DE10229224A1

DE10229224A1 - Wärmespeicher für Heizungen

Info

Publication number: DE10229224A1
Application number: DE2002129224
Authority: DE
Original assignee: ELKA AG; ELKA AG ROTKREUZ
Current assignee: ELKA AG; ELKA AG ROTKREUZ
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für Heizungen, mit einem Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse (12, 14, 20) für eine Heizquelle sowie Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse (16, 18) für einen Heizkreis aufweisenden Kessel (10). Um die Effizienz des Speichers gegenüber herkömmlichen Speichern erheblich zu verbessern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass ein erster und ein zweiter Vorlaufanschluß (12, 14) für die Heizquelle vorgesehen ist, wobei der erste Vorlaufanschluß (12) für Vorlauftemperaturen oberhalb einer vorgebbaren Temperatur und der zweite Vorlaufanschluß (14) für Vorlauftemperaturen unterhalb der vorgebbaren Temperatur bestimmt ist, und wobei der erste Vorlaufanschluß (12) in den oberen und der zweite Vorlaufanschluß (14) in den unteren Kesselbereich mündet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für Heizungen, mit einem Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse für eine Heizquelle sowie Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse für einen Heizkreis aufweisenden Kessel.
Bei herkömmlichen Speichern dieser Art kommt es durch das ein- und ausströmende warme und kalte Wasser zu einer Durchmischung des Wasservorrats, so dass sich eine annähernd konstante Mischtemperatur mit einer gleichförmigen Verteilung über das Kesselvolumen ergibt. Die Wärmeausnutzung ist hierdurch nicht optimal, da im Teillastbetrieb nur ein Teilvolumen des Gesamtvorrats genutzt wird und das übrige Volumen eine unnötig hohe Temperatur aufweist.
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Wärmespeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine verbesserte Wärmenutzung erreicht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung sind ein erster und ein zweiter Vorlaufanschluß für die Heizquelle vorgesehen, wobei der erste Vorlaufanschluß für Vorlauftemperaturen oberhalb einer vorgebbaren Temperatur, vorzugsweise etwa 50 °C, und der zweite Vorlaufanschluß für Vorlauftemperaturen unterhalb dieser Temperatur bestimmt ist, und wobei der erste Vorlaufanschluß in den oberen und der zweite Vorlaufanschluß in den unteren Kesselbereich mündet. Hierdurch wird ein Schichtspeicher geschaffen, bei dem vergleichsweise warmes von der Heizquelle kommendes Wasser in den oberen Kesselbereich geleitet wird und dort auf Grund der geringeren Dichte verbleibt, während kühleres Wasser in den unteren Kesselbereich geleitet wird und dort auf Grund der höheren Dichte verbleibt. Die Umschaltung von dem einen auf den anderen Vorlaufanschluß erfolgt durch ein temperaturgesteuertes Umschaltventil außerhalb des Kessels. Der Vorlaufanschluß des Heizkreises ist zweckmäßig im oberen Kesselbereich, also dort wo die größere Wärmemenge gespeichert ist, angeordnet, während der Rücklauf des Heizkreises in den unteren Kesselbereich erfolgt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist im oberen Kesselbereich ein vorzugsweise plattenförmiger erster Trennkörper angeordnet, der das Kesselvolumen in einen oberen Zulaufraum mit geringem Volumen und einen Speicherraum mit großem Volumen unterteilt, wobei der erste Vorlaufanschluß der Heizquelle in den oberen Zulaufraum mündet und wobei der obere Zulaufraum durch einen oder mehrere Durchtrittsspalte mit dem Speicherraum kommuniziert. Der oder die Spalte sind so dimensioniert, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Vorlaufwassers durch sie weniger als 0,2 m/s, vorzugsweise weniger als 0,15 m/s beträgt. Hierdurch werden Verwirbelungen beim Einströmen des Wassers in den Speicherraum des Kessels weitestgehend verhindert, so dass sichergestellt ist, dass das einströmende Heißwasser im oberen Kesselbereich verbleibt und nicht mit kühleren, tieferen Schichten vermischt wird.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist im unteren Kesselbereich ein vorzugsweise plattenförmiger zweiter Trennkörper angeordnet, der das Kesselvolumen in einen unteren Zulaufraum mit geringem Volumen und einen Speicherraum mit großem Volumen unterteilt, wobei der zweite Vorlaufanschluß in den unteren Zulaufraum mündet und über einen sich bis in den oberen Kesselbereich durch den Speicherraum erstreckenden, eine Vielzahl von Austrittsöffnungen aufweisenden Rohrkörper mit dem Speicherraum kommuniziert. Im Gegensatz zu dem ersten Trennkörper ist hier kein Durchtrittsspalt zum Speicherraum vorhanden. Vielmehr wird das einströmende, vergleichsweise kühle Vorlaufwasser durch den vertikal an den Trennkörper anschließenden Rohrkörper geleitet, der sich bis zum oberen Trennkörper erstreckt und dort abschließt. Durch die vielen Austrittsöffnungen in dem Rohrkörper kann das einströmende Wasser in genau den Bereich des Speicherraums austreten, der die gleiche Temperatur wie das Zulaufwasser aufweist. Das Strömungsverhalten kann zusätzlich dadurch verbessert werden, dass die Austrittsöffnungen des Rohrkörpers durch die Rohrwandung gebildete, lamellenartige Leitbleche aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung kann in dem Kessel mindestens ein Wärmesensor angeordnet sein, vorzugsweise sind jedoch drei Wärmesensoren vorgesehen, jeweils einer im oberen, mittleren und unteren Kesselbereich. Die Sensoren erfassen die jeweiligen Umgebungstemperaturen und dienen unter anderem zur Steuerung der Heizquelle. Der oder die Wärmesensoren sind bevorzugt als an einen EIB (Europäischer Installations Bus) anschließbare Wärmefühlerstäbe ausgebildet und können damit in einen Steuer- und Regelkreis für weitere Haustechnik eingebunden werden.
In dem Kessel kann eine elektrische Zusatzheizung angeordnet sein, die einen zusätzlichen Wärmebedarf, beispielsweise bei der Verwendung von thermischen Solarkollektoren als Heizquelle, abdeckt und eine bisherige Öl- oder Gasbefeuerung ersetzt.
Der Kessel kann zur Isolierung und damit besseren Energieausnutzung eine erste, außen an den Kesselbehälter anschließende Isolierschicht aus einem PU-Hartschaum mit einer Schichtdicke von 80–100 mm und einer Wärmeleitzahl λ von etwa 0,025 W/m³K sowie eine zweite, außen liegende Isolierschicht aus einem PU-Weichschaum mit einer Schichtdicke von 70–90 mm und einer Wärmeleitzahl λ von etwa 0,040 W/m³K aufweisen.
Zur Brauchwassererwärmung kann dem Wärmespeicher ein Durchlauferhitzer in Form eines Plattenwärmetauschers nachgeordnet werden. Damit wird warmes Trinkwasser erst dann bereitet, wenn es tatsächlich benötigt wird. Durch den Wegfall der Warmbevorratung entfällt auch die Notwendigkeit, sich in herkömmlichen Vorratsboilern bildenden Bakterien regelmäßig abzutöten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch den Kessel des Wärmespeichers ohne die äußeren Isolierschichten.
Der in 1 schematisch dargestellte Wärmespeicher besteht im wesentlichen aus einem etwa 750 Liter fassenden Kessel 10 mit einem ersten und zweiten Vorlaufanschluß 12, 14 für eine Heizquelle. Der erste Vorlaufanschluß 12 ist für Vorlauftemperaturen von mehr als etwa 50 °C und der zweite Vorlaufanschluß 14 für Vorlauftemperaturen von weniger als etwa 50 °C bestimmt. Der erste Vorlaufanschluß 12 mündet in den oberen während der zweite Vorlaufanschluß 14 in den unteren Bereich des Kessels 10 mündet. Der Vorlaufanschluß 16 eines Heizkreises ist zweckmäßig im oberen Kesselbereich, also dort wo die größere Wärmemenge gespeichert ist, angeordnet, während der Rücklauf 18 des Heizkreises in den unteren Kesselbereich erfolgt. Der Rücklauf 20 zur Heizquelle ist ebenfalls an den unteren Bereich des Kessels 10 angeschlossen.
Im oberen Kesselbereich ist ein plattenförmiger erster Trennkörper 22 angeordnet, der das Kesselvolumen in einen oberen Zulaufraum 24 mit geringem Volumen und einen Speicherraum 26 mit großem Volumen unterteilt, wobei der erste Vorlaufanschluß 12 der Heizquelle in den oberen Zulaufraum 24 mündet und wobei der obere Zulaufraum 24 durch einen oder mehrere Durchtrittsspalte 28 mit dem Speicherraum 26 kommuniziert. Der oder die Spalte 28 sind so dimensioniert, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Vorlaufwassers durch sie weniger als 0,15 m/s beträgt. Hierdurch werden Verwirbelungen beim Einströmen des Wassers in den Speicherraum 26 des Kessels 10 weitestgehend verhindert, so dass sichergestellt ist, dass das einströmende heiße Wasser im oberen Kesselbereich verbleibt und nicht mit kühleren, tieferen Schichten vermischt wird.
Im unteren Kesselbereich ist ein plattenförmiger zweiter Trennkörper 30 angeordnet, der vom Kesselvolumen weiter einen unteren Zulaufraum 32 mit geringem Volumen abtrennt, wobei der zweite Vorlaufanschluß 14 in den unteren Zulaufraum 32 mündet. Der Zulaufraum 32 kommuniziert über einen sich bis in den oberen Kesselbereich durch den Speicherraum 26 erstreckenden, eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 34 aufweisenden Rohrkörper 36 mit dem Speicherraum 26. Im Gegensatz zu dem ersten Trennkörper 22 ist hier kein Durchtrittsspalt zum Speicherraum 26 vorhanden. Vielmehr wird das einströmende, vergleichsweise kühle Vorlaufwasser durch den vertikal an den Trennkörper 30 anschließenden Rohrkörper 36 geleitet, der sich bis zum oberen Trennkörper 22 erstreckt und dort abschließt. Durch die vielen Austrittsöffnungen 34 in dem Rohrkörper 36 kann das einströmende Wasser in genau den Bereich des Speicherraums 26 austreten, der die gleiche Temperatur wie das Zulaufwasser aufweist. Das Strömungsverhalten kann zusätzlich dadurch verbessert werden, dass die Austrittsöffnungen des Rohrkörpers durch die Rohrwandung gebildete, lamellenartige Leitbleche 38 aufweisen.
Im oberen, mittleren und unteren Kesselbereich ist jeweils ein Wärmefühlerstab 40 vorgesehen, der die jeweilige Umgebungstemperatur eerfaßt und unter anderem zur Steuerung der Heizquelle dient. Die Wärmefühlerstäbe 40 sind bevorzugt als an einen EIB (Europäischer Installations Bus) anschließbare Wärmefühlerstäbe ausgebildet und können damit in einen Steuer- und Regelkreis für weitere Haustechnik eingebunden werden.
In dem Kessel ist weiterhin eine elektrische Zusatzheizung 42 mit einer Heizleistung von etwa 6 kW angeordnet, die einen zusätzlichen Wärmebedarf, beispielsweise bei der Verwendung von thermischen Solarkollektoren als Heizquelle, abdeckt und eine bisherige Öl- oder Gasbefeuerung ersetzt.
Mit diesen Merkmalen wird ein in höchstem Maße effizienter Schichtspeicher geschaffen, bei dem vergleichsweise warmes von der Heizquelle kommendes Wasser in den oberen Kesselbereich geleitet wird und dort auf Grund der geringeren Dichte verbleibt, während kühleres Wasser in den mittleren bis unteren Kesselbereich geleitet wird. Die Umschaltung von dem einen auf den anderen Vorlaufanschluß erfolgt durch ein temperaturgesteuertes Umschaltventil außerhalb des Kessels.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für Heizungen, mit einem Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse 12, 14, 20 für eine Heizquelle sowie Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse 16, 18 für einen Heizkreis aufweisenden Kessel 10. Um die Effizienz des Speichers gegenüber herkömmlichen Speichern erheblich zu verbessern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass ein erster und ein zweiter Vorlaufanschluß 12, 14 für die Heizquelle vorgesehen ist, wobei der erste Vorlaufanschluß 12 für Vorlauftemperaturen von mehr als 45–55 °C und der zweite Vorlaufanschluß 14 für Vorlauftemperaturen von weniger als 45–55 °C bestimmt ist, und wobei der erste Vorlaufanschluß 12 in den oberen und der zweite Vorlaufanschluß 14 in den unteren Kesselbereich mündet.

Claims

Wärmespeicher für Heizungen, mit einem Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse (12, 14, 20) für eine Heizquelle sowie Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse (16, 18) für einen Heizkreis aufweisenden Kessel (10), dadurch gekenn zeichnet, dass ein erster und ein zweiter Vorlaufanschluß (12, 14) für die Heizquelle vorgesehen ist, wobei der erste Vorlaufanschluß (12) für Vorlauftemperaturen oberhalb einer vorgebbaren Temperatur und der zweite Vorlaufanschluß (14) für Vorlauftemperaturen unterhalb der vorgebbaren Temperatur bestimmt ist, und wobei der erste Vorlaufanschluß (12) in den oberen und der zweite Vorlaufanschluß (14) in den unteren Kesselbereich mündet.
Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Temperatur im Bereich von 40 bis 60 °C liegt und vorzugsweise etwa 50°C beträgt.
Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Kesselbereich ein vorzugsweise plattenförmiger erster Trennkörper (22) angeordnet ist, der das Kesselvolumen in einen oberen Zulaufraum (24) mit geringem Volumen und einen Speicherraum (26) mit großem Volumen unterteilt, wobei der erste Vorlaufanschluß (12) in den oberen Zulaufraum (24) mündet und wobei der obere Zulaufraum durch einen oder mehrere Durchtrittsspalte (28) mit dem Speicherraum (26) kommuniziert.
Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Kesselbereich ein vorzugsweise plattenförmiger zweiter Trennkörper (30) angeordnet ist, der das Kesselvolumen in einen unteren Zulaufraum (32) mit geringem Volumen und einen Speicherraum (26) mit großem Volumen unterteilt, wobei der zweite Vorlaufanschluß (14) in den unteren Zulaufraum (32) mündet und über einen sich bis in den oberen Kesselbereich durch den Speicherraum (26) erstreckenden, eine Vielzahl von Austrittsöffnungen (34) aufweisenden Rohrkörper (36) mit dem Speicherraum (26) kommuniziert.
Wärmespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (34) des Rohrkörpers (36) durch die Rohrwandung gebildete, lamellenartige Leitbleche (38) aufweisen.
Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufanschlüsse (18, 20) für die Heizquelle und den Heizkreis im unteren Bereich des Kessels (10) in den Speicherraum (26) münden.
Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlaufanschluß (16) für den Heizkreis im oberen Bereich des Kessels (10) in den Speicherraum (26) mündet.
Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kessel (10) mindestens ein Wärmesensor (40) angeordnet ist.
Wärmespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kessel (10) drei Wärmesensoren (40) angeordnet sind, jeweils einer im oberen, mittleren und unteren Kesselbereich.
Wärmespeicher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Wärmesensoren (40) als an einen EIB (Europäischer Installations Bus) anschließbare Wärmefühlerstäbe ausgebildet sind.
Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kessel (10) eine elektrische Zusatzheizung (42) angeordnet ist.
Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) eine erste, außen an den Kessel anschließende Isolierschicht aus einem PU-Hartschaum mit einer Schichtdicke von 80–100 mm und einer Wärmeleitzahl λ von etwa 0,025 W/m³K aufweist.
Wärmespeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das der Kessel (10) eine zweite, außen liegende Isolierschicht aus einem PU-Weichschaum mit einer Schichtdicke von 70 – 90 mm und einer Wärmeleitzahl λ von etwa 0,040 W/m³K aufweist.