DE2753810A1

DE2753810A1 - Verfahren zum betreiben einer die sonnenenergie nutzenden heizungsanlage sowie anlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2753810A1
Application number: DE19772753810
Authority: DE
Inventors: Franz-Dieter Ing Gra Giethmann
Original assignee: HELIOTHERM WAERMETECH GmbH
Current assignee: HELIOTHERM WAERMETECH GmbH
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1979-06-13

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer die Sonnenenergie nutzende Heizungsanlage, bei dem ein flüssiger Wärmeträger in einem oolarkollektor aufgeheizt und zwischen diesem und einem Wärmeträger umgewälzt wird, sowie eine die Sonnenenergie nutzende Heizungsanlage.

Bei den bekannten Anlagen dieser Art wird ein geschlossenes Drucksystem verwendet, bei dem der flüssige Wärmeträger in einem abgeschlossenen, unter Druck stehenden Kreislauf umläuft. Bei derartigen Drucksystemen muss ein Wärmetauscher im Wärmespeicher vorgesehen sein, über den die mit dem flüssigen Wärmeträger herangebrachte Wärme an den Wärmespeicher abgegeben wird. Darüberhinaus ist ein Ausdehnungsgefäss und ein Sicherheitsventil bei einem derartigen Drucksystem erforderlich. Diese zusätzlichen Einrichtungen und die durch den relativ hohen Druck bedingten, grösseren Wandstärken des Rohrleitungssystems und die bei der Montage notwendige hohe Sorgfalt führen zu hohen Material- und Installationskosten. Darüberhinaus muss ein Drucksystem vom technischen Uberwachungsverein abgenommen und überwacht werden, was zusätzliche Aufwendungen erfordert. Bei den bekannten Anlagen werden üblicherweise Doppelglaskollektoren verwendet, um den Nutzungsgrad der Anlage zu erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahrenzum Betreiben einer die Sonnenenergie nutzende Heizungsanlage anzugeben und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. bei der die Herstellungs- und Installationskosten gering sind und Billigkollektoren in Form von Einfachglaskollektoren verwendet werden können, ohne dass dadurch der Wirkungsgrad der Heizungsanlage verringert wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, dass der Wärmeträger nur dann umgewälzt wird, wenn die Temperatur des Kollektors grosser als die Temperatur des Wärrae-

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speichere und die Temperatur des Wärrneträgers kleiner* als seine Verdampfungstemperatur abzüglich einem Sicherheits-Teraperaturbereich A¹S ist. Dadurch ist es möglich, ein offenes Umlaufsystem zu verwenden, bei dem weder ein Wärmetauscher, noch ein Ausdehnungsgefäss orer ein Sicherheitsventil erforderlich ist. Die Herstellungs- und Installatiouskosten können dadurch erheblich gesenkt werden. Da bei den nach dem erfindungsgetnässen Verfahren betriebenen Anlagen kein Überdruck auftritt, können auch keine gefährlichen Zustände eintreten und diese Anlagen unterliegen auch nicht den gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen. Die Abnahme und Überprüfung durch den technischen Uberwachungsverein ist nicht erforderlich. Es können auch Billigkollektoren, nämlich Einfachglaskollektoren anstelle von Doppelglaskollektoren benutzt werden. Durch die Tatsache, dass der Wärmeträger nur dann umgewälzt wird, wenn die Temperatur des Kollektors höher als die Temperatur des Wämespeichers ist, bleibt auch sichergestellt, dass beispielsweise in kalten Winternächten keine Wärmeabgabe vom Wärmespeicher nach aussen über die Kollektoren stattfindet.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Wärmeträger Wasser verwendet und das Wasser wird nur dann umgewälzt, wenn die Temperatur des Kollektors grosser als die Temperatur des im Wärmespeicher enthaltenen Wassers und die Wassertemperatur kleiner als 80° C ist. Dadurch bleibt sichergestellt, dass kein Überdruck entsteht und das Wasser nicht unnötig verdampft.

Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Maximalwert der Wassertemperatur eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, beispielsweise im Sommer, auch eine niedrigere Wärmeträger-Umlauftemperatur vorzusehen. Die Wassertemperatur wird im Sommer vorzugsweise auf den Wert von 60 C eingestellt. Bei einer weiteren Ausführungsforra des erfindungsgeraässen Vf rfahrens wird der Wärmeträger mit einer Umwälzpumpe umgewälzt und bei Ausschalten der Pumpe läuft der Wärmeträger auf Grund der Schwerkraft aus dem KoI-

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lektor im Wärmespeicher zurück. Dies verhindert ein Einfrieren des Wärmeträgers im Kollektor, wenn die Aussentemperatur unter O C absinkt. Darüberhinaus braucht bei Wiedereinschalten der Pumpe bzw. bei Wiedereinsetzen des Wärmeträgerumlaufes kein im Kollektor und im Leitungssystem enthaltenes Wasser auf die Wärmespeichertemperatur aufgeheizt zu werden, so dass dadurch der Wirkungsgrad der Anlage erhöht wird.

Um sicherzustellen, dass der Wärmeträger am Ende des Umlaufvorganges aus dem Solarkollektor und dem Leitungssystem vollständig entfernt wird, kann die Pumpe gemäss einer alternativen Ausführungsform nach Ende des Umlaufvorganges auch umgekehrt betrieben werden.

Um eine Regelschwingung zu verhindern, ist gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Wärmeträger dann umgewälzt wird, wenn die Temperatur des Wärmespeichers kleiner als die Temperatur des Solarkollektors plus einer bestimmten zusätzlichen Temperatur ist, wobei die zusätzliche Temperatur vorzugsweise einen Wert zwischen 1° C und 5° G, und insbesondere 2° C aufweist.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der eine Umwälzpumpe, ein Solarkollektor und ein Wärmespeicher vorgesehen ist und als flüssiger Wärmeträger umgesetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet., dass am Solarkollektor und am Wärmespeicher je ein Temperaturmessgerät angeordnet ist, und dass die der Temperatur entsprechenden Signale dieser Messgeräte einer diese Signale vergleichende Steuerschaltung bereitgestellt werden, die das An- und Abschalten der Umwälzpumpe auslöst.

Empfehlenswert ist es, das Umlaufsystess luftdicht abzuschliessen and is UeIaufsystes sauersteffreies Gas als Schutzgas unter geringem Überdruck gegenüber dem Luftdruck vorzusehen. Da der Überdruck gegenüber dem Luftdruck gering, beispielsweise kleiner als Q.,1 atu sein kann, brauchen an die Abdichtung des Umlaufsysteas keine hohen Anforderungen gestellt zu werden.

Das sauerstoffreie Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, verhindert eine Oxidation und Korrosion innerhalb des Umlaufsystems insbesondere dann, wenn der Solarkollektor und die Umwälzleitungen während der Zeit, während der der Wärmeträger nicht umgewälzt wird, keinen Wärmeträger enthalten. Das über dem Flüssigkeitspegel im Wärmespeicher vorhandene, unter geringem überdruck stehende Schutzgas strömt beim Abschalten des Umlaufvorganges in die Umwälzleitungen und in den Solarkollektor oder wird durch das Betrieben der Umwälzpumpe in umgekehrter Richtung in die Umwälzleitungen und den Solarkollektor gesaugt.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Anlage werden nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Der flüssige Wärmeträger wird mit der Umwälzpumpe 5 aus dem Wärmespeicher 2 über die Zuflussleitung 6 in den Solarkollektor 1 gepumpt und fliesst über die Rückflussleitung 7 in den Wärmespeicher 2 zurück. Am Solarkollektor 1 ist an einer geeigneten Stelle, vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, am oberen Teil desselben eine Temperaturmessvorrichtung 3 angebracht. Der Wärmespeicher 2 weist ebenfalls eine Temperaturmessvorrichtung 4 auf. Die den abgefühlten Temperaturen entsprechenden Signale der Temperaturmessvorrichtungen 3 und 4 werden verglichen und in Abhängigkeit davon wird die Umwälzpumpe 5 ein- oder ausgeschaltet bzw. eingeschaltet oder in den reversiblen Betrieb umgeschaltet. In Abhängigkeit des Signalee, das von der dem Wärmespeicher 2 zugeordneten Temperaturmessvorrichtung 4 bereitgestellt wird, wird die Umwälzpumpe ausgeschaltet bzw. in umgekehrter Richtung betrieben, wenn das von der Temperaturmessvorrichtung 4 bereitgestellte Signal anzeigt, dass die Temperatur des Wärmeträgers kleiner als seine Verdampfungetemperatur abzüglich einem Sicherheits-Temperaturbereich Δ Τ ist.

Die RückflusBleitung 7 endet im Wärmespeicher 2 oberhalb des Wärmeträgerpegelβ 9· Wenn sich saueretoffreies Schutzgas 8,

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beispielsweise Stickstoff, im Wärmespeicher oberhalb des Warmeträgerpegels 9 befindet und das Umwälzsystem abgeschlossen ist, gelangt dieses Schutzgas über die Rückflussleitung 7 in den Solarkollektor 1 und in die Zuflussleitung 6 sowie in die Umwälzpumpe 5, wenn die Umwälzpumpe 5 abgeschaltet wird und der Wärmeträger in den Wärmespeicher 2 zurückfliesst, bzw. wenn die Umwälzpumpe in umgekehrter Pumprichtung betrieben wird. Auf diese Weise wird den durch Oxidations- und Korrosionsvorgängen auftretenden Schwierigkeiten entgegen gewirkt. Wenn das Schutzgas und damit das Umwälzsystem unter geringem Überdruck gegenüber dem Aussenluftdruck gehalten wird, kann ein Eindringen von Luft in das Umwälzsystem vermieden werden.

über geeignete Einrichtungen, beispielsweise über Wärmetauscher, wird des Speicher 2 Wärse etwa für die Beheizung und die Warmwasserversorgung eines Hauses abgenommen. Dies ist schematise]! durch den mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Pfeil in der Figur angedeutet.

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Claims

Patentanspx'üche

\ 1. ' Verfahren zum Betreiben einer die Sonnenenergie nutzenden ^ Heizungsanlage, bei dem ein flüssiger Wärmeträger in

einem Solarkollektor aufgeheizt und zwischen diesem und einem Wärmespeicher umgewälzt wird,d adurch gekennzeichnet , dass der Wärmeträger nur dann umgewälzt wird, wenn die Temperatur des Solarkollektors grosser air» die Temperatur im Wärmespeicher und die
Temperatur des Wärraeträgers kleiner als seine Verdampfungstemperatur abzüglich einem .Sicherheits-Teciperaturbereich Λ Τ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger und Wärmespeichermedium Wasser verwendet

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und dieses nur dann umgewälzt wird, wenn die Temperatur des Solarkollektors grosser als die Temperatur des im Wärmespeicher enthaltenen Wassers und die Wassertemperatur kleiner als etwa 80° C ist.

J>. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert der Wassertemperatur, über dem der Wärmeträger nicht mehr umgewälzt wird, einstellbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenes, nicht unter Druck stehendes Umlaufsystem für den Wärmeträger verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Wärmeträger mit einer Umwälzpumpe umgewälzt wird und bei Ausschalten der Pumpe auf Grund der Schwerkraft aus dem Kollektor in den Wärmespeicher zurückläuft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Wärmeträger nach Abschluss des Umwälzvorgangs durch Umkehr des Fumpenbetriebs in den Wärmespeicher zurückgebracht wird.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger nur dann umgewälzt wird, wenn die Temperatur des Wärmespeichers kleiner als die Temperatur des Kollektors plus einer bestimmten zusätzlichen Temperatur ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Temperatur in einem Temperaturbereich von 1° C bis 5° G liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Temperatur 2 0 beträgt.

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10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3> mit einem Solarkollektor, einem Wärmespeicher und einer einen flüssigen Wärmeträger umwälzenden Umwälzpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass am Kollektor (1) und am Wärmespeicher (2) jeweils eine Temperatur-Messvorrichtung (3, 4) vorgesehen ist, und dass die der Temperatur entsprechenden Signale einer diese Signale vergleichenden Steuerschaltung bereitgestellt werden, die das Ein- und Ausschalten der Umwälzpumpe (5) auslöst.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage luftdicht abgeschlossen ist und sich innerhalb der Anlage sauerstoffreies Gas unter geringem Überdruck gegenüber dem Luftdruck befindet.

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