Heizungsanlage

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit einer Einrichtung zur Erwärmung eines ersten Fluidkreislaufs und mit einer Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung vom ersten Fluidkreislauf auf einen zweiten Fluidkreislauf, der eine der Wärmeübertragungseinrichtung (22) auslassseitig zugeordnete Wärmespeichereinrichtung aufweist.
Es ist vorgesehen, dass die Wärmespeichereinrichtung ein Latentwärmespeicher (32) ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Heizungsanlagen weisen in der Regel einen Fluidkreislauf auf, der mittels eines Brenners erwärmt wird. Zur Speicherung der mittels des Brenners erzeugten Wärme dient üblicherweise ein Wärmespeicherbehälter, beispielsweise ein Wasserkessel oder dergleichen. Der Wärmespeicher dient insbesondere dazu, die Systemwärme auf einem relativ konstanten Niveau zu halten, ohne dass der Brenner permanent arbeiten und für eine Wärmezufuhr sorgen muss. Für eine möglichst konstante Temperatur bei kurzen Betriebsphasen des Brenners ist ein relativ großes Speichervolumen notwendig.

[0003] Ein solches großes Speichervolumen kann je nach Anwendungsfall allerdings nachteilig sein, da unter Umständen eine kompaktere Speichereinheit wünschenswert ist. Zudem bedingt ein größerer Speicher aufgrund seiner größeren Oberfläche in der Regel auch gleichzeitig höhere Wärmeverluste, da die im Speicher gespeicherte Wärmeenergie über einen längeren Zeitraum langsam nach außen abgegeben wird.

[0004] Aus der FR 27 42 214 A ist eine Heizungsanlage zur Erzeugung von warmem Brauch- und Heizungswasser bekannt, die einen Brauchwasserheizkreis mit einem Brenner und einem Hauptwärmetauscher sowie einen zusätzlichen Gegenstrom-Direktwärmetauscher aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Gegenstrom-Direktwärmetauscher im Brauchwasserheizkreis stromabwärts eines Behälters mit geringem Fassungsvermögen und in einem Schöpfwasserkreis stromaufwärts dieses Behälters angeordnet ist. Der Gegenstrom-Direktwärmetauscher kann insbesondere ein Kompakt-Plattenwärmetauscher sein.

[0005] Die DE 100 16 171 C1 beschreibt eine Heizungsanlage mit einer Gastherme, die über einen Wärmeübertrager einen Heizwasser-Kreislauf sowie einen Trinkwasser-Speicher mit Wärme versorgt. Beim Anbieten von Trinkwasser soll ein Energie sparender Betrieb dadurch erreicht werden, dass eine Zusatzheizung mittels einer Zeitschaltuhr ein- und ausgeschaltet wird, dass eine Heizleistung der Zusatzheizung ein Vielfaches der Warmhalte-Heizleistung beträgt und dass die Warmhalte-Heizleistung durch periodisches Ein- und Ausschalten der Zusatzheizung eingestellt werden kann.

[0006] Die DE 299 14 113 U1 beschreibt einen Schichtenspeicher, insbesondere zum Einsatz in einer Heizungsanlage, der ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Wasserspeicherbehälter aufweist. Der Wasserspeicherbehälter weist in einem unteren Bereich einen Wasserrücklauf und in einem oberen Bereich einen Wasservorlauf auf. Weiterhin ist der Behälter durch Trennelemente in wenigstens zwei Speicherzonen unterteilt, in denen ein Latentwärmespeichermaterial mit unterschiedlichen Umwandlungstemperaturen angeordnet ist. Es können bspw. drei Latentwärmespeicherzonen in unterschiedlichen Höhen des Behälters angeordnet sein, die mittels Trennblechen oder Trenngittem voneinander separiert sein können.

[0007] Ein Ziel der Erfindung besteht darin, bei einer Heizungsanlage einen Wärmespeicher mit möglichst geringem Bauvolumen zur Verfügung zu stellen, der gleichzeitig eine möglichst große Wärmespeicherkapazität aufweist.

Vorteile der Erfindung

[0008] Bei einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage mit einer Einrichtung zur Erwärmung eines ersten Fluidkreislaufs und mit einer Einrichtung zur Übertragung der Wärme vom ersten Fluidkreislauf auf einem zweiten Fluidkreislauf ist eine der Wärmeübertragungseinrichtung auslassseitig zugeordnete Wärmespeichereinrichtung vorgesehen. Diese Einrichtung zur Wärmespeicherung kann insbesondere ein Latentwärmespeicher sein. Bei einer Ausgestaltung der Heizungsanlage zur Warmwasserbereitung zirkulieren im ersten und im zweiten Fluidkreislauf jeweils Wasserströme. Die Wärmeübertragungseinrichtung ist dabei vorzugsweise als Wärmetauscher ausgestaltet, der zur Wärmeübertragung des primären Fluidkreislaufs zum sekundären Fluidkreislauf dient.

[0009] Die Einrichtung zur Erwärmung des ersten Fluidkreislaufs kann beispielsweise ein Brenner, insbesondere ein Gas- oder Ölbrenner oder dergleichen sein. Als solche Einrichtung zur Erwärmung des ersten Fluidkreislaufs kommt prinzipiell auch eine Solaranlage, eine Brennstoffzelle oder jede andere geeignete Einrichtung zur Wärmeerzeugung in Frage. Die Anordnung eines Latentwärmespeichers am Auslass der Wärmeübertragungseinrichtung ermöglicht es, auf weitere Wärmespeichereinheiten wie bspw. einen thermisch isolierten Wasserkessel o. dgl. zu verzichten, da ein solcher Latentwärmespeicher in der Lage ist, eine relativ große Wärmespeicherkapazität zur Verfügung zu stellen. In einem Latentwärmespeicher wird ein Speichermaterial bzw. Speicherfluid eingesetzt, das einen Phasenübergang in einem geeigneten Temperaturbereich aufweist. Durch die beim Phasenübergang des Speichermaterials zusätzlich zur sensiblen Wärme umgesetzte latente Wärme erhöht sich die gespeicherte Wärmemenge. Auch bei einer nur sehr geringen Temperaturspreizung des Speichers kann somit eine relativ hohe Energiedichte der Wärmespeicherung erreicht werden.

[0010] Vorzugsweise wird der Latentwärmespeicher in Form einer zusätzlichen Kapazität in den Warmwasserauslauf platziert. Über eine große Übertragerfläche kann ein guter Wärmeübergang und damit eine entsprechende Leistung realisiert werden. Zur Gestaltung des Wärmeübertragers bietet sich beispielsweise ein zusätzlicher Plattenwärmeübertrager oder eine Ummantelung gerippter Anschlussrohre mit Latentwärmespeichermaterial an.

[0011] Als Speichermaterial bieten sich für den speziellen Anwendungsfall einer Heizungsanlage solche mit einer Phasenübergangstemperatur bei etwa 55 °C an. Bei regulärem Betrieb schmilzt das Warmwasser bei 60 °C das Speichermaterial auf. Liegt die Vorlauftemperatur im Anfahrvorgang der Therme unter der Schmelztemperatur von 55 °C, wird die Schmelzwärme vom Speichermaterial wieder an das Warmwasser abgegeben und stabilisiert dadurch die Vorlauftemperatur. Bei eine Spreizung von ca. 10 K (50 bis 60 °C) beträgt dabei die gespeicherte Wärmemenge bei Parafin oder Natriumacetat etwa das Vierfache der von Wasser. Für eine gute Leistungsabgabe zum Fluid ist eine relativ große Kontaktfläche des Wärmeübertragers sinnvoll.

[0012] Als Wärmespeichermedien für den Latentwärmespeicher eignen sich beispielsweise Salzhydrate, Hydroxidhydrate oder Paraffine.

Zeichnungen

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0014] Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage 10, die einen ersten Wasserkreislauf 12 sowie einen damit thermisch gekoppelten zweiten Wasserkreislauf 14 aufweist. Das Vorlaufwasser 16 des ersten Wasserkreislaufs 12 wird über eine Pumpe 18 zu einem Brenner 20 geleitet und dort erwärmt. Der Brenner 20 kann beispielsweise ein Gas- oder Ölbrenner oder dergleichen sein. Auch geothermische Einrichtungen oder Solaranlagen eignen sich zur Wärmeübertragung auf den ersten Wasserkreislauf 12.

[0015] Anschließend durchläuft der erste Wasserkreislauf 12 einen Wärmeübertrager 22, über den die im ersten Wasserkreislauf 12 enthaltene Wärmeenergie an den zweiten Wasserkreislauf 14 abgegeben wird. Der Wärmeübertrager 22 kann insbesondere ein geeigneter Wärmetauscher, bspw. ein Plattenoder Rohrwärmetauscher oder dergleichen sein. Das den Wärmeübertrager 22 verlassende Wasser des ersten Wasserkreislaufs 12 läuft über ein Ventil 24 zum Vorlauf 26.

[0016] Innerhalb des zweiten Wasserkreislaufs 14 strömt Kaltwasser 28 durch den Wärmeübertrager 22 und verlässt diesen wieder als Warmwasser 30. Dem Wärmeübertrager 22 ist auslassseitig ein Latentwärmespeicher 32 nachgeordnet, der in der Lage ist, eine relativ große Wärmeenergiemenge zu speichern. Insbesondere bei einem verwendeten Wärmespeicherfluid mit einer Phasenübergangstemperatur von ca. 55 °C eignet sich der Latentwärmespeicher in idealer Weise zur Erhöhung der Wärmespeicherkapazität im zweiten Wasserkreislauf 14. Bei einem regulären Betrieb schmilzt das Warmwasser bei ca. 60 °C das Speichermaterial auf. Liegt die Vorlauftemperatur im Anfahrvorgang der Therme unter der Schmelztemperatur von 55 °C, wird die Schmelzwärme vom Speichermaterial wieder an das Warmwasser abgegeben und stabilisiert dadurch die Vorlauftemperatur. Bei eine Spreizung von 10 K beträgt dabei die gespeicherte Wärmemenge bei Parafin oder Natriumacetat etwa das Vierfache der von Wasser.

[0017] Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, eine Heizungsanlage mit vorgegebenen Speicher- und Betriebsparametern mit einer sehr kompakten Wärmespeichereinheit auszustatten. Insbesondere kann ein normalerweise relativ voluminöser Wasserspeicher entfallen oder zumindest deutlich in seiner Größe reduziert werden, so dass der Speicher auch bei sehr beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann.

Ansprüche

1. Heizungsanlage mit einer Einrichtung zur Erwärmung eines ersten Fluidkreislaufs und mit einer Wärmeübertragungseinrichtung zur Wärmeübertragung vom ersten Fluidkreislauf auf einen zweiten Fluidkreislauf, der eine der Wärmeübertragungseinrichtung (22) auslassseitig zugeordnete Wärmespeichereinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung ein Latentwärmespeicher (32) ist.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung bzw. der Latentwärmespeicher (32) ein Rohrsystem zur Durchleitung des zweiten Fluidkreislaufs (14) aufweist.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung einen Plattenwärmeübertrager umfasst.

4. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (32) zumindest in einer Ummantelung eines Rohres in der Wärmespeichereinrichtung angeordnet ist.

5. Heizungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (32) ein Wärmespeichermedium aufweist, das während einer Heizphase von einem festen in einen flüssigen Zustand übergehen kann.

6. Heizungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeichermedium ein Salzhydrat, ein Hydroxidhydrat oder ein Paraffin ist.

7. Heizungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungsanlage eine Warmwasserbereitung umfasst.

Zeichnung