DE4418737A1 - Anordnung zur Warmwasserbereitung mit Satelitenspeicher und Rückschlagventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Anordnungen sind aus der Praxis bekannt und ermög­ lichen durch die Kombination mehrerer relativ klein ausgebilde­ ter Speicherbehälter die Schaffung eines insgesamt großen Speichers auch bei beengten räumlichen Verhältnissen. Häufig werden bei Neubauten für die Solaranlagen Speicherelemente mit Höhen von beispielsweise 5 m vorgesehen. Beim Nach­ rüsten bestehender Häuser mit Solaranlagen kann durch die Kombination mehrerer kleiner Speicherzellen, die durch vorhan­ dene Türöffnungen passen, insgesamt ein ausreichend großer Speicher hergestellt werden.

Die Schaffung mehrerer horizontal er Verbindungsleitungen zwi­ schen jeweils zwei Speichern bewirkt, daß eine Temperatur­ schichtung in jedem der Speicherbehälter beibehalten werden kann, da sich mit Hilfe der verschiedenen Verbindungsleitungen relativ eng begrenzte Kreisläufe zwischen zwei verbundenen Speichern ausbilden, in denen sich das Wasser aufgrund seiner Wärme- und damit Dichteunterschiede austauscht. Dieser Austausch kann auf bestimmte Temperaturbereiche begrenzt bleiben, so daß benachbarte Temperaturschichten hiervon nicht betroffen sind. So kann relativ hohe Temperatur dort ermöglicht werden, wo das Wasser entnommen wird, ohne daß der gesamte Speicherinhalt über die gesamte Höhe des Speichers eine annähernd gleiche Temperatur aufweisen muß.

Trotz dieser Temperaturschichtungen ist es bei gattungsge­ mäßen Anlagen häufig nachteilig, daß die gesamte auf mehrere Speicherbehälter verteilte obere Temperaturschicht von der Solaranlage nur sehr langsam aufgeheizt werden kann und auf diese Weise nicht in der gewünschten kurzen Zeitspanne eine obere Temperaturschicht mit hoher Temperatur zur Verfügung gestellt werden kann. Dementsprechend häufig schaltet sich die üblicherweise an die Speicher angekoppelte konventionelle Heizanlage ein, um die gewünschte Temperatur in der oberen Speicherschicht herzustellen. Auf diese Weise wird trotz des Zustroms von Warmwasser aus den Solarkollektoren ein relativ langer bzw. häufiger Betrieb der konventionellen Heizanlage bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung zur Warmwasserbereitung dahingehend zu verbes­ sern, daß der Anteil der eingesetzten Solarenergie möglichst hoch ist und die konventionelle Heizanlage in möglichst gerin­ gem Umfang zugeschaltet werden muß, um eine gewünschte Wassertemperatur in der oberen Wasserschicht zu erzielen.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Ausgestaltung gemäß dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, ein Rückschlag­ ventil in der obersten der Verbindungsleitungen vorzusehen, d. h. in der oberen Verbindungsleitung, die für einen Kreislauf der oberen Wasserschicht zwischen zwei benachbarten Behältern vorgesehen ist. Dieses Rückschlagventil ist so angeordnet, daß in der oberen Verbindungsleitung von dem ersten Speicher, welcher den Wärmetauscher der Solaranlage enthält, kein Heißwasser in den zugeordneten zweiten Speicher fließen kann.

So wird zunächst in dem ersten Speicher eine hohe Temperaturanhebung der obersten Wasserschicht bewirkt, ohne daß sofort die große obere Wasserschicht sämtlicher Speicher aufgeheizt werden muß. Demzufolge kann mit einer vorge­ gebenen Wärmeenergie eine möglichst schnelle und hohe Temperaturerhöhung innerhalb des ersten Speichers bewirkt werden. Daher kann die Einschaltdauer zusätzlicher Heizeinrichtungen möglichst gering gehalten oder ganz verhindert werden.

Wird aus dem oberen Bereich, also aus dem Warmwasserbe­ reich, des ersten Speichers Wärme entnommen, bis die oberste Temperaturschicht in diesem ersten Speicher kühler ist als die obere Temperaturschicht des benachbarten Speichers, so kann durch das in dieser Richtung öffnende Rückschlagventil ein Kreislauf zwischen den beiden Speichern innerhalb der oberen Temperaturschicht stattfinden, so daß zunächst wärmeres Was­ ser aus dem zweiten Speicher in den ersten Speicher strömen kann. Durch diese Maßnahme wird weiterhin die von außen erforderliche Energiezufuhr verringert, um die obere Temperaturschicht des ersten Speichers auf die gewünschte Solltemperatur zu erhitzen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung wird anhand der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der zwei Speicher miteinander verbunden sind,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt aus der Verbindungsleitung zwischen den beiden Speichern der Fig. 1 mit dem Rückschlagventil und

Fig. 3 drei schematische Funktionsdarstellungen des Rückschlagventils gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 ein erster Speicher bezeichnet, der in seinem unteren Bereich einen Wärmetauscher 2 aufweist, der über Vor- und Rückläufe 3 mit Solarkollektoren verbunden ist. Über einen Warmwasserkamin 4 wird erreicht, daß das im Kamin befind­ liche Wasser des ersten Speichers 1, welches von dem Wärme­ tauscher 2 erwärmt wird, innerhalb des Kamins 4 aufsteigt und oben im Bereich der wärmsten Wasserschicht des ersten Spei­ chers 1 austritt. Auf diese Weise wird effizient eine schnelle Be­ heizung der oberen Wasserschicht ermöglicht, ohne daß durch den Wärmetauscher 2 zunächst der gesamte untere Bereich des Speicherinhaltes erwärmt werden müßte, bis oben im Speicher die gewünschte Temperatur erreicht ist.

In der oberen Wasserschicht des ersten Speichers 1 ist eine Edelstahlblase 5 angeordnet, die über einen Kaltwasserzulauf 6 und einen Warmwasseraustritt 7 von Brauchwasser verfügt, so daß das Brauchwasser innerhalb der Edelstahlblase 5 von der umgebenden Warmwasserschicht im ersten Speicher 1 erwärmt wird.

Eine zusätzliche Beheizung dieser oberen Wasserschicht des ersten Speichers ist durch einen Anschluß einer zusätzlichen Heizanlage mit Vorlauf 8 und Rücklauf 9 vorgesehen, beispiels­ weise im Rahmen einer üblichen Boilervorrangschaltung.

Diesem sogenannten "Kombinationsspeicher" 1 ist ein zweiter Speicher 10 zugeordnet, der als einfacher Tank ausgebildet sein kann und der über drei Verbindungsleitungen A, B und C in unterschiedlichen Höhen mit dem ersten Speicher verbunden ist.

Geht man davon aus, daß zunächst in beiden Speichern 1 und 10 kaltes Wasser vorhanden ist, so wird über den Wärme­ tauscher 2 Wärme in den ersten Speicher 1 eingebracht. Durch den entstehenden Dichteunterschied wird Wasser aus dem zweiten Speicher 10 durch die untere Verbindungsleitung 10 in den ersten Speicher 1 gedrückt, wobei ein Rückfluß über die Leitung B vom ersten Speicher 1 in den zweiten Speicher 10 erfolgt.

Sobald im ersten Speicher 1 auf Höhe der Verbindungsleitung B eine höhere Temperatur vorliegt als im zweiten Speicher 10, strömt warmes Wasser vom ersten Speicher 1 in den zweiten Speicher 10. Dort steigt dieses wärmere Wasser aufgrund der geringeren Dichte nach oben und vermischt sich mit den oberen Schichten im zweiten Speicher 10. Auf diese Weise werden die oberen Wasserschichten des zweiten Speichers 10 erhitzt.

Eine direkte Beheizung der oberen Wasserschichten im zweiten Speicher 10 aus den oberen Warmwasserschichten des ersten Speichers 1 durch die Verbindungsleitung A erfolgt nicht, da in der Verbindungsleitung A ein Rückschlagventil 11 angeordnet ist, welches bei einer vom ersten in den zweiten Speicher ge­ richteten Wasserströmung sperrt.

Insgesamt wird dieser beschriebene Vorgang so lange fortge­ setzt, bis in beiden Speichern die gleichen Temperaturen in den verschiedenen Schichten herrschen.

Erfolgt die Entnahme von Brauchwasser aus der Edelstahlblase 5, so strömt kaltes Wasser durch den Kaltwasserzulauf 6 in die Edelstahlblase 5 ein und kühlt das umgebende Speicherwasser innerhalb des ersten Speichers 1 ab. Dadurch erhöht sich des­ sen Dichte und dieses obere Wasser drückt nun nach unten durch die Leitung B in den zweiten Speicher 10. Umgekehrt strömt heißes Wasser über die Verbindungsleitung A vom zweiten Speicher 10 durch das in dieser Richtung öffnende Rückschlagventil 11 in den oberen Bereich des ersten Spei­ chers 1.

Sobald die Temperaturschichten beider Speicher 1 und 10 im oberen Bereich gleich sind, endet dieser Vorgang. Sofern die Temperaturanhebung der oberen Wasserschicht im ersten Speicher 1 nicht ausreicht, um das Brauchwasser auf die ge­ wünschte Solltemperatur zu erwärmen, kann eine zusätzliche Beheizung über die Boilervorrangschaltung der Heizanlage er­ folgen.

Bei einer derartigen Beheizung beschränkt sich die einzubrin­ gende Heizenergie auf die Beheizung der oberen Wasser­ schicht im ersten Speicher 1, da ein Austausch mit der oberen Wasserschicht im zweiten Speicher 10 durch das Rückschlag­ ventil 11 verhindert wird.

Da der Rücklauf 9 der Boilervorrangschaltung auf der gleichen Höhe liegt wie die Verbindungsleitung B, wird bei diesem Vor­ gang auch ein Überströmen durch die Leitung B weitestgehend verhindert.

Der zweite Speicher 10 kann in seinem oberen Bereich einen Vorlauf 12 für Heizkörper bzw. für eine Fußbodenheizung auf­ weisen, sowie in seinem unteren Bereich einen entsprechenden Rücklauf 14. Bei einer Entnahme von Warmwasser für die Raumbeheizung kühlt sich die obere Wasserschicht im zweiten Speicher 10 ab. Durch den resultierenden Dichteunterschied drückt Wasser aus dem zweiten Speicher 10 durch die untere Verbindungsleitung C in den ersten Speicher 1 und bewirkt einen Kreislauf, der durch die mittlere Verbindungsleitung B ge­ schlossen wird, durch welche erwärmtes Wasser aus der Mitte des ersten Speichers 1 in die Mitte des zweiten Speichers 10 strömt. Ein Austausch der oberen Wasserschicht im ersten Speicher 1 und damit eine Auskühlung der Edelstahlblase 5 wird verhindert, so daß das Zuschalten von Heizenergie über den Vorlauf 8 und den Rücklauf 9 minimiert wird.

Der Vorlauf 12 für den Heizkörper kann in umgekehrter Strö­ mungsrichtung als Vorlauf für einen Kachelofen oder einen Ofen-Heizeinsatz dienen, so daß eine Beheizung der beiden Speicher 1 und 10 über einen Kachelofen oder über einen Ofen-Heizeinsatz erfolgen kann. Entsprechend kann der Rücklauf 14 der Heizkörper in umgekehrter Strömungsrichtung als Rücklauf für den Kachelofen bzw. Kachelofen-Heizeinsatz dienen.

In Fig. 2 ist in schematischer und perspektivischer Anordnung der Teil der Verbindungsleitung A dargestellt, der das Rück­ schlagventil 11 umfaßt. Das Rückschlagventil 11 wird durch eine Kunststoffmembran gebildet, die als Verschlußklappe aus Sili­ kon gefertigt sein kann. Das geringe Gewicht ermöglicht, daß das Rückschlagventil 11 schon bei geringen Druckunterschie­ den zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stel­ lung verschwenkt.

Weiterhin ist in Fig. 2 dargestellt, daß die Verbindungsleitung A im Bereich des Rückschlagventils 11 eine Wartungsöffnung 15 umfaßt, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die War­ tungsöffnung 15 nicht lediglich durch eine entfernbare Klappe abgedeckt ist, um das Verbindungsrohr A abzudichten, sondern einen Stutzen 16 aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, seri­ enmäßig hergestellte Rohrabschnitte zu verwenden, wie sie bei­ spielsweise für Schmutzfilter vorgesehen sind, wobei anstelle des Schmutzfilters das Rückschlagventil 11 eingebaut wird, so daß preisgünstig Elemente aus einer größeren Serie für die er­ findungsgemäße Anordnung verwendet werden können.

Weiterhin ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß das Rückschlagventil 11 in seiner Schließstellung an einem ringförmigen Anschlag 17 anliegt, der eine weitere Bewegung der Ventilmembran und damit ein unerwünschtes Öffnen des Ventils verhindert. Um an­ gesichts der Flexibilität der Ventilmembran ein Durchdrücken dieser Membran durch den Ring zu verhindern, weist der An­ schlag 17 im freien Strömungsquerschnitt der Verbindungslei­ tung A eine Stützfläche 18 auf, die als Steg ausgebildet ist und an die sich die Membran des Rückschlagventils 11 in ihrer Schließstellung anlegt.

Die Funktion des Rückschlagventils 11 ist anhand dreier Pha­ sen in Fig. 3 schematisch erläutert. Dabei ist in der oberen Phase a die Öffnungsstellung des Rückschlagventils 11 darge­ stellt, bei der eine von links nach rechts gerichtete Strömung ungehindert durch die Verbindungsleitung A strömen kann, ab­ gesehen von einer leichten Querschnittsverringerung durch den Anschlag 17 innerhalb der Verbindungsleitung A.

In der Phase b befindet sich das Rückschlagventil 11 in einer Zwischenstellung, die beispielsweise eingenommen wird, wenn Wasser durch die Verbindungsleitung A von rechts nach links zu strömen beginnt. Setzt sich diese von rechts nach links gerichte­ te Strömung fort, so geht das Rückschlagventil 11 schließlich in seine in Phase c dargestellte Schließstellung über, in der es an dem Anschlag 17 anliegt und den freien Leitungsquerschnitt der Verbindungsleitung A vollständig sperrt.

Setzt demgegenüber wieder eine Strömung durch die Verbin­ dungsleitung A ein, die gemäß Fig. 3 von links nach rechts ge­ richtet ist, so öffnet sich das Rückschlagventil und nimmt, aus­ gehend von der Phase c über die Phase b die Öffnungsstellung gemäß Phase a ein.

Das Rückschlagventil 11 kann dabei an seiner Oberkante eine Achse aufweisen, um die es schwenkbar gelagert ist. Das Rück­ schlagventil kann jedoch, wenn es entsprechend elastisch ist, mit seinem oberen Bereich durch Verschraubung, Verklebung, Verschweißung od. dgl. entweder an der Verbindungsleitung A oder am Stutzen 16 oder auch am Anschlag 17 festgelegt sein und sich ausschließlich durch seine Verformung öffnen und schließen.

Claims (5)

1. Anordnung zur Warmwasserbereitung, mit mehreren Speichern zur Aufnahme von Wasser oder einem ande­ ren Wärmemedium, wobei ein erster Speicher zur Erwär­ mung seines Inhalts einen Anschluß an eine Solaranlage aufweist sowie einen Vorratsbehälter für erwärmtes Brauchwasser, welches von dem übrigen Speicherinhalt getrennt zu- und abfließen kann, und wobei ein zweiter Speicher an den Vor- und Rücklauf der Heizkörper einer Heizungsanlage angeschlossen ist, und wobei jeweils zwei Speicher mehrere Verbindungsleitungen zwischen sich aufweisen, die die Speicher in unterschiedlichen Hö­ hen verbinden, um einen Wasseraustausch innerhalb mehrerer Temperaturschichten zwischen den Speichern zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Verbindungsleitung (A) ein Rückschlagventil (11) aufweist, welches eine Strömung vom zweiten (10) in den ersten Speicher (1) zuläßt und bei einer Strömung vom ersten (1) in den zweiten Speicher (10) die Verbindungsleitung (A) sperrt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (11) als Kunststoffmembran ausgebildet ist, die einseitig schwenkbar gelagert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rückschlagventil (11) ein Einlegering als Anschlag (17) zugeordnet ist, der eine Bewegung des Rückschlagventils (11) aus der Öffnungsstellung über seine Schließstellung hinaus verhindert.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlag (17) für das Rückschlagventil (11) eine Stützfläche (18) für die Kunststoffmembran im freien Strömungsquerschnitt der Verbindungsleitung (A) ausbildet.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wartungsöffnung (15) für das Rückschlagventil (11), die in der Verbindungsleitung (A) vorgesehen ist.