DE19504694C1 - Wärmespeicher und Verfahren zum Betreiben des Wärmespeichers - Google Patents
Wärmespeicher und Verfahren zum Betreiben des WärmespeichersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher zur Versorgung
von einem Heiz- oder mehreren Heizkreisen
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1
und ein Verfahren zum Betreiben des Wärmespeichers.
Solche Speicher werden als Puffer zwischen den Heizkessel
(Öl-, Gas- oder Feststoffheizung) und den Heizkreis ge
schaltet, um eine möglichst gleichmäßige Versorgung der
selben zu gewährleisten. Dies ist insbesondere bei Feststoff
heizungen erforderlich, da bei diesen eine mehr oder weniger
ungleichmäßige Wärmeabgabe erfolgt.
Bekannte Speicher dieser Art bestehen aus einem aufrecht
stehenden, isolierten Kessel mit bspw. 900-1500 Liter
Volumen, der am oberen und am unteren Ende mit je zwei
Flanschen versehen ist. Auf einer Seite erfolgt oben die Zufüh
rung des vom Heizkessel auf bspw. 80°C aufgeheizten Wassers,
der Rücklauf ist am unteren Flansch angeschlossen.
Auf der anderen Seite des Kessels, meist diametral gegenüber,
befindet sich der Heizkreis, d. h. es erfolgt die Abnahme des
Speichermittels (Wasser), wobei am oberen Flansch der Vorlauf
des Heizkreises und am unteren dessen Rücklauf angeschlossen
ist.
So konstruierte Speicher weisen verschiedene Nachteile auf.
So wird beim Anheizen des Systems das vom Heizkessel kommende
heiße Wasser oben in den Speicher gedrückt und vermischt sich
hier mit dem noch relativ kalten Wasser, d. h. es tritt eine
starke Vermischung von heißen und kalten Wasser im oberen Teil
des Speichers ein, so daß für einen längeren Zeitraum nur mäßig
heißes Wasser für den Vorlauf des Heizkreises zur Verfügung
steht.
Aus der DE 42 08 958 C2 ist es bereits bekannt, den Vorlauf-Ein
gang und den Vorlauf-Ausgang im oberen Bereich des Pufferspei
cherbehälters anzuordnen und durch wenigstens ein Vorlaufrohr
im Pufferspeicherbehälter miteinander zu verbinden, wobei dieses
Vorlaufrohr verteilt Bohrungen als Durchströmöffnungen zum
Pufferspeichervolumen aufweist.
Ein oberer Rücklauf-Ausgang und Rücklauf-Eingang liegen eben
falls im oberen Bereich des Pufferspeicherbehälters, wobei
zusätzlich ein unterer Rücklauf-Ausgang im unteren Bereich des
Pufferspeicherbehälters vorgesehen ist.
Der obere Rücklauf-Ausgang und der Rücklauf-Eingang sind durch
wenigstens ein Rücklaufrohr innerhalb des Pufferspeicherbe
hälters miteinander verbunden, wobei dieses Rücklaufrohr
ebenso wie das Vorlaufrohr verteilt Bohrungen als Durchström
öffnungen zum Pufferspeichervolumen aufweist.
Der obere Rücklauf-Ausgang und der untere Rücklauf-Ausgang sind
über ein steuerbares Umschaltventil miteinander verbunden, das
weiter mit dem Rücklauf des Heizkessels verbunden ist, so daß
wahlweise der obere oder untere Rücklauf-Ausgang mit dem Rück
lauf des Heizkessels verbunden ist.
Auf diese Weise wird ein schnelles Aufheizen des Heizkreises
erreicht, da beim Aufheizen des Systems der Heizkreisvor- sowie
Rücklauf im wesentlichen direkt mit dem Vor- bzw. Rücklauf des
Heizkessels verbunden sind, d. h. die Energiezufuhr zum Heiz
kreis erfolgt durch den Pufferspeicher hindurch, ohne daß dieser
eine nennenswerte Speicherfunktion ausübt.
Diesem Zweck dient auch offensichtlich das oder die Schicht
bleche im oberen Bereich des bekannten Speichers, die eine Ver
mischung des oberen sich erwärmenden Speicherwassers mit dem
darunterliegenden kälteren Wasser vermeiden sollen. Erst nach
erfolgter Aufheizung des Heizkreises wird über das Umschalt
ventil auf den unteren Bereich des Speichers geschaltet, so daß
sich auch dieser erwärmt.
Der bekannte Wärmespeicher erlaubt zwar ein sehr rasches Auf
heizen des Heizkreises, eine statische Schichtung des Speicher
mediums wird jedoch durch das dauernde Einleiten von Rücklauf
wasser unterschiedlicher Temperatur in den oberen Bereich des
Speichers und durch die Schichtbleche gestört.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pufferspeicher
zu schaffen, dessen Rück
läufe sowohl vom Heizkessel als auch von dem bzw. den Heiz
kreisen so geführt und gesteuert werden, daß sie den durch
Konvektion entstehenden natürlichen Schichtaufbau des Speichers
möglichst nicht stören.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs.
Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Aus
führungsbeispiels erläutert. Dabei ist jeweils nur ein einziger
Heizkesselkreis und ein Heizkreis dargestellt. Es versteht sich
von selbst, daß jeweils mehr als ein solcher Kreis verwendet
werden können.
Der Kessel 1 ist in bekannter Weise mit einer Isolierung 2
ummantelt. Auf der rechten Seite ist der Vor- und Rücklauf
3 und 4 des Heizkessels und links der Vor- und Rücklauf 5 und 6
des Heizkreises dargestellt. Die Leitungen beider Kreise sind
in bekannter Weise als einfache Linien für die Vorläufe und als
gestrichelte Linien für die Rückläufe gezeichnet. Der obere
Flansch 7 für den Vorlauf 3 des Heizkessels und der gegenüber
liegende Flansch 8 für den Vorlauf 5 des Heizkreises sind in
bekannter Weise durch ein sich durch den Speicher erstreckendes
Rohr 9 verbunden. Dieses Rohr weist an seiner Oberseite eine
Anzahl von Öffnungen 9′ auf.
Im mittleren Bereich des Speichers 1 ist zwischen Flanschen
10 und 11 ein weiteres Lochrohr 12 vorgesehen, das beidseitig
seitlich angebrachte Öffnungen 12′ aufweist.
Ein weiteres Lochrohr 13 befindet sich zwischen den Flanschen
14 und 15 im unteren Bereich des Speichers. Dieses Rohr ist mit
Öffnungen 13′ an seiner Unterseite versehen.
Die Flansche 10 und 14 sind miteinander über ein Dreiwegeventil
16 verbunden, das seinerseits über ein Rohr 17 mit einem Drei
wege-Thermoventil 18 verbunden ist. Vorlauf 3 und Rücklauf 4
des Heizkesselkreises münden im Dreiwege-Thermoventil 18, das
in bekannter Weise der Rücklaufanhebung dient.
Das Dreiwegeventil 16 wird durch einem im Kessel 1 etwa in
Höhe des Rohres 12 angeordneten Thermofühler 19 gesteuert.
Auf der Heizkreisseite des Kessels ist der Vorlauf 5 über einen
Dreiwegemischer 20 mit dem Flansch 8 des Rohres 9 verbunden.
Der Rücklauf 6 ist sowohl an das Ventil 20 als auch an den Flansch
11 des Rohres 12 und an den Flansch 15 des Rohres 13 angeschlos
sen. Im Rohrstück 21 zwischen den Flanschen 11 und 15 ist ein
Thermoventil 22 angeordnet.
23 bzw. 24 bezeichnen die Umwälzpumpen des Heizkesselkreises
bzw. des Heizkreises.
25, 26 und 27 bezeichnen Rückschlagventile im Rücklauf des
Heizkreises, die Fehlzirkulationen im Speicher verhindern.
Es ist vorteilhaft, für die Brauchwasserbereitung in Ver
bindung mit dem erfindungsgemäßen Speicher einen Platten
tauscher zu verwenden, da das Aufheizen eines Boilers die
Funktion des Speichers kompliziert.
Ein solcher Plattentauscher 28 ist in der Figur parallel
zum Heizkreis angeordnet. Dessen Vorlauf 29 ist über ein
Dreiwege-Thermoventil 30 mit dem Vorlauf 5 des Heizkreises
verbunden.
31 bezeichnet die Umwälzpumpe des Brauchwasserbereiters, dessen
Rücklauf 32 über das Rückschlagventil 25 mit dem Rücklauf 6
des Heizkreises in Verbindung steht.
33 ist ein Überdruckventil für den Kessel 1.
Im folgenden soll die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Anordnung beschrieben werden.
Der im Speicher 1 etwa in Höhe des Rohres 12 angebrachte Thermo
fühler 19 betätigt das Dreiwegeventil 16 so, daß der Rücklauf
bei einer Temperatur von bspw. <65° am Fühler 19 dem unteren
Teil des Speichers über das Rohr 13 entnommen wird, während
bei Temperaturen von bspw. <65° an der Stelle des Fühlers 19
die Entnahme über das Rohr 12 aus dem mittleren Bereich des
Kessels erfolgt.
Demgemäß wird - im Gegensatz zum Stand der Technik - dem Heizkessel
kreis gemäß der Erfindung bei bereits warmen Speicher 1 heißes
Wasser aus dessen Mittelbereich mit bspw. 65°C zugeführt. Eine
Entnahme von kalten Wasser aus dem unteren Bereich findet dann
nicht mehr statt, was eine Energieeinsparung ergibt.
Das Thermoventil 22 im Rücklauf 6 des Heizkreises ist so einge
stellt, daß es bei bspw. T₂₂ = 45°C schließt. Rücklaufwasser im
Heizkreis mit <45°C wird also im unteren kalten Bereich des
Speichers austreten, so daß hier keine Speichermedien mit stark
unterschiedlichen Temperaturen aufeinandertreffen.
Nach dem Aufheizen des Heizkreises wird in bekannter Weise ent
weder die Pumpe 24 abgeschaltet oder eine motorische Regelung
des Mischers 20 einsetzen. In beiden Fällen wird dem durch das
Rohr 9 strömenden Wasser ein Widerstand entgegengesetzt, der
bewirkt, daß nunmehr das heiße Wasser aus den Löchern 9′ des Roh
res 9 austritt und damit die Aufheizung des Wärmespeichers be
ginnt. Da das warme Wasser immer nach oben steigt, ist es vorteil
haft, die Löcher 9′ im oberen Teil des Rohres 9 vorzusehen, wie
in der Figur dargestellt.
Bei warmem Heizkreis wird vermehrt Wasser höherer Temperatur
durch den Rücklauf 6 zurückströmen und das Thermoventil 22 wird
bei bspw. 45°C schließen und der Rücklauf wird durch die Öff
nungen 12′ des Rohres 12 austreten. An dieser Stelle weist auch
der Speicher im aufgeheizten Zustand eine ähnliche Temperatur
auf. Auf diese Weise werden beide Kreisläufe optimiert und der
untere Teil des Speichers verbleibt bei relativ niedrigen
Temperaturen. Vergleicht man die Temperaturverteilung in einem
Speicher gemäß der Erfindung mit der in einem Speicher nach
eingangs genannten Stand der Technik, so ergibt sich in Höhe
der in der Figur eingezeichneten Rohre 13, 12 und 9 etwa
folgender Temperaturgradient:
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß es sich bei dem
Pufferspeicher gemäß Erfindung um einen echten Wärmeschicht
speicher handelt, der eine rasche Aufheizung des Heizkreises
erlaubt, ohne daß der gesamte Speicher eine erhöhte Temperatur
erreicht haben muß. Gleichzeitig wird die thermische Schichtung
im Speicher nicht unnötig gestört bzw. verwirbelt, da dem
Speicher vom Heizkreis immer Rücklaufwasser mit etwa der Tem
peratur zugeführt wird, die der Temperatur der jeweiligen Schicht
des Speichers entspricht. Ebenso wird der Heizkesselkreis mit
Rücklaufwasser höherer Temperatur versorgt, wenn der Speicher
in seinem Mittelbereich eine bestimmte Temperatur erreicht hat.
Der untere Teil des Speichers verbleibt somit immer bei relativ
niedrigen Temperaturen, so daß eine erhebliche Energieeinsparung
erfolgt.
Claims (6)
1. Wärmespeicher mit Anschlüssen für mindestens einen Heiz
kesselkreis und mindestens einen Heizkreis, wobei die An
schlüsse für die jeweiligen Vorläufe im oberen Teil des
Speichers angeordnet sind und wobei zwischen dem Anschluß
des Vorlaufs des Heizkesselkreises und dem Anschluß des
Vorlaufs des Heizkreises ein sich durch den Speicher er
streckendes Rohr mit mehreren Öffnungen vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in mittlerer Höhe des Speichers (1) ein sich durch den Speicher erstreckendes zweites Rohr (12) mit Öffnungen (12′) vorgesehen ist,
daß im unteren Bereich des Speichers (1) ein sich durch den Speicher erstreckendes drittes Rohr (13) mit Öffnungen (13′) vorgesehen ist,
daß die heizkesselseitigen Anschlüsse (10, 14) der genannten Rohre (12, 13) über ein Dreiwegeventil (16) miteinander und mit dem Rücklauf (3) des Heizkessels verbunden sind,
daß im Speicher (1) in Höhe des mittleren Rohres (12) ein Thermofühler (19) für die Steuerung der Rücklaufentnahme für den Heizkessel vorgesehen ist,
daß die heizungsseitigen Anschlüsse (11, 15) der Rohre (12, 13) über ein Thermoventil (22) miteinander und der mittlere Anschluß (11) direkt mit dem Rücklauf (6) des Heizkreises verbunden sind.
daß in mittlerer Höhe des Speichers (1) ein sich durch den Speicher erstreckendes zweites Rohr (12) mit Öffnungen (12′) vorgesehen ist,
daß im unteren Bereich des Speichers (1) ein sich durch den Speicher erstreckendes drittes Rohr (13) mit Öffnungen (13′) vorgesehen ist,
daß die heizkesselseitigen Anschlüsse (10, 14) der genannten Rohre (12, 13) über ein Dreiwegeventil (16) miteinander und mit dem Rücklauf (3) des Heizkessels verbunden sind,
daß im Speicher (1) in Höhe des mittleren Rohres (12) ein Thermofühler (19) für die Steuerung der Rücklaufentnahme für den Heizkessel vorgesehen ist,
daß die heizungsseitigen Anschlüsse (11, 15) der Rohre (12, 13) über ein Thermoventil (22) miteinander und der mittlere Anschluß (11) direkt mit dem Rücklauf (6) des Heizkreises verbunden sind.
2. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen (9′) im Vorlaufrohr (9) am oberen Teil des Rohres (9),
die Öffnungen (12′) im mittleren Rohr (12) seitlich und die Öffnungen (13′) im unteren Rohr (13) an dessen Unterseite vorgesehen sind.
daß die Öffnungen (9′) im Vorlaufrohr (9) am oberen Teil des Rohres (9),
die Öffnungen (12′) im mittleren Rohr (12) seitlich und die Öffnungen (13′) im unteren Rohr (13) an dessen Unterseite vorgesehen sind.
3. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im heizkesselseitigen Rücklauf (4) zwischen Vorlauf (3)
und Rücklauf (4) ein Thermoventil (18) zur Rücklaufanhebung
angeordnet ist.
4. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß im Rücklauf (6) des Heizkreises Rückschlagventile
(25, 26, 27) angeordnet sind.
5. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Brauchwasserbereitung ein Plattentauscher (28)
vorgesehen ist, dessen Vorlauf (29) über ein Dreiwege-
Thermoventil (39) parallel zum Vorlauf (5) des Heiz
kreises und dessen Rücklauf (32) über ein Rückschlagventil (25)
parallel zum Rücklauf (6) des Heizkreises geschaltet ist.
6. Verfahren zum Betreiben eines Wärmespeichers gemäß den
Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit von der Temperatur Tx in Höhe des mittleren
Rohres (12) und gesteuert durch eine am Thermofühler (19)
gemessenen Temperatur T₁₉ der Heizkesselrücklauf bei Tempe
raturen T₁₉ < Tx über das untere Rohr (13) und bei Tempera
turen T₁₉ < Tx über das mittlere Rohr erfolgt, und daß in
Abhängigkeit von der Temperatur TR des Heizkreisrücklaufes (6)
und gesteuert durch ein Thermostatventil (22) mit einge
stellter Temperatur T₂₂ der Heizkreisrücklauf (6) bei
Temperaturen TR < T₂₂ über das untere Rohr (13) und bei
Temperaturen TR < T₂₂ über das mittlere Rohr (12) erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19504694A DE19504694C1 (de) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Wärmespeicher und Verfahren zum Betreiben des Wärmespeichers |
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Publications (1)
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