DE8111726U1 - Pufferspeicher fuer eine anlage zur beheizung von gebaeuden und zur erwaermung von brauchwasser - Google Patents

Pufferspeicher fuer eine anlage zur beheizung von gebaeuden und zur erwaermung von brauchwasser

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DE8111726U1 DE19818111726 DE8111726U DE8111726U1 DE 8111726 U1 DE8111726 U1 DE 8111726U1 DE 19818111726 DE19818111726 DE 19818111726 DE 8111726 U DE8111726 U DE 8111726U DE 8111726 U1 DE8111726 U1 DE 8111726U1
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Description

Lothar Kempf, Wiesenweg 5, 5239 Unnau 2 Karl-Otto Hein, Lindenstr. 20, 5439 Höhn
Pufferspeicher für eine Anlage zur Beheizung von Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser
Die Neuerung bezieht sich auf einen Pufferspeicher für eine Anlage zur Beheizung von Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser, der von einer Wärmepumpe beaufschlagbar und an einen Warmwasser-Heizkreislauf .und einem Brauchwasser-Speicher anschließbar ist.
Es sind Anlagen zur Beheizung von Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser bekannt, die aus einer Wärmepumpe und einem Heizkessel bestehen, die ihrerseits über Leitungen mit Pumpen und Steuereinrichtungen sowohl mit einem Brauchwasser-Speicher als auch mit einem Warmwasser-Heizkreislauf verbindbar sind. Durch entsprechende Ausbildung der Steuerung ist es möglich, den Brauchwasser-Speicher mit Vorrang zu erwärmen. Bei dieser bekannten Anlage besteht der Nachteil, daß die Wärmepumpe verhältnismäßig oft und nur für kurze Zeit angeschaltet wird, was eine starke Belastung des Stromnetzes und der Wärmepumpe mit sich bringt. Weiterhin ist es als nachteilig anzusehen, daß das Temperaturniveau der Wärmepumpe an das Temperaturniveau des Heizkreislaufes schlecht angepaßt werden kann.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist eine Anlage zur Beheizung von Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser bekannt geworden, bei der die Wärmepumpe ihre Wärme über einen Pufferspeicher an den Heizkreislauf abgibt. Der Brauchwasser-Speicher wird bedarfsweise von der Wärmepumpe oder dem Heizkessel beaufschlagt. Der Pufferspeicher, der
ein Volumen von etwa 3OO 1 pro 10 kW Heizleistung besitzt, reduziert die Schalthäufigkeit der Wärmepumpe und garantiert eine bestimmte Mindestlaufzeit derselben. Er ermöglicht ferner eine Anpassung der Vorlauftemperatur der Wärmepumpe an die Vorlauftemperatur des Heizkreislaufes und gewährleistet zusätzlich die notwendige Wasserumlaufmenge.
Durch den zusätzlichen Pufferspeicher, der zusätzlich zu dem Brauchwasser-Speicher aufgestellt und angeschlossen wird, erfordert die zuletzt beschriebene Anlage einen hohen Investitions- und Platzbedarf. Dieser Platz ist vielfach bei bestehenden Heizungsanlagen, die nachträglich durch eine Wärmepumpe zur Energieeinsparung ergänzt werden, nicht vorhanden. Unabhängig davon, erfordern alle bekannten Anlagen, die mit einer Wärmepumpe allein oder mit einer Wärmepumpe und einem Heizkessel ausgerüstet sind, einen hohen hydraulischen und elektrischen Installations- und Steuerungsaufwand. Bei einer Außenaufstellung der Wärmepumpe unter 0 C ist für das gesamte Heizungssystem ein Frostschutzmittelzusatz erforderlich, der mit hohen Kosten verbunden ist.
Der Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Pufferspeicher für eine Anlage zur Beheizung von Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser zu schaffen, der bei Verringerung der Investitionen und Minderung des Installationsund Steuerungsaufwandes eine Reduzierung der Schalthäufigkeit und eine bestimmte Mindestlaufzeit der Wärmepumpe sicherstellt. Zusätzlich soll der Platzbedarf verringert und der Aufwand für Frostschutzmittel herabgesetzt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Neuerung bei einem Pufferspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, daß der Pufferspeicher, der zugleich als Brauchwasser-Speicher ausgebildet ist, einen an sich bekannten Gegenstromwärmeaustauscher mit zwei voneinander getrennten, an den Wärmepumpen-Kreislauf und den Heizkreislauf anschließbaren Kreisläufen aufnimmt. Durch diese Ausbildung
.3 -
wird äer Installations- und Steuerungsaufwand verrinaert, |
wobei eine geringe Schalthäufigkeit und eine hohe Mindestlauf- Il
zeit der Wärmepumpe erreichbar ist. Durch die Trennung von § Wärmepumpen-Kreislauf und Heizkreislauf ergibt sich bei
Außenaufstellung der Wärmepumpe nur eine kleine Flüssigkeitsmenge, die mit Frostschutzmittel frostsicher gemacht
werden muß. Der Durchflußwiderstand und die Umlaufmenge des |
Wärmepumpen-Kreislaufes sind konstant. 1J
Ein optimaler Wärmeübergang von dem Wärmepumpen-Kreislauf 3
zum Heizkreislauf im Gegenstromwärmeaustauscher ist dann zu |
erzielen, wenn der Gegenstromwärmeaustauscher aus zwei in- |
einander integrierten Rohrschlangen gebildet ist. Dabei ist f
die innere Rohrschlange mit dem Wärmepumpen-Kreislauf und f
die äußere Rohrschlange mit dem Heizkreislauf verbunden. |
Dies stellt sicher, daß bei aufgeheiztem Puffer-Brauchwasser- }'. Speichervolumen die volle Wärmeleistung der Wärmepumpe an den
Heizkreislauf abgegeben werden kann.
Der Gegenstromwärmeaustauscher ist senkrecht im Puffer-
Brauchwasser-Speicher angeordnet. Dies ermöglicht nicht nur !
eine sichere Entlüftung, sondern bewirkt, daß nachströmendes ;
Kaltwasser bei Wasserentnahme eine untere kältere Wasser- "
s'chichtung bildet, die mit günstigem Wirkungsgrad der Wärme- f
pumpe vorrangig erwärmt wird. Zur vorrangigen Erwärmung trägt £
auch bei, wenn die Rohrschlange des Wärmepumpen-Kreislaufes H
länger als die Rohrschlange des Heizkreislaufes ausgebildet I
und zumindest über dem Gegenstromwärmeaustauscher frei im I
Puffer-Brauchwasser-Speicher geführt ist. Ferner ist es '
zweckmäßig, den Gegenststromwärmeaustauscher im unteren '<<
Bereich des Puffer-Brauchwasser-Speichers anzuordnen. .'
Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung ?
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. ;;
W Dabei zeigen
:|ί Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Anlage gemäß der
I! Neuerung und
;?;. Fig. 2 eine Aufrißdarstellung eines Rohrschlangen-Gegen-
f; Stromwärmeaustauschers.
I Die in der Fig. 1 gezeigte Anlage dient zur Beheizung von
■ Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser und besteht aus
■£ einem Puffer-Brauchwasser-Speicher 1, der aus einem gut
i isolierten Behälter 2 aus Edelstahl oder Stahl mit Innenbe-
* schichtung und einem Fassungsvermögen von etwa 6OO 1 - 8OO 1
gebildet ist und der in seinem unteren Bereich einen Zulauf
; für Kaltwasser sowie in seinem oberen Bereich einen Ablauf 4
: für Warmwasser aufweist. In dem unteren Bereich des Be-
ii hälters 2 ist ein an sich bekannter Gegenstromwärmeaus-
i tauscher 5 (Fig. 2) angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei ineinander integrierten Rohrschlangen 6,7
i besteht.
§ Die Rohrschlange 6 weist einen geringeren Rohrdurchmesser als
$ die Rohrschlange 7 auf und ist unter Erhaltung eines ring-
■i förmigen Strömungsquerschnittes über den größten Teil ihrer
' Länge in der Rohrschlange 7 angeordnet. Im vorliegenden Aus-
jl führungsbeispiel ist die Rohrschlange 6 jedoch erheblich länger
!; als die Rohrschlange 7 ausgebildet, so daß sie zumindest mit
I einigen Windungen über dem Gegenstromwärmeaustauscher 5 frei im Behälter 2 bzw. im Puffer-Brauchwasser-Speicher 1 geführt
i ist. Zusätzlich ist hier die Rohrschlange 6 auch unterhalb des
% Gegenstromwärmeaustauschers 5 über einen verhältnismäßig
! kleinen Teil ihrer Länge frei im Behälter 2 geführt.
Mit ihren freien Enden 8,9 ist die Rohrschlange 6 an den Rohr-
§ kreislauf 10 einer Wärmepumpe 11 angeschlossen, wobei die
:, Wärmequelle für die Wärmepumpe 11 beliebig sein kann. Die
;i; in dem Rohrkreislauf 10 befindliche Wärmeträgerflüssigkeit,
i ■· 5
beispielsweise mit Frostschutzmittel gemischtes Wasser, wird über eine thermostatgesteuerte Pumpe 12 über das obere Ende der Rohrschlange 6 in den Gegenstromwärmeaustauscher 5 eingeleitet und kehrt über das untere Ende 9 wieder zur Wärmepumpe 11 zurück.
Mit ihren freien Enden 13, 14 ist die Rohrschlange 7 an einen mit einer Umwälzpumpe 15 versehenen Heizkreislauf 16 angeschlossen. Dabei fördert die Umwälzpumpe 15 eine von dem Wärmepumpen-Kreislauf getrennte Wärmeträgerflüssigkeit, nämlich Wasser, vom oberen Ende 13 der Rohrschlange 7 über die angeschlossenen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Heizkörper bzw. auch über einen Fußbodenheizungs-Kreislauf zum unteren Ende 14 der Rohrschlange 7 zurück.
Die Wärmeträgerflüssigkeit des Heizkreislaufes 16 wird im Gegenstromwärmeaustauscher 5 durch die Wärmeträgerflüssigkeit des Wärmepumpen-Kreislaufes 10 aufgeheizt. Dadurch, daß die Rohrschlange 6 über dem Gegenstromwärmeaustauscher 5 frei im Behälter 2 geführt ist, wird die in der Wärmeträgerflüssigkeit des Wärmepumpen-Kreislaufes 10 enthaltene Wärme vorrangig an das im Behälter 2 befindliche Brauchwasser abgegeben. Besondere Steuereinrichtungen oder Regelorgane sind dazu nicht erforderlich. Sobald das diesen Bereich der Rohrschlange 6 umgebende Brauchwasser das Temperaturniveau der Wärmeträgerflüssigkeit in diesem Bereich der Rohrschlange 6 erreicht hat, wird die volle Wärme der Wärmeträgerflüssigkeit des Wärmepumpen-Kreislaufes IO nur noch an die Wärmeträgerflüssigkeit des Heizkreislaufes 16 abgegeben bzw. übertragen. Eine hydraulische Umschaltung ist dazu nicht erforderlich. Der den Gegenstromwärmeaustauscher 5 umgebende Teil des Brauchwassers, also der im unteren Teil des Behälters 2 enthaltene Wasservorrat dient ständig dem Temperaturausgleich und als Wärmepuffer.
Die sich im oberen Teil des Behälters 2 aufbauende Temperatur-
schichtung des Brauchwassers steht ständig zur Entnahme zur Verfugung und wird über den Heizkreislauf 16 bzw. die Rohrschlange 7 nicht abgebaut. Nachströmendes Kaltwasser bildet bei Wasserentnahme eine untere kältere Wasserschichtung, die wiederum mit günstigem Wirkungsgrad der Wärmepumpe 11 vorrangig erwärmt wird. Die Stillstandzeiten der Wärmepumpe werden bei dieser Anlage durch die Sättigung des Puffer-Brauchwasser-Speichers 1 und des Heizkreislaufes 16 eingeleitet. Der langsame Temperaturablauf im unteren Bereich des Behälters 2 stellt den geforderten Stillstand der Wärmepumpe 11 über einen längeren Zeitraum, ohne daß eine Versorgungslücke eintritt, sicher und verhindert ein zu häufiges Takten der Anlage.
Hinter der Pumpe 15 mündet in die Vorlaufleitung des Heizkreislaufes 16 eine Leitung 17, die an den Auslaß eines an sich bekannten Heizkessels 18 angeschlossen ist und in die ebenfalls eine Umwälzpumpe 19 eingesetzt ist. Ferner führt von der Rücklaufleitung des Heizkreislaufes 16 ein Abzweig an den Einlaß des Heizkessels 18. Über einen Temperaturfühler 21 kann der Heizkessel 18 bzw. dessen Heizeinrichtung 22 bei Ausfall der Wärmepumpe 11 bzw. bei Unterdeckung des Wärmebedarfs angeschaltet werden. Um nun zu vermeiden, daß der Heizkessel 18 bereits bei einer kurzzeitigen, vorübergehenden Unterdeckung des Wärmebedarfs angeschaltet, wird, wirkt der Temperaturfühler 21 in vorteilhafter Weise auf ein einstellbares Zeitrelais 21, das erst nach Ablauf der eingestellten Zeit den Heizkessel 18 zuschaltet. Wenn in dieser eingestellten Zeit die Wärmepumpe 11 die Unterdeckung des Wärmebedarfs ausgleichen kann, unterbleibt die Anschaltung des Heizkessels.18.
Über eine Leitung 23 mit einem aufsteuerbaren Ventil 24 kann der obere Bereich des Behälters 2, der sogenannte
Il ■ *
Brauchwasserbereich, vom Heizkessel 18 erwärmt werden, wobei die Rohrschlange 7 jedoch in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Der untere Bereich, die Pufferzone, des Behälters 2 bzw. des Puffer-Brauchwasser-Speichers 1 wird dabei nicht erwärmt und ist dadurch beim Anschalten der bzw. Umschalten auf die Wärmepumpe 11 voll aufnahmefähig.

Claims (5)

Patentingenieur Walter Koßcfoutzki · AWalcfetraße· 13 -:5419 Helferskirchen Geänderte Schutzansprüche
1. Pufferspeicher für eine Anlage zur Beheizung von Gebäuden und zur Erwärmung von Brauchwasser, der von einer Wärmepumpe beaufschlagbar und an einen Warmwasser- Heizkreislauf und einen Brauchwasser-Speicher anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (1), der zugleich als Brauchwasserspeicher ausgebildet ist, einen an sich bekannten Gegenstromwärmeaustauscher (5) mit zwei voneinander getrennten, an den Wärmepumpen-Kreislauf (10) und einen Heizkreislauf (16)' anschließbaren Kreisläufen (6,7) aufnimmt.
2. Pufferspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstromwärmeaustauscher (5) aus zwei ineinander integrierten Rohrschlangen (6,7) gebildet ist.
3. Pufferspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstromwärmeaustauscher (5) senkrecht im Puffer-Brauchwasser-Speicher (1) angeordnet ist.
4. Pufferspeicher nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Rohrschlange (6) länger als die äußere Rohrschlange (7) ausgebildet und zumindest über dem Gegenstromwärmeaustauscher (5) frei im Puffer-Brauchwasser-Speicher (1). geführt ist.
5. Pufferspeicher nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstromwärmeaustauscher (5) im unteren Bereich des Puffer-Brauchwasser-Speichers (1) angeordnet ist.
DE19818111726 1981-04-18 1981-04-18 Pufferspeicher fuer eine anlage zur beheizung von gebaeuden und zur erwaermung von brauchwasser Expired DE8111726U1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4007228A1 (de) * 1989-03-07 1990-10-11 Metzler Hans Georg Heizzentrale nach dem multifunktionsprinzip
DE4142488A1 (de) * 1991-12-20 1993-07-01 Ruhrgas Ag Beheizungssystem zur kombinierten waermeerzeugung und eine heizungsanlage und einen speicherbehaelter fuer brauchwasser
WO2024084000A1 (de) * 2022-10-20 2024-04-25 Peter Brecklinghaus Nachrüstsatz für ein bereits vorhandenes zentralheizungssystem und ein verfahren zum nachrüsten eines bereits vorhandenen zentralheizungssystems mittels eines nachrüstsatzes

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DE4007228A1 (de) * 1989-03-07 1990-10-11 Metzler Hans Georg Heizzentrale nach dem multifunktionsprinzip
DE4142488A1 (de) * 1991-12-20 1993-07-01 Ruhrgas Ag Beheizungssystem zur kombinierten waermeerzeugung und eine heizungsanlage und einen speicherbehaelter fuer brauchwasser
WO2024084000A1 (de) * 2022-10-20 2024-04-25 Peter Brecklinghaus Nachrüstsatz für ein bereits vorhandenes zentralheizungssystem und ein verfahren zum nachrüsten eines bereits vorhandenen zentralheizungssystems mittels eines nachrüstsatzes

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