WO1997041395A1

WO1997041395A1 - Niedertemperatur-heizungssystem

Info

Publication number: WO1997041395A1
Application number: PCT/EP1997/002016
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Schmidt Von Rohrscheidt; Franc Stroj
Original assignee: Promed Ag
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1997-11-06
Also published as: AU2766797A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Niedertemperatur-Heizungssystem mit einer Umwelt- oder Sonnenwärme auf einen flüssigen Wärmeträger übertragenden Wärmegewinnungseinrichtung, insbesondere wenigstens einem Sonnekollektor und einem mit Heizwasser befüllbaren Heizkessel (1) mit wenigstens einem Feuerraum. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Innenraum des Heizkessels in Vertikalrichtung in drei Zonen unterteilt ist, nämlich in eine mittlere Feuerungszone (13), in der wenigstens ein Feuerraum angeordnet ist, eine über der Feuerungszone angeordnete Brauchwasserzone (12), in der sich eine Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Heizwasser und einem Brauchwassersystem befindet, und eine unterhalb der Feuerungszone angeordnete Vorwärmzone (14), in der das Heizwasser mit Hilfe der von der Wärmegewinnungseinrichtung gewonnenen Wärme aufheizbar ist.

Description

Beschreibung

Niedertemperatur-Heizungssystem

Die Erfindung betrifft ein Niedertemperatur-Heizungssystem mit einer Umwelt- oder Sonnenwarme auf einen flussigen Warmetrager übertragenden Warmegewinnungsein- πchtung Eine solche Warmegewinnungseinπchtung ist entweder ein nach dem Prinzip einer Wärmepumpe arbeitendes System oder insbesondere ein Sonnenkollektor Wenn aus Vereinfachungsgrunden von einem Sonnenkollektor gesprochen wird, so sind dar¬ unter gegebenenfalls auch mehrere zusammengeschlossene Sonnenkollektoren zu verstehen Die durch die Warmegewmnungseinπchtung gewonnene Energie wird sub- sidiar zum Beheizen von Wohnräumen und zum Erwarmen von Brauchwasser genutzt Solche Heizungssysteme sind grundsatzlich bekannt

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Niedertemperatur-Heizungssystem vor¬ zuschlagen, bei dem die Brauchwassererwarmung und die Erwärmung des für die Be¬ heizung von Wohnräumen dienenden Heizwassers zusammen in einem einzigen Kes¬ sel erfolgt, wobei zumindest zur Abdeckung des Grundwarmebedarfes eine Warmege- wmnungseinπchtung der genannten Art dient Die zugefuhrte Energie soll dabei mit möglichst hohem Wirkungsgrad für die in Rede stehenden Heizzwecke auszunutzbar

Diese Aufgabe wird durch ein Niedertemperatur-Heizsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelost Danach ist der Innenraum des Heizkessels in Vertikalrichtung betrachtet funktionell in drei Zonen unterteilt An eine mittlere Feuerungszone in der wenigstens ein mit Brennstoff beheizbarer Feuervorraum angeordnet ist, schließt sich oberseits eine Brauchwasserzone an, in der eine Warmeubertragungseinπchtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Heizwasser und einem Brauchwassersystem befin¬ det Unterhalb der Feuerungszone angeordnet ist eine Vorwarmzone, in der das Heiz- und Brauchwasser mit Hilfe der von der Warmegewinnungseinπchtung gewonnenen Warme aufheiz- bzw vorwarmbar Diese drei Zonen haben nicht nur unterschiedliche funktionelle Bedeutung, sondern es sind auch Zonen unterschiedlicher Temperaturen Bedingt durch die größere Dichte des kälteren Wassers wird dieses im Heizkessel nach unten sinken und sich in der Vorwarmzone ansammeln Dies ist insofern vorteilhaft, als dort der Wärmeaustausch zwischen der Warmegewinnungsemπchtung und dem Heizwasser stattfindet Je niedriger die Temperatur des Heizwassers ist, desto großer ist der Temperaturgradient zwischen dem Warmetrager der Warmegewinnungseinπch- tung und dem Heizwasser und dementsprechend groß ist die Warmeubertragungsrate Je großer die Warmeubertragungsrate ist, desto großer kann auch die Umwalzge- schwindigkeit des Warmetragers und damit die pro Zeiteinheit aus der Warmegewin- nungseinnchtung gewonnene Wärmemenge sein Wurde beispielsweise der Wärme¬ austausch zwischen dem Warmetrager der Warmegewinnungseinπchtung und dem Heizwasser an einer höheren Stelle im Kessel erfolgen, etwa im Bereich des Feuer¬ raums, so konnte beispielsweise in Übergangszeiten, in denen die dem Heizsystem über die Warmegewinnungseinπchtung zugefuhrte Warme nicht ausreicht und somit sporadisch eine zusätzliche Energiezufuhr durch Inbetriebnahme des Feuerraums er¬ folgen muß, aufgrund der in der Feuerungszone erhöhten Wassertemperatur kein so effektiver Wärmeaustausch erfolgen

Erfindungsgemaß wird die oberste Zone des Heizkessels, in der eine höhere Tempera¬ tur herrscht als in der Vorwarmzone, zur Erwärmung von Brauchwasser benutzt Vor¬ zugsweise wird der Wärmeübergang zwischen dem Heizwasser und einem Brauch¬ wassersystem dadurch errreicht, daß oberseits in den Heizkessel ein Boiler bzw ein Behalter eingelassen ist, dessen innerhalb des Heizkessels angeordnete Wände war- medurchlassig sind Der Wärmeaustausch zwischen dem Brauchwasser und dem Heizwasser kann effektiver gestaltet werden, wenn die mit dem Heizwasser in Kontakt stehende Oberflache des Boilers durch nach Art von Kuhlrippen ausgebildete Struktu¬ ren o dgl vergrößert ist Es ist auch eine Oberflachenvergroßerung, etwa in Form von sich in den Innenraum des Boilers hineinerstreckenden Einbuchtungen etc denkbar Ein Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung des Boilers besteht dann, daß er ganz einfach gefertigt sein kann und keine isolierten Wände aufweisen muß Um den Wär¬ meübergang vom Heizwasser zum Brauchwasser noch effektiver zu gestalten, ist in der Vorwarmzone ein Wärmetauscher angeordnet, der emgangsseitig mit einem Brauch¬ wasserversorgungsnetz und ausgangsseitig mit dem Boiler fluidisch verbunden ist Das aus Brauchwassernetzen, etwa einem kommunalen Trinkwasserversorgungsnetz, stammende und in der Regel relativ kühle Wasser kann daher bereits nahezu auf die Temperatur des Warmetragers aufgeheizt werden, bevor es dem Boiler zugeführt wird Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist auch, daß durch das zugefuhrte kühle Brauch¬ wasser das sich in der Vorwarmzone befindliche Heizwasser abkühlt Diese Abkühlung erhöht die Temperaturdifferenz zwischen dem etwa durch Sonnenenergie erhitzten Warmetrager und dem Heizwasser, so daß - wie bereits oben ausgeführt - die Warme¬ ubertragungsrate erhöht wird Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch die vorgeschlagene Anordnung des Boilers innerhalb des Heizkessels zusatzlicher Aufstellraum gespart wird Für Falle, in denen die vom Warmetrager zugefuhrte Wärmemenge nicht mehr ausreicht, um das Brauchwasser auf die gewünschte Temperatur zu heizen, ist eine elektrische Zusatzheizung insbesondere in Form einer im Boiler angeordneten Heizspi¬ rale vorgesehen

Die Aufheizung des Heizwassers in der Vorwarmzone durch den Warmetrager der Warmegewinnungseinnchtung erfolgt prinzipiell dadurch, daß der Warmetrager mit dem Heizwasser mittelbar oder unmittelbar in Kontakt gebracht wird Im ersten Fall ist in der Vorwarmzone ein Wärmetauscher angeordnet, der einerseits mit dem Eingang der Warmegewinnungseinnchtung und andererseits mit deren Ausgang fluidisch verbunden ist Der Wärmeaustauscher wird von dem mittels einer geeigneten Pumpe aufrecht¬ erhaltenen Warmetragerkreislaufstrom durchflössen, wobei der Wärmeübergang zwi¬ schen Warmetrager und Heizwasser erfolgt Die Warmegewinnungseinnchtung umfaßt in diesem Fall einen geschlossenen Stoffkreislauf, der mit der Vorwarmzone warmege- koppelt ist Vorzugsweise ist jedoch ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Warme¬ trager und dem Heizwasser vorgesehen Dabei ist die Warmegewinnungseinnchtung eingangs- und ausgangsseitig mit der Vorwarmzone des Heizkessels fluidisich verbun¬ den, wobei als Warmetrager das Heizwasser verwendet wird Mit einem solchen offe- nen System sind verschiedene Vorteile verbunden So muß die Wiedergewinnungsein¬ richtung bei Neuinstallation nach Reparatur o dgl nicht mit einem separaten Warme¬ trager gefüllt werden Vielmehr kann die Befullung zusammen mit dem gesamten Heiz¬ system mit Leitungswasser erfolgen Weiterhin ist der Wärmeaustausch gegenüber ei¬ nem Wärmetauscher verbessert, da die im Warmetrager enthaltene Warme keine Sy¬ stemgrenzen, etwa die Wände eines Wärmeaustauschers, überwinden muß Eine sol¬ che Ankopplung der Warmegewinnungseinnchtung ist nicht nur bei einem erfindungs¬ gemaßen Heizkessel, sondern bei beliebigen Heizkesselausfuhrungen sinnvoll

Vorzugsweise ist die Warmegewinnungseinnchtung ein Sonnenkollektor, der über eine Rucklaufleitung mit dem Heizkessel verbunden ist Der Sonnenkollektor ist dabei an der höchsten Stelle des Heizungssystems angeordnet In die Rucklaufleitung ist ein Aus¬ gleichsbehaiter zwischengeschaltet Dies hat den Vorteil, daß auf Überdruckventile und sonstige druckentlastende Einrichtungen im Warmetragerkreislauf-System verzichtet werden kann Solche Einrichtungen sind gegenüber einem Ausgleichsbehaiter kosten-, montage- und wartungsaufwendiger Mit Hilfe eines Ausgleichsbehalters ist es außer¬ dem auf einfache Weise möglich, den Sonnenkollektor zu entleeren Wird namlich die den Warmetragerkreislauf aufrechterhaltende Pumpe abgeschaltet, so lauft, bedingt durch das mit der Umgebungsluft in Verbindung stehende Luftpolster im Ausgleichsbe¬ haiter, der Sonnenkollektor leer Der Sonnenkollektor kann also bei Bedarf, etwa bei Frosteinwirkung, auf einfache Weise entleert werden und damit au^f eine Befullung des Sonnenkollektor-Systems mit Frostschutzmittel verzichtet werden insbesondere vor¬ teilhaft ist ein Ausgleichsbehaiter in Verbindung mit einem Sonnenkollektor-System, bei dem als Warmetrager das Heizwasser selbst verwendet wird Bei Systemen, bei denen eine solche Entleerung nicht möglich ist, muß dem Warmetrager, der üblicherweise Wasser ist, ein Frostschutzmittel zugesetzt werden Dieses erhöht aber die Viskosität des Warmetragers, so daß entsprechend größere Rohrnennweiten und entsprechend bemessene Einbauten notwendig sind, um die gewünschte Umwalzrate zu erreichen nach oben: Bei einem durch einen Stromausfall bedingten Stillstand der Umwälzpum¬ pe lauft der Warmetrager ebenfalls selbsttätig aus dem Sonnenkollektor heraus, was insbesondere in den Wintermonaten, wo die Gefahr des Einfrierens besteht, von Vorteil

Die Heizkörper eines erfindungsgemaßen Heizungssystems sind vorzugsweise unter¬ halb des niedrigsten Flussigkeitsniveaus des Ausgleichsbehalters angeordnet Wenn die Rucklaufleitung unterhalb des Ausgleichsbehalters mit der Oberseite des Heizkes¬ sels verbunden ist, kann auf einen zusatzlichen Ausgleichsbehaiter für das Heizkörper und Heizkessel umfassende Wohnraum-Heizsystem verzichtet werden Die Entlüftung des Kessels und der Heizkörper sowie ein Druckausgleich in diesem System kann über die genannte Verbindungsleitung und den in den Kreislauf der Warmegewinnungsein¬ nchtung eingeschalteten Ausgleichsbehaiter erfolgen Auch diese Ausgestaltung des Sonnenkollektorsystems ist für beliebige Heizkesselformen anwendbar

In der Feuerungszone ist bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ein erster Feuerraum zur Befeuerung mit flussigem oder gasformigem Brennstoff und ein zweiter Feuerraum für feste Brennstoffe vorhanden Der zweite Feuerraum ist dabei mit Abstand unterhalb des ersten Feruerraums angeordnet und steht mit diesem über ein Rauchgasrohr in Verbindung Um auch zumindest einen Teil der Warme des bei der Feuerung entste¬ henden Rauchgases ausnutzen zu können, ist im ersten Feuerraum ein von doppel- wandigen Labyrinthwanden gebildetes Rauchgaslabyrinth angeordnet, wobei dessen Labyrinthwande untereinander und mit dem Innenraum des Heizkessels fluidisch ver¬ bunden und mit Wasser befullbar bzw gefüllt sind Vorzugsweise wird das Rauch- gaslabyπnth von konzentrisch und mit Radialabstand angeordneten Hohlzylindern ge¬ bildet, wobei der Innenraum des innersten Hohlzylinders von der Flamme eines Bren¬ ners beaufschlagt ist Der äußere Hohizylinder ist an seiner dem Brenner abgewandten Stirnseite verschlossen, so daß das vom innersten Hohizylinder ausströmende Rauch¬ gas durch die zwischen den einzelnen Hohlzylindern vorhandenen Zwischenräume strömen muß und dabei seine Warme an das in den doppelwandigen Hohlzylindern vorhandene Heizwasser abgibt

Ein erfindungsgemaßes Heizsystem umfaßt eine Regelung derart, daß eine den War- metragerkreislauf des Sonnenkollektors aufrechterhaltende Pumpe über einen Regler ιn Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Heizwas¬ sers und der Temperatur des Warmetragers im Sonnenkollektor zu- und abschaltbar ist So kann beispielweise bei bewölktem Himmel und dementsprechend zu geringer Aufheizung des Sonnenkollektors bei Unterschreiten einer bestimmten Temperaturdif¬ ferenz die Pumpe des Warmetragerkreislaufes abgeschaltet werden Aufgrund des in den Warmetragerkreislauf eingeschalteten Ausgleichsbehalters, der unterhalb des Sonnenkollektors angeordnet ist, lauft der Warmetrager aus dem Sonnenkollektor her¬ aus Dadurch ist verhindert, daß er die in ihm gespeicherte Warme an die Umgebung abgibt oder gefriert

Die Vor- und die Rucklaufleitung für ein Heizkorpersystem munden bei einem erfin¬ dungsgemaßen Heizsystem nicht an beliebiger Stelle in den Heizkessel, sondern in der Feuerungszone Das den Heizkörpern zugefuhrte Heizwasser wird also einem Bereich des Kessels entnommen bzw diesem wieder zugeführt, der bei Bedarf durch eine zu¬ sätzliche Befeuerung aufheizbar ist. Der Heizkorperkreislauf des Heizwassers spielt sich damit mehr im mittleren Bereich des Heizkessels ab, in einem Bereich also, der von dem in der Vorwarmzone erwärmten und nach oben steigenden Wasser umströmt ist, und in dem ein Feuerraum bereitgestellt ist Vorzugsweise zweigt die Vorlaufleitung oberhalb des ersten Feuerraums vom Heizkessel ab, wahrend die Rucklaufleitung zwi¬ schen dem ersten und dem zweiten Feuerraum in den Heizkessel mundet

Neben dem ersten und zweiten Feuerraum kann noch eine zusatzliche elektrische Hei¬ zung, etwa in Form einer Heizspirale o dgl vorhanden sein Die Heizspirale ist vor¬ zugsweise im oberen Bereich der Feuerungszone angeordnet, also in jenem Bereich, in dem auch die genannte Vorlaufleitung abzweigt

Die Erfindung wird anhand der in den beigefugten Zeichnungen dargestellten Ausfuh- rungsbeispiele naher erläutert Es zeigen

Fig 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemaßen Heizsystems, Ftg 2 einen Ausschnitt gemäß Fig 1 , bei dem jedoch der Wärmeaustausch zwi¬ schen dem Warmetrager einer Warmegewinnungseinnchtung und dem Heizwasser über einen Wärmetauscher erfolgt, und

Fig 3 einen Querschnitt längs der Linie lll-lll in Fig 1

Zentraler Bestandteil eines erfindungsgemaßen Heizungssystems ist, wie aus Fig 1 ersichtlich ist, ein Heizkessel 1 , der im Betriebszustand mit Heizwasser 2 gefüllt ist Das Heizwasser ist durch eine Schragschraffur versinnbildlicht Die Außenwand des Kes¬ sels ist von einer (nicht dargestellten) Isolationsschicht umgeben Der Heizkessel 1 ist im wesentlichen zylinderformig und ist im Betriebszustand so aufgestellt, daß seine Mittellangsachse 3 vertikal verlauft Im oberen Bereich des Heizkessels 1 ist ein Was- serboiler, im folgenden kurz „Boiler 4" genannt, eingelassen Die Seitenwand 5 und der Boden 6 des Boilers sind warmedurchlassig und von Heizwasser 2 umgeben An der Oberseite des Kessels sind (nicht dargestellte) Anschlüsse für ein Brauchwassersystem vorhanden, welches in Fig 1 durch eine Dusche 7 versinnbildlicht ist In den Boileπn- nenraum, der im Betriebszustand mit Brauchwasser 9 gefüllt ist, ragt eine Heizspirale 8 hinein An diesen Bereich des Heizkessels, der im folgenden mit Brauchwasserzone 12 bezeichnet wird, schließen sich nach unten eine Feuerungszone 13 und eine Vorwarm¬ zone 14 an

In der Feuerungszone, die etwa die Hälfte des gesamten Kesselvolumens ausmacht, sind ein erster Feuerraum 15 und mit Abstand darunter ein zweiter Feuerraum 16 an¬ geordnet Im ersten Feuerraum 15 ist ein Rauchgaslabyrinth 17 angeordnet, das weiter unten naher erläutert wird. Der erste Feuerraum wirkt mit einem Brenner 18, einem Gas- oder Olbrenner, zusammen Der Brenner 18 ist außerhalb einer den Feuer¬ raum 15 verschließenden Frontplatte 19 angeordnet, durch die er mit einem Bren¬ nereinsatz 20 in den Feuerraum 15 hineinragt Das Rauchgaslabyrinth 17 sowie die Frontplatte 19 sind doppelwandig ausgeführt und mit Heizwasser 2 gefüllt Der Feuer¬ raum 16 dient zum Abbrennen von festen Brennstoffen Dementsprechend ist in ihm ein Rost 23 vorhanden Der erste und der zweite Feuerraum 15, 16 sind über ein Ver¬ bindungsrohr 24 miteinander verbunden, das zur Ableitung von Rauchgasen, angedeu- tet durch die Pfeile 25, dient Da die Feuerraume 15,16 mit Vertikalabstand zueinander angeordnet sind, sind sie beide vollständig von Heizwasser 2 umgeben Auch die den Feuerraum 16 verschließende Frontplatte 26 des Feuerraumes 15 ist doppelwandig ausgeführt und mit Heizungswasser gefüllt

In der sich nach unten an die Feuerungszone 13 anschließenden Vorwarmzone 14 ist ein Wärmetauscher 27 angeordnet, der über einen Eingangsanschluß 28 und einen Ausgangsanschluß 29 in der Kesselaußenwand 31 zugänglich ist Am Eingangsan¬ schluß 28 ist ein Brauchwasserversorgungssystem (nicht dargestellt) anschließbar Mit dem Ausgangsanschluß 29 ist eine Leitung 30 verbunden, die über einen Anschluß 33 an der Kesselaußenwand im Bereich der Brauchwasserzone 12 in den Boiler 4 hinein¬ fuhrt In der Kesselaußenwand sind im Bereich der Vorwarmzone zwei weitere An¬ schlüsse 34 und 35 vorhanden, wobei am Anschluß 35 eine Zufuhrleitung 36 und am Anschluß 34 eine Rucklaufleitung 37 angeschlossen ist In die Rucklaufleitung 37 ist eine Umwälzpumpe 38 eingeschaltet Die Zuführleitung 36 und die Rucklaufleitung 37 sind an ihrem anderen Ende mit einem Sonnenkollektor 39 verbunden Der Warmetra¬ ger des Sonnenkollektorkreislaufes wird durch das Heizwasser 2 selbst gebildet, das den Sonnenkollektor 39 in Stromungsrichtung 40 durchströmt In die Rucklaufleitung 37 ist ein Ausgleichsbehaiter 43 zwischengeschaltet, in dem sich ein Wasservorrat 44 und ein Luftpolster 42 befindet Das Luftrohr steht über eine Entluftungsleitung 32, die gleichzeitig auch zur Begrenzung des maximalen Wasserstandes im Ausgleichsbehai¬ ter dient, mit der Atmosphäre in Verbindung Wahrend der Sonnenkollektor 39 am höchsten Hohenniveau des gesamten Heizungssystems angeordnet ist, befindet sich der Ausgleichsbehaiter 43 auf dem zweitniedrigsten Hohenniveau Von der Rucklauflei¬ tung 37 zweigt unterhalb des Ausgleichsbehalters 43 eine Verbindungsleitung 45 ab, die oberseits in den Heizkessel 1 mundet und eine fluidische Verbindung zwischen dem Wasservorrat 44 im Ausgleichsbehaiter 43 und Heizkessel bzw den daran angeschlos¬ senen Heizkörpern 46 herstellt

Die Heizkörper 46 sind über ein in Fig 1 zeichnerisch vereinfacht dargestelltes An¬ schlußsystem mit dem Heizkessel verbunden Das Anschlußsystem umfaßt eine Vor- laufleitung 47, eine Rucklaufleitung 48, ein Mischventil 49, eine Umwälzpumpe 50 und ein Rohr-Verteilersystem (nicht dargestellt) Die Vorlaufleitung 47 ist über einen Vor¬ laufschieber 53 mit dem Heizkessel 1 fluidisch verbunden Der Vorlaufschieber ist im oberen Bereich der Feuerungszone 13, also zwischen dem Boiler 4 und dem ersten Feuerraum 14 angeordnet Der mit der Rucklaufleitung 48 verbundene Rucklaufan¬ schluß 54 ist an der Kesselaußenwand 31 in einem Bereich angeordnet, der zwischen dem ersten Feuerraum 15 und dem zweiten Feuerraum 16 liegt Der die Heizkörper 46 versorgende Heizwasserkreislauf ist in üblicher Weise durch ein Steuerungs- oder Re¬ gelsystem 55 beeinflußbar

Ein erfindungsgemaßes Heizsystem arbeitet etwa wie folgt In der warmen Jahreszeit wird eine Raumbeheizung in der Regel nicht benotigt, so daß nur die Brauchwasserzo¬ ne 12 und die Vorwarmzone 14 des Heizkessels zur Erwärmung des Brauchwassers benotigt werden Bei ausreichender Sonneneinstrahlung heizt sich der Sonnenkollek¬ tor 39 bzw das durch ihn in Stromungsrichtung 40 hindurchgefuhrte Heizwasser ent¬ sprechend auf und wird über die Rucklaufleitung 37 und den Ausgleichsbehaiter 43, der eine (nicht dargestellte) Außenisolierung aufweist und über den Anschluß 34 zur Vor¬ warmzone des Heizkessels geleitet Dort steigt das erwärmte Heizwasser aufgrund sei¬ ner geringeren Dichte nach oben und strömt an den Feuerraumen 15, 16 vorbei Es sammelt sich in der Brauchwasserzone an und gibt seine Warme über die Seiten¬ wand 5 und den Boden 6 an das im Boiler 4 befindliche Brauchwasser ab Wenn - bei¬ spielsweise bei Benutzung der Dusche 7 - dem Boiler 4 Brauchwasser entnommen wird, wird dies über den Eingangsanschluß 28, den Wärmetauscher 27, die Leitung 30 und den Anschluß 33 nachgeliefert Der Wärmeaustauscher 27 ist oberhalb der Mun¬ dung der Rucklaufleitung 37 des Sonnenkollektors 39 angeordnet und folglich von dem im Sonnenkollektor erhitzten Heizwasser 2 umströmt Das von einem Brauchwasser¬ netz zugefuhrte Frischwasser gelangt somit bereits vorgewärmt in den Boiler Vorteil¬ haft bei dieser Ausgestaltung ist auch, daß die Wärmeübertragung im Wärmeaustau¬ scher 27 wesentlich effektiver erfolgen kann als im Boiler selbst, da der Wärmeaustau¬ scher 27 für einen Wärmeaustausch wesentlich zweckmäßiger gestaltet werden kann, z B in Form eines mehrfach spiralig gewundenen Rohres Wenn die Sonneneinstrahlung nicht ausreicht, um das Brauchwasser im Boiler 4 auf die Solltemperatur zu erwärmen oder bei starker Brauchwasserentnahme wird durch eine entsprechende Regelung (nicht dargestellt) die Heizspirale 8 in Betrieb gesetzt.

Um zu verhindern, daß das im Sonnenkollektorkreislauf 41 umgewälzte Heizwasser Wärme an die Umgebung abgibt oder gefriert, ist eine spezielle Regelung vorgesehen. Diese umfaßt einen Regler 56, einen im Sonnenkollektor angeordneten Meßfühler 57 und einen Meßfühler 58, der die Heizwassertemperatur in der Nähe des Kesselbodens mißt. Der Meßfühler 57 ist über eine Steuerleitung 59, der Meßfühler 58 über eine Steuerleitung 60 mit dem Regler 56 verbunden. Der Meßfühler 57 ist vorzugsweise in der Nähe des Ausgangs des Sonnenkollektors 39 angeordnet und mißt dort die Tempe¬ ratur des umgwälzten Wärmeträgers bzw. des Heizwassers 2. Der Regler 56 ist so ein¬ gestellt, daß er bei einer bestimmten Temperaturdifferenz zwischen der Sonnenkollek- tortemperatur und der Heizkesseltemperatur die Pumpe 38 über eine Steuerungslei¬ tung 51 abschaltet. So kann es zweckmäßig sein, eine Abschaltung der Pumpe dann vorzunehmen, wenn der genannte Temperaturunterschied weniger als 5°C beträgt, da dann beispielsweise die Energieaufnahme der Umwälzpumpe 38 größer ist als die ge¬ wonnene Sonnenenergie. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Son¬ nenkollektor durch Wolken längere Zeit abgeschattet ist. Nachdem die Pumpe ausge¬ schaltet ist, fließt das Wasser aus dem Sonnenkollektor in Pfeilrichtung 63 in die Zu¬ führleitung 36 so weit zurück, bis in der Leitung 36 und im Ausgleichsbehälter 43 das- gleiche Flüssigkeitsniveau erreicht ist. Eine derartige Regelung ist insbesondere auch in den Wintermonaten vorteilhaft, da hier bei längeren Abschattungsphasen aufgrund der niedrigen Außentemperaturen eine schnelle Abkühlung des im Sonnenkoilektor verbleibenden Heizwassers erfolgen würde, was sich entsprechend negativ auf die Ge¬ samtenergiebilanz des Heizungssystems auswirken würde. Auch bei unterhalb des Gefrierpunkts liegenden Außentemperaturen kann, falls eine ausreichende Sonnen¬ einstrahlung nicht gegeben ist, die Pumpe 38 abgeschaltet und der Sonnenkollektor 39 entleert werden, und der Gefahr des Gefrierens des Wärmeträgers entgegenzuwirken. Wahrend der Heizperioden in den kalten Jahreszeiten ist einer der beiden Feuerrau¬ me 15,16 in Betrieb Für die folgende Betrachtung wird angenommen, daß der erste Feuerraum 15 mit Gas oder Heizöl beheizt wird Da der Feuerraum 15 oberhalb der Vorwarmzone 14 angeordnet ist, und das durch ihn erwärmte Heizwasser nach oben steigt ist in der Aufheizphase die Vorwarmzone 14 von dieser Aufheizung zunächst nahezu unberührt Dies ist insofern vorteilhaft, als daß zwischen dem Heizwasser in der Vorwarmzone und dem vom Sonnenkollektor 39 erwärmten Heizwasser eine relativ große Temperaturdifferenz herrscht, so daß die Vorwarmung des Brauchwassers den¬ noch stattfinden kann Auch im aufgeheizten Zustand, wenn der gesamte Kessel durchgewärmt ist wird sich in der Vorwarmzone eine geringere Temperatur einstellen als im oberen Bereich des Heizkessels Dies bedeutet, daß bei zugeschaltetem Feuer¬ raum, wenn in der Feuerungszone 13 und in der Brauchwasserzone 12 bereits Tempe¬ raturen vorhanden sind, die oberhalb der Sonnenkollektortemperatur liegen, die Tem¬ peratur des Heizwassers in der Vorwarmzone 14 niedriger ist, so daß ein Wärmeüber¬ gang vom Sonnenkollektor auf das Heizwasser möglich ist Zur Regelung des Bren¬ ners 18 ist dieser über eine Steuerleitung 64 mit dem Regler 56 verbunden Ein Meß¬ fühler 65 mißt die Heizwassertemperatur am Boden des Heizkessels 1 und gibt den entsprechenden Meßwert über eine Steuerleitung 66 an den Regler 56 weiter Der Brenner kann dann beispielsweise nach Art einer Zwei-Punkt-Regelung in Abhängigkeit von der Heizwassertemperatur zu- und abgeschaltet werden Um die Vanationsmog- lichkeiten im Hinblick auf die verwendbaren Energieträger noch zu erhohen, ist bei ei¬ nem erfindungsgemaßen Heizsystem eine zusätzliche elektrische Beheizung des Heiz¬ kessels vorgesehen Eine solche elektrische Beheizung ist in Fig 1 durch die Heizspira¬ le 61 angedeutet, die oberhalb des Feuerraums 15 und etwa auf gleicher Hohe wie der Anschluß 53 angeordnet ist

Im folgenden wird nun die Ausgestaltung des Feuerraums 15 anhand Fig 1 und Fig 3 naher erläutert

Im Feuerraum ist - wie gesagt - ein Rauchgaslabyrinth 17 angeordnet, das dazu dient, die Rauchgase mehrfach umzuleiten und ihnen dabei Warme zu entziehen Zu diesem Zweck ist das Rauchgaslabyrinth doppelwandig ausgeführt und mit Heizwasser gefüllt Das Rauchgaslabynnth 17 setzt sich aus mehreren konzentrisch ineinander angeordne¬ ten Hohlzylindern 67,68,69 zusammen Zwischen den Hohlzylindern sind Abstandshal¬ ter 70 angeordnet, die mit dem mit Heizwasser 2 gefüllten Innenraum 73 der Hohizylin¬ der fluidisch verbunden sind Zwischen dem äußeren Hohizylinder 69 und der Feuer¬ raumwandung 71 ist ebenfalls ein Abstandshalter 70a angeordnet, der den Innen¬ raum 73 des Hohlzylinders 67 mit dem Innenraum des Heizkessels 1 verbindet Der äußere Hohizylinder 69 ist auf seiner dem Brenner 18 abgewandten Stirnseite ver¬ schlossen Die im Feuerraum 15 entstandenen Rauchgase strömen daher etwa auf dem durch die Stromungspfeile 74 im Fig 1 angedeuteten Weg in ein Kaminrohr 71 Die Abstandshalter 70,70a können auch an anderen Stellen, als dies in den Zeichnun¬ gen dargestellt ist, angeordnet sein So konnte es zweckmäßig sein, die Abstandshalter so anzuordnen, daß das ihm Rauchgaslabynnth enthaltene und infolge Konvektion stromende Heizwasser einen Hohizylinder von dessen einer Stirnseite in Richtung auf dessen andere Stirnseite durchströmt und dann über einen Abstandshalter in den wei- ter innen bzw weiter außen liegenden Hohizylinder übertritt Dabei kann die Strömung entgegen der Rauchgasrichtung gefuhrt sein Der durch die erfindungsgemaße Ausge¬ staltung des Feuerraums 15 hervorgerufene Energieeinsparungseffekt kann noch da¬ durch verstärkt werden, daß die Frontplatten 19 und 26 der Feuerraume 15 und 16 ebenfalls doppelwandig ausgeführt sind, wobei der dadurch entstandene Innenraum ebenfalls mit Heizwasser gefüllt ist und mit dem Kesselinnenraum in Verbindung steht

In Fig 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Sonnenkollektorkreis- lauf 41 mit dem Heizwasser 2 des Heizkessels 1 über einen Wärmetauscher 62 in Warmekontakt steht Auch bei einer solchen Heizanlage kann das Sonnenkollektorsy- stem mit Wasser gefüllt sein, dem kein Frostschutzmittel beigefugt ist, da auch bei einer solchen Anlage der in Fig 1 dargestellte Ausgleichsbehaiter 43 in die Rucklauflei¬ tung 37 eingeschaltet ist Bei Frostgefahr kann somit der Sonnenkollektor durch einfa¬ ches Abschalten der Pumpe 38 entleert werden Analoges gilt für Abschattungspen- öden Bezugszeichenliste

Heizkessel 40 Stromungsrichtung

Heizwasser 41 Sonnenkollektorkreislauf

Mittellangsachse 42 Luftpolster

Boiler 43 Ausgleichsbehaiter

Seitenwand 44 Wasservorrat

Boden 45 Verbindungsleitung

Dusche 46 Heizkörper

Heizspirale 47 Vorlaufleitung

Brauchwasser 48 Rucklaufleitung

Brauchwasserzone 49 Mischventil

Feuerungszone 50 Umwälzpumpe

Vorwarmzone 51 Steuerleitung erster Feuerraum 53 Vorlaufschieber zweiter Feuerraum 54 Rucklaufanschluß

Rauchgasiabyrmth 55 Regelsystem

Brenner 56 Regler

Frontplatte 57 Meßfühler

Brennereinsatz 58 Meßfühler

Rost 59 Steuerleitung

Verbindungsrohr 60 Steuerleitung

Pfeil 61 Heizspirale

Frontplatte 62 Wärmetauscher

Wärmetauscher 63 Pfeilrichtung

Eingangsanschluß 64 Steuerleitung

Ausgangsanschluß 65 Meßfühler

Leitung 66 Steuerleitung

Kesselaußenwand 67 Hohizylinder

Entluftungsleitung 68 Hohizylinder

Anschluß 69 Hohizylinder

Anschluß 70 Abstandshalter

Anschluß 71 Feuerraumwandung

Zufuhrleitung 72 Kaminrohr

Rucklaufleitung 73 Innenraum

Umwälzpumpe 74 Stromungspfeil

Sonnenkollektor

Claims

Ansprüche

1. Niedertemperatur-Heizungssystem mit einer Umwelt- oder Sonnenwärme auf einen flüssigen Wärmeträger übertragenden Wärmegewinnungseinrichtung, insbesondere mit wenigstens einem Sonnenkollektor (39) und einem mit Heizwasser (2) befüllba- ren Heizkessel (1 ) mit wenigstens einem Feuerraum (15), dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Heizkessels in Vertikalrichtung in drei Zonen unterteilt ist, nämlich in eine mittlere Feuerungszone (13), in der wenigstens ein mit Brennstoff beheiz¬ barer Feuerraum (15) angeordnet ist, eine über der Feuerungszone angeordnete Brauchwasserzone (12), in der sich eine Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung zwischen dem Heizwasser (2) und einem Brauchwassersystem befindet, und einer unterhalb der Feuerungszone angeordneten Vorwärmzone, in der das Heizwasser mit Hilfe der von der Wärmegewinnungseinrichtung gewonnenen Wärme aufheizbar ist.

2. Heizungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungseinrichtung ein oberseits in den Heizkessel (1 ) einge¬ lassener Behälter oder Boiler (4) ist, dessen innerhalb des Heizkessels angeordne¬ te Wände wärmedurchlässig sind.

3. Heizungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Heizwasser (2) in Kontakt stehende Oberfläche des Boilers (4) durch nach Art von Kühlrippen ausgebildeten Strukturen oder dergleichen vergrö¬ ßert ist.

Heizungssystem nach Anspruch 2 oder 3 gekennzeichnet durch einen in der Vorwarmzone (14) angeordneten Wärmetauscher (27), der emgangs¬ seitig mit einem Brauchwasserversorgungsnetz und ausgangsseitig mit dem Boi¬ ler (4) fluidisch verbunden ist

Heizungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche elektrische Beheizung des Boilers (4), etwa durch eine darin ange¬ ordnete Heizspirale (8) oder dergleichen

Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Aufheizung des Heizwassers in der Vorwarmzone (14) derart, daß dann ein Wärmetauscher (62) angeordnet ist, der einerseits mit dem Eingang der Warme¬ gewinnungseinnchtung und andererseits mit deren Ausgang fluidisch verbunden ist

Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Aufheizung des Heizwassers in der Vorwarmzone (14) derart, daß die Warme¬ gewinnungseinnchtung eingangs- und ausgangsseitig mit der Vorwarmzone flui¬ disch verbunden ist, wobei der Warmetrager der Warmegewinnungseinnchtung Heizwasser ist

Heizungssystem nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine als Sonnenkollektor (39) ausgebildete Warmegewinnungseinnchtung und ei¬ nen Ausgleichsbehaiter (43), wobei der Ausgleichsbehaiter (43) in eine den Son¬ nenkollektor (39) mit dem Heizkessel (1 ) verbindende Rucklaufleitung (37) zwi¬ schengeschaltet ist

9 Heizungssystem nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch mehrere Heizkörper (46), die unterhalb des niedrigsten Flussigkeitsniveaus des Ausgleichsbehalters (43) angeordnet sind.

10 Heizungssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ausgleichsbehalters (43) von der Rucklaufleitung (37) eine Ver- bmdungsleitung (45) abzweigt, die oberseits in den Innenraum des Heizkessels (1 ) mundet.

11 Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gekennzeichnet durch einen ersten Feuerraum (15) zur Befeuerung mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff und einem zweiten Feuerraum (16) für feste Brennstoffe

12. Heizungssystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Feuerraum (16) mit Abstand unterhalb des ersten Feuerraums (15) angeordnet ist und mit diesem über ein Verbindungsrohr (24) in Verbindung steht

13. Heizungssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Feuerraum (15) ein von doppelwandigen Labynnthwanden gebildetes Rauchgaslabyrinth (17) angeordnet ist, wobei die die Labynnthwande untereinander und mit dem Innenraum des Heizkessels (1) fluidisch verbunden und mit Heizwas¬ ser befüllbar sind. Heizungssystem nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Labynnthwande von konzentrisch und mit Radialabstand angeordneten Hohlzylindern (67,68,69) gebildet sind, wobei der Innenraum (73) des innersten Hohlzylinders (67) von der Flamme eines Brenners (18) beaufschlagbar ist und der äußere Hohizylinder (69) an seiner dem Brenner abgewandten Stirnseite verschlos¬ sen ist

Heizungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Hohlzylindern (67,68,69) und zwischen dem äußeren Hohizylinder (69) und der Feuerraumwand (71) Abstandshalter (70,70a) angeordnet sind, die die Hohizylinder untereinander und den äußeren Hohizylinder (69) mit dem Kesselinneraum fluidisch verbinden

Heizungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 15, gekennzeichnet durch eine Regelung derart, daß eine den Sonnenkollektorkreislauf (41 ) aufrechterhalten¬ de Pumpe (38) über einen Regler (56), in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizwasser und dem Warmetrager im Sonnenkollektor (39) zu- und abschaltbar ist

Heizungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Vorlaufleitung (47) und eine Rucklaufleitung (48), die ein System von Heizkör¬ pern (46) mit dem Heizkessel (1) verbindet, wobei die Rucklaufleitung (48) in den unteren und die Vorlaufleitung (47) in den oberen Bereich der Feuerungszone (13) mundet Heizungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (47) oberhalb des ersten Feuerraums (15) und die Rucklauf¬ leitung (48) zwischen dem ersten Feuerraum (15) und dem zweiten Feuerraum (16) in den Heizkessel mundet

Heizungssystem nach einem der Anspruch 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine in der Feuerungszone (13) angeordnete elektrische Zusatzheizung, etwa in Form einer Heizspirale (41) oder dergleichen

Heizungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zusatzheizung oberhalb des ersten Feuerraums (15) angeord¬ net ist