CH620284A5 - Method of heating a building and for water heating - Google Patents

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CH620284A5
CH620284A5 CH461877A CH461877A CH620284A5 CH 620284 A5 CH620284 A5 CH 620284A5 CH 461877 A CH461877 A CH 461877A CH 461877 A CH461877 A CH 461877A CH 620284 A5 CH620284 A5 CH 620284A5
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heating
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solar collector
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CH461877A
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Friedrich Dr Dipl Phys Scharf
Albin Dr Dipl Phys Kehl
Willi Kragl
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Bosch Gmbh Robert
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Abstract

The method uses fossil primary energy via an additional heating system (17), solar energy via a solar collector (12) and environmental heat via an air heat exchanger (13). These energy sources take over, individually or in combination, according to the quantity of energy arising, the heat supply. The method also makes use of a heat pump (16) and a heat accumulator (15), e.g. a latent-heat accumulator. The heat accumulator (15) is charged by the solar collector (12) when a surplus of solar energy is available, or when, in the case of incapacity of the solar collector (12) for direct heating, the heat requirement is covered by the heat pump (16), where appropriate together with the additional heating system (17). The additional heating system (17) which consumes the fossil primary energy is only switched in when the heat requirement cannot be covered by the solar energy, the environmental energy and the energy stored in the heat accumulator (15), where appropriate with interconnection of the heat pump (16). As a result, it is possible to limit the consumption of fossil energy. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen eines Gebäudes und zur Warmwasserbereitung. The invention relates to a method for heating a building and for heating water.

;o Üblicherweise werden Heizungsanlagen mittels fossiler Energie, also Öl, Kohle oder Gas betrieben. Die Energiekosten hierfür sind gross, d.h. die Wirtschaftlichkeit ist schlecht. Es ist auch bekannt, Heizungsanlagen mit Wärmepumpen zu betreiben, jedoch reicht deren Wärmebereitstellung bei sehr niedri-■!* gen Temperaturen nicht aus, so dass zusätzlich eine konventionelle Heizanlage notwendig ist. Auch hierdurch ergibt sich noch keine optimale wirtschaftliche und energiegünstige Wärmeversorgung. ; o Usually heating systems are operated using fossil fuels, i.e. oil, coal or gas. The energy costs for this are high, i.e. the economy is bad. It is also known to operate heating systems with heat pumps, but their heat supply at very low temperatures is not sufficient, so that a conventional heating system is also necessary. This also does not result in an optimal, economical and energy-efficient heat supply.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der ein-!» gangs erwähnten Art zu schaffen, wodurch es möglich wird, eine - Heizungsanlage ausserordentlich wirtschaftlich zu betreiben. It is an object of the invention to provide a method of one! » to create the type mentioned above, which makes it possible to operate a heating system extremely economically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Energiequellen die Sonnenenergie über einen Sonnenkollektor, die Umgebungswärme über einen Luft-Wärmetauscher und Î? fossile Energie über eine Zusatzheizung ausgenützt werden, und dass diese Energiequellen einzeln oder in Kombination, je nach Menge der anfallenden Energie, die Wärmeversorgung übernehmen, wobei auch ein Wärmespeicher und eine Wärmepumpe in den Heizprozess eingeschaltet sind. This object is achieved according to the invention in that the energy sources are the solar energy via a solar collector, the ambient heat via an air heat exchanger and Î? fossil energy can be used via an additional heater, and that these energy sources take over the heat supply individually or in combination, depending on the amount of energy, whereby a heat accumulator and a heat pump are also switched on in the heating process.

4» Auf diese Weise ist es möglich, vor allem die kostenlos vorhandenen Energiearten mit vertretbarem Geräteaufwand primär auszunützen und somit kostengünstig die notwendige Wärme zu liefern. 4 »In this way, it is possible to primarily utilize the free types of energy with reasonable equipment costs and thus to supply the necessary heat at low cost.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung 45 ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Particularly advantageous embodiments of the invention 45 result from the dependent claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in An embodiment of the invention is shown in the drawing. This shows in

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Gebäude mit Heizungsanlage; 1 shows a cross section through a building with a heating system.

?» Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1; ? » FIG. 2 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1;

Fig. 3 eine andere Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ; Fig. 3 shows another modification of the embodiment of Fig. 1;

Fig. 4 eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels ss nach Fig. 1 ; FIG. 4 shows a further modification of the exemplary embodiment SS according to FIG. 1;

Fig. 5 bis 7 einen in der Heizungsanlage vorgesehenen Wärmespeicher. 5 to 7 a heat accumulator provided in the heating system.

Auf dem Dach 10 des Gebäudes 11 ist ein üblicher Sonnen-M kollektor 12 angeordnet, während unter dem Dach im Dachboden ein Luft-Wärmetauscher 13 vorgesehen ist. Im Keller 14 befinden sich ein Flüssigkeits-Wärmespeicher 15, eine Wärmepumpe 16 bekannter Bauart, eine mit fossilen Brennstoffen betriebene Zusatzheizung 17 sowie ein Warmwasserboiler 18. 65 Im Gebäude selbst sind noch ein Radiator 19 und eine Dusche 20 zu erkennen. Sämtliche Geräte sind durch Wasserleitungen miteinander verbunden. So führt vom oberen Teil des Sonnenkollektors eine Leitung 21 über ein Ventil 22 zu einem Ventil On the roof 10 of the building 11, a conventional solar M collector 12 is arranged, while an air heat exchanger 13 is provided under the roof in the attic. In the basement 14 there is a liquid heat accumulator 15, a heat pump 16 of a known type, an additional heater 17 operated with fossil fuels and a hot water boiler 18. 65 A radiator 19 and a shower 20 can still be seen in the building itself. All devices are connected by water pipes. A line 21 leads from the upper part of the solar collector via a valve 22 to a valve

3 3rd

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23 im Keller 14. Vom Ventil 23 führt ein Leitungszweig 24 zu einem Ventil 25, von dem eine Leitung 26 zur Wärmepumpe 16 führt. Von der Wärmepumpe führt eine Leitung 27 zu einem Ventil 28, von diesem zum Ventil 25. Vom Ventil 28 führt eine Leitung 29 unmittelbar zu einem Ventil 30. In der Leitung 29 ist ? ein Ventil 31 angeordnet. Dieses wird umgangen von einer von der Leitung 29 ausgehenden Umgehungsleitung 32, welche durch die Zusatzheizung 17 führt und wieder in die Leitung 29 mündet. Vom Ventil 30 führt eine Leitung 33 zum oberen Teil des Radiators 19, während von dessem unteren Teil eine Lei- m tung 34 zum Wärmespeicher 15 führt. Sie ist dort an einen Wärmetauscher 35 angeschlossen, von dessen oberem Teil eine Leitung zum Ventil 23 führt. Im Wärmespeicher 15 ist ein zweiter Wärmetauscher 37 angeordnet, von dessen unterem Teil eine Leitung 38 zu einer Leitung 39 führt, während von i * seinem oberen Teil eine Leitung 40 zur Leitung 21 führt. In der Leitung 40 ist ein Ventil 41 angeordnet. Die Leitung 39 führt von der Leitung 34 zum unteren Teil des Sonnenkollektors 12. 23 in the basement 14. From the valve 23, a line branch 24 leads to a valve 25, from which a line 26 leads to the heat pump 16. A line 27 leads from the heat pump to a valve 28, from there to valve 25. From valve 28, a line 29 leads directly to a valve 30. In line 29 is? a valve 31 is arranged. This is bypassed by a bypass line 32 starting from the line 29, which leads through the additional heater 17 and flows back into the line 29. A line 33 leads from the valve 30 to the upper part of the radiator 19, while a line 34 leads from the lower part to the heat accumulator 15. There it is connected to a heat exchanger 35, from the upper part of which a line leads to the valve 23. In the heat accumulator 15, a second heat exchanger 37 is arranged, from the lower part of which a line 38 leads to a line 39, while from i * its upper part a line 40 leads to line 21. A valve 41 is arranged in line 40. The line 39 leads from the line 34 to the lower part of the solar collector 12.

Vom Ventil 22 geht eine Leitung 42 aus, welche durch den Luft-Wärmetauscher 13 führt, diesen durchdringt und dann in die Leitung 39 mündet. In der Leitung 21 ist kurz hinter dem Ventil 23 in ihrem im Keller liegenden Teil ein Ventil 43 angeordnet. Von der Leitung 34 verläuft eine Leitung 45 zum unteren Teil des Verdampfers 16' der Wärmepumpe, während vom unteren Teil des Kondensators 16" der Wärmepumpe eine -5 Leitung 46 ebenfalls zur Leitung 34 verläuft. Zwischen den Mündungsstellen der Leitungen 45, 46 in die Leitung 34 ist ein Ventil 47 angeordnet. Vom Ventil 30 führt eine Heizleistung 48 durch den Warmwasserboiler 18 und mündet in die Leitung 34. In den unteren Teil des Boilers 18 führt eine Kaltwasserleitung 50, während vom oberen Teil des Boilers eine Leitung 51 zur Dusche 20 führt. In den Leitungen sind noch diverse Pumpen angeordnet, die aber nicht weiter bezeichnet sind, da nicht erfindungswesentlich. A line 42 extends from the valve 22, which leads through the air heat exchanger 13, penetrates it and then opens into the line 39. A valve 43 is arranged in line 21, just behind the valve 23, in its part lying in the basement. A line 45 runs from the line 34 to the lower part of the evaporator 16 'of the heat pump, while a -5 line 46 also runs from the lower part of the condenser 16 "of the heat pump to the line 34. Between the mouths of the lines 45, 46 into the line A valve 47 is arranged 34. A heating output 48 leads from the valve 30 through the hot water boiler 18 and opens into the line 34. A cold water line 50 leads into the lower part of the boiler 18, while a line 51 leads to the shower 20 from the upper part of the boiler Various pumps are also arranged in the lines, but these are not designated further because they are not essential to the invention.

ìs ìs

Die oben beschriebenen Wasserleitungen sind mit einer Frostschutzmittel-Wasserlösung gefüllt. Die beschriebenen und dargestellten Ventile sind zweckmässigerweise Magnetventile, die von einem Regelgerät her elektrisch angesteuert werden. The water pipes described above are filled with an antifreeze water solution. The valves described and illustrated are expediently solenoid valves which are controlled electrically by a control device.

Der Heizbetrieb wird immer mit der jeweils günstigsten, d.h. billigsten Wärmeenergie durchgeführt. Sonnenenergie wird also über den Sonnenkollektor 12 so weit möglich zur Heizung benutzt bzw. über den Wärmetauscher 37 in den Wärmespeicher 15 eingespeist. Durch das Sonnenlicht wird im Kollektor das in der Leitung 39 im Pumpbetrieb aufsteigende kühle Wasser erhitzt und über die Leitung 21 sowie die Leitung 40 und das geöffnete Ventil 41 in den Wärmespeicher geleitet. Warmes bzw. heisses Wasser aus der Leitung 21 gelangt bei Benutzung des Kollektors für die Direktheizung über die Ventile 22, 23 und den Leitungszweig 24 sowie das Ventil 25, die Leitung 27 und die Ventile 28 und 31 in die Leitung 29 und von dort über das Ventil 30 zum Radiator 19. Von dort strömt es abgekühlt über die Leitung 34, das Ventil 47 und die Leitung 39 wieder zurück zum Kollektor. Wahlweise gelangt warmes Wasser vom Ventil 30 noch in den Warmwasserboiler 18 und heizt diesen auf. Daraus ist also zu erkennen, dass durch entsprechende Ventilstellungen der Radiator 19 oder die Warmwasseranlage versorgt werden und ausserdem der Wärmespeicher 15, Heating mode is always the cheapest, i.e. cheapest thermal energy performed. Solar energy is thus used for heating as far as possible via the solar collector 12 or fed into the heat accumulator 15 via the heat exchanger 37. The cool water rising in the line 39 in pumping mode is heated in the collector by the sunlight and conducted into the heat store via the line 21 as well as the line 40 and the opened valve 41. Warm or hot water from line 21 reaches when using the collector for direct heating via valves 22, 23 and line branch 24 as well as valve 25, line 27 and valves 28 and 31 into line 29 and from there via Valve 30 to the radiator 19. From there, it flows cooled down via line 34, valve 47 and line 39 back to the collector. Optionally, warm water from valve 30 still gets into the hot water boiler 18 and heats it up. From this it can be seen that the radiator 19 or the hot water system are supplied by appropriate valve positions and also the heat accumulator 15,

falls noch überschüssige Wärme zur Verfügung steht. Ist das nicht der Fall, so wird das Ventil 41 geschlossen. if there is still excess heat available. If this is not the case, the valve 41 is closed.

Ist die Sonneneinstrahlung zu gering, der Wärmespeicher 15 jedoch auf einem ausreichenden Temperaturniveau, so können die Raumheizung oder der Warmwasserboiler 18 durch enstpre-chendes Einstellen der Ventile direkt mit Wärme aus dem Wärmespeicher 15 versorgt werden. If the solar radiation is too low, but the heat accumulator 15 is at a sufficient temperature level, the room heating or the hot water boiler 18 can be supplied directly with heat from the heat accumulator 15 by adjusting the valves accordingly.

Bei Kollektor- bzw. Wärmespeichertemperaturen, die für eine zuletzt beschriebene Direktheizung nicht mehr ausreichen, wird die Wärmepumpe 16 eingeschaltet, wobei wieder alternativ der Boiler Î 8 oder der Radiator 19 mit Wärme versorgt werden. Der Wärmespeicher 15 wird als Wärmequelle für die Wärmepumpe 16 herangezogen, wenn seine Temperatur höher als die der Aussenluft ist. Wasser aus dem Wärmespeicher fliesst dann über die Leitungen 36, 26 zur Wärmepumpe 16 und wird vom Verdampfer 16' abgekühlt. Das über die Wärmepumpe aufgeheizte Wasser fliesst von deren Kondensator 16" über die Leitungen 27, 29 zum Radiator bzw. zum Warmwasserboiler, je nach Stellung der Ventile. Während des Wärmepumpenheizbe-triebs besteht die Möglichkeit, je nach Temperaturverhältnissen am Kollektor 12 und Wärmespeicher 15 Kollektorwärme in letzteren einzuspeisen. At collector or heat storage temperatures which are no longer sufficient for a direct heating described above, the heat pump 16 is switched on, with the boiler Î 8 or the radiator 19 being alternatively supplied with heat. The heat accumulator 15 is used as a heat source for the heat pump 16 when its temperature is higher than that of the outside air. Water from the heat store then flows via lines 36, 26 to the heat pump 16 and is cooled by the evaporator 16 '. The water heated by the heat pump flows from its condenser 16 "via lines 27, 29 to the radiator or to the hot water boiler, depending on the position of the valves. During heat pump heating operation, there is the possibility, depending on the temperature conditions at the collector 12 and heat accumulator 15, of collector heat feed into the latter.

Ist beim Betrieb mit Wärmepumpe die Temperatur der Aussenluft höher als die des Wärmespeichers 15, so wird der Luft-Wärmetauscher 13 in Betrieb genommen. Das aus dem Tauscher 13 austretende Wasser fliesst dann von der Leitung 42 zur Wärmepumpe, die dann die Wärmeversorgung übernimmt. Der Wärmespeicher 15 kann bei diesen Temperaturverhältnissen unabhängig davon, ob die Wärmepumpe eingeschaltet ist oder nicht, gegebenenfalls noch aufgeladen werden. If the temperature of the outside air is higher than that of the heat accumulator 15 when operating with a heat pump, the air heat exchanger 13 is put into operation. The water emerging from the exchanger 13 then flows from the line 42 to the heat pump, which then takes over the heat supply. The heat accumulator 15 can be charged at these temperature conditions regardless of whether the heat pump is switched on or not.

Die Zusatzheizung 17 wird hinzugeschaltet, wenn die Heizleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, den vollen Wärmebedarf zu decken. The additional heater 17 is switched on when the heat output of the heat pump is not sufficient to cover the full heat requirement.

Verlangt das Elektrizitätsversorgungsunternehmen über Rundsteuerbefehl eine Abschaltung der Wärmepumpe oder wird bei extrem niedrigen Aussentemperaturen und vollständig vereistem Wärmespeicher ein Wärmepumpenbetrieb unwirtschaftlich, so ist die Deckung des Wärmebedarfs ausschliesslich durch die Zusatzheizung 17 vorgesehen. Eine Aufladung des Wärmespeichers durch den Sonnenkollektor oder Luft-Wärme-tauscher 13 ist gegebenenfalls möglich. If the electricity supply company requests a shutdown of the heat pump via ripple control command or if heat pump operation becomes uneconomical at extremely low outside temperatures and completely iced-up heat storage, then the heating requirement is covered exclusively by the additional heater 17. A charging of the heat accumulator by the solar collector or air-heat exchanger 13 is possibly possible.

Bei Vereisung des Luft-Wärmetauschers 13 ist eine Abtauphase vorgesehen, bei der warmes Wasser aus dem Heizungssystem direkt durch den Luft-Wärmetauscher gepumpt wird. Die Zusatzheizung kann dabei eventuelle Temperatursenkungen im Heizungskreis ausgleichen. If the air heat exchanger 13 is iced up, a defrost phase is provided in which warm water is pumped directly out of the heating system through the air heat exchanger. The additional heater can compensate for any temperature drops in the heating circuit.

In der vorgeschlagenen Anlage zirkuliert Frostschutzmittellösung durch den gesamten Kreislauf einschliesslich der Radiatoren. Wird als Speichermedium des Wärmespeichers 15 nicht auch dieselbe Frostschutzmittellösung verwendet, so sind die beiden dargestellten Wärmetauscher 35, 37 erforderlich, sonst nicht. In the proposed system, antifreeze solution circulates through the entire circuit including the radiators. If the same antifreeze solution is not also used as the storage medium of the heat accumulator 15, the two heat exchangers 35, 37 shown are required, otherwise not.

Das Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen dadurch, dass zwischen Kollektorkreislauf und Heizungskreislauf ein zusätzlicher Wärmetauscher 52 vorgesehen ist. Das hat den Vorteil, dass nur der Kollektorkreislauf mit Frostschutzmittellösung gefüllt sein muss, während der Heizungskreislauf normales Wasser enthalten kann. Der Wärmetauscher 16' der Wärmepumpe 16 ist nun über eine Leitung 45' und eine Leitung 26' an die eine Rohrschlange 52' des Wärmetauschers 52 angeschlossen, während der andere Wärmetauscher 16" der Wärmepumpe 16 über eine Leitung 27' und eine Leitung 46' an die andere Rohrschlange 52" des Wärmetauschers 52 angeschlossen ist. The exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from the one described above in that an additional heat exchanger 52 is provided between the collector circuit and the heating circuit. This has the advantage that only the collector circuit has to be filled with antifreeze solution, while the heating circuit can contain normal water. The heat exchanger 16 'of the heat pump 16 is now connected via a line 45' and a line 26 'to a coil 52' of the heat exchanger 52, while the other heat exchanger 16 '' of the heat pump 16 is connected via a line 27 'and a line 46' the other coil 52 "of the heat exchanger 52 is connected.

Mit dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 3 ist ein gleichzeitiger Betrieb von Direktheizung (Wärmequelle sind Sonnenkollektor oder Wärmespeicher) und Wärmepumpe (Wärmequellen sind der Wärmespeicher oder der Luft-Wärmetauscher) möglich. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen nach der Fig. 1 dadurch, dass die Wasserleitungen des Luft-Wärmetauschers 13 nicht an diejenigen des Sonnenkollektors 12 angeschlossen sind. Gleiche Teile wie im Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 sind mit denselben Ziffern bezeichnet. Vom Sonnenkollektor 12 verläuft eine Leitung 53 zum Kondensator 16" der Wärmepumpe 16 und mündet in eine Leitung 53', die zum Warmwasserboiler 18 führt, oder in eine Leitung 54, die zum Radiator 19 führt. Eine weitere Leitung 55 With the exemplary embodiment according to FIG. 3, simultaneous operation of direct heating (heat source is solar collector or heat accumulator) and heat pump (heat sources are the heat accumulator or the air heat exchanger) is possible. This embodiment differs from that according to FIG. 1 in that the water lines of the air heat exchanger 13 are not connected to those of the solar collector 12. The same parts as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 are designated by the same numbers. A line 53 runs from the solar collector 12 to the condenser 16 ″ of the heat pump 16 and opens into a line 53 ′, which leads to the hot water boiler 18, or into a line 54, which leads to the radiator 19. Another line 55

620 284 620 284

4 4th

führt vom unteren Teil des Sonnenkollektors ebenfalls zum Radiator, wobei die Leitung 53' ebenfalls an die Leitung 55 angeschlossen ist. leads from the lower part of the solar collector to the radiator, the line 53 'is also connected to the line 55.

Vom Wärmetauscher 13 führt eine Leitung 56 zum Wärmespeicher 15, während ein Leitungszweig 55' zum Verdampfer 16' der Wärmepumpe 16 führt. Weiterhin führt vom Luft-Wärmetauscher 13 eine Leitung 57 zu einer Leitung 58, die ebenfalls einerseits mit dem Wärmespeicher 15 in Verbindung steht, andererseits dem Verdampfer 16' der Wärmepumpe. A line 56 leads from the heat exchanger 13 to the heat accumulator 15, while a line branch 55 ′ leads to the evaporator 16 ′ of the heat pump 16. Furthermore, a line 57 leads from the air heat exchanger 13 to a line 58 which is likewise connected on the one hand to the heat accumulator 15 and on the other hand to the evaporator 16 'of the heat pump.

Mit dieser Ausführungsform wird erreicht, dass die Direktheizung einen möglichst grossen Teil der Wärmegrundlast deckt und die Wärmepumpe also nur noch die zusätzlich erforderliche Wärme liefert. Damit ergibt sich gewissermassen ein Parallelbetrieb von Direktheizung und Wärmepumpe. Auf diese Weise verbraucht die Wärmepumpe weniger elektrische Antriebsenergie als beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 1. With this embodiment it is achieved that the direct heating covers as large a part of the basic heat load as possible and the heat pump therefore only supplies the additionally required heat. To a certain extent, this results in parallel operation of the direct heating and the heat pump. In this way, the heat pump consumes less electrical drive energy than in the exemplary embodiment according to FIG. 1.

Durch die getrennten Leitungssysteme von Sonnenkollekotr und Luft-Wärmetauscher ist ein gleichzeitiger Betrieb von Direktheizung und Wärmepumpe möglich. Die Wärmequelle für die Direktheizung kann sein: der Sonnenkollektor und für die Direktheizung kann sein: der Sonnenkollktor und der Wärmespeicher, während die Wärmequelle für die Wärmepumpe der Wärmespeicher ist oder der Luft-Wärmetauscher. Es ergeben sich folgende Kombinationsmöglichkeiten: Direktheizung mit Sonnenkollektor; Wärmepumpenbetrieb mit Wärmespeicher als Wärmequelle; Sonnenkollektor-Direktheizung und Wärmepumpenbetrieb mit Luft als Wärmequelle; Wärmespeicher Direktheizung und Wärmepumpenbetrieb mit Wärmequelle Luft. The separate pipe systems of the solar collector and air heat exchanger allow simultaneous operation of the direct heating and heat pump. The heat source for direct heating can be: the solar collector and for direct heating can be: the solar collector and the heat accumulator, while the heat source for the heat pump is the heat accumulator or the air heat exchanger. The following combinations are possible: direct heating with solar collector; Heat pump operation with heat storage as a heat source; Direct solar collector heating and heat pump operation with air as the heat source; Heat storage direct heating and heat pump operation with heat source air.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 besitzt im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wiederum einen zusätzlichen Wärmetauscher 52. Damit wird dasselbe erreicht wie beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2, nämlich den Heizungskreislauf mit normalem Wasser zu füllen, den Kollektorkreislauf mit Frostschutzmittellösung. In contrast to the exemplary embodiment in FIG. 3, the exemplary embodiment according to FIG. 4 in turn has an additional heat exchanger 52. This achieves the same as in the exemplary embodiment according to FIG. 2, namely to fill the heating circuit with normal water, the collector circuit with antifreeze solution.

Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 5 bis 7 zeigen den als Latentwärmespeicher ausgebildeten Wärmespeicher 15. Er besteht aus einem offenen oder geschlossenen Gefäss 60, das mit einem Wärmeträgermedium 61, vorzugsweise Wasser- oder Frostschutzmittellösung, gefüllt ist. Das Medium fliesst über ein Eingangsrohr 62 zu einer doppelwandigen Platte 63, die eine grössere Anzahl von Löchern 64 besitzt, dann in das Innere des Gefässes und durch dieses hindurch zu einer zweiten doppelwandigen Platte 65 mit Löchern 66 und verlässt diese Platte über ein Abflussrohr 67. Auf diese Weise fliesst das Medium gleichmässig verteilt durch das Gefäss hindurch. Dabei ist darauf zu achten, dass die natürliche Wärmeschichtung in der Flüssigkeit (unterer Teil kälter, oberer Teil wärmer) nicht gestört wird. The exemplary embodiments according to FIGS. 5 to 7 show the heat store 15 designed as a latent heat store. It consists of an open or closed vessel 60 which is filled with a heat transfer medium 61, preferably water or antifreeze solution. The medium flows through an inlet pipe 62 to a double-walled plate 63, which has a larger number of holes 64, then into the interior of the vessel and through it to a second double-walled plate 65 with holes 66 and leaves this plate via a drain pipe 67. In this way the medium flows evenly through the vessel. It is important to ensure that the natural heat stratification in the liquid (lower part colder, upper part warmer) is not disturbed.

Das Speichermedium 68 - vorzugsweise Salzhydrate oder Wasser - wird in vielem kleine verschweisste Folienschläuche 69 oder andere dehnungsfähige Behälter abgefüllt und in das The storage medium 68 - preferably salt hydrates or water - is filled into a lot of small welded film tubes 69 or other expandable containers and into the

Wärmeträgermedium 61 hineingehängt, oder es schwimmt aufgrund des Dichteunterschieds selbst oder kann durch einen am Boden befestigten Faden 70 in Position gehalten werden. Als Wärmeträgermedium kann Wasser oder eine Frostschutzmittel-s lösung dienen, in den Beuteln kann sich dann auch Wasser bzw. Eis befinden. Heat transfer medium 61 hung in, or it floats itself due to the difference in density or can be held in position by a thread 70 attached to the bottom. Water or an antifreeze solution can be used as the heat transfer medium, and the bags can also contain water or ice.

Normales bzw. leicht verschmutztes Wasser als Speichermedium neigt bei Erstarren nicht zu Unterkühlung. Anders bei den Salzhydraten (Natriumazetat, Natriumthiosulfat oder andere). Hierzu müssen im geschlossenen Gefäss Impfkristalle vorhanden sein, damit der Kristallisationsprozess bei der Umwandlungstemperatur eingeleitet wird. Das Salzhydrat 68' (siehe Fig. 7) wird daher in einen Plastikbeutel 69' oder ähnliches gefüllt, an dem sich an einer Seite ein dünner, schlauchartiger Fortsatz 71 befindet, der mit kristallisierter Speichermasse 68' gefüllt ist. Die Beutel mit dem Schlauchfortsatz können zum Beispiel durch Folienschweissen leicht erzeugt werden. Die Beutel werden so angebracht, dass sich die Enden 73 der Schlauchfortsätze ständig in einer Umgebung befinden, die kälter als die Umwandlungstemperatur der Speichermasse ist. Das Speichermedium im Beutel kann dann durch Aufschmelzen geladen werden, ohne dass sich die kristallisierte Substanz im Schlauchfortsatz verändert. Bei der Entladung bzw. Abkühlung des Beutels wirkt der kristallisierte Rest der Substanz im Schlauch-fortsatz als Impfkristall. Normal or slightly polluted water as a storage medium does not tend to hypothermia when it solidifies. Not so with the salt hydrates (sodium acetate, sodium thiosulfate or others). For this purpose, seed crystals must be present in the closed vessel so that the crystallization process is initiated at the transition temperature. The salt hydrate 68 '(see FIG. 7) is therefore filled into a plastic bag 69' or the like, on which there is a thin, tubular extension 71 on one side, which is filled with crystallized storage mass 68 '. The bags with the tubular extension can be easily produced, for example, by welding the foil. The bags are attached so that the ends 73 of the tube extensions are always in an environment that is colder than the transition temperature of the storage mass. The storage medium in the bag can then be loaded by melting without the crystallized substance changing in the tube extension. When the bag is unloaded or cooled, the crystallized rest of the substance in the tube continues to act as a seed crystal.

Die Beutel oder Gefässe werden entsprechend Fig. 6 in den Speicherbehälter hineingehängt. Die Schlauchfortsätze 71 führen alle durch eine im Gefäss zusätzlich angeordnete Wärmeisolationsschicht 72 des Gefässes 60' hindurch und befinden sich 1,1 zum Beispiel auf Zimmertemperatur. Die Beutel 68 sollten so in das Gefäss hineingehängt werden, dass sich der Schlauchfortsatz beim Entladen des Gefässes auf der jeweils kälteren Seite befindet. The bags or receptacles are hung into the storage container according to FIG. 6. The tube extensions 71 all lead through a heat insulation layer 72 of the vessel 60 'additionally arranged in the vessel and are located 1, 1 at room temperature, for example. The bags 68 should be hung into the vessel in such a way that the tube extension is on the colder side when the vessel is unloaded.

Der Wärmespeicher wird geladen, indem man durch das 15 Rohr 62 erwärmtes Wärmeträgermedium zuführt und durch das Rohr 67 das abgekühlte abführt. Das Gefäss wird entladen, wenn man durch das Rohr 67 kaltes Wärmeträgermedium zuführt und das erwärmte am Rohr 62 abführt. The heat accumulator is charged by supplying heated heat transfer medium through the pipe 62 and removing the cooled one through the pipe 67. The vessel is discharged when cold heat transfer medium is fed through the pipe 67 and the heated one is discharged through the pipe 62.

Da die Speichersubstanzen von Latentwärmespeichern im 4,1 kristallisierten Zustand nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, sind insbesondere für den Entladezyklus relativ grosse Wärmetauscherflächen erforderlich. Bei üblichen Wärmetauschern aus Metall wird dadurch das Gewichts- sowie das Volumenverhältnis von Wärmetauscher zu Speichermasse relativ 45 ungünstig. Beim vorgeschlagenen Wärmespeicher wirkt die gesamte umspülte Oberfläche der Plastikbeutel oder Schläuche als wirksame Wärmetauscherfläche. Die Wärmetauscherkosten reduzieren sich. Korrosionsprobleme treten, insbesondere bei den aggresiven Salzhydraten, nicht auf. Die Volumenänderung 50 bei der Erstarrung kann durch die Beweglichkeit der Beutel untereinander leicht ausgeglichen werden, ohne dass es zu einem Bersten der Tanks kommt. Since the storage substances of latent heat storage in the 4.1 crystallized state have only a low thermal conductivity, relatively large heat exchanger surfaces are required, in particular for the discharge cycle. In conventional metal heat exchangers, the weight and volume ratio of heat exchanger to storage mass is relatively unfavorable. In the case of the proposed heat accumulator, the entire surface of the plastic bags or hoses that has been washed around acts as an effective heat exchanger surface. The heat exchanger costs are reduced. Corrosion problems do not occur, especially with the aggressive salt hydrates. The volume change 50 during solidification can be easily compensated for by the mobility of the bags among one another without the tanks bursting.

C C.

5 Blatt Zeichnungen 5 sheets of drawings

Claims (15)

620 284 PATENTANSPRÜCHE620 284 PATENT CLAIMS 1. Verfahren zum Beheizen eines Gebäudes und zur Warmwasserbereitung, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiequellen die Sonnenenergie über einen Sonnenkollektor ( 12), die Umgebungswärme über einen Luft-Wärmetauscher (13) und fossile Energie über eine Zusatzheizung (17) ausgenützt werden, und dass diese Energiequellen einzeln oder in Kombination, je nach Menge der anfallenden Energie, die Wärmeversorgung übernehmen, wobei auch ein Wärmespeicher (15) und eine Wärmepumpe (16) in den Heizprozess eingeschaltet werden. 1. A method for heating a building and for hot water preparation, characterized in that the energy sources are the solar energy via a solar collector (12), the ambient heat via an air heat exchanger (13) and fossil energy via an additional heater (17), and that these energy sources individually or in combination, depending on the amount of energy generated, take over the heat supply, a heat accumulator (15) and a heat pump (16) also being switched on in the heating process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (12) derart vorrangig gegenüber den beiden anderen Energiequellen (13, 17) geschaltet wird, dass er bei ausreichender Sonneneinstrahlung unmittelbar die Warmwasserbereitung oder die Beheizung besorgt und bei Energieüberangebot zusätzlich den Wärmespeicher (15) auflädt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the solar collector (12) is switched in priority over the two other energy sources (13, 17) in such a way that it provides hot water preparation or heating if there is sufficient solar radiation and, if there is an excess of energy, the heat store ( 15) charges. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Sonnenkollektor aufgeheizte Wärmespeicher (15) die gesamte Wärmeversorgung übernimmt. 3. The method according to claim 1, characterized in that the heat accumulator (15) heated by the solar collector takes over the entire heat supply. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (16) vom Wärmespeicher (15) mit Wärme beliefert wird, wenn dessen Temperatur höher ist als die Temperatur der Aussenluft, und wenn eine unmittelbare Wärmeversorgung durch den Sonnenkollektor oder den Speicher nicht mehr möglich ist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heat pump (16) from the heat accumulator (15) is supplied with heat when its temperature is higher than the temperature of the outside air, and when a direct heat supply by the solar collector or the memory is no longer possible. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe über den Luft-Wärme-tauscher (13) der Aussenluft Wärme entzieht und auf diese Weise die Wärmeversorgung übernimmt, wenn die Temperatur der Aussenluft höher ist als die des Wärmespeichers, und Direktheizung mit Kollektor oder Speicher ausscheidet. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the heat pump via the air-heat exchanger (13) extracts heat from the outside air and in this way takes over the heat supply when the temperature of the outside air is higher than that of the heat accumulator , and direct heating with collector or storage. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeversorgung von der Zusatzheizung (17) übernommen wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the heat supply is taken over by the additional heater (17). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzheizung nur dann zugeschaltet wird, wenn die Heizleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, um den vollen Wärmebedarf zu decken. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the additional heating is only switched on when the heat output of the heat pump is not sufficient to cover the full heat requirement. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs mit der Wärmepumpe und/oder der Zusatzheizung der Wärmespeicher (15) bei Sonneneinstrahlung vom Sonnenkollektor (12) beheizt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that during operation with the heat pump and / or the additional heating of the heat accumulator (15) is heated by the solar collector (12) in the event of solar radiation. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vereisung des Luft-Wärmetauschers (13) warmes Wasser aus dem Heizungssystem durch den Wärmetauscher gepumpt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that when the air heat exchanger (13) freezes, warm water is pumped out of the heating system through the heat exchanger. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Direktheizung und eine Wärmepumpenheizung gleichzeitig erfolgen, wobei für die Direktheizung der Sonnenkollektor oder der Wärmespeicher als Wärmequelle dienen und für die Wärmepumpe der Wärmespeicher und der Luft-Wärmetauscher die Wärmequellen bilden. 10. The method according to claim 1, characterized in that a direct heating and a heat pump heating take place simultaneously, with the solar collector or the heat accumulator serving as a heat source for the direct heating and the heat sources for the heat pump and the air heat exchanger forming the heat sources. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeicher (15) ein Latentwärmespeicher, insbesondere ein Eisspeicher oder ein Salzhydratspeicher, verwendet wird. 11. The method according to claim 1, characterized in that a latent heat store, in particular an ice store or a salt hydrate store, is used as the heat store (15). 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmespeicher ein offenes oder geschlossenes Gefäss 12. The method according to claim 11, characterized in that an open or closed vessel as the heat store (60) verwendet wird, durch welches ein Wärmeträgermedium (60) is used, through which a heat transfer medium (61), insbesondere Wasser oder Frostschutzmittellösung, über in doppelwandigen Platten (63, 65) ausgebildete Löcher (64, 66) hindurchgeführt wird, und dass das Speichermedium (68), insbesondere Salzhydrat oder Wasser, in einer grösseren Anzahl geschlossener, beutelartiger Behälter (69) im Wärmeträgermedium angeordnet wird. (61), in particular water or antifreeze solution, is passed through holes (64, 66) formed in double-walled plates (63, 65), and that the storage medium (68), in particular salt hydrate or water, in a large number of closed, bag-like containers ( 69) is arranged in the heat transfer medium. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als beutelartige Behälter (69) verschweisste Folienschläuche oder andere dehnungsfähige Behälter verwendet, in das Wärmeträgermedium (61 ) hineingehängt und durch am Boden s des Gefässes befestigte Fäden in Position gehalten werden. 13. The method according to claim 12, characterized in that as a bag-like container (69) welded film tubes or other expandable containers used, hung in the heat transfer medium (61) and held in place by threads attached to the bottom s of the vessel. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Folienbeutel mit einem dünnen, schlauchartigen Fortsatz (71) verwendet werden, der mit demselben kristallisierten Speichermedium, z.B. Salzhydrat, gefüllt ist, wie der Beutel. 14. The method according to claim 13, characterized in that foil bags with a thin, tubular extension (71) are used, which with the same crystallized storage medium, e.g. Salt hydrate is filled like the sachet. mm 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbeutel derart in das Gefäss (60) hineingehängt werden, dass sich die schlauchartigen Fortsätze (71 ) ständig in einer Umgebung befinden, die kälter als die Umwandlungstemperatur des Speichermediums ist. 15. The method according to claim 14, characterized in that the film bags are hung into the vessel (60) in such a way that the tubular extensions (71) are constantly in an environment which is colder than the transition temperature of the storage medium.
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