DE29604530U1 - Solar thermal heating and domestic water preparation system - Google Patents

Solar thermal heating and domestic water preparation system

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Description

Solarthermische Heiz- und BrauchwasserbereitungsanlageSolar thermal heating and domestic water preparation system

Die Erfindung betrifft eine solarthermische Heiz- und Brauchwasserbereitungsanlage für Bauten, wie z.B. Ein-und Mehrfamilienhäuser, Hotels, Schulen, Krankenhäuser, Büros u.a.The invention relates to a solar thermal heating and domestic water preparation system for buildings such as single-family and multi-family houses, hotels, schools, hospitals, offices, etc.

Stand der Technik und seine MängelState of the art and its shortcomings

Es sind mehrere Lösungen (DE-OS 29 07 657,DE-OS 28 37 565,DE-OS 27 53 756, EP 219 566,EP 444 403) bekannt, weiche folgende Mangel besitzen:Several solutions are known (DE-OS 29 07 657, DE-OS 28 37 565, DE-OS 27 53 756, EP 219 566, EP 444 403) which have the following deficiencies:

- Die Abdeckung des Solarkoüektors erfolgt mit einer gering wärmeisolierenden Glasscheibe, sodaß zum Vermeiden des Einfrierens dem Solarwasser Gefrierschutzmittel beigegeben wird, welches teuer ist, bei der Entsorgung Schwierigkeiten bereitet, die Wärmekapazität senkt und die Viskosität erhöht, sodaß starke Umwälzpumpen erforderlich sind.- The solar collector is covered with a glass pane with poor heat insulation, so that antifreeze is added to the solar water to prevent it from freezing, which is expensive, difficult to dispose of, reduces the heat capacity and increases the viscosity, so that powerful circulation pumps are required.

- Um eine Abkühlung des Kombispeichers im Winter oder in der Übergangszeit bei niedrigem Soiarenergieeintrag zu vermeiden, wird das Solarwasser unter Umgehung des Kombispeichers im Kreislauf geführt oder die Solaranlage abgestellt- To avoid cooling down of the combined storage tank in winter or in the transition period when solar energy input is low, the solar water is circulated bypassing the combined storage tank or the solar system is switched off

- Im Hochsommer wird bei zu hohem Soiarenergieeintrag zwecks Vermeidung des Kochens die Überschußenergie tagsüber an Kühlflächen vernichtet.- In midsummer, if the solar energy input is too high, the excess energy is destroyed on cooling surfaces during the day in order to avoid cooking.

- Die Solarkoiiektoranlage ist über dem gedeckten Dach in einem separaten,isolierten und dadurch teuren Gehäuse angeordnet, was architektonisch nicht günstig ist.- The solar collector system is arranged above the covered roof in a separate, insulated and therefore expensive housing, which is not architecturally favorable.

- Im Kombispeicher befindet sich längere Zeit das vom Solarwasser über Wärmetauscher erwärmte Brauchwasser, was die Legioneilenbildung ermöglicht.- The combined storage tank contains the domestic water heated by the solar water via heat exchangers for a longer period of time, which enables the formation of legionella bacteria.

Problemproblem

Die Mangel der bekanntgewordenen Lösungen verhindern einen kostengünstigen, ganzjährigen, rentablen, legionellenfreien Betrieb der Solarkollektoranlage zur Heizunci Brauchwasserbereitung mit hohem thermischen Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Speicherung der solaren Überschußenergie, falls erforderlich.The shortcomings of the known solutions prevent a cost-effective, year-round, profitable, legionella-free operation of the solar collector system for heating and domestic water preparation with high thermal efficiency and simultaneous storage of the surplus solar energy, if necessary.

Mit der Erfindung sollen die vorgenannten Mängel behoben werden. Lösung The invention is intended to remedy the aforementioned deficiencies. Solution

Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst, indem die mit einer transparenten Wärmedämmung, vorzugsweise als lichtdurchlässige, vergilbungsresistente und bruchbeständige Polykarbonat-Hohlkammerplatten vorn abgedeckten, an der Dachsüdseite angeordneten Solarkoilektoren mit ihren geschwärzten Solarabsorbem mit Solarwasser-Temperaturfühler, hinten, getrennt durch eine Hitzeschutzfolie, direkt auf der Dachisoiierung aufliegen und regendicht eingeschindelt sind.The problem is solved according to the invention in that the solar collectors, which are covered at the front with transparent thermal insulation, preferably as translucent, yellowing-resistant and break-resistant polycarbonate hollow chamber panels, with their blackened solar absorbers with solar water temperature sensors, are arranged on the south side of the roof, separated at the back by a heat protection film, lie directly on the roof insulation and are shingled in to make them rainproof.

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Zwischen den Solarabsorber und der transparenten Wärmedämmung kann eine Isolationsplatte eingeschoben werden.An insulation plate can be inserted between the solar absorber and the transparent thermal insulation.

Unter dem Solarkoliektor angeordnet und mit diesem durch isolierte Solarwasserrohre verbunden, sind eine Soiarwasser-Umwälzpumpe mit nachgeschaltetem Rückschlagventil, ein vom Solarwasser-Temperaturfühler mit Regier ansteuerbares Bypaß-Magnetventil und ein isolierter Heizwasserspeicher mit inliegenden Brauchwasser- und Wärmepumpen-Wärmetauschern.Arranged under the solar collector and connected to it by insulated solar water pipes are a solar water circulation pump with a downstream check valve, a bypass solenoid valve that can be controlled by the solar water temperature sensor with a controller and an insulated heating water tank with internal domestic water and heat pump heat exchangers.

Der Solarwasser-Temperaturfühler ist auch mit dem Schubantrieb der Isolierplatte verbunden.The solar water temperature sensor is also connected to the actuator of the insulation plate.

Eine Wärmepumpe mit frostfest neben der biegesteifen Hausfundamentpiatte verlegtem Erdwärme-Absorber, vorzugsweise als horizontales PE-Schlauchbündel oder vertikale Erdsonde, wird von einem Heizwasser-Temperaturfühler über einen Wärmepumpenregier angesteuert und ist mit isolierten Rohrleitungen mit dem Wärmepumpen-Wärmetauscher im Heizwasserspeicher verbunden.A heat pump with a frost-proof geothermal absorber installed next to the rigid house foundation plate, preferably as a horizontal PE hose bundle or vertical geothermal probe, is controlled by a heating water temperature sensor via a heat pump controller and is connected to the heat pump heat exchanger in the heating water tank with insulated pipes.

Der im Heizwasserspeicher liegende Brauchwasserwärmetauscher steht mit der Trinkwasserleitung und über isolierte Rohre mit den Brauchwasserzapfsteilen in Verbindung.The domestic water heat exchanger located in the heating water tank is connected to the drinking water pipe and, via insulated pipes, to the domestic water taps.

Über eine Umwälzpumpe und isolierte Rohrleitungen besteht eine Verbindung zwischen dem Heizwasserspeicher und den Heizkörpern oder vorzugsweise den Fußbodenheizungen in den einzelnen Räumen des Baus.A circulation pump and insulated pipes create a connection between the heating water tank and the radiators or, preferably, the underfloor heating in the individual rooms of the building.

In der Lösunqsvariante 1 In solution variant 1

ist das Solarwasser gleich Heizwasser, d.h. es wird kein Gefrierschutzmittel verwendet. Der Erdwärme-Absorber kann mit Sole in einem geschlossenem System oder mit gefiltertem Brunnen- oder Grundwasser in einem offenen System gefüllt sein.the solar water is the same as heating water, i.e. no antifreeze is used. The geothermal absorber can be filled with brine in a closed system or with filtered well or groundwater in an open system.

In der Lösungsvariante 2 In solution variant 2

ist das Soiarwasser gleich der Solar der Wärmepumpe, indem über ein vom Heizwasser Temperaturfühler über den Wärmepumpenregier ansteuerbares Dreiwegeventil unter Umgehung der Wärmepumpe eine Verbindung von der Solarwasser-Umwäizpumpe direkt zum Wärmepumpen-Wärmetauscher im Heizwasserspeicher oder direkt zur Wärmepumpe oder erst zum Erdwärme-Absorber und dann zur Wärmepumpe geschaffen wird.the solar water is equal to the solar of the heat pump, in that a connection is created from the solar water circulation pump directly to the heat pump heat exchanger in the heating water tank or directly to the heat pump or first to the geothermal absorber and then to the heat pump via a three-way valve that can be controlled by the heating water temperature sensor via the heat pump controller, bypassing the heat pump.

AüsfährunasbeispleleExamples of ferries

Die Erfindung soll nach Lösungsvariante 1 anhand FIg 1 näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail according to solution variant 1 using FIG. 1:

Durch die transparente Wärmdämmung 4 wird bei leichtem Frost gesichert, daß das Solarwasser im geschwärzten Solarabsorber mit Solarwasser-Temperaturfühler 1 nicht gefriert, nochzumal dieser, getrennt durch eine Hitzeschutzfolie direkt auf der Dachisolation 2 aufliegt und der gesamte Solarkollektor regendicht eingeschindelt ist.The transparent thermal insulation 4 ensures that the solar water in the blackened solar absorber with solar water temperature sensor 1 does not freeze in the event of light frost, especially since this lies directly on the roof insulation 2, separated by a heat protection film, and the entire solar collector is shingled to make it rainproof.

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SoHte das bei extrem starken Frost zu oft geschehen, was unwirtschaftlich wäre, wird die isolationsplatte 3 solange zwischen Solarabsorber und transparente Wärmedämmung 4 geschoben, bis der extrem starke Frost aufhört.If this should happen too often during extremely severe frost, which would be uneconomical, the insulation plate 3 is pushed between the solar absorber and the transparent thermal insulation 4 until the extremely severe frost stops.

Durch den geringen oder sogar fehlenden Solarenergieeintrag in der Frostperiode bei gleichzeitiger Entnahme von Heizenergie und eventueller Nutzung des Brauchwasserwärmetauschers 8 kühlt sich der Heizwasserspeicher 7 bis zur einstellbaren unteren Grenztemperatur ab.Due to the low or even lack of solar energy input during the frost period with simultaneous extraction of heating energy and possible use of the domestic water heat exchanger 8, the heating water storage tank 7 cools down to the adjustable lower limit temperature.

Das wird vom Heizwasser-Temperaturfühler 12 bemerkt, der über den Wärmepumpenregler 13 die mit dem Erdwärme-Absorber 11 in Verbindung stehende Wärmepumpe 10 anstellt, und so lange laufen läßt, bis dem Heizwasserspeicher 7 genügend thermische Energie über den inliegenden Wärmepumpen-Wärmetauscher 9 zugeführt ist, daß die einstellbare obere Grenztemperatur erreicht ist und der Heizwasser-Temperaturfühler 12 über den Wärmepumpenregler 13 die Wärmepumpe 10 wieder abstelltThis is detected by the heating water temperature sensor 12, which switches on the heat pump 10 connected to the geothermal absorber 11 via the heat pump controller 13 and lets it run until the heating water tank 7 is supplied with enough thermal energy via the heat pump heat exchanger 9 inside that the adjustable upper limit temperature is reached and the heating water temperature sensor 12 switches the heat pump 10 off again via the heat pump controller 13.

Bei genügend Solarenergieeintrag in der Übergangs- oder Sonnenperiode läuft die Wärmepumpe 10 nicht, weil sich der Heitwasserspeicher 7 durch die Energieabnahme vom Brauchwasserwärmetauscher 8 innerhalb der einstellbaren Grenztemperaturen bewegtIf there is sufficient solar energy input in the transition or sunny period, the heat pump 10 does not run because the hot water storage tank 7 moves within the adjustable limit temperatures due to the energy consumption from the domestic hot water heat exchanger 8

Sollte die Gefahr eines überschüssigen Soiarenergieeintrags in der Hochsommerperiode bestehen, sodaß die obere einstellbare Grenztemperatur im Heizwasserspeicher 7 überschritten würde, erfolgt das Einschieben der Isolationsplatte 3 zwischen Solarabsorber und transparenter Wärmedämmung 4.If there is a risk of excess solar energy input in the high summer period, so that the upper adjustable limit temperature in the heating water tank 7 is exceeded, the insulation plate 3 is inserted between the solar absorber and the transparent thermal insulation 4.

Gemäß Fig 2 soli die erfinderische Lösungsvariante 2 erfäuiert werden:According to Fig. 2, the inventive solution variant 2 is to be explained:

Bei ausreichendem Soiarenergieeintrag wird das Solarwasser (gleich Sole der Wärmepumpe 10) über das Dreiwegeventil 14 direkt dem im isolierten Heizwasserspeicher 7 liegendem Wärmepumpen-Wärmetauscher 9 zugeführt; die Wärmepumpe 10 bleibt abgestelltIf there is sufficient solar energy input, the solar water (the same as the brine from the heat pump 10) is fed via the three-way valve 14 directly to the heat pump heat exchanger 9 located in the insulated heating water tank 7; the heat pump 10 remains switched off.

Sollte der Solarenergieeintrag zu hoch werden, erfolgt die Kühlung der Sole und damit auch des Heizwasserspeichers 7, indem der vom Heizwasser-Temperaturfühler 12 angesteuerte Wärmepumpenregler 13 das Dreiwegeventil 14 so stellt; daß das von der Solarwasser-Umwälzpumpe mit nachgeschaltenem Rückschlagventil 5 bewegte Solarwasser dem Erdwärme-Absorber 11 zugeführt wird und dort die Überschußenergie ins Erdreich abspeichert.If the solar energy input becomes too high, the brine and thus also the heating water storage tank 7 are cooled by the heat pump controller 13 controlled by the heating water temperature sensor 12 setting the three-way valve 14 in such a way that the solar water moved by the solar water circulation pump with downstream check valve 5 is fed to the geothermal absorber 11 and stores the excess energy in the ground.

Bei zu geringem Solarenergreeintrag wird das Solarwasser solange der Wärmepumpe 10 unter Umgehung des Erdwärme-Absorbers 11 direkt zugeführt und aufIf the solar energy input is too low, the solar water is fed directly to the heat pump 10, bypassing the geothermal absorber 11, and is heated to

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die einstellbare sowie vom Heizwasser-Temperaturfühler 12 bemerkte obere Grenztemperatur erhitzt, wie seine Temperatur über der weitgehend konstanten Erdwärme liegtthe adjustable upper limit temperature detected by the heating water temperature sensor 12 heats as its temperature is above the largely constant geothermal heat

Sollte das Solarwasser am geschwärzten Sotarabsorber mit Soiarwasser-Temperaturfühier 1 kalter als die Erdwärme sein, erfoigt über das Dreiwegeventil 14 eine Zuordnung zum Erdwärme-Absorber 11 und erst dann zur Wärmepumpe 10.If the solar water at the blackened solar absorber with solar water temperature sensor 1 is colder than the geothermal energy, the three-way valve 14 directs it to the geothermal energy absorber 11 and only then to the heat pump 10.

Durch die erfindungsgemäßen Lösungsvarianten kann der jahreszeitlich wechselnde Solarenergieeintrag ganzjährig zur Heiz- und Brauchwasserbereitung mit geringem Aufwand und hohemWärkungsgrad der Gesamtanlage genutzt werden, weiche vorzugsweise als weitgehend industriell vorgefertigte Energäezentraie an der Innenseite der Ostgiebelwand, tiefer als die auf der Dachsüdseite befestigte Solarkollektoren, angeordnet ist.The solution variants according to the invention allow the seasonal changing solar energy input to be used all year round for heating and domestic water preparation with little effort and a high level of efficiency of the entire system, which is preferably arranged as a largely industrially prefabricated energy center on the inside of the east gable wall, lower than the solar collectors attached to the south side of the roof.

BezuqszeichenReference symbol

1 geschwärzter Solarabsorber mit Soiarwasser-Temperaturfühler1 blackened solar absorber with solar water temperature sensor

2 Dachisolation2 Roof insulation

3 Isolationsplatte3 Insulation plate

4 transparente Wärmedämmung4 transparent thermal insulation

5 Solarwasser-Umwälzpumpe mit nachgeschaltetem Rückschlagventil5 Solar water circulation pump with downstream check valve

6 Bypaß-Magnetventil6 Bypass solenoid valve

7 Heizwasserspeicher7 Heating water tank

8 Brauchwasserwärmetauscher8 domestic hot water heat exchangers

9 Wärmepumpen-Wärmetauscher9 Heat pump heat exchangers

10 Wärmepumpe10 Heat pump

11 Erdwärme-Absorber11 Geothermal absorbers

12 Heizwasser-Temperaturfühier12 Heating water temperature sensor

13 Wärmepumpenregier13 Heat pump controller

14 Dreiwegeventil14 Three-way valve

WB Warmes Brauchwasser T Trinkwasser R ReglerWB Hot domestic water T Drinking water R Regulator

RH RaumheizungRH room heating

Claims (6)

»Ansprüche"Expectations 1. Soiarthermische Heiz- und Brauchwasseranlage mit Soiarkollektor, Wärmepumpe, isolierte Rohrleitungen und Kombispeicher, Regier sowie Temperaturprogrammierer und Sicherheitstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß der geschwärzte Solarabsorber mit Soiarwasser-Temperaturfühler (1) von Heizwasser ohne Gefrierschutzmittel durchflossen wird, auf der Dachisolation (2) getrennt durch eine Hitzeschuizfolie, aufliegt, von einer Isolationsplatte (3) abgedeckt werden kann, nach außen von einer regendicht eingeschindelten transparenten Wärmedämmung (4) abgedeckt ist, mit einer darunter angeordneten Solarwasser -Umwälzpumpe mit nachgeschaiteiem Rückschlagventil (5) und Bypaß-Magnetventil (6) sowie dem isolierten Heizwasserspeicher (7) mit inliegendem Brauchwasser-Wärmetauscher (8) sowie einem Wärmepumpen-Wärmetauscher (9) verbunden ist, der wiederum mit einer Wärmepumpe (10), mit nachgeschaltetem Erdwärme-Absorber (11) sowie Heäzwasser-Temperaturfuhier (1) und Wärmepumpenregler (13) in Verbindung steht.1. Solar thermal heating and domestic water system with solar collector, heat pump, insulated pipes and combination storage tank, controller and temperature programmer and safety technology, characterized in that the blackened solar absorber with solar water temperature sensor (1) is flowed through by heating water without antifreeze, rests on the roof insulation (2) separated by a heat protection film, can be covered by an insulation plate (3), is covered on the outside by a rainproof transparent thermal insulation (4), is connected to a solar water circulation pump arranged underneath with a downstream check valve (5) and bypass solenoid valve (6) and the insulated heating water storage tank (7) with an internal domestic water heat exchanger (8) and a heat pump heat exchanger (9), which in turn is connected to a heat pump (10), with downstream geothermal absorber (11) as well as heating water temperature sensor (1) and heat pump controller (13). 2. Solarthermische Heiz- und Brauchwasserbereitungsanlage alternativ zum Anspruch 1.) dadurch gekennzeichnet, daß der geschwärzte Solarabsorber mit .Solarwasser-Temperaturfühler (1) von der Sole der Wärmepumpe (10) durchflossen wird, auf der Dachisolation (2) getrennt durch eine Hitzeschutzfolie, aufliegt, von einer Isolationsplatte (3) abgedeckt werden kann, nach außen von einer regendicht eingeschindelten transparenten Wärmedämmung (4) abgedeckt ist, mit einer darunter angeordneten Solarwas-Umwälzpumpe mit nachgeschaltentem Rückschlagventil (5) sowie einem Dreiwegeventil (14) verbunden ist, welches durch den Solarwasser-Temperaturfühler mit nachgeschaltetem Regler entweder unter Umgehung der Wärmepumpe (10) direkt dem im Heizwasserspeicher (7) neben Brauchwasserwärmetauscher (8) angeordnetem Wärmepumpen-Wärmetauscher (9) oder der Wärmepumpe (10) direkt oder erst dem Erdwärme-Absorber (11), danach der Wärmepumpe (10) zugeordnet ist.2. Solar thermal heating and domestic water preparation system as an alternative to claim 1.) characterized in that the blackened solar absorber with solar water temperature sensor (1) is flowed through by the brine of the heat pump (10), rests on the roof insulation (2) separated by a heat protection film, can be covered by an insulation plate (3), is covered on the outside by a rainproof shingled transparent thermal insulation (4), is connected to a solar water circulation pump arranged underneath with a downstream check valve (5) and a three-way valve (14) which, through the solar water temperature sensor with downstream controller, either directly to the heat pump heat exchanger (9) arranged in the heating water tank (7) next to the domestic water heat exchanger (8) or to the heat pump (10) directly or first to the geothermal absorber (11) and then to the heat pump (10) is assigned. 3. Solarthermische Heiz- und Brauchwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die transparente Wärmedämmung (4) als lichtdurchlässige, vergilbungsresistente und bruchbeständige Hohlkammerplatte, vorzugsweise aus Polykarbonat besteht.3. Solar thermal heating and domestic water preparation system according to claim 1 or 2, characterized in that the transparent thermal insulation (4) is a translucent, yellowing-resistant and break-resistant hollow chamber plate, preferably made of polycarbonate. 4. Solarthermische Heiz- und Brauchwasserbereitungsanlage nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie industriell vorgefertigt an der Innenseite der Ostgiebelwand tiefer als die an der Dachsüdseite angebrachte Soiarkollektoranlage angeordnet ist4. Solar thermal heating and domestic water preparation system according to claims 1-3, characterized in that it is industrially prefabricated and arranged on the inside of the east gable wall lower than the solar collector system attached to the south side of the roof 5. Solarthermische Heiz- und Brauchwasserbereitungsanlage nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdwärme-Absorber (11) vorzugsweise neben der biegesteifen Hausfundamentplatte frostsicher horizontal verlegte PE-Schlauchbündel oder vertikale Erdspnden genutzt werden, welche in einem geschlossenem System von Sole oder in einem offenen System mit gefiltertem Brunnen- oder Grundwasser gefüllt sind.5. Solar thermal heating and domestic water preparation system according to claims 1-4, characterized in that as geothermal absorbers (11) preferably next to the rigid house foundation slab, frost-proof horizontally laid PE hose bundles or vertical ground piles are used, which are filled with brine in a closed system or with filtered well or ground water in an open system. 6. Solarthermische Heiz- und Brauchwasserbereftungsanlage nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vermeiden von Überhitzungen und zum Speichern solarer Überschußenergie über das Dreiwegeventil (14) eine Verbindung zum Erdwärme-Absorber (11) besteht.6. Solar thermal heating and domestic water ventilation system according to claims 1-5, characterized in that to avoid overheating and to store excess solar energy, there is a connection to the geothermal absorber (11) via the three-way valve (14).
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