sich vorbekannte
Solaranlage mit einer vorbekannten Anordnung aus einem Wärmeerzeuger, z. B. ein
Durchlauferhitzer mit einer Zirkulationseinrichtung gemäß DE 05 43 08 941, über
einen Mischer verknüpft ist und eine für sich genommen bekannte, marktübliche
Regelungseinrichtung mit Meßfühlern der vorgeschlagenen Anordnung beigefügt
ist. Vorschlagsgemäß wird ein Brauchwasserspeicher mit einer
Brauchwasserzuleitung beaufschlagt und durch eine Solaranlage, hier durch den
Solaranlagen-Wärmetauscher, der im Brauchwasserspeicher angeordnet ist,
erwärmt. Der Brauchwasserspeicher ist über eine Verbindungsleitung mit der
Zirkulationseinrichtung gemäß DE OS 43 08 941 verbunden, durch die dem gemäß
DE OS 43 08 941 geregelten Durchlauferhitzer das erwärmte Wasser des
Brauchwasserspeichers zugeführt wird. Im Brauchwasserspeicher (der Solaranlage)
ist ein zweiter Wärmetauscher angeordnet. Der Zu- und Ablauf dieses
Wärmetauschers ist mittels eines Mischers in Form eines Mehrweg-Mischventiles,
vorzugsweise eines 4-Wege-Mischventiles, verbunden und diese somit vorliegende
Mischeinrichtung an vorgenannte bekannte, marktübliche Regeleinrichtung
angeschlossen. An den Mischer ist der Rücklauf der Heizungseinrichtung(en) als
Wärmeverbraucher und der Zulauf zum Durchlauferhitzer als dem gegebenenfalls
zweitwirkenden Wärmeerzeuger angeschlossen, somit eine Tandemeinrichtung
gebildet. Am im Brauchwasserspeicher angeordneten zweiten, mit dem Mischer ver
bundenen Wärmetauscher, ist ein Temperaturfühler, der die Temperatur am Aus
gang dieses Wärmetauschers ermittelt und der vorgenannten Regeleinrichtung
signalisiert, angeordnet. Ein zweiter Temperaturfühler der vorgenannten
Regeleinrichtung befindet sich vorschlagsgemäß am Ausgang des
Durchlauferhitzers, somit im Heizungsvorlauf. Die nach bisherigem Stand der
Technik für sich allein arbeitende Solaranlage, wobei ihre Unzulänglichkeiten
des zum einen herrschenden aber nicht benötigten Überangebotes zum anderen
nicht ausreichenden Angebotes an Wärmeenergie deutlich zu Tage treten, wird
erfinderisch mit einer Misch- und Koppeleinrichtung an eine zweite , bisher
ebenfalls für sich allein arbeitende Warmwasserbereitstellungsanlage, deren
Wärmeerzeuger in der Regel ein Durchlauferhitzer ist, angeschlossen, wodurch
ein Tandem- bzw. Quasi-Tandem-Betrieb beider Wärmeerzeuger in einer Form der
ständigen gegenseitigen Ergänzung ihrer Wärmeleistungen, abgestimmt auf den
Bedarf der Heizwärmeverbraucher bewirkt wird. Beispielsweise ist der Mischer
voll geöffnet und der gesamte Volumenstrom fließt durch den am Mischer
angeordneten Wärmetauscher, wenn der Sollwert am Fühler, der am
Wärmetauscherausgang angeordnet ist, erreicht ist. Somit durchströmt der/des
Heizwärmeverbraucher(s) über den Mischer den Wärmetauscher und gelangt zum
Durchlauferhitzer. Erreicht der Istwert der Temperatur des wärmetragenden
Mediums nach dem Durchlauferhitzer den Sollwert am Fühler im Heizungsvorlauf,
d. h. am Ausgang des Durchlauferhitzers, schaltet die vorgenannte
Regeleinrichtung den Durchlauferhitzer nicht ein. Die Heizung wird vollständig
mit Solarenergie betrieben. Wird der Sollwert am Ausgang des Durchlauferhitzers
nicht erreicht, wird der Durchlauferhitzer von der Regeleinrichtung zugeschaltet
und die notwendige Vorlauftemperatur der Heizungsanlage stellt sich ein. Wird
am Fühler am Wärmetauscherausgang ein Unterschreiten der Solltemperatur
festgestellt, beginnt sich der Mischer zu schließen. Dadurch verringert sich
der Volumenstrom durch den Wärmetauscher und ein Anstieg der Temperatur bis zur
maximal möglichen Temperatur im Brauchwasserspeicher vorgegeben wird, ist zu
verzeichnen. Diese Wirkungsweise läuft so lange ab, bis durch den Mischer der
zweite Wärmetauscher im Brauchwasserspeicher vollständig vom Heizkreis
abgekoppelt ist. Der Mischer ist dann geschlossen. Die gesamte Heizenergie wird
vom Durchlauferhitzer bereitgestellt. Durch die Funktion des Mischers wird eine
Rücklaufanhebung im Heizsystem bewirkt. Die gespeicherte Solarenergie kann
optimal vom Brauchwasserspeicher entnommen werden. Der Mischer bewirkt im
Sommer, als Umschaltelement den Abbau der überschüssigen Solarenergie über die
Heizungsanlage (zur Warmwasserbereitung) und sichert somit vor Überhitzung des
Systems. Weitere vorteilhafte Wirkungen läßt die vorgeschlagene technische
Lösung erkennen. Es entsteht ein einfacher kompakter Aufbau mit einer geringe
Anzahl von Pumpen, die immer besondere Verschleißteile darstellen. Dadurch läßt
sich eine Dachheizzentrale einrichten, wodurch sogar ein sehr kostenintensives
Bauteil eines Gebäudes, der Schornstein entfallen kann. Ein modularer Aufbau,
der das zeitlich versetzte Errichten der Anlage je nach den Bedingungen, die
dem Investor gegeben sind, ist möglich. In der Einrichtung werden weniger
Wärmetauscher benötigt als in herkömmlicher Anlagenerstellung. Für die
Errichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung werden nur handelsübliche
Baugruppen eingesetzt. Durch den einfachen Aufbau der Einrichtung lassen sich
auch die Kosten für deren Errichtung relativ gering halten. In der Einrichtung
erfolgt eine mehrfache Nutzung des Mischers. Mit der vorgeschlagenen Lösung
erhöht sich beträchtlich der Warmwasserversorgungskomfort und die
Durchflußleistung im Warmwasserbetrieb steigt. Wie vorstehend zu erkennen ist,
kommt die vorgeschlagene Lösung mit drei Pumpen aus, wohingegen man für die
technischen Lösungen des Standes der Technik allein für eine normale
Heizungsanlage mit Zirkulation ohne Solarsystem bereits drei Pumpen zur
Verfügung stellen muß.This object is achieved in that a known per se
Solar system with a known arrangement from a heat generator, for. B. a
Instantaneous water heater with a circulation device according to DE 05 43 08 941, about
a mixer is linked and a well-known, commercially available
Control device with sensors attached to the proposed arrangement
is. According to the proposal, a domestic hot water tank with a
Process water supply and a solar system, here through the
Solar system heat exchanger, which is arranged in the domestic hot water tank,
warmed up. The domestic hot water tank is connected to the
Circulation device according to DE OS 43 08 941 connected by the according
DE OS 43 08 941 regulated instantaneous water heater the heated water of the
Domestic hot water tank is supplied. In the domestic hot water tank (the solar system)
a second heat exchanger is arranged. The inflow and outflow of this
Heat exchanger is by means of a mixer in the form of a reusable mixing valve,
preferably a 4-way mixing valve, and this is present
Mixing device to the aforementioned known, commercially available control device
connected. The return of the heating device (s) is to the mixer as
Heat consumers and the supply to the instantaneous water heater than that, if applicable
second-acting heat generator connected, thus a tandem device
educated. At the second arranged in the domestic hot water tank, ver with the mixer
tied heat exchanger, is a temperature sensor that detects the temperature at the off
gear of this heat exchanger determined and the aforementioned control device
signals, arranged. A second temperature sensor of the aforementioned
Control device is proposed at the exit of the
Instantaneous water heater, thus in the heating flow. According to the current status of
Technology for a self-sufficient solar system, with its shortcomings
the prevailing but not required oversupply on the other
insufficient supply of heat energy will clearly come to light
inventive with a mixing and coupling device to a second, previously
also for stand-alone hot water supply system whose
Heat generators are usually connected to a water heater, which means
a tandem or quasi-tandem operation of both heat generators in a form of
constant mutual complementation of their heat outputs, tailored to the
Heating heat consumer demand is effected. For example, the mixer
fully opened and the entire volume flow flows through the at the mixer
arranged heat exchanger if the setpoint on the sensor, the on
Heat exchanger outlet is arranged, is reached. Thus flows through the
Heating heat consumer (s) via the mixer, the heat exchanger and reaches the
Instantaneous water heater. Reaches the actual temperature of the heat-carrying
Medium after the instantaneous water heater the setpoint on the sensor in the heating flow,
d. H. at the outlet of the instantaneous water heater, switches the aforementioned
Control device does not turn on the water heater. The heating becomes complete
operated with solar energy. The setpoint at the output of the instantaneous water heater
not reached, the water heater is switched on by the control device
and the necessary flow temperature of the heating system is set. Becomes
at the sensor at the heat exchanger outlet the temperature falls below the set temperature
the mixer begins to close. This will decrease
the volume flow through the heat exchanger and an increase in temperature up to
maximum possible temperature is specified in the domestic hot water tank is too
record. This mode of operation continues until the mixer
second heat exchanger in the domestic hot water tank completely from the heating circuit
is uncoupled. The mixer is then closed. The total heating energy is
provided by the water heater. Due to the function of the mixer, a
Return flow increase in the heating system. The stored solar energy can
can be optimally removed from the domestic hot water tank. The mixer effects in
Summer, as a switching element, the reduction of excess solar energy via the
Heating system (for hot water preparation) and thus protects against overheating of the
Systems. The proposed technical leaves further advantageous effects
Recognize solution. The result is a simple, compact structure with a small one
Number of pumps that always represent special wear parts. This leaves
set up a roof heating system, which is even a very expensive one
Component of a building, the chimney can be omitted. A modular structure,
which is the staggered construction of the plant depending on the conditions
given to the investor is possible. There are fewer in the facility
Heat exchanger required than in conventional plant construction. For the
Erection of the device according to the invention are only commercially available
Assemblies used. The simple structure of the facility allows
also keep the costs of setting them up relatively low. In the facility
the mixer is used several times. With the proposed solution
considerably increases the convenience of hot water supply and the
Flow rate in hot water operation increases. As can be seen above,
the proposed solution manages with three pumps, whereas one for
technical solutions of the state of the art for a normal one only
Heating system with circulation without a solar system already has three pumps
Must provide.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert
werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment
will.
Anhand der Zeichnung ist eine mögliche Anordnung der Erfindung zu erkennen.A possible arrangement of the invention can be seen from the drawing.
Die dargestellte Einrichtung dient zum Erwärmen von Brauchwasser und zur
Beheizung von Wohnhäusern unter Ausnutzung der Solarenergie. Die
Brauchwassererwärmung erfolgt auf der Grundlage der technischen Lösung nach der
DE OS 29 50 686 in Verbindung mit der technischen Lösung nach der DE OS
43 08 941.The device shown is used for heating domestic water and
Heating of residential buildings using solar energy. The
Domestic water heating is based on the technical solution according to the
DE OS 29 50 686 in connection with the technical solution according to DE OS
43 08 941.
Das Brauchwasser wird über eine Leitung 15 einem Brauchwasserspeicher 3
zugeführt. Dieser Speicher wird über eine vorbekannte Solaranlage, bestehend
aus einem Flachkollektor 1, einer Umwälzpumpe 2 und einem Wärmetauscher 4
erhitzt. Die aufgeführten Elemente sind über entsprechende Rohrleitungen
verbunden und mit den erforderlichen Sicherheitseinrichtungen versehen. Das
erwärmte Wasser wird über eine Leitung 16 einem Durchlauferhitzer 7 zugeführt.
Dieser Durchlauferhitzer 7 wird entsprechend der gewünschten Wassertemperatur
an den Zapfstellen 11 einer Regelung unterzogen und muß den Gegebenheiten der
Veröffentlichung DE OS 29 50 686 entsprechen. Dem Durchlauferhitzer 7 ist ein
Zirkulationssystem bestehend aus einer Pumpe 17, einer Rohrstrecke 14, einem
Temperaturfühler 18, einem Sicherheitsthermostat 19 und einer Regeleinrichtung
20 beigeschaltet. Mit diesem System wird das erwärmte Brauchwasser an jeder
Zapfstelle 11 sofort bereitgestellt. Die Zapfstellen 11 können sich auch in
größerer Entfernung vom Durchlauferhitzer 7 befinden, wodurch zum Beispiel die
Installation einer Dachheizzentrale im Eigenheimbereich ermöglicht wird. Die
vorgeschlagene Einrichtung zur Warmwasserbereitung zeichnet sich durch den
Einsatz eines Durchlauferhitzers (Kombigerät) und ein 4-Wege-Mischventil 6 aus.
Geregelt wird das Warmwasserbereitungssystem von einer marktüblichen Regelung
13, die den Sollwert der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur
an einem Fühler 12 entsprechend der eingestellten Heizkennlinie festlegt.
Gleichzeitig wird der Sollwert für die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers
5 in Abhängigkeit von der Außentemperatur ermittelt, allerdings auf einer
niedrigeren Heizkennlinie. Der Istwert der Vorlauftemperatur wird am Fühler 9
und der Istwert des Solarwärmetauschers am Fühler 8 gemessen. Der Rücklauf 22
der Heizungsanlage 10 durchströmt über das 4-Wege-Mischventil 6 den
Wärmetauscher 5 und gelangt zum Durchlauferhitzer 7. Wird der Sollwert am
Fühler 8 erreicht, ist das 4-Wege-Mischventil 6 voll geöffnet. Der gesamte
Volumenstrom fließt durch den Wärmetauscher 5. Erreicht der Istwert nach dem
Durchlauferhitzer den Sollwert am Fühler 9, schaltet die Regelung 13 den
Durchlauferhitzer 7 nicht ein. Die Heizung wird vollständig mit Solarenergie
betrieben. Wird hingegen der Sollwert am Ausgang des Durchlauferhitzers 7 nicht
erreicht, wird dieser zugeschaltet und die notwendige Vorlauftemperatur der
Heizungsanlage 10 stellt sich ein. Wird am Fühler 8 ein Unterschreiten der
Solltemperatur festgestellt, beginnt sich das 4-Wege-Mischventil 6 zu
schließen. Dadurch verringert sich der Volumenstrom durch den Wärmetauscher und
ein Anstieg der Temperatur bis zur maximal möglichen Temperatur, vorgegeben
durch die Temperatur im Brauchwasserspeicher 3, wird ermöglicht. Dieser Vorgang
verläuft so lange bis durch das 4-Wege-Mischventil 6 der Solarwärmetauscher 5
vollständig vom Heizkreis abgekoppelt ist. Das 4-Wege-Mischventil 6 ist
vollständig geschlossen. Die gesamte Heizenergie wird vom Durchlauferhitzer 7
bereitgestellt. Durch diese Funktion des 4-Wege-Mischventiles 6 wird eine
Rücklaufanhebung im Heizsystem bewirkt. Die gespeicherte Solarenergie kann in
geeignetster Weise dem Speicher 3 entnommen werden. Im Sommerbetrieb wirkt das
4-Wege-Mischventil 6 gleichzeitig als Umschalteinheit zum Abbau der
überschüssigen Solarenergie über die Heizungs- bzw. Brauchwasseranlage.The process water is fed to a process water tank 3 via a line 15 . This store is heated via a previously known solar system, consisting of a flat plate collector 1 , a circulating pump 2 and a heat exchanger 4 . The elements listed are connected via appropriate pipelines and provided with the necessary safety devices. The heated water is fed via a line 16 to a water heater 7 . This instantaneous water heater 7 is subjected to a regulation according to the desired water temperature at the tapping points 11 and must correspond to the conditions of the publication DE OS 29 50 686. The continuous-flow heater 7 is connected to a circulation system consisting of a pump 17 , a pipe section 14 , a temperature sensor 18 , a safety thermostat 19 and a control device 20 . With this system, the heated service water is immediately provided at each tap 11 . The tapping points 11 can also be located at a greater distance from the water heater 7 , which, for example, enables the installation of a roof heating system in the home area. The proposed device for hot water preparation is characterized by the use of a water heater (combination device) and a 4-way mixing valve 6 . The water heating system is controlled by a standard control 13 , which determines the setpoint of the flow temperature as a function of the outside temperature on a sensor 12 in accordance with the heating curve set. At the same time, the setpoint for the temperature at the outlet of the heat exchanger 5 is determined as a function of the outside temperature, but on a lower heating curve. The actual value of the flow temperature is measured on sensor 9 and the actual value of the solar heat exchanger on sensor 8 . The return 22 of the heating system 10 flows through the 4-way mixing valve 6 through the heat exchanger 5 and reaches the instantaneous heater 7 . If the setpoint at sensor 8 is reached, the 4-way mixing valve 6 is fully open. The entire volume flow flows through the heat exchanger 5 . If the actual value after the instantaneous water heater reaches the setpoint at the sensor 9 , the controller 13 does not switch on the instantaneous water heater 7 . The heating is operated entirely with solar energy. If, on the other hand, the setpoint at the output of the instantaneous water heater 7 is not reached, it is switched on and the required flow temperature of the heating system 10 is set. If the temperature falls below the setpoint on sensor 8 , the 4-way mixing valve 6 begins to close. This reduces the volume flow through the heat exchanger and enables the temperature to rise to the maximum possible temperature, predetermined by the temperature in the domestic hot water tank 3 . This process continues until the 4-way mixing valve 6 completely decouples the solar heat exchanger 5 from the heating circuit. The 4-way mixing valve 6 is completely closed. The entire heating energy is provided by the water heater 7 . This function of the 4-way mixing valve 6 causes a return flow increase in the heating system. The stored solar energy can be extracted from the memory 3 in the most suitable manner. In summer operation, the 4-way mixing valve 6 also acts as a switchover unit for dissipating the excess solar energy via the heating or domestic water system.
BezugszeichenlisteReference list
1 Flachkollektor
2 Umwälzpumpe
3 Brauchwasserspeicher
4 Wärmetauscher
5 Wärmetauscher
6 4-Wege-Mischventil
7 Durchlauferhitzer
8 Temperaturfühler für Vorlauftemperatur
9 Temperaturfühler für Solarwärmetauscherausgang
10 Heizungsanlage
11 Zapfstellen
12 Außenfühler
13 Regelungseinrichtung
14 Rohrstrecke
15 Zulaufleitung
16 Verbindungsleitung
17 Zirkulationspumpe
18 Temperaturfühler
19 Sicherheitsthermostat
20 Regelungseinrichtung
21 Verbindungsleitung
22 Rücklauf der Heizungsanlage 1 flat collector
2 circulation pump
3 domestic hot water tank
4 heat exchangers
5 heat exchangers
6 4-way mixing valve
7 instantaneous water heater
8 temperature sensors for flow temperature
9 temperature sensors for solar heat exchanger output
10 heating system
11 taps
12 outside sensors
13 control device
14 pipe section
15 inlet line
16 connecting line
17 circulation pump
18 temperature sensors
19 Safety thermostat
20 control device
21 connecting line
22 Return of the heating system