EP1740890A1 - Heating and hot water supply unit and method for operating the same - Google Patents

Heating and hot water supply unit and method for operating the same

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EP1740890A1
EP1740890A1 EP05733255A EP05733255A EP1740890A1 EP 1740890 A1 EP1740890 A1 EP 1740890A1 EP 05733255 A EP05733255 A EP 05733255A EP 05733255 A EP05733255 A EP 05733255A EP 1740890 A1 EP1740890 A1 EP 1740890A1
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EP
European Patent Office
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water
cistern
roof
heat
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05733255A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dietmar Lackinger
Harald NEUMÜLLER
Karl-Heinz Hinrichs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Prefa Aluminium Produkte GesmbH
Original Assignee
Prefa Aluminium Produkte GesmbH
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Publication date
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Application filed by Prefa Aluminium Produkte GesmbH filed Critical Prefa Aluminium Produkte GesmbH
Publication of EP1740890A1 publication Critical patent/EP1740890A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24T10/10Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/022Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of two or more media in heat-exchange relationship being helically coiled, the coils having a cylindrical configuration
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    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • Heating and hot water preparation system and method for operating such are known.
  • the invention relates to a heating and / or hot water preparation system with a device for heating water under the influence of environmental energy, which water can be stored in a container, for example a rainwater cistern or the like. Furthermore, with a heat pump, with a first, external coolant circuit with a heat exchanger which is fed by water from a rainwater cistern or the like, in which heat exchanger by the
  • Heat pumps represent a particularly elegant and energy-saving device for low-temperature and water treatment systems. They are able to heat from a low temperature level, for example well water of, for example, 10 ° C. to pump to a temperature of 30-50 ° C. Depending on the parameters of such a system, performance figures of up to 6 can be achieved. (The coefficient of performance indicates how much greater the thermal output of the system compared to the electrical power supplied). Powerful so-called However, water / water heat pumps require a supply of not inconsiderable amounts of water, which are typically obtained from wells. The water cooled in the heat pump must then be returned to the groundwater via swallowing wells. In general, this not only results in extremely high investments, but is increasingly rejected by the authorities with regard to the risk of groundwater contamination.
  • Another method is to extract heat from the ambient air. These systems require a very high air throughput, which can lead to rather modest performance figures and considerable noise emissions. In winter, the heat exchangers typically freeze, which necessitates regular defrosting, which further reduces the average coefficient of performance.
  • the heat exchanger is iced up at these temperatures, starting with the supply of the brine cooled to, for example, -4 ° C. in the heat pump.
  • Such ice formation is inevitable when the latent heat of the water is used, but it is crucial that the formation of larger, massive ice volumes is avoided.
  • the aim of the invention is to produce ice layers on a heat exchanger with a relatively large surface area, which in turn have a large surface area. The deterioration of the heat transfer through the ice layers is compensated for by a correspondingly more generous dimensioning of the heat exchanger. Among these, unfavorable ones that occur relatively rarely in the course of a year
  • the heat exchanger is constructed from a number of segments, each of which has a flow and a return collector, which are essentially tubular or plate-shaped parallel heat exchange elements connected to each other, around which the cistern water flows and through which the coolant of the heat pump can flow, whereby the adjacent heat exchanger segments can be flowed in opposite directions and the flow and return collectors of the adjacent segments are arranged directly next to one another, furthermore with an electronic control in particular, which depends on of signals from temperature sensors on the roof surface, in the cistern and / or in lines controls the pump and any valves, so that in normal operation water is pumped from the cistern to the roof, heated there and can be returned to the cistern if there is a risk of freezing Water in the distribution pipes or on the roof skin the pump and valves are controlled so that the
  • Such a solution requires only a small investment, so that in general the entire roof area can be used to heat the secondary water, but at least the areas that are exposed to high levels of radiation (east, south or west).
  • a further advantage of this solution is that the roof is in no way visually impaired by this use of solar energy, since the roof skin itself is used as a heat source and, in a further advantageous embodiment of the invention, the distributor pipes for uniformly sprinkling the roof skin, covered in ridge riders can be.
  • the object of the invention also has significant advantages over the prior art with regard to environmental aspects.
  • pure water in particular rainwater, is used for filling the cistern, so that even if the system leaks, the environment is not polluted, in particular the groundwater cannot be contaminated. It is therefore also permissible to overflow the cistern into the
  • the heat exchanger is designed as a counterflow heat exchanger through which the medium from the evaporator circuit of the heat pump can flow and on the other hand the cistern water.
  • the cooled cistern water emerging from the heat exchanger is conveyed via a valve to the distributor pipes on the roof and finely distributed on the roof surface.
  • a connecting line with a valve is provided between the supply line to the distribution pipes and the cistern, which leads into the supply line to the distribution pipes upstream of the valve.
  • the system also has an electronic control, in particular, which is dependent on signals from temperature sensors on the roof surface, in the cistern and / or in
  • valves and the pump are controlled in such a way that the cistern water cooled in the counterflow heat exchanger can be returned directly to the cistern via the open valve, so that the thermal capacity of the water in the cistern including at least a part of the latent heat of the cistern and possibly the geothermal energy supplied through the cistern wall can be used. It is essential in this variant of the invention that the ice crystals formed when the latent heat of the water is used are flushed through the flow from the heat exchanger into the cistern and one
  • Patent claims 14 to 17 describe a method for operating a heating and water heating system with a water tank, in particular the cistern, which is initially filled with preferably rainwater, followed by this water via a heat exchanger in which the cold brine coming from a heat pump or the like is heated and in normal operation by means of a pump or the like, if necessary, periodically passed onto a roof and then on this or the like. Periodically passed onto a roof and then finely distributed thereon, the water heated on the roof skin being collected in a rain gutter and being returned to the water tank.
  • the manifolds and supply lines are emptied and shut off by closing the valves.
  • the thermal capacity of the cistern water including at least part of the latent heat of the same and, when the cistern is sunk in the ground, the heat supplied by the geothermal heat of the cistern for heating the
  • the heat pump used Appropriate control of the pump and the valves allows mixing of the water in the cistern to be achieved, so that local hypothermia is largely avoided.
  • the feed pump is advantageously switched on in summer operation, in particular when the heat pump is switched off, the cooler running over the roof skin
  • Cistern water causes cooling of the roof directly and additionally by evaporation and, if the cistern is buried in the ground, the comparatively warm cistern water heats up the surrounding soil, which in addition provides heat in heat pump operation to heat the cistern water.
  • An important aspect of the new process is that the roof skin is kept free of snow as much as possible, since the thermal insulation effect of the snow means that no heat can be transferred from the surroundings to the roof. To avoid this, the sprinkling of the roof surface can be switched on via a snow sensor or a switch that can be actuated by hand, so that the snow is thawed immediately in snow or snowfall and the roof is thus covered by
  • Snow is freed.
  • the snow can also be defrosted using other means, such as heating cables, such as those used for gutter heating.
  • FIG.l shows schematically a system according to the invention
  • Figures 2a to 2c represent a first embodiment of a heat exchanger in different views.
  • Figures 3 and 4 show variants of heat exchangers in axisionometric representation
  • Fig. 5 shows the associated installation diagram.
  • FIGS. 6 and 7a, 7b show different variants of distributor pipes.
  • FIG. 8 illustrates one
  • Figure 9 shows a detail of the same.
  • Fig. 1 shows schematically a heating and hot water preparation system for example for a family home.
  • the house has a pent roof with a roof skin on the side facing the sun (south or west) 1.
  • a water distribution pipe 5 is arranged in the upper area of the roof.
  • Such a tube 5 is shown in detail in FIG. 6.
  • the distributor pipe is made of stainless steel or plastic and has at the ends facing away from the feed pipe 3 a vertically upwardly directed pipe socket 65.
  • the distributor pipe 5 has a series of small bores 66 through which the water is uniformly distributed over the roof surface is distributed.
  • the two branches of the distributor pipe 5 can have a slight slope towards the pipe socket 65.
  • the pressure of the feed pump 15 is set so that the water level in the two pipe sockets 65 is approximately halfway up. The water therefore emerges along the entire pipe 5 from the bores 66 with a low, defined pressure.
  • the water trickling over the roof surface is collected in the gutter 7a.
  • the water is fed to a cistern 11 through rain pipes 7b.
  • This cistern is filled with rainwater, only when the system is commissioned will it generally have to be at least partially infested with water from a utility or drinking water line.
  • a schematically illustrated heat exchanger 67 is arranged in the cistern 11.
  • the brine (or otherwise a suitable, frost-proof Medium) of a heat pump 24, the consumer circuit is designated 22, 23. (Details of such a heat pump system are explained in more detail below with reference to FIG. 8).
  • the heat exchanger 67 is constructed from two segments or modules which consist of a multiplicity of heat exchanger elements 70.
  • Each of these heat exchanger elements comprises a flow header 71, which is connected to a return header 72 by a series of parallel tubes 68.
  • the pipes 68 are bent in a U-shape, so that the pipes leading to the return collectors 72 are arranged between adjacent rows of pipes starting from flow collectors 71.
  • the icing continues along the tubes 68.
  • the areas near the return collectors 72 remain ice-free the longest. This measure ensures that no massive ice block forms on the collectors, which due to its relatively small surface area can then only be defrosted with difficulty.
  • the layers of ice adhering to the tube bundles are rather relatively large
  • the total surface of the heat exchanger tubes 68 is dimensioned such that an acceptable coefficient of performance of the system can still be achieved even with moderate icing (ice thickness ⁇ 5-6 mm).
  • Heat transfer is primarily determined by the thermal conductivity of the ice layer and not so much by that of the pipe material.
  • plastics such as polypropylene or polyethylene are also suitable in the present case.
  • Cistern water receives. If, for example, the roof 1 reaches plus degrees in the sun on a winter day and is warmer than the cistern water, the pump 35 is switched on by the controller 35. If the roof skin temperature is below 0 ° C, so that the distributor pipe 5 and partly also the supply pipe 3 could freeze, the pump 15 is switched off. The water in the pipes then flows back through the pump into the cistern.
  • One advantage of the system according to the invention is that the thermal capacity of the cistern water can be used almost completely: the water can not only be cooled to 0 ° C, one can also use at least some of the latent heat of the water during the transition from the liquid to the solid state , Since this latent heat or melting heat in water is 82 kWh / m 3 , a huge additional energy potential is available with a typical cistern size of 10-15 m 3 .
  • FIGS. 3 and 4 show two different alternatives to the heat exchanger modules shown in FIGS. 1 and 2, which above all result in better accessibility during assembly and maintenance work.
  • the tubes 68 are arranged along cylindrical surfaces and fed by vertically running flow collectors 71.
  • the return collectors are also vertical.
  • the tubes 68 are secured in their position by spacers, not shown. As shown schematically in Fig. 5, a number of these vertical axis modules 73 are installed in the cistern. The diameter of the modules is smaller than the clear width of the manhole 74, so that they can be easily retracted during assembly.
  • the pump 15 designed as a submersible pump is arranged in a sector of the cistern 11, 7b denotes the inlet from the roof, 74 is a Filter basket refers to the impurities in the water coming from the roof.
  • the modules 73 are of spiral design: the tubes that run horizontally between the vertical flow and return collectors 71 and 72 are first folded in a U-shape and then rolled up in a spiral and secured by spacers (not shown). The assembly in the cistern again takes place according to FIG. 5.
  • Fig. 8 shows schematically an alternative heating and hot water preparation system for example for a family home.
  • the house has a roof with a roof skin on the side facing the sun (south or west) 1 and on the side facing away from the sun (north or east) 2.
  • the ridge 51 of the roof has so-called.
  • Ridge rider 52 which enclose water distribution pipes 5 and 6.
  • a small section of these tubes 5, 6 is shown in detail in FIGS. 7a and 7b, with FIG.
  • FIG. 7a shows a part of these tubes in a top view
  • FIG. 7b illustrates a cross section through such a tube.
  • the distribution pipes 5 and 6 are designed as corrugated pipes made of stainless steel or plastic and are slotted at the top or provided with holes so that the water supplied through the pipes 5 and 6 escapes essentially without pressure and finely distributed over the roof skin 1,2 flows below and is finally collected in the gutter 7a.
  • the water is fed to a cistern 11 through rain pipes 7b. With 29 a float arranged in the cistern 11 is designated, which controls an overflow valve and / or a water level indicator (not shown).
  • a counterflow heat exchanger 18 is arranged in the cistern 11 and is constructed coaxially.
  • Inner tube 17 of the heat exchanger 18 circulates the brine (or another suitable, frost-proof medium) of a heat pump 24.
  • the brine cooled in the heat pump evaporator, not shown, which emerges from the heat pump at 21, is circulated through the inner tube 17 of the heat exchanger by a circulation pump 16 pumped.
  • the tube 17 is encased by a coaxial, outer tube through which rainwater draws in rainwater from the cistern 11 through a circulating pump 15
  • Countercurrent cooler 18 is cooled and finally fed to the distribution pipes 5 and 6 via lines 3 and 4.
  • the rainwater of the secondary circuit can assume a temperature of 0 ° C at the outlet of the heat exchanger 18 under certain conditions, in extreme cases this temperature can even fall slightly below.
  • the circulation pump 15 remains in operation and pumps water from the cistern onto the roof surfaces.
  • the pump 15 is controlled by an electronic control 35, which receives the signals from temperature sensors 33, 34 on the roof skin 1 or 2 and from such a sensor 32 in the cistern water. If, for example, on a cold winter day, the roof 1 is in the sun and reaches a few plus degrees, while the roof 2 lying in the shade is in the frost area, the motor-operated valve 27 b is closed by the controller 35. If the roof skin temperature on both roof halves is in the region of the temperature of the cistern water or below, the pump 15 is stopped, so that the pipes 3, 4 and 5, 6 are at least partially emptied by the pump 15.
  • both valves 27a and 27b and the drain valve 28 are opened.
  • the water in the pipes flows back into the cistern.
  • the pump 15 can be activated by actuating a manual switch 36.
  • the valve 28 is closed and the valves 27a, 27b remain in the open position or are brought into this.
  • the heat pump 24 is switched off during the defrosting process, so that cistern water and not water cooled by the heat pump is pumped onto the roof.
  • the roof membrane and the liquid film forming the snow layer causes the snow layer to defrost, so that the roof surfaces are free again.
  • defrosting is carried out periodically, keeping the roof free of snow.
  • a further "cooling operation" can further cool these areas, however, in this case with a reduced coefficient of performance, can be achieved: the medium in the low temperature circuit is heated by a counterflow heat exchanger 19 between the high and low temperature circuit of the heat pump 24.
  • the heat exchanger 19 is connected as a consumer in the high-temperature circuit and is connected on the one hand to the hot water inlet 23 and on the other hand to the hot water return 22.
  • thermostatic valve 25 inserted into the inlet or return to this heat exchanger controls this "feedback" function of the system.
  • the temperature sensor 26 of the thermostatic valve 25 is fastened to a pipe in the return line of the water of the primary circuit 8, the boiler for the heating system (in particular for a low-temperature heating system such as floors, ceilings and or wall) are shown in Fig. 8 for reasons of clarity ) and for water heating for the bathroom, kitchen, etc. not shown
  • FIG. 8 shows a photo-voltaic panel 31 integrated into the roof skin 1, as is marketed for example by PREFA under the name "PREFA-SOLAR".
  • PREFA-SOLAR a photo-voltaic panel 31 integrated into the roof skin 1, as is marketed for example by PREFA under the name "PREFA-SOLAR”.
  • Such photo-voltaic panels have an efficiency, which is strongly temperature-dependent and worsens with increasing temperature. By sprinkling with the comparatively cool cistern water, the panels are cooled and thus their efficiency is increased.
  • a weatherproof distributor 8 is provided in the rain pipe 7b, via which heat can be extracted from the rainwater of the secondary circuit at two different temperature levels without using the heat pump 24.
  • the corresponding derivatives are designated 9 and 10.
  • Fig. 9 shows details of the distributor 8.
  • a rainwater filter from WISY AG, Haustechniksysteme is used, which in his
  • Thermostatic valve in the discharge line 10, the capillary bulb 40 is also arranged in the connecting pipe. However, this valve is set to a higher temperature and only opens, for example, at a temperature of 50 ° C.
  • the water from the discharge line 9, which has at least a temperature of 30 ° C. is fed to a heat exchanger 47a arranged in a heating boiler 48 and is finally fed back into the rain pipe 7b.
  • the boiler 48 is connected to the supply and return lines 23 and 22 of the heat pump 24 via the connecting pieces 57, 58.
  • water can be drawn off and on again via the connections 59 and 60 be returned.
  • the water coming from the roof reaches one
  • the thermostatic valve 42 also opens and water now flows through the connecting pipe 10 to a heat exchanger 47b, which is arranged in a second boiler 49.
  • the water emerging from the heat exchanger 47b is returned to the cistern via the rain pipe 7b.
  • the boiler 49 is heated by the heat pump 24.
  • Boiler 49 is connected to the supply and return lines 23, 22 of the heat pump via the connections 55, 56.
  • a second heat exchanger 46 is arranged in the boiler 49, in which drinking water is heated.
  • the rainwater filter is emptied through a by-pass line 43. This by-pass also ensures a corresponding water exchange in the area of the rainwater filter connection pipe, so that the Temperature sensors 39, 40 of the thermostatic valves 41, 42 are always supplied with fresh water.
  • 38 denotes a ventilation pipe.
  • the roof surfaces For heating water for heating purposes and hot water preparation, it is advantageous not to sprinkle the roof surfaces continuously with cistern water, but periodically. This means that the roof skin has the option of returning to a higher temperature.
  • the return temperature of the cistus water could be increased from 15 ° C with continuous sprinkling to 35 ° C with periodic operation, whereby the amount of water generated was naturally reduced.

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Abstract

The invention relates to a heating and hot water supply unit, using a heat pump (24) with a heat exchanger (18), through which water from a tank (11) flows and heats a medium from the heat pump, whereby a pump (15) is provided, by means of which tank water may be pumped to a roof (1,2) and evenly distributed there and the water flowing over the outside of the roof is returned to the tank by means of roof gutters (7a). The heat exchanger is embodied with a series of segments, provided with a supply manifold and a return manifold, connected by the heat exchanger elements, whereby the adjacent heat exchange segments flow counter-currently and with a controller (35), which controls the pump, depending on signals from temperature sensors (32 to 34), such that, in normal operation, water is pumped from the tank to the roof, however, with a risk of frost, the supply of water to the roof is interrupted, the distribution lines (5,6) are emptied and the heat capacity of the water in the tank is used.

Description

Heiz- und Warmwasserbereitungsanlage und Verfahren zum Betrieb einer solchen. Heating and hot water preparation system and method for operating such.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heiz- und / oder Warmwasserbereitungsanlage mit einer Einrichtung zur Aufwärmung von Wasser unter dem Einfluss von Umweltenergie, welches Wasser in einem Behälter, beispielsweise einer Regenwasser- Zisterne od. dgl. speicherbar ist, ferner mit einer Wärmepumpe, mit einem ersten, externen Kühlmittelkreislauf mit einem Wärmetauscher der von Wasser aus einer Regenwasser-Zisterne od. dgl. gespeist ist, in welchem Wärmetauscher von derThe invention relates to a heating and / or hot water preparation system with a device for heating water under the influence of environmental energy, which water can be stored in a container, for example a rainwater cistern or the like. Furthermore, with a heat pump, with a first, external coolant circuit with a heat exchanger which is fed by water from a rainwater cistern or the like, in which heat exchanger by the
Wärmepumpe kommendes kaltes Medium erwärmt und zur Wärmepumpe zurückgeführt wird, wobei bei gegebenenfalls im Erdreich versenkter Zisterne das Zisternenwasser durch Wärmeaustausch durch die Zisternenwandung dem umgebenden Erdreich Wärme entzieht und damit das Wasser wieder anwärmt und eine Pumpe vorgesehen ist, mit welcher Wasser aus der Zisterne auf ein Dach förderbar ist, wo es im oberen Bereich der Dachfläche, insbes. gleichmäßig, verteilbar ist und das über die Dachhaut fließende Wasser in Dachrinnen sammelbar und in die Zisterne rückführbar istHeat pump coming cold medium is heated and returned to the heat pump, whereby if the cistern is buried in the ground, the cistern water extracts heat from the surrounding ground by heat exchange through the wall of the cistern and thus warms the water again and a pump is provided with which water from the cistern is on Roof can be conveyed where it can be distributed, in particular evenly, in the upper area of the roof area and where the water flowing over the roof skin can be collected in gutters and returned to the cistern
Unter dem oben verwendeten Begriff „Umweltenergie" ist Energie aus den verschiedensten Quellen subsumiert: zunächst Energie aus direkter Sonneneinstrahlung, aber auch Energie aus diffuser Strahlung, Wärmeemtragung durch warme Umgebungsluft, wobei der Wärmeübergang durch Wind unterstützt sein kann und schließlich noch die Wärme, die infolge einer nicht völlig perfekten Wärmedämmung des Hauses durch das Dach entweicht.Energy from various sources is subsumed under the term "environmental energy" used above: firstly energy from direct sunlight, but also energy from diffuse radiation, heat transfer through warm ambient air, whereby the heat transfer can be supported by wind and finally the heat that results a not perfect insulation of the house escapes through the roof.
Wärmepumpen stellen für Niedertemperatur- und Waπnwasserbereitungsanlagen eine besonders elegante und energiesparende Einrichtung dar. Sie sind in der Lage, Wärme von einem niederen Temperaturniveau, z.B. Brunnenwasser von beispielsweise 10 °C auf eine Temperatur von 30-50 °C zu pumpen. Je nach den Parametern einer solchen Anlage können Leistungszahlen von bis 6 erreicht werden. (Die Leistungszahl gibt an, um wie viel größer die Wärmeleistung der Anlage im Vergleich zur zugeführten elektrischen Leistung ist). Leistungsfähige sogen. Wasser / Wasser- Wärmepumpen setzen aber eine Zufuhr von nicht unerheblichen Wassermengen voraus, welche typisch aus Brunnen gewonnen werden. Das in der Wärmepumpe abgekühlte Wasser muss anschließend über Schluckbrunnen wieder dem Grundwasser zugeführt werden. Dies ergibt im allgemeinen nicht nur extrem hohe Investitionen, sondern wird zunehmend im Hinblick auf das Risiko einer Grundwasserverseuchung von den Behörden abgelehnt.Heat pumps represent a particularly elegant and energy-saving device for low-temperature and water treatment systems. They are able to heat from a low temperature level, for example well water of, for example, 10 ° C. to pump to a temperature of 30-50 ° C. Depending on the parameters of such a system, performance figures of up to 6 can be achieved. (The coefficient of performance indicates how much greater the thermal output of the system compared to the electrical power supplied). Powerful so-called However, water / water heat pumps require a supply of not inconsiderable amounts of water, which are typically obtained from wells. The water cooled in the heat pump must then be returned to the groundwater via swallowing wells. In general, this not only results in extremely high investments, but is increasingly rejected by the authorities with regard to the risk of groundwater contamination.
Eine andere Methode ist, der Umgebungsluft Wärme zu entziehen. Diese Anlagen setzen einen sehr hohen Luftdurchsatz voraus, was zu eher bescheidenen Leistungszahlen und zu beträchtlicher Lärmemission fuhren kann. Im Winter kommt es typisch zu Nereisungen der Wärmetauscher, die ein regelmäßiges Abtauen erforderlich machen, was die Durchschnittsleistungszahl weiter reduziert.Another method is to extract heat from the ambient air. These systems require a very high air throughput, which can lead to rather modest performance figures and considerable noise emissions. In winter, the heat exchangers typically freeze, which necessitates regular defrosting, which further reduces the average coefficient of performance.
Um die Probleme des hohen Wasserbedarfes bei Wasser / Wasseranlagen zu lösen und gleichzeitig die Leistungszahl zu verbessern, wurde in der DE 101 39 065 AI eine Variante zu den bisherigen Systemen vorgeschlagen. Gemäß dieser Veröffentlichung ist ein auf einem Dach montierter Solarkollektor vorgesehen, der mit einem Wasserspeicher in Verbindung steht, dessen erwärmtes Wasser den Verdampfer einer Wärmepumpe erwärmt und diese die zugefuhrte Wärme auf ein höheres Temperaturniveau pumpt.In order to solve the problems of high water requirements in water / water systems and at the same time to improve the coefficient of performance, a variant of the previous systems was proposed in DE 101 39 065 AI. According to this publication, a solar collector mounted on a roof is provided which is connected to a water storage device, the heated water of which heats the evaporator of a heat pump and which pumps the supplied heat to a higher temperature level.
Einrichtungen dieser Art haben sich in der Praxis als nicht ganz unproblematisch erwiesen:Facilities of this type have proven to be not without problems in practice:
Durch diese Lösung waren wohl Verbesserungen möglich, die Umweltproblematik ist aber geblieben, wohl aber mit einer anderen Argumentation: Um ein Einfrieren desImprovements were possible with this solution, but the environmental problem remained, but with a different argument: to freeze the
Systems, insbes. des Solar-Kollektors im Winter zu vermeiden, ist es nämlich erforderlich, das Wasser in diesem Kreis mit einem Frostschutzmittel, z.B. mit Glykol oder mit Natriumchlorid zu versehen. Kommt es in diesem System zu einer Undichtheit, so kann eine relativ große, mit Frostschutz kontaminierte Wassermenge austreten und schließlich in das Grundwasser gelangen.It is to avoid systems, especially the solar collector in winter It is necessary to provide the water in this circuit with an anti-freeze, e.g. with glycol or with sodium chloride. If there is a leak in this system, a relatively large amount of water contaminated with frost protection can escape and eventually reach the groundwater.
Dies ist der Grund warum, die Behörden zunehmend die Genehmigung auch für solche Anlagen, nicht nur in Wasserschutzgebieten sondern auch in vielen anderen Gebieten mit einer schützenswerten Umwelt ablehnen.This is the reason why the authorities are increasingly refusing approval for such facilities, not only in water protection areas but also in many other areas with an environment worth protecting.
Ein anderer Grund, der vor allem die Hauseigentümer und potentielle Errichter vor solchen Anlagen abschreckt, ist zum einen die ungünstige Optik: Die entweder aus verglasten Kästen, welche die eigentlichen Kollekoren umschließen oder aus schwarzen Kunststoff bestehenden Absorber müssen auf der Dachhaut montiert werden und kontrastieren im allgemeinen sehr stark mit der aus Dachsteinen, Ziegeln oder farbig beschichteten Alu-Platten bestehenden Dachhaut, so dass das Aussehen einesAnother reason that particularly discourages homeowners and potential installers from such systems is, on the one hand, the unfavorable appearance: those consisting either of glazed boxes that enclose the actual collectors or of black plastic must be mounted on the roof skin and contrast in generally very strong with the roof skin consisting of roof tiles, bricks or colored coated aluminum panels, so that the appearance of a
Hauses mit einer solchen Anlage von einem ästhetischen Standpunkt aus stark beeinträchtigt ist. Im Hinblick auf den relativ hohen Preis solcher Kollektoren aber auch aus ästhetischen Gründen wird daher versucht, mit einer minimalen Kollektorfläche das Auslangen zu finden, was aber im Jahresschnitt eine geringe Leistungszahl der Wärmepumpe ergibt.House with such a system is severely impaired from an aesthetic point of view. In view of the relatively high price of such collectors, but also for aesthetic reasons, an attempt is therefore made to find the minimum with a minimal collector area, but this results in a low heat pump performance figure on average over the year.
Man hat schon vorgeschlagen, die Erwärmung von Dächern durch eine Berieselung mit Wasser zu nutzen und das auf diese Weise erwärmte Wasser in eine Zisterne einzuleiten. Durch eine Pumpe wird Zisternenwasser durch einen Wärmetauscher zu den Verteilerrohren auf den Dachflächen gefördert. Solche Anlagen sind beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 10 228, der französischen Patentanmeldung FR 2 566 032 beschrieben. Ähnliche Anlagen sind Gegenstand der US Patente US 4 340 036, der US 4 052 975 und der US 2 660 863. Anlagen dieser Art arbeiten zufrieden stellend, solange das Zisternenwasser eine Temperatur deutlich über 0 °C aufweist. Probleme treten jedoch auf, wenn die Temperatur des Zisternenwassers in den Bereich von 0 °C absinkt. Vor allem in den Monaten Jänner und Februar treten in zahlreichen Regionen Mitteleuropas fallweise Wetterbedingungen auf, bei welchen infolge Nebel eine Erwärmung der Dachfläche durch direkte und weitgehend auch durch indirekte Strahlung ausbleibt und die Lufttemperaturen unter 0 °C liegen. Gerade bei diesen Bedingungen ist der Wärmebedarf hoch, kann aber durch die oben beschriebenen Anlagen nicht oder nur zu einem kleinen Teil gedeckt werden, so dass auf eine Zusatzheizung, im allgemeinen eine elektrische Heizung zurückgegriffen werden muss. Die Leistungszahl der Anlage liegt dann im Bereich von 1 und fuhrt zu einer Verschlechterung der Jahresleistungszahl, die für die Beurteilung der Effizienz einer Heizanlage entscheidend ist.It has already been proposed to use roof heating by sprinkling with water and to discharge the water heated in this way into a cistern. A cistern water is pumped through a heat exchanger to the distribution pipes on the roof surfaces. Such systems are described, for example, in German patent application DE 33 10 228, French patent application FR 2 566 032. Similar systems are the subject of US Patents 4,340,036, 4,052,975 and 2,660,863. Systems of this type work satisfactorily as long as the cistern water has a temperature well above 0 ° C. Problems arise, however, when the temperature of the cistern water drops in the range of 0 ° C. Especially occur in the months of January and February In numerous regions of Central Europe there are occasional weather conditions in which the roof surface does not heat up due to direct and largely indirect radiation and the air temperatures are below 0 ° C. In these conditions in particular, the heat requirement is high, but cannot be covered or can only be covered to a small extent by the systems described above, so that an additional heater, generally an electric heater, must be used. The system's coefficient of performance then lies in the range of 1 and leads to a deterioration in the annual coefficient of performance, which is crucial for assessing the efficiency of a heating system.
Bei einer Anordnung des Wärmetauschers wie er etwa in der DE 33 10 228 gezeigt ist, kommt es bei diesen Temperaturen zu einer Vereisung des Wärmetauschers beginnend bei der Zuleitung der in der Wärmepumpe auf beispielsweise -4 °C abgekühlten Sole. Eine solche Eisbildung ist bei Nutzung der Latentwärme des Wassers unvermeidlich, entscheidend ist aber, dass die Bildung größerer, massiver Eisvolumina vermieden wird. Ziel der Erfindung ist es, auf einem Wärmetauscher mit relativ großer Oberfläche Eisschichten zu erzeugen, die ihrerseits eine große Oberfläche aufweisen. Die Verschlechterung des Wärmeüberganges durch die Eisschichten wird durch eine entsprechend großzügigere Dimensionierung des Wärmetauschers kompensiert. Unter diesen, im Laufe eines Jahres nur relativ selten auftretenden, ungünstigenWith an arrangement of the heat exchanger as shown, for example, in DE 33 10 228, the heat exchanger is iced up at these temperatures, starting with the supply of the brine cooled to, for example, -4 ° C. in the heat pump. Such ice formation is inevitable when the latent heat of the water is used, but it is crucial that the formation of larger, massive ice volumes is avoided. The aim of the invention is to produce ice layers on a heat exchanger with a relatively large surface area, which in turn have a large surface area. The deterioration of the heat transfer through the ice layers is compensated for by a correspondingly more generous dimensioning of the heat exchanger. Among these, unfavorable ones that occur relatively rarely in the course of a year
Wetterbedingungen muss wohl eine kurzzeitige Reduktion des Momentanwertes der Leistungszahl der Anlage hingenommen werden. Wesentlich ist aber, dass sofort bei Einleitung von etwas wärmeren Wasser in die Zisterne die Eisschichten zufolge ihrer großen Oberfläche schnell abgetaut werden und damit die Momentan-Leistungszahl wieder erhöht wird. Die bei Nutzung der Latentwärme fallweise auftretende Vereisung des Wärmetauschers bleibt damit auf die Jahresleistungszahl der Anlage, die für deren wirtschaftlichen Betrieb maßgebend ist, ohne nennenswerten Einfluss.Weather conditions will probably have to accept a short-term reduction in the instantaneous value of the system's coefficient of performance. It is essential, however, that as soon as a little warmer water is introduced into the cistern, the ice layers are quickly thawed due to their large surface area, thus increasing the instantaneous coefficient of performance again. The icing of the heat exchanger that occurs occasionally when using the latent heat thus has no appreciable influence on the annual output number of the system, which is decisive for its economic operation.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Wärmetauscher aus einer Reihe von Segmenten aufgebaut ist, die je über einen Vor- und einen Rücklaufsammler verfügen, welche durch die eigentlichen röhr- bzw. plattenförmigen, im wesentlichen parallel verlaufenden Wärmetauschelemente miteinander verbunden, vom Zisternenwasser umspült und vom Kühlmittel der Wärmepumpe durchströmbar sind, wobei die benachbarten Wärmetauschersegmente gegensinnig durchströmbar sind und die Vor- und die Rücklaufsammler der benachbarten Segmente unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, ferner mit einer insbes. elektronischen Steuerung, die in Abhängigkeit von Signalen von Temperatursensoren an der Dachfläche, in der Zisterne und / oder in Leitungen die Pumpe und eventuelle Ventile steuert, so dass im Normalbetrieb Wasser aus der Zisterne auf das Dach gefördert, dort erwärmt und in die Zisterne zurückfuhrbar ist, bei Gefahr des Frierens des Wassers in den Verteilerrohren oder auf der Dachhaut die Pumpe und Ventile so gesteuert werden, dass dieAccording to the invention, this is achieved in that the heat exchanger is constructed from a number of segments, each of which has a flow and a return collector, which are essentially tubular or plate-shaped parallel heat exchange elements connected to each other, around which the cistern water flows and through which the coolant of the heat pump can flow, whereby the adjacent heat exchanger segments can be flowed in opposite directions and the flow and return collectors of the adjacent segments are arranged directly next to one another, furthermore with an electronic control in particular, which depends on of signals from temperature sensors on the roof surface, in the cistern and / or in lines controls the pump and any valves, so that in normal operation water is pumped from the cistern to the roof, heated there and can be returned to the cistern if there is a risk of freezing Water in the distribution pipes or on the roof skin the pump and valves are controlled so that the
Förderung des Wassers zum Dach unterbrochen wird und die Verteilerrohre und gegebenenfalls auch deren Zuleitungen entleert werden und vorzugsweise die Pumpe für ein Umwälzung des Wassers in der Zisterne sorgt, so dass Wärmekapazität des Wassers der Zisterne inklusive zumindest eines Teiles der Latentwärme desselben und gegebenenfalls die durch die Zisternenwand zugeführte Erdwärme nutzbar ist.Pumping the water to the roof is interrupted and the distribution pipes and possibly also their feed lines are emptied and preferably the pump ensures that the water in the cistern is circulated, so that the thermal capacity of the water in the cistern including at least a portion of the latent heat thereof and, if applicable, that from the Cistern wall geothermal energy is usable.
Eine solche Lösung erfordert nur geringe Investitionen, so dass im allgemeinen die gesamte Dachfläche zur Erwärmung des Sekundärwassers genutzt werden kann, zumindest aber die Flächen, deren Ausrichtung eine hohe Einstrahlung ergibt (Ost,- Süd- oder die Westseite). Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass das Dach durch diese Nutzung der Solarenergie in keiner Weise optisch beeinträchtigt wird, da die Dachhaut selbst als Wärmequelle genutzt wird und in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung die Verteilerrohre zur gleichmäßigen Berieselung der Dachhaut, verdeckt in Firstreitern angeordnet werden können.Such a solution requires only a small investment, so that in general the entire roof area can be used to heat the secondary water, but at least the areas that are exposed to high levels of radiation (east, south or west). A further advantage of this solution is that the roof is in no way visually impaired by this use of solar energy, since the roof skin itself is used as a heat source and, in a further advantageous embodiment of the invention, the distributor pipes for uniformly sprinkling the roof skin, covered in ridge riders can be.
Auch bezüglich der Umweltaspekte weist der Erfϊndungsgegenstand wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Gemäß der Erfindung wird für die Füllung der Zisterne reines Wasser, insbes. Regenwasser benutzt, so dass auch im Falle einer Undichtheit des Systems die Umwelt nicht belastet, vor allem das Grundwasser nicht verseucht werden kann. Es ist daher auch zulässig den Überlauf der Zisterne insThe object of the invention also has significant advantages over the prior art with regard to environmental aspects. According to the invention, pure water, in particular rainwater, is used for filling the cistern, so that even if the system leaks, the environment is not polluted, in particular the groundwater cannot be contaminated. It is therefore also permissible to overflow the cistern into the
Grundwasser einzuleiten. Gemäß einer Alternative zu dem oben beschriebenen Erfindungsgegenstand ist der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, der einerseits vom Medium aus dem Verdampferkreis der Wärmepumpe und andererseits vom Zisternenwasser durchströmbar ist. Das aus dem Wärmetauscher austretende, abgekühlte Zisternenwasser wird über ein Ventil zu den Verteilerrohren am Dach gef rdert und auf der Dachfläche fein verteilt. Zwischen der Zuleitung zu den Verteilerrohren und der Zisterne ist eine Verbindungsleitung mit einem Ventil vorgesehen, die vor dem Ventil in die Zuleitung zu den Verteilerrohren einmündet. Die Anlage verfugt ferner über eine insbes. elektronische Steuerung, die in Abhängigkeit von Signalen von Temperatursensoren an der Dachfläche, in der Zisterne und / oder inTo discharge groundwater. According to an alternative to the subject matter of the invention described above, the heat exchanger is designed as a counterflow heat exchanger through which the medium from the evaporator circuit of the heat pump can flow and on the other hand the cistern water. The cooled cistern water emerging from the heat exchanger is conveyed via a valve to the distributor pipes on the roof and finely distributed on the roof surface. A connecting line with a valve is provided between the supply line to the distribution pipes and the cistern, which leads into the supply line to the distribution pipes upstream of the valve. The system also has an electronic control, in particular, which is dependent on signals from temperature sensors on the roof surface, in the cistern and / or in
Leitungen, die Pumpe und die Ventile so steuert, dass im Normalbetrieb Wasser aus der Zisterne auf das Dach gefördert wird, dort erwärmt und in die Zisterne zurückführbar ist, bei Gefahr des Einfrierens der Verteilerrohre und der Dachhaut die Ventile und die Pumpe so steuert, dass das im Gegenstromwärmetauscher abgekühlte Zisternenwasser über das geöffnete Ventil unmittelbar in die Zisterne rückf hrbar ist, so dass die Wärmekapazität des Wassers in der Zisterne inklusive zumindest eines Teiles der Latentwärme desselben und gegebenenfalls die durch die Zisternenwand zugeführte Erdwärme nutzbar ist. Wesentlich bei dieser Variante der Erfindung ist, dass die sich bei Nutzung der Latentwärme des Wassers bildenden Eiskristalle durch die Strömung aus dem Wärmetauscher in die Zisterne gespült werden und eineControls the lines, the pump and the valves so that in normal operation water is pumped from the cistern to the roof, where it is heated and can be returned to the cistern.If there is a risk of freezing of the distributor pipes and the roof covering, the valves and the pump are controlled in such a way that the cistern water cooled in the counterflow heat exchanger can be returned directly to the cistern via the open valve, so that the thermal capacity of the water in the cistern including at least a part of the latent heat of the cistern and possibly the geothermal energy supplied through the cistern wall can be used. It is essential in this variant of the invention that the ice crystals formed when the latent heat of the water is used are flushed through the flow from the heat exchanger into the cistern and one
Eisbildung im Gegenstromwärmetauscher verhindert wird.Ice formation in the counterflow heat exchanger is prevented.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Gegenständen der nachgeordneten Patentansprüche 2 und 3 und 5 bis einschließlich 13.Further advantages of the invention result from the subject matter of the subordinate claims 2 and 3 and 5 to 13 inclusive.
In den Patenansprüchen 14 bis 17 wird ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage mit einem Wasserbehälter, insbes. die Zisterne beschrieben, die zunächst mit vorzugsweise Regenwasser gefüllt wird, worauf dieses Wasser über einen Wärmetauscher, in welchem die von einer Wärmepumpe kommende kalte Sole od. dgl. erwärmt wird und im Normalbetrieb mittels einer Pumpe od. dgl. gegebenenfalls periodisch auf ein Dach geleitet und anschließend auf diesem od. dgl. gegebenenfalls periodisch auf ein Dach geleitet und anschließend auf diesem fein verteilt wird, wobei das an der Dachhaut erwärmte Wasser in einer Regenrinne gesammelt und zum Wasserbehälter zurückgeleitet wird.Patent claims 14 to 17 describe a method for operating a heating and water heating system with a water tank, in particular the cistern, which is initially filled with preferably rainwater, followed by this water via a heat exchanger in which the cold brine coming from a heat pump or the like is heated and in normal operation by means of a pump or the like, if necessary, periodically passed onto a roof and then on this or the like. Periodically passed onto a roof and then finely distributed thereon, the water heated on the roof skin being collected in a rain gutter and being returned to the water tank.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden bei Gefahr des Einfrierens desAccording to a further feature of the invention, the risk of freezing the
Wassers, insbesondere bei Dachhauttemperaturen kleiner 1°C die Verteilerrohre und die Zuleitungen entleert und durch Schließen der Ventile abgesperrt. In diesem Betriebszustand wird die Wärmekapazität des Zisternenwassers inklusive zumindest eines Teiles der Latentwärme desselben und bei in der Erde versenkt angeordneter Zisterne die durch die Erdwärme der Zisterne zugeführte Wärme zur Erwärmung derWater, especially at roof skin temperatures below 1 ° C, the manifolds and supply lines are emptied and shut off by closing the valves. In this operating state, the thermal capacity of the cistern water including at least part of the latent heat of the same and, when the cistern is sunk in the ground, the heat supplied by the geothermal heat of the cistern for heating the
Sole od. dgl. der Wärmepumpe herangezogen. Durch entsprechende Steuerung der Pumpe und der Ventile kann eine Durchmischung des Wassers in der Zisterne erreicht werden, so dass lokale Unterkühlungen desselben weitgehend vermieden werden. Vorteilhaft wird im Sommerbetrieb, insbes. bei abgeschalteter Wärmepumpe die Förderpumpe eingeschaltet, wobei das über die Dachhaut laufende, kühlereBrine or the like. The heat pump used. Appropriate control of the pump and the valves allows mixing of the water in the cistern to be achieved, so that local hypothermia is largely avoided. The feed pump is advantageously switched on in summer operation, in particular when the heat pump is switched off, the cooler running over the roof skin
Zisternenwasser direkt und zusätzlich durch Verdunstung eine Kühlung des Daches bewirkt und bei im Erdreich versenkter Zisterne durch das vergleichsweise warme Zisternenwasser das umgebende Erdreich erwärmt wird, welches zusätzlich Wärme im Wärmepumpenbetrieb teilweise zur Erwärmung des Zisternenwassers zur Verfügung stellt. Ein wesentlicher Gesichtpunkt des neuen Verfahrens ist, dass die Dachhaut möglichst von Schnee freigehalten wird, da durch die thermische Isolationswirkung des Schnees keine Wärme aus dem Umfeld auf das Dach übertragen werden könnte. Um dies zu vermeiden, kann über einen Schneesensor, oder einen insbes. von Hand betätigbaren Schalter die Berieselung der Dachfläche eingeschaltet werden, so dass bei Schneelage bzw. Schneefall der Schnee sofort abgetaut und das Dach damit vonCistern water causes cooling of the roof directly and additionally by evaporation and, if the cistern is buried in the ground, the comparatively warm cistern water heats up the surrounding soil, which in addition provides heat in heat pump operation to heat the cistern water. An important aspect of the new process is that the roof skin is kept free of snow as much as possible, since the thermal insulation effect of the snow means that no heat can be transferred from the surroundings to the roof. To avoid this, the sprinkling of the roof surface can be switched on via a snow sensor or a switch that can be actuated by hand, so that the snow is thawed immediately in snow or snowfall and the roof is thus covered by
Schnee befreit wird. Das Abtauen des Schnees kann aber auch mit anderen Mitteln, wie beispielsweise Heizkabel erfolgen, wie sie etwa für Dachrinnenheizungen eingesetzt werden.Snow is freed. The snow can also be defrosted using other means, such as heating cables, such as those used for gutter heating.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die Fig.l zeigt schematisch eine Anlage gemäß der Erfindung, die Figuren 2a bis 2c stellen eine erste Ausfuhrung eines Wärmetauschers in verschiedenen Ansichten dar. Die Figuren 3 und 4 zeigen Varianten von Wärmetauschern in achsionometrischer Darstellung, die Fig. 5 das zugehörige Einbauschema. In den Figuren 6 und 7a, 7b sind verschiedene Varianten von Verteilerrohren dargestellt Die Fig.8 veranschaulicht schließlich eineFurther features of the invention result from the following description of some exemplary embodiments and with reference to the drawing. The Fig.l shows schematically a system according to the invention, Figures 2a to 2c represent a first embodiment of a heat exchanger in different views. Figures 3 and 4 show variants of heat exchangers in axisionometric representation, Fig. 5 shows the associated installation diagram. FIGS. 6 and 7a, 7b show different variants of distributor pipes. Finally, FIG. 8 illustrates one
Variante der erfindungsgemäßen Anlage, die Fig.9 zeigt ein Detail derselben.Variant of the system according to the invention, Figure 9 shows a detail of the same.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Heiz- und Warmwasserbereitungsanlage beispielsweise für ein Einfamilienhaus. Das Haus verfügt über ein Pultdach mit einer Dachhaut auf der der Sonne zugekehrten Seite (Süd bzw. West) 1. Im oberen Bereich des Daches ist ein Wasserverteilungsrohr 5 angeordnet. Ein solches Rohre 5 ist im Detail in der Fig. 6 dargestellt. Das Verteilerrohr ist aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff ausgeführt und besitzt an den dem Anspeiserohr 3 abgewendeten Enden je einen vertikal nach oben gerichteten Rohrstutzen 65. An der Unterseite weist das Verteilerrohr 5 eine Reihe von kleinen Bohrungen 66 auf, durch welche das Wasser gleichmäßig über die Dachfläche verteilt wird. Die beiden Äste des Verteilerrohres 5 können zu den Rohrstutzen 65 hin eine geringe Steigung aufweisen. Der Druck der Förderpumpe 15 ist so eingestellt, dass sich der Wasserspiegel in den beiden Rohrstutzen 65 etwa in halber Höhe befindet. Das Wasser tritt daher entlang des ganzen Rohres 5 aus den Bohrungen 66 mit einem geringen, definierten Druck aus. BeiFig. 1 shows schematically a heating and hot water preparation system for example for a family home. The house has a pent roof with a roof skin on the side facing the sun (south or west) 1. A water distribution pipe 5 is arranged in the upper area of the roof. Such a tube 5 is shown in detail in FIG. 6. The distributor pipe is made of stainless steel or plastic and has at the ends facing away from the feed pipe 3 a vertically upwardly directed pipe socket 65. On the underside, the distributor pipe 5 has a series of small bores 66 through which the water is uniformly distributed over the roof surface is distributed. The two branches of the distributor pipe 5 can have a slight slope towards the pipe socket 65. The pressure of the feed pump 15 is set so that the water level in the two pipe sockets 65 is approximately halfway up. The water therefore emerges along the entire pipe 5 from the bores 66 with a low, defined pressure. at
Abschalten der Pumpe entleert sich das Rohr 5 vollständig, so dass es bei Frost nicht zu einer Vereisung desselben kommen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Ausrichtung der Verteilerrohre am Dach relativ unkritisch ist. Der Zulaufdruck kann gegebenenfalls auch mit entsprechenden Drosseln eingestellt werden.Switching off the pump empties the tube 5 completely, so that it cannot freeze in the event of frost. Another advantage of this arrangement is that the alignment of the distribution pipes on the roof is relatively uncritical. If necessary, the inlet pressure can also be adjusted with appropriate throttles.
Das über die Dachfläche rieselnde Wasser wird in der Regenrinne 7a gesammelt. Das Wasser wird durch Regenrohre 7b einer Zisterne 11 zugeleitet. Diese Zisterne ist mit Regenwasser gefüllt, lediglich bei der Inbetriebnahme der Anlage wird man diese im Allgemeinen, zumindest teilweise, mit Wasser aus einer Nutz- bzw. Trinkwasserleitung befallen müssen. In der Zisterne 11 ist ein schematisch dargestellter Wärmetauscher 67 angeordnet. Durch diesen zirkuliert die Sole (oder sonst ein geeignetes, frostsicheres Medium) einer Wärmepumpe 24, deren Verbraucherkreis mit 22, 23 bezeichnet ist. (Einzelheiten einer solchen Wärmepumpenanlage werden im Folgenden an Hand der Fig. 8 näher erläutert.) Die im nicht dargestellten Verdampfer der Wärmepumpe abgekühlte Sole, welche bei 21 aus der Wärmepumpe austritt, wird durch eine ebenfalls nicht dargestellte Umwälzpumpe durch den Wärmetauscher 67 gepumpt. Wie insbesondere in den Fig. 2a-2c gezeigt wird, ist der Wärmetauscher 67 aus zwei Segmenten bzw. Modulen aufgebaut, die aus einer Vielzahl von Wärmetauscherelementen 70 bestehen. Jedes dieser Wärmetauscherelemente umfasst einen Vorlaufsammler 71, der durch eine Reihe von parallelen Rohren 68 mit einem Rücklaufsammler 72 verbunden ist. Die Rohre 68 sind U-fÖrmig gebogen, so dass zwischen benachbarten, von Vorlaufsammlern 71 ausgehenden Rohrreihen die zu den Rücklaufsammlern 72 führenden Rohre angeordnet sind. Ist das Zisternenwasser auf eine Temperatur nahe dem Gefrierpunkt abgekühlt, was insbesondere bei Nutzung der Latentwärme des Zisterneninhaltes der Fall ist, so werden sich an den Rohrteilen nahe dem Einlaufsammler 71, wo die Sole die tiefste Temperatur hat, Eisschichten bilden.The water trickling over the roof surface is collected in the gutter 7a. The water is fed to a cistern 11 through rain pipes 7b. This cistern is filled with rainwater, only when the system is commissioned will it generally have to be at least partially infested with water from a utility or drinking water line. A schematically illustrated heat exchanger 67 is arranged in the cistern 11. The brine (or otherwise a suitable, frost-proof Medium) of a heat pump 24, the consumer circuit is designated 22, 23. (Details of such a heat pump system are explained in more detail below with reference to FIG. 8). The brine cooled in the heat pump evaporator, not shown, which emerges from the heat pump at 21, is pumped through the heat exchanger 67 by a circulation pump, also not shown. As is shown in particular in FIGS. 2a-2c, the heat exchanger 67 is constructed from two segments or modules which consist of a multiplicity of heat exchanger elements 70. Each of these heat exchanger elements comprises a flow header 71, which is connected to a return header 72 by a series of parallel tubes 68. The pipes 68 are bent in a U-shape, so that the pipes leading to the return collectors 72 are arranged between adjacent rows of pipes starting from flow collectors 71. If the cistern water has cooled to a temperature near the freezing point, which is particularly the case when using the latent heat of the cistern contents, ice layers will form on the pipe parts near the inlet header 71, where the brine has the lowest temperature.
Die Vereisung schreitet entlang der Rohre 68 kontinuierlich fort. Die Bereiche nahe den Rücklaufsammlern 72 bleiben am längsten eisfrei. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass sich kein massiver Eisblock an den Sammlern bildet, der zufolge seiner relativ geringen Oberfläche dann nur schwer wieder abgetaut werden kann. Die an den Rohrbündeln anhaftenden Eisschichten weisen vielmehr eine relativ großeThe icing continues along the tubes 68. The areas near the return collectors 72 remain ice-free the longest. This measure ensures that no massive ice block forms on the collectors, which due to its relatively small surface area can then only be defrosted with difficulty. The layers of ice adhering to the tube bundles are rather relatively large
Oberfläche auf und können, sobald sie von etwas wärmerem Wasser umspült werden, rasch abgetaut werden, wodurch sich die Leistungszahl der Anlage wieder verbessert. Die Gesamtoberfläche der Wärmetauscherrohre 68 wird so dimensioniert, dass auch bei mäßiger Vereisung derselben (Eisdicke < 5-6 mm) noch eine akzeptable Leistungszahl der Anlage erreicht werden kann. Bei einer solchen Auslegung wird derSurface and can, as soon as they are washed around by a little warmer water, thawed quickly, which improves the performance of the system again. The total surface of the heat exchanger tubes 68 is dimensioned such that an acceptable coefficient of performance of the system can still be achieved even with moderate icing (ice thickness <5-6 mm). With such an interpretation the
Wärmeübergang primär durch das Wärmeleitvermögen der Eisschicht bestimmt und nicht so sehr von dem des Rohrwerkstoffes. Neben den für Wärmetauscher vielfach gewählten metallischen Werkstoffen, eignen sich somit im vorliegenden Fall auch Kunststoffe, wie Polypropylen oder Polyäthylen. Ist die Dachhaut 1 wärmer als das Zisternenwasser bleibt die Umwälzpumpe 15 in Betrieb und pumpt Wasser aus der Zisterne auf die Dachfläche. Gesteuert wird die Pumpe 15 von einer elektronischen Regelung 35, welche die Signale von Temperatursensoren 33 an der Dachhaut 1 und von einem solchen Sensor 32 imHeat transfer is primarily determined by the thermal conductivity of the ice layer and not so much by that of the pipe material. In addition to the metallic materials often chosen for heat exchangers, plastics such as polypropylene or polyethylene are also suitable in the present case. If the roof skin 1 is warmer than the cistern water, the circulation pump 15 remains in operation and pumps water from the cistern onto the roof surface. The pump 15 is controlled by an electronic control 35, which signals the signals from temperature sensors 33 on the roof skin 1 and from such a sensor 32
Zisternenwasser empfängt. Erreicht beispielsweise an einem Wintertag das Dach 1 in der Sonne Plusgrade und ist wärmer als das Zisternenwasser, so wird durch die Steuerung 35 die Pumpe 15 eingeschaltet. Liegt die Dachhauttemperatur aber unter 0 °C, so dass es zu einem Einfrieren des Verteilerrohrs 5 und teilweise auch des Zufuhrrohrs 3 kommen könnte, wird die Pumpe 15 abgeschaltet.. Das in den Rohren befindliche Wasser fließt dann durch die Pumpe in die Zisterne zurück.Cistern water receives. If, for example, the roof 1 reaches plus degrees in the sun on a winter day and is warmer than the cistern water, the pump 35 is switched on by the controller 35. If the roof skin temperature is below 0 ° C, so that the distributor pipe 5 and partly also the supply pipe 3 could freeze, the pump 15 is switched off. The water in the pipes then flows back through the pump into the cistern.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage ist, dass die Wärmekapazität des Zisternenwassers nahezu restlos genutzt werden kann: Das Wasser kann nicht nur auf 0°C abgekühlt werden, man kann auch zumindest teilweise einen Teil der Latentwärme des Wassers beim Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand nutzen. Da bei Wasser diese Latent- oder Schmelzwärme 82 kWh / m3 beträgt, steht bei einer typischen Zisternengröße von 10-15 m3 ein gewaltiges zusätzliches Energiepotential zur Verfügung.One advantage of the system according to the invention is that the thermal capacity of the cistern water can be used almost completely: the water can not only be cooled to 0 ° C, one can also use at least some of the latent heat of the water during the transition from the liquid to the solid state , Since this latent heat or melting heat in water is 82 kWh / m 3 , a huge additional energy potential is available with a typical cistern size of 10-15 m 3 .
In den Figuren 3 und 4 sind zwei verschiedene Alternativen zu dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Wärmetauschermodulen dargestellt, die vor allem eine bessere Zugänglichkeit bei der Montage und bei Wartungsarbeiten ergeben. Gemäß Fig.3 sind die Rohre 68 entlang von Zylinderflächen angeordnet und von vertikal verlaufenden Vorlaufsammlern 71 angespeist. Die Rücklaufsammler verlaufen ebenfalls vertikal.FIGS. 3 and 4 show two different alternatives to the heat exchanger modules shown in FIGS. 1 and 2, which above all result in better accessibility during assembly and maintenance work. According to FIG. 3, the tubes 68 are arranged along cylindrical surfaces and fed by vertically running flow collectors 71. The return collectors are also vertical.
Die Rohre 68 werden durch nicht dargestellte Abstandshalter in ihrer Lage gesichert. Wie in Fig. 5 schematisch gezeigt wird, sind eine Reihe dieser Module 73 mit vertikaler Achse in der Zisterne eingebaut. Die Module sind im Durchmesser kleiner als die lichte Weite des Mannloches 74, so dass sie bei der Montage bequem eingefahren werden können. In einem Sektor der Zisterne 11 ist die als Tauchpumpe ausgebildete Pumpe 15 angeordnet, 7b bezeichnet den Zulauf vom Dach, mit 74 ist ein Filterkorb bezeichnet, in welchem Verunreinigungen des vom Dach kommenden Wassers zurückgehalten werden.The tubes 68 are secured in their position by spacers, not shown. As shown schematically in Fig. 5, a number of these vertical axis modules 73 are installed in the cistern. The diameter of the modules is smaller than the clear width of the manhole 74, so that they can be easily retracted during assembly. The pump 15 designed as a submersible pump is arranged in a sector of the cistern 11, 7b denotes the inlet from the roof, 74 is a Filter basket refers to the impurities in the water coming from the roof.
In der Variante gemäß der Fig.3 sind die Module 73 spiralförmig ausgebildet: die zwischen den vertikalen Vor- und Rücklaufsammlern 71 bzw. 72 horizontal verlaufenden Rohre werden zunächst U-förmig gefaltet und dann spiralförmig eingerollt und durch nicht dargestellte Abstandshalter gesichert. Die Montage in der Zisterne erfolgt wieder gemäß der Fig. 5.In the variant according to FIG. 3, the modules 73 are of spiral design: the tubes that run horizontally between the vertical flow and return collectors 71 and 72 are first folded in a U-shape and then rolled up in a spiral and secured by spacers (not shown). The assembly in the cistern again takes place according to FIG. 5.
Die Fig. 8 zeigt schematisch eine alternative Heiz- und Warmwasserbereitungsanlage beispielsweise für ein Einfamilienhaus. Das Haus verfügt über ein Dach mit einer Dachhaut auf der der Sonne zugekehrten Seite (Süd bzw. West) 1 und auf der von der Sonne abgewendeten Seite (Nord bzw. Ost) 2. Der First 51 des Daches weist sogen. Firstreiter 52 auf, welche Wasserverteilungsrohre 5 und 6 umschließen. Ein kleiner Abschnitt dieser Rohre 5,6 ist im Detail in den Fig. 7a und 7b dargestellt, wobei die Fig.Fig. 8 shows schematically an alternative heating and hot water preparation system for example for a family home. The house has a roof with a roof skin on the side facing the sun (south or west) 1 and on the side facing away from the sun (north or east) 2. The ridge 51 of the roof has so-called. Ridge rider 52, which enclose water distribution pipes 5 and 6. A small section of these tubes 5, 6 is shown in detail in FIGS. 7a and 7b, with FIG.
7a einen Teil dieser Rohre in Draufsicht zeigt, während Fig. 7b einen Querschnitt durch ein solches Rohr veranschaulicht. Die Verteilerrohre 5 und 6 sind als Wellrohre aus rostfreiem Stahl oder Kunststoff ausgeführt und sind an ihrer Oberseite geschlitzt oder mit Bohrungen versehen, so dass das durch die Rohre 5 und 6 zugefuhrte Wasser im wesentlichen drucklos austritt und fein verteilt über die Dachhaut 1,2 nach unten fließt und schließlich in der Regenrinne 7a gesammelt wird. Das Wasser wird durch Regenrohre 7b einer Zisterne 11 zugeleitet. Mit 29 ist ein in der Zisterne 11 angeordneter Schwimmer bezeichnet, der ein Überlaufventil und bzw. oder eine Wasserstandsanzeige (nicht dargestellt) steuert. In der Zisterne 11 ist ein Gegenstromwärmetauscher 18 angeordnet, der koaxial aufgebaut ist. Durch das7a shows a part of these tubes in a top view, while FIG. 7b illustrates a cross section through such a tube. The distribution pipes 5 and 6 are designed as corrugated pipes made of stainless steel or plastic and are slotted at the top or provided with holes so that the water supplied through the pipes 5 and 6 escapes essentially without pressure and finely distributed over the roof skin 1,2 flows below and is finally collected in the gutter 7a. The water is fed to a cistern 11 through rain pipes 7b. With 29 a float arranged in the cistern 11 is designated, which controls an overflow valve and / or a water level indicator (not shown). A counterflow heat exchanger 18 is arranged in the cistern 11 and is constructed coaxially. By the
Innenrohr 17 des Wärmetauschers 18 zirkuliert die Sole (oder sonst ein geeignetes, frostsicheres Medium) einer Wärmepumpe 24. Die im nicht dargestellten Verdampfer der Wärmepumpe abgekühlte Sole, welche bei 21 aus der Wärmepumpe austritt, wird durch eine Umwälzpumpe 16 durch das Innenrohr 17 des Wärmetauschers gepumpt. Das Rohr 17 ist von einem koaxialen, äußeren Rohr ummantelt, durch welches durch eine Umwälzpumpe 15 Regenwasser aus der Zisterne 11 ansaugt, welches im Gegenstromkühler 18 abgekühlt und schließlich über die Leitungen 3 und 4 den Verteilerrohren 5 und 6 zugeleitet wird. Das Regenwasser des Sekundärkreises kann am Ausgang des Wärmetauschers 18 unter bestimmten Voraussetzungen eine Temperatur von 0 °C annehmen, im Extremfall kann diese Temperatur sogar geringfügig unterschritten werden. Ist die Wärmepumpe nicht in Betrieb, die Dachhaut 1,2 aber wärmer als das Zisternenwasser bleibt die Umwälzpumpe 15 in Betrieb und pumpt Wasser aus der Zisterne auf die Dachflächen. Gesteuert wird die Pumpe 15 von einer elektronischen Regelung 35, welcher die Signale von Temperatursensoren 33,34 an der Dachhaut 1 bzw. 2 und von einem solchen Sensor 32 im Zisternenwasser empfängt. Liegt beispielsweise an einem kalten Wintertag das Dach 1 in der Sonne und erreicht einige Plusgrade, während sich das im Schatten liegende Dach 2 im Frostbereich befindet, so wird durch die Steuerung 35 das motorisch betätigte Ventil 27 b geschlossen. Liegt die Dachhaut-Temperatur auf beiden Dachhälften im Bereich der Temperatur des Zisternenwassers oder darunter wird die Pumpe 15 stillgesetzt, so dass sich die Rohre 3,4 und 5,6 zumindest teilweise durch die Pumpe 15 entleeren werden.Inner tube 17 of the heat exchanger 18 circulates the brine (or another suitable, frost-proof medium) of a heat pump 24. The brine cooled in the heat pump evaporator, not shown, which emerges from the heat pump at 21, is circulated through the inner tube 17 of the heat exchanger by a circulation pump 16 pumped. The tube 17 is encased by a coaxial, outer tube through which rainwater draws in rainwater from the cistern 11 through a circulating pump 15 Countercurrent cooler 18 is cooled and finally fed to the distribution pipes 5 and 6 via lines 3 and 4. The rainwater of the secondary circuit can assume a temperature of 0 ° C at the outlet of the heat exchanger 18 under certain conditions, in extreme cases this temperature can even fall slightly below. If the heat pump is not in operation, but the roof skin 1, 2 is warmer than the cistern water, the circulation pump 15 remains in operation and pumps water from the cistern onto the roof surfaces. The pump 15 is controlled by an electronic control 35, which receives the signals from temperature sensors 33, 34 on the roof skin 1 or 2 and from such a sensor 32 in the cistern water. If, for example, on a cold winter day, the roof 1 is in the sun and reaches a few plus degrees, while the roof 2 lying in the shade is in the frost area, the motor-operated valve 27 b is closed by the controller 35. If the roof skin temperature on both roof halves is in the region of the temperature of the cistern water or below, the pump 15 is stopped, so that the pipes 3, 4 and 5, 6 are at least partially emptied by the pump 15.
Liegt die Dachhauttemperatur auf beiden Dachhälften 1,2 unter 0 °C, so dass es zu einem Einfrieren der Verteilerrohre 5,6 und teilweise auch der Zuführrohre 3,4 kommen könnte, werden beide Ventile 27a und 27b sowie das Entleerungsventil 28 geöffnet. Das in den Rohren befindliche Wasser fließt damit in die Zisterne zurück. Bei Schneefall oder wenn sich auf dem Dach bereits eine Schneeschicht angesammelt hat, kann durch Betätigung eines Handschalters 36 die Pumpe 15 aktiviert werden. Das Ventil 28 wird geschlossen und die Ventile 27a, 27b bleiben in der Offenstellung bzw. werden in diese gebracht. Vorzugsweise wird während des Abtauvorganges die Wärmepumpe 24 abgeschaltet, so dass Zisternenwasser und nicht durch die Wärmepumpe abgekühltes Wasser auf das Dach gepumpt wird. Der sich zwischenIf the roof skin temperature on both roof halves 1, 2 is below 0 ° C., so that the distribution pipes 5, 6 and in some cases also the supply pipes 3, 4 could freeze, both valves 27a and 27b and the drain valve 28 are opened. The water in the pipes flows back into the cistern. In the event of snowfall or if a layer of snow has already accumulated on the roof, the pump 15 can be activated by actuating a manual switch 36. The valve 28 is closed and the valves 27a, 27b remain in the open position or are brought into this. Preferably, the heat pump 24 is switched off during the defrosting process, so that cistern water and not water cooled by the heat pump is pumped onto the roof. The one between
Dachhaut und der Schneeschicht ausbildende Flüssigkeitsfilm bewirkt ein Abtauen der Schneeschicht, so dass die Dachflächen wieder frei sind. Bei laufendem Schneefall wird das Abtauen periodisch durchgeführt und das Dach damit schneefrei gehalten. Um eine Vereisung kritischer Bereiche innerhalb der Zisterne zu vermeiden, kann durch eine Art „Rückkopplungsbetrieb" eine weitere Abkühlung dieser Bereiche, allerdings in diesem Fall mit reduzierter Leistungszahl, erreicht werden: durch einen Gegenstromwärmetauscher 19 zwischen dem Hoch- und dem Niedertemperaturkreis der Wärmepumpe 24 wird das Medium im Niedertemperaturkreis erwärmt. In diesem Betriebszustand ist der Wärmetauscher 19 als ein Verbraucher in den Hochtemperaturkreis geschaltet und einerseits mit dem Warmwasserzulauf 23 und andererseits mit dem Warmwasserrücklauf 22 verbunden. Ein in den Zulauf bzw. Rücklauf zu diesem Wärmetauscher eingefügtes Thermostatventil 25 steuert diese „Rückkopplungs"-Funktion der Anlage. Der Temperaturfühler 26 des Thermostatventils 25 ist an einem Rohr in der Rückleitung des Wassers des Primärkreises befestigt. In diesen Primärkreis kann auch ein in der Zeichnung nicht dargestellter Wärmetauscher vorgesehen sein, der dem aus Küche und Bad stammenden warmen Abwasser Wärme entzieht. In der Fig. 8 sind aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung, die Boiler für die Heizanlage (insbes. für eine Niedertemperaturheizanlage wie Fußboden-, Decken und oder Wand) sowie für die Warmwasserbereitung für Bad, Küche etc. nicht gezeigtThe roof membrane and the liquid film forming the snow layer causes the snow layer to defrost, so that the roof surfaces are free again. When snow is in progress, defrosting is carried out periodically, keeping the roof free of snow. In order to avoid icing of critical areas within the cistern, a further "cooling operation" can further cool these areas, however, in this case with a reduced coefficient of performance, can be achieved: the medium in the low temperature circuit is heated by a counterflow heat exchanger 19 between the high and low temperature circuit of the heat pump 24. In this operating state, the heat exchanger 19 is connected as a consumer in the high-temperature circuit and is connected on the one hand to the hot water inlet 23 and on the other hand to the hot water return 22. A thermostatic valve 25 inserted into the inlet or return to this heat exchanger controls this "feedback" function of the system. The temperature sensor 26 of the thermostatic valve 25 is fastened to a pipe in the return line of the water of the primary circuit 8, the boiler for the heating system (in particular for a low-temperature heating system such as floors, ceilings and or wall) are shown in Fig. 8 for reasons of clarity ) and for water heating for the bathroom, kitchen, etc. not shown
Die Fig.8 zeigt schließlich ein in die Dachhaut 1 integriertes Photo-Voltaik-Paneel 31 wie es beispielsweise von der Fa. PREFA unter der Bezeichnung „PREFA-SOLAR" auf den Markt gebracht wird. Solche Photo-Voltaik-Paneele haben einen Wirkungsgrad, der stark temperaturabhängig ist und sich mit steigender Temperatur verschlechtert. Durch Berieselung mit dem vergleichsweise kühlen Zisternenwasser werden die Paneele gekühlt und damit ihr Wirkungsgrad gesteigert.Finally, FIG. 8 shows a photo-voltaic panel 31 integrated into the roof skin 1, as is marketed for example by PREFA under the name "PREFA-SOLAR". Such photo-voltaic panels have an efficiency, which is strongly temperature-dependent and worsens with increasing temperature. By sprinkling with the comparatively cool cistern water, the panels are cooled and thus their efficiency is increased.
In dem Regenrohr 7b ist ein wetterfester Verteiler 8 vorgesehen, über welchem, ohne Verwendung der Wärmepumpe 24, dem Regenwasser des Sekundärkreises Wärme in zwei verschiedenen Temperaturniveaus entzogen werden kann. Die entsprechenden Ableitungen sind mit 9 und 10 bezeichnet.A weatherproof distributor 8 is provided in the rain pipe 7b, via which heat can be extracted from the rainwater of the secondary circuit at two different temperature levels without using the heat pump 24. The corresponding derivatives are designated 9 and 10.
Die Fig. 9 zeigt Einzelheiten des Verteilers 8. In das Regenrohr 7b ist ein Regenwasserfilter der WISY AG, Haustechniksysteme eingesetzt, das in seinemFig. 9 shows details of the distributor 8. In the rain pipe 7b, a rainwater filter from WISY AG, Haustechniksysteme is used, which in his
Prinzip in der DE 20015675U beschrieben ist. Dieses Filter geht von der Erkenntnis aus, dass bei normalem Wasserzulauf das Wasser entlang der Rohr-Innenwand abfließt. Ein mit dem Regenrohr 7b verbundener Rohrstutzen 45 leitet das Wasser über ein konisch ausgebildetes Feinfilter 44. Reines Wasser tritt durch dieses sogen. „Adhäsionsfilter" durch, wird in einer Ringkammer gesammelt und über ein Anschlussrohr abgeleitet. Grobe Verunreinigungen, wie Laub 37 fallen durch den zentralen Teil des Regenwasserfilters und gelangen direkt in die Zisterne, wo sie in einem Filterkorb aufgefangen werden. Aus dem Anschlussrohr gelangt das am Dach angewärmte Wasser zu einem Thermostat- Ventil 41 dessen Kapillarbulbe 39 vom zufließenden Wasser umspült wird. Das Thermostat- Ventil 41 ist so eingestellt, dass es beispielsweise bei einer Temperatur von 30 °C öffnet. Mit 42 ist ein weiteresPrinciple is described in DE 20015675U. This filter is based on knowledge that the water flows off along the inside wall of the pipe with a normal water supply. A pipe socket 45 connected to the rain pipe 7b guides the water through a conical fine filter 44. Pure water passes through this so-called. "Adhesion filter" is collected in an annular chamber and discharged through a connection pipe. Coarse impurities, such as leaves 37, fall through the central part of the rainwater filter and go directly into the cistern, where they are collected in a filter basket Water heated to the roof to a thermostatic valve 41, the capillary bulb 39 of which is flushed with the inflowing water, the thermostatic valve 41 is set so that it opens, for example, at a temperature of 30 ° C. Another one is at 42
Thermostatventil in der Ableitung 10 bezeichnet, dessen Kapillarbulbe 40 ebenfalls im Anschlussrohr angeordnet ist. Dieses Ventil ist aber auf eine höhere Temperatur eingestellt und öffnet beispielsweise erst bei einer Temperatur von 50 °C. Das Wasser aus der Ableitung 9, welches mindestens eine Temperatur von 30 °C hat, wird einem in einem Heizungsboiler 48 angeordneten Wärmetauscher 47a zugeleitet und schließlich wieder in das Regenrohr 7b eingespeist. Der Boiler 48 ist über die Anschlussstutzen 57,58 mit den Zu- und Rückleitungen 23 bzw.22 der Wärmepumpe 24 verbunden Für Heizungszwecke von Niedertemperatur-Heizsystemen wie Fußboden- Decken- und / oder Wandheizungen kann über die Anschlüsse 59 und 60 Wasser entnommen und wieder zurückgeleitet werden. Erreicht das vom Dach kommende Wasser eineThermostatic valve in the discharge line 10, the capillary bulb 40 is also arranged in the connecting pipe. However, this valve is set to a higher temperature and only opens, for example, at a temperature of 50 ° C. The water from the discharge line 9, which has at least a temperature of 30 ° C., is fed to a heat exchanger 47a arranged in a heating boiler 48 and is finally fed back into the rain pipe 7b. The boiler 48 is connected to the supply and return lines 23 and 22 of the heat pump 24 via the connecting pieces 57, 58. For heating purposes of low-temperature heating systems such as floor, ceiling and / or wall heating, water can be drawn off and on again via the connections 59 and 60 be returned. The water coming from the roof reaches one
Temperatur von mindestens 50 °C, so öffnet auch das Thermostat- Ventil 42 und Wasser fließt nun über das Anschlussrohr 10 zu einem Wärmetauscher 47b, der in einem zweiten Boiler 49 angeordnet ist. Das aus dem Wärmetauscher 47b austretende Wasser wird über das Regenrohr 7b wieder zur Zisterne zurückgeleitet. Der Boiler 49 wird andererseits durch die Wärmepumpe 24 aufgeheizt. Zu diesem Zweck ist derTemperature of at least 50 ° C, the thermostatic valve 42 also opens and water now flows through the connecting pipe 10 to a heat exchanger 47b, which is arranged in a second boiler 49. The water emerging from the heat exchanger 47b is returned to the cistern via the rain pipe 7b. The boiler 49, on the other hand, is heated by the heat pump 24. For this purpose the
Boiler 49 über die Stutzen 55,56 mit den Zu- und Rückleitungen 23,22 der Wärmepumpe verbunden. Im Boiler 49 ist ein zweiter Wärmetauscher 46 angeordnet, in welchem Trinkwasser erwärmt wird. Durch eine By-pass-Leitung 43 wird das Regenwasserfilter entleert. Dieser By-pass gewährleistet auch einen entsprechenden Wasseraustausch im Bereich des Regenwasserfilter- Anschlussrohrs, so dass die Temperaturfühler 39, 40 der Thermostatventile 41, 42 stets mit frisch zulaufendem Wasser versorgt werden. In Fig. 4 ist mit 38 ein Belüftungsrohr bezeichnet.Boiler 49 is connected to the supply and return lines 23, 22 of the heat pump via the connections 55, 56. A second heat exchanger 46 is arranged in the boiler 49, in which drinking water is heated. The rainwater filter is emptied through a by-pass line 43. This by-pass also ensures a corresponding water exchange in the area of the rainwater filter connection pipe, so that the Temperature sensors 39, 40 of the thermostatic valves 41, 42 are always supplied with fresh water. In Fig. 4, 38 denotes a ventilation pipe.
Zur Aufwärmung von Wasser für Heizungszwecke und die Warmwasserbereitung ist es vorteilhaft, die Dachflächen nicht kontinuierlich mit Zisternenwasser zu berieseln, sondern periodisch. Dadurch hat die Dachhaut die Möglichkeit, wieder eine höhere Temperatur anzunehmen. In einer entsprechenden Versuchsanlage konnte damit die Rücklauftemperatur des Zistemenwassers von 15 °C bei kontinuierlicher Berieselung, auf 35 °C bei periodischem Betrieb gesteigert werden, wobei natürlich die anfallende Wassermenge reduziert worden ist.For heating water for heating purposes and hot water preparation, it is advantageous not to sprinkle the roof surfaces continuously with cistern water, but periodically. This means that the roof skin has the option of returning to a higher temperature. In a corresponding test facility, the return temperature of the cistus water could be increased from 15 ° C with continuous sprinkling to 35 ° C with periodic operation, whereby the amount of water generated was naturally reduced.
Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt, sondern kann vielmehr in zahlreichen Belangen abgeändert werden ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the example described above, but rather can be modified in numerous respects without leaving the scope of the invention.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Heiz- und / oder Warmwasserbereitungsanlage unter Verwendung einer Wärmepumpe (24), mit einem externen Kühlmittelkreislauf mit einem Wärmetauscher (18) der von Wasser aus einer Regenwasser-Zisterne (11) od. dgl. umspült und in dieser versenkt angeordnet ist, in welchem Wärmetauscher (18) von der Wärmepumpe (24) kommendes kaltes Medium erwärmt und zur Wärmepumpe (24) zurückgeführt wird, wobei bei gegebenenfalls im Erdreich versenkter Zisterne (11) das Zisternenwasser durch Wärmeaustausch durch die Zisternenwandung dem umgebenden Erdreich Wärme entzieht und damit das Wasser wieder anwärmt wobei eine Pumpe (15) vorgesehen ist, mit welcher Wasser aus der Zisterne (11) auf ein Dach (1,2) förderbar ist, wo es im oberen Bereich der Dachfläche mittels Verteilerrohre (5,6), insbes. gleichmäßig, verteilbar ist und das über die Dachhaut fließende Wasser in Dachrinnen (7a) sammelbar und in die Zisterne (11) rückführbar ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (18) aus einer Reihe von Segmenten aufgebaut ist, die je über einen Vor- und einen Rücklaufsammler verfügen, welche durch die eigentlichen röhr- bzw. plattenformigen, im wesentlichen parallel verlaufenden Wärmetauschelemente miteinander verbunden und vom Zisternenwasser umspült und vom Kühlmittel der Wärmepumpe (24) durchströmbar sind, wobei die benachbarten Wärmetauschersegmente gegensinnig durchströmbar sind und die Vor- und die Rücklaufsammler der benachbarten Segmente unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, ferner mit einer insbes. elektronischen Steuerung (35), die in Abhängigkeit von Signalen von Temperatursensoren (32 bis 34) an der Dachfläche (1, 2), in der Zisterne (11) und / oder in Leitungen die Pumpe (15) und eventuelle Ventile (27a,27b,28) steuert, so dass im Normalbetrieb Wasser aus der Zisterne (11) auf das Dach (1, 2) gefördert, dort erwärmt und in die Zisterne (11) zurückfuhrbar ist, bei Gefahr des Frierens des Wassers in den Verteilerrohren (5,6) oder auf der Dachhaut (1,2) die Pumpe (15) und Ventile (27a, 27b, 28) so gesteuert werden, dass die Förderung des Wassers zum Dach unterbrochen wird und die Verteilerrohre (5,6) und gegebenenfalls auch deren Zuleitungen (3,4) entleert werden und vorzugsweise die Pumpe (15) für ein Umwälzung des Wassers in der Zisterne (11) sorgt, so dass Wärmekapazität des Wassers der Zisterne (11) inklusive zumindest eines Teiles der Latentwärme desselben und gegebenenfalls die durch die Zisternenwand zugeführte Erdwärme nutzbar ist.1. heating and / or hot water preparation system using a heat pump (24), with an external coolant circuit with a heat exchanger (18) which is washed by water from a rainwater cistern (11) or the like and is arranged sunk in this, in Which heat exchanger (18) from the heat pump (24) warms cold medium and is returned to the heat pump (24), whereby if the cistern (11) is submerged in the ground, the cistern water extracts heat from the surrounding ground by heat exchange through the wall of the cistern and thus the water warms up again, a pump (15) being provided, with which water can be conveyed from the cistern (11) onto a roof (1, 2), where it is distributed in the upper area of the roof surface by means of distribution pipes (5, 6), in particular evenly, is distributable and the water flowing over the roof skin can be collected in gutters (7a) and returned to the cistern (11), characterized in that the heat exchanger (18 ) is made up of a series of segments, each with a flow and a return manifold, which are connected to each other by the actual tubular or plate-shaped, essentially parallel heat exchange elements and washed around by the cistern water and through which the coolant of the heat pump (24) can flow the adjacent heat exchanger segments can be flowed through in opposite directions and the flow and return collectors of the adjacent segments are arranged directly next to one another, furthermore with an electronic control (35) in particular, which is dependent on signals from temperature sensors (32 to 34) on the roof surface (1, 2), in the cistern (11) and / or in lines controls the pump (15) and any valves (27a, 27b, 28), so that water from the cistern (11) onto the roof (1 , 2) conveyed, heated there and into the cistern (11) is recyclable, if there is a risk of freezing of the water in the distribution pipes (5, 6) or on the roof skin (1, 2) the pump (15) and valves (27a, 27b, 28) can be controlled in such a way that the water is conveyed to Roof is interrupted and the distribution pipes (5,6) and possibly also their supply lines (3,4) are emptied and preferably the pump (15) for circulating the water in the cistern (11), so that the heat capacity of the water of the cistern (11) including at least part of the latent heat thereof and, if appropriate, the geothermal energy supplied through the cistern wall can be used.
2. Heiz- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherelemente aus einer Vielzahl von, vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall hergestellten Rohren bestehen, welche etwa in ihrer Mitte gefaltet sind, so dass die benachbarten Bereiche der Wärmetauscherelemente gegensinnig durchströmbar sind.2. Heating and / or hot water preparation system according to claim 1, characterized in that the heat exchanger elements consist of a plurality of, preferably made of plastic or metal pipes, which are folded approximately in the middle, so that the adjacent areas of the heat exchanger elements can flow in opposite directions.
3. Heiz- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach Patentanspruchl oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die insbes. gefalteten Wärmetauscherelemente spiralförmig eingerollt und zu Zylindern geformt sind, deren Durchmesser kleiner als der Einstieg zur Zisterne ist wobei diese zylindrischen Wärmetauschersegmente vorzugsweise mit vertikaler Achse in der Zisterne befestigt sind.3. Heating and / or hot water preparation system according to claim 1 or 2, characterized in that the in particular folded heat exchanger elements are spirally rolled and shaped into cylinders whose diameter is smaller than the entrance to the cistern, these cylindrical heat exchanger segments preferably being fastened in the cistern with a vertical axis are.
4. Heiz- und / oder Warmwasserbereitungsanlage unter Verwendung einer Wärmepumpe (24), mit einem ersten, externen Kühlmittelkreislauf mit einem Wärmetauscher (18) der von Wasser aus einer Regenwasser-Zisterne (11) od. dgl. gespeist ist, in welchem Wärmetauscher (18) von der Wärmepumpe (24) kommendes kaltes Medium erwärmt und zur Wärmepumpe (24) zurückgeführt wird, wobei bei gegebenenfalls im Erdreich versenkter Zisterne (11) das Zisternenwasser durch Wärmeaustausch durch die Zisternenwandung dem umgebenden Erdreich Wärme entzieht und damit das Wasser wieder anwärmt und eine Pumpe (15) vorgesehen ist, mit welcher Wasser aus der Zisterne (11) auf ein Dach (1,2) förderbar ist, wo es im oberen Bereich der Dachfläche, insbes. gleichmäßig, verteilbar ist und das über die Dachhaut fließende Wasser in Dachrinnen (7a) sammelbar und in die Zisterne (11) rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetauscher (18) ausgebildet ist, der einerseits vom Medium aus dem Verdampferkreis der Wärmepumpe (24) und andererseits vom Zisternenwasser durchströmbar ist und das aus dem Wärmetauscher (18) austretende, abgekühlte Zisternenwasser über ein Ventil (27,27b) zu den Verteilerrohren (5, 6) am Dach (1,2) förderbar und über die Dachfläche fein verteilbar ist, wobei eine Verbindungsleitung (14) mit einem Ventil (28) zwischen der Zuleitung (3,4) zu den Verteilerrohren (5,6) und der Zisterne (11) vorgesehen ist, die vor dem Ventil (27a, 27b) in die Zuleitung (3,4) zu den Verteilerrohren (5,6) einmündet, ferner mit einer insbes. elektronischen Steuerung (35), die in Abhängigkeit von Signalen von Temperatursensoren (32 bis 34) an der Dachfläche (1, 2), in der Zisterne (11) und / oder in Leitungen die Pumpe (15) und die Ventile (27a,27b,28) steuert, so dass im Normalbetrieb Wasser aus der Zisterne (11) auf das Dach (1, 2) gefördert, dort erwärmt und in die Zisterne (11) zurückfuhrbar ist, bei Gefahr des Einfrierens der Verteilerrohre (5,6) und der Dachhaut (1,2) die Ventile (27a, 27b, 28) und die Pumpe (15) so gesteuert werden, dass das im Gegenstromwärmetauscher (18) abgekühlte Zisternenwasser über das geöffnete Ventil (28) unmittelbar in die Zisterne (11) rückführbar ist, so dass die Wärmekapazität des Wassers in der Zisterne (11) inklusive zumindest eines Teiles der Latentwärme desselben und gegebenenfalls die durch die Zisternenwand zugeführte Erdwärme nutzbar ist.4. Heating and / or hot water preparation system using a heat pump (24), with a first, external coolant circuit with a heat exchanger (18) which is fed by water from a rainwater cistern (11) or the like, in which heat exchanger ( 18) coming from the heat pump (24), the cold medium is heated and returned to the heat pump (24), whereby if the cistern (11) is submerged in the ground, the cistern water extracts heat from the surrounding ground by heat exchange through the wall of the cistern and thus warms the water again and a pump (15) is provided, with which water can be conveyed from the cistern (11) onto a roof (1, 2), where it can be distributed, in particular evenly, in the upper region of the roof surface and the water flowing over the roof skin in Gutters (7a) can be collected and returned to the cistern (11), characterized in that the heat exchanger is designed as a countercurrent heat exchanger (18) which can be flowed through by the medium from the evaporator circuit of the heat pump (24) on the one hand and by the water from the cistern on the other cooled cistern water emerging from the heat exchanger (18) can be conveyed via a valve (27, 27b) to the distributor pipes (5, 6) on the roof (1, 2) and can be finely distributed over the roof surface, a connecting line (14) with a valve (28) is provided between the supply line (3, 4) to the distribution pipes (5, 6) and the cistern (11), which is upstream of the valve (27a, 27b) in the supply line (3, 4) to the distribution pipes (5 , 6) opens, further with a in particular electronic control (35) which, depending on signals from temperature sensors (32 to 34) on the roof surface (1, 2), in the cistern (11) and / or in lines, the pump (15) and the valves (27a , 27b, 28) controls, so that in normal operation water is pumped from the cistern (11) onto the roof (1, 2), heated there and can be returned to the cistern (11) when there is a risk of freezing the distribution pipes (5,6 ) and the roof skin (1, 2), the valves (27a, 27b, 28) and the pump (15) are controlled so that the cistern water cooled in the counterflow heat exchanger (18) via the opened valve (28) directly into the cistern (11 ) is traceable, so that the heat capacity of the water in the cistern (11) including at least part of the latent heat thereof and, if appropriate, the geothermal energy supplied through the cistern wall can be used.
5. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachhaut (1, 2) aus Metallblech, vorzugsweise aus Aluminiumblech besteht und eine Oberflächenbeschichtung mit einem hohen Absorbtionsvermögen im sichtbaren und im Infra-Rot-Bereich des Spektrums aufweist.5. Heating and / or hot water preparation system according to one of the preceding claims, characterized in that the roof skin (1, 2) consists of sheet metal, preferably of aluminum sheet and has a surface coating with a high absorption capacity in the visible and in the infrared range of the spectrum.
6. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass insbes. entlang des Dachfirstes (51), ein horizontal verlaufendes Verteilerrohr (5,6) mit einer Vielzahl, entlang des Rohres angeordneten Wasseraustrittsöffnungen (53) vorgesehen ist, durch welche die Dachhaut (1, 2) im wesentlichen gleichmäßig berieselbar ist, wobei als Verteilerrohr ein Wellrohr (5,6) aus korrosionsresistentem Metall oder Kunststoff vorgesehen ist, welches an seiner Oberseite Schlitze bzw. Bohrungen (53) aufweist, durch welche das Zisternenwasser im wesentlichen drucklos austritt.6. Heating and / or hot water preparation system according to one of the claims 1 to 5, characterized in that in particular along the roof ridge (51), a horizontally extending distributor pipe (5,6) with a plurality of water outlet openings (53) arranged along the pipe. is provided, through which the roof skin (1, 2) can be sprinkled substantially uniformly, a corrugated pipe (5, 6) made of corrosion-resistant metal or plastic, which has slots or bores (53) on its top, being provided as the distributor pipe which the cistern water emerges essentially without pressure.
7. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die insbes. entlang des Dachfirstes verlaufenden Verteilerrohre an ihrem der Anspeisung abgewandten Ende je einen vertikalen, oben offenen Rohrstutzen aufweisen, wobei der Druck, mit welchen die Pumpe das Zisternenwasser auf das Dach fördert, gegebenenfalls mittels Drosseln so eingestellbar ist, dass die vertikalen Rohrstutzen im Betrieb teilweise mit Wasser gefüllt sind und die Verteilerrohre an ihrer Unterseite eine Vielzahl von Bohrungen aufweisen, wobei die Verteilerrohre vorzugsweise mit einem geringen Gefalle in Richtung auf die Anspeisung am Dach montiert sind, so dass sich die Verteilerrohre in den Betriebspausen vollständig entleeren.7. Heating and / or hot water preparation system according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the in particular along the roof ridge distribution pipes at their end facing away from the feed each have a vertical, open pipe socket, the pressure with which the Pump conveys the cistern water to the roof, can be adjusted by means of throttles so that the vertical pipe sockets are partially filled with water during operation and the distributor pipes have a large number of bores on their underside, the distributor pipes preferably with a slight slope towards the Are mounted on the roof, so that the manifolds are completely emptied during the breaks.
8. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der Patentansprüche 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerrohr bzw. die Verteilerrohre (5, 6) in Firstreitern (52) integriert sind.8. Heating and / or water heating system according to one of claims 6 or 7, characterized in that the distributor pipe or the distributor pipes (5, 6) are integrated in ridge riders (52).
9. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Photo- Voltaik-Paneelen (31) in die Dachhaut integriert sind, die von dem aus der Zisterne (11) geförderten Wasser berieselbar und damit kühlbar sind und dadurch einen günstigeren Wirkungsgrad erreichen.9. Heating and / or hot water preparation system according to one of the preceding claims, characterized in that photo-voltaic panels (31) are integrated in the roof skin, which can be sprinkled by the water conveyed from the cistern (11) and thus cooled, and thereby achieve a lower efficiency.
10. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstromwärmetauscher (18) als koaxiales, doppelwandiges Rohr aufgebaut ist, wobei das vom Primärkreis durchströmte Innenrohr vom Zisternenwasser des Sekundärkreises umströmbar ist, das im Zwischenraum zwischen Innen- und Aussenrohr geführt ist, wobei der Gegenstromwärmetauscher (18) vorzugsweise versenkt in der Zisterne (11) angeordnet ist.10. Heating and / or hot water preparation system according to claim 4, characterized in that the counterflow heat exchanger (18) is constructed as a coaxial, double-walled tube, wherein the inner tube through which the primary circuit flows can be flowed around by the cistern water of the secondary circuit, which is in the space between the inner and outer tubes is guided, wherein the counterflow heat exchanger (18) is preferably arranged sunk in the cistern (11).
11. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückleitung der Wärmepumpe (24) ein weiterer Wärmetauscher (19), insbes. ein Gegenstromwärmetauscher vorgesehen ist, der über ein Ventil (25) vom Hochtemperaturkreis der Wärmepumpe (24) (Verbraucherkreis) anspeisbar ist, wobei das Ventil (25) von einem Temperatursensor (26) über eine elektrische Steuerung (35) steuerbar ist, welcher Sensor (26) beispielsweise im Zisternenwasser angeordnet ist und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes das Ventil (25) öffnet und einen Teilstrom des Mediums aus dem Hochtemperaturkreis der Wärmepumpe (24) dem genannten Wärmetauscher (19) zuführt. 11. Heating and / or hot water preparation system according to one of the preceding claims, characterized in that in the return line of the heat pump (24) a further heat exchanger (19), in particular. A counterflow heat exchanger is provided, which via a valve (25) from the high temperature circuit Heat pump (24) (consumer circuit) can be fed, the valve (25) being controllable by a temperature sensor (26) via an electrical control (35), which sensor (26) is arranged, for example, in the cistern water and, if the temperature falls below a predetermined value, the valve (25) opens and supplies a partial flow of the medium from the high-temperature circuit of the heat pump (24) to the aforementioned heat exchanger (19).
12. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückleitung von der berieselbaren Dachfläche mindestens ein in Abhängigkeit von der Temperatur des Wassers der Rückleitung des Sekundärkreises betätigbares Ventil (41,42) vorgesehen ist, welches im Kreis je eines Wärmetauschers (47a,47b) angeordnet ist und unabhängig vom Betrieb der Wärmepumpe (24) das Ventil (41,42) dann öffnet und das Wasser der Rückleitung über den bzw. die Wärmetauscher (47a,47b) in die Zisterne (11) leitet, wenn die vorgegebenen Schalttemperaturen der Ventile (41,42) erreicht oder überschritten werden, wobei die Wärmetauscher (47a,47b) von Wasser der zugehörigen Boiler (48,49) umströmt sind.12. Heating and / or hot water preparation system according to one of the preceding claims, characterized in that in the return line from the sprinkler roof surface at least one actuatable depending on the temperature of the water of the return line of the secondary circuit valve (41,42) is provided, which in Circle of one heat exchanger (47a, 47b) is arranged and the valve (41,42) then opens regardless of the operation of the heat pump (24) and the water of the return line via the heat exchanger (s) (47a, 47b) into the cistern (11 ) conducts when the predetermined switching temperatures of the valves (41, 42) are reached or exceeded, the heat exchangers (47a, 47b) being surrounded by water from the associated boilers (48, 49).
13. Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem als Rückleitung dienende Regenfallrohr (7b) ein Regenwasserfilter , vorzugsweise ein sogen. Adhäsionsfilter (43 bis 46), vorgesehen ist, durch welches gefiltertes Rücklauf- Wasser über das Ventil (41,42) dem Wärmetauscher (47) zuleitbar ist, während grobe Verunreinigungen wie Laub (37) etc. direkt der Zisterne (11) zufuhrbar sind und dort mit Sieben und / oder Filtern zurückgehalten werden..13. Heating and / or hot water preparation system according to claim 12, characterized in that a rainwater filter, preferably a so-called. Adhesion filter (43 to 46) is provided, through which filtered return water can be fed to the heat exchanger (47) via the valve (41, 42), while coarse impurities such as leaves (37) etc. can be fed directly to the cistern (11) and held there with sieves and / or filters ..
14. Verfahren zum Betrieb einer Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage mit einem Wasserbehälter, beispielsweise mit einer Zisterne (11), zur Speicherung von Warmwasser und einer vorzugsweise auf einem Dach (1,2) angeordneten Einrichtung zur Erwärmung des Wassers unter Nutzung der gesamten Umweltenergie, wobei vorzugsweise im Rücklauf (7a,7b) des von der genannten Einrichtung kommenden, aufgewärmten Wasser ein Wärmetauscher (47a,47b) vorgesehen ist, durch welchen Wasser für verschiedene Verbraucher wie Heizungen, Wärmepumpen, Bäder und Swimming-Pools erwärmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserbehälter, insbes. die Zisterne (11) zunächst mit vorzugsweise Regenwasser gefüllt und dieses Wasser über einen Wärmetauscher (18), insbes. über einen Gegenstromwärmetauscher, in welchem die von einer Wärmepumpe (24) kommende kalte Sole od. dgl. erwärmt wird und im Normalbetrieb mittels einer Pumpe od. dgl. (15) gegebenenfalls periodisch auf ein Dach (1,2) geleitet und anschließend auf diesem fein verteilt wird, wobei das an der Dachhaut (1,2) erwärmte Wasser in einer Regenrinne (7a) gesammelt und zum Wasserbehälter (11) zurückgeleitet wird.14. A method for operating a heating and hot water preparation system with a water container, for example with a cistern (11), for storing hot water and a device preferably arranged on a roof (1, 2) for heating the water using the entire environmental energy, wherein A heat exchanger (47a, 47b) is preferably provided in the return line (7a, 7b) of the heated water coming from said device, through which water can be heated for various consumers such as heaters, heat pumps, baths and swimming pools, characterized in that the water tank, in particular the cistern (11) is initially filled with preferably rain water and this water is heated via a heat exchanger (18), in particular via a countercurrent heat exchanger, in which the cold brine or the like coming from a heat pump (24) is heated and in normal operation by means of a pump or the like (15), if necessary, periodically guided onto a roof (1, 2) and then finely distributed on this, the water heated on the roof skin (1, 2) being collected in a rain gutter (7a) and is returned to the water tank (11).
15. Verfahren zum Betrieb einer Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage nach Patentanspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass bei Gefahr des Einfrierens des Wassers , insbesondere bei Dachhauttemperaturen kleiner 1°C die Verteilerrohre (5,6) und die Zuleitungen (3, 4) entleert werden und durch den Wärmetauscher dem Zisternenwasser entzogen wird und in diesem Betriebszustand die Wärmekapazität des Zisternenwassers inklusive zumindest eines Teiles der Latentwärme desselben und bei in der Erde versenkt angeordneter Zisterne die durch die Erdwärme der Zisterne (11) zugeführte Wärme zur Erwärmung der Sole od. dgl. der Wärmepumpe (24) herangezogen wird.15. A method for operating a heating and hot water preparation system according to claim 14, characterized in that when there is a risk of freezing of the water, in particular at roof skin temperatures below 1 ° C, the distributor pipes (5,6) and the feed lines (3, 4) are emptied and through the heat exchanger is withdrawn from the cistern water and in this operating state the thermal capacity of the cistern water including at least part of the latent heat thereof and, when the cistern is sunk in the ground, the heat supplied by the geothermal energy of the cistern (11) for heating the brine or the like of the heat pump (24) is used.
16. Verfahren zum Betrieb einer Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlage nach Patentanspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass im Sommerbetrieb, insbes. bei abgeschalteter Wärmepumpe (24) die Förderpumpe (15) eingeschaltet wird, wobei das über die Dachhaut (1, 2) laufende, kühlere Zisternenwasser direkt und zusätzlich durch Verdunstung eine Kühlung des Daches (1, 2) bewirkt und bei im Erdreich versenkter Zisterne (11) durch das vergleichsweise warme Zisternenwasser das umgebende Erdreich erwärmt wird, welches zusätzlich Wärme im Wärmepumpenbetrieb teilweise zur Erwärmung des Zisternenwassers zur Verfügung steht. 16. A method for operating a heating and hot water preparation system according to claim 14 or 15, characterized in that in summer operation, in particular when the heat pump (24) is switched off, the feed pump (15) is switched on, the running over the roof skin (1, 2), cooler cistern water directly and additionally by evaporation cooling the roof (1, 2) and when the cistern (11) is buried in the ground, the comparatively warm cistern water heats up the surrounding soil, which is additionally available in heat pump mode to heat the cistern water ,
7. Verfahren zum Betrieb einer Heizungs- und / oder Warmwasserbereitungsanlage nach einem der Patentansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass über einen von Hand betätigbaren Schalter (36) bzw. über einen Schneesensor die Berieselung der Dachfläche einschaltbar ist, so dass bei Schneelage bzw. Schneefall gezielt der Abgang von Dachlawinen ausgelöst bzw. bei Schneefall der Schnee sofort abgetaut und das Dach (1, 2) damit von Schnee befreit wird. 7. The method for operating a heating and / or hot water preparation system according to one of the claims 14 to 16, characterized in that the sprinkling of the roof surface can be switched on via a manually operated switch (36) or via a snow sensor, so that when there is snow or Snowfall deliberately triggered the avalanche of roof avalanches or, in the event of snowfall, the snow is immediately defrosted and the roof (1, 2) is thus cleared of snow.
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