DE102009056097B4

DE102009056097B4 - Anlage zum Ergänzen einer Heizanlage

Info

Publication number: DE102009056097B4
Application number: DE102009056097.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Staib
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: DE102009056097A1

Abstract

Anlage zum Ergänzen einer Heizanlage (6) für ein Gebäude (8) zur Nutzung der sensiblen und der latenten Restwärmeenergie eines über eine Rauchgasleitung (1) geführten Rauchgases (10) eines Brenners (60) der Heizanlage (6), wobei die Anlage ein mit der Rauchgasleitung (1) gekoppeltes Kühlsystem (3) für das Rauchgas (10) mit mindestens einem ersten Rauchgaskühler (31) aufweist, durch den die dem Rauchgas (10) entnommene Restwärmeenergie über ein Fluid an einen hydraulischen Kreislauf (50) des Rauchgaskühlers (31) abführbar ist und wobei ein Luftkonditioniergerät (2) mit einem ersten Wärmetauscher (21) vorgesehen ist und zumindest der erste Rauchgaskühler (31) hydraulisch über den Kreislauf (50) mit dem ersten Wärmetauscher (21) gekoppelt ist, wobei der erste Wärmetauscher (21) über einen ersten Frischluftkanal (20) mit Außenluft (80) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkonditioniergerät (2) einen Umluftkanal (25) für Gebäudeumluft (81) und einen weiteren Frischluftkanal (26) für die Außenluft (80) aufweist, wobei die beiden Frischluftkanäle (20, 26) über gegenläufige Klappen (28) in einen gemeinsamen Auslasskanal (27) münden und der Umluftkanal (25) sowie der gemeinsame Auslasskanal (27) jeweils separat für Außen- oder Umluft regelbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Ergänzen einer Heizanlage für ein Gebäude zur Nutzung der sensiblen und der latenten Restwärmeenergie eines über eine Rauchgasleitung geführten Rauchgases eines Brenners der Heizanlage. Die Anlage weist ein mit der Rauchgasleitung gekoppeltes Kühlsystem für das Rauchgas mit mindestens einem ersten Rauchgaskühler auf. Durch den Rauchgaskühler ist die dem Rauchgas entnommene Restwärmeenergie über ein Fluid an einen hydraulischen Kreislauf des Rauchgaskühlers abführbar. Es ist ein Luftkonditioniergerät mit einem ersten Wärmetauscher vorgesehen, der hydraulisch mit dem ersten Rauchgaskühler über den Kreislauf gekoppelt ist, wobei der erste Wärmetauscher über einen ersten Frischluftkanal mit Außenluft beaufschlagt wird.
Jedes Gebäude oder jede Gebäudehülle besitzt eine bestimmte, bautechnisch nicht vermeidbare Undichtheit. Durch diese Undichtheit findet ein unkontrolliertes Zuströmen von unbehandelter Außenluft bzw. ein unkontrolliertes Abströmen von erwärmter Raumluft zwischen dem Gebäude und der Umgebung statt. Dieser Vorgang wird als Infiltration bezeichnet. Gemäß DIN 1946 Teil 6, Mai 2009, sind ergänzend zur gebäudespezifischen Infiltration bedarfsabhängige zusätzliche Maßnahmen beschrieben, um den Lüftungsbedarf eines Gebäudes zu decken. Diese zusätzlichen Maßnahmen können als sog. „Freie Lüftung” mittels Fenster als definierte Gebäudeöffnungen oder maschinell als sog. „ventilatorgestützte Lüftung” ausgebildet sein.
Die ventilatorgestützten Lüftungssysteme haben den energetischen Vorteil, dass der Luftaustausch im Gebäude unter Nutzung des thermischen Potentials der Abluft durch entsprechende Wärmerückgewinnung erfolgen kann. Solche Lüftungsanlagen zur sog. „Kontrollierten Wohnungslüftung” haben sich deshalb am Markt durchgesetzt.
In der DE 35 18 143 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur energiesparenden Heizung, Belüftung und Abluftreinigung von industriellen Hallen mit einer hohen Luftqualität in der Aufenthaltszone der Arbeiter und einer hochwertigen Abluftreinigung der aus der Halle abgeführten Abluft beschrieben. Hierzu wird die Zuluft in Zulufttürmen über dem Dach mit einem Ventilator angesaugt und über ein oder mehrere Wärmetauscher aufgeheizt, die hydraulisch mit einem Rauchgaswärmetauscher gekoppelt sind.
In der US 4 122 834 A wird eine Wärmewiedergewinnungsanlage für Küchenabzüge beschrieben, die in ein Heizsystem integriert ist.
In der DE 10 2008 039 010 A1 ist eine Systemwand beschrieben, über die auch Solarwärmeenergie indirekt über Zwischenspeicher an die Raumluft abgegeben wird.
Nach der DE 298 10 120 U1 ist ein System zur Nutzung der Abwärme für Kleinfeuerungsanlagen bekannt, nach der zwei Wärmetauscher und ein Hochtemperatur Wärmeträger sowie ein Niedrigtemperatur Wärmeträger eingesetzt werden.
Gemäß der Beschreibung der DE 198 26 625 A1 wird ein wärmeisolierendes Fundament durch einen Luft-/Wasser-Wärmetauscher mit Solarwärmeenergie aufgeheizt.
In der DE 41 21 953 A1 ist ein Verfahren zur Erwärmung einer Mischung aus Fortluft und Außenluft durch Abgaswärme beschrieben, bei dem ein Speicherbehälter als Schichtenspeicher ausgebildet ist. Die Regelung der Leistung des Wärmeerzeugers erfolgt in Abhängigkeit der Puffertemperaturen. Zur Abgaswärmenutzung wird nachgeschaltet ein zweiter Frischluftwärmetauscher eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Belüften von Wohnräumen derart auszubilden, dass ein unkontrolliertes Zuströmen von Außenluft verhindert und gleichzeitig ein sehr geringes Temperaturniveau der Wärmequellen nutzbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass sie nicht additiv zur natürlichen Gebäudeinfiltration wirkt, sondern substitutiv, d. h. sie vermindert durch gezielte Zuführung von Außenluft den entsprechenden Teil der frei nachströmenden, unbehandelten Außenluft. Durch die gezielte maschinelle Zuführung der Außenluft ist es möglich, mit dieser teilweise sehr kalten Außenluft Wärmequellen mit relativ geringem Temperaturniveau zu nutzen.
Als Wärmequellen nutzt die Erfindung die in Rauchgasen enthaltene Brennwertenergie und den niedertemperierten Wärmeertrag einer thermischen Solaranlage. Die Erfindung kann in vielfältiger Weise ergänzend mit Kesselanlagen älterer Bauart, modernen Brennwertgeräten und allen thermischen Solaranlagen und ventilatorgestützten Lüftungsanlagen nutzbringend für die Erwärmung von Gebäuden eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist es alternativ oder in Kombination auch, dass das Luftkonditioniergerät einen zweiten als Solarwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher aufweist und der Solarwärmetauscher über einen hydraulischen Kreislauf mit einer thermischen Solaranlage gekoppelt ist, wobei der Solarwärmetauscher luftseitig mit in das Gebäude einströmender Außenluft und/oder Umluft beaufschlagt werden kann. Sowohl durch die Rauchgasrestwärme als auch durch ein geringes Wärmepotential der Solaranlage lässt sich der erfindungsgemäße Vorteil eines gezielten Leckageausgleichs erreichen.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass der erste Wärmetauscher und der Solarwärmetauscher in einem die Zuführeinrichtung aufnehmenden Frischluftkanal im Luftkonditioniergerät für Außenluft und/oder für Umluft angeordnet sind und der Solarwärmetauscher in Strömungsrichtung S der Außenluft und/oder Umluft vor oder hinter dem ersten Wärmetauscher positioniert ist. Dadurch wird erreicht, dass je nach Wärmeangebot der beiden Restwärmequellen die Wärme individuell der Ab- oder Umluft zugeführt werden kann.
Je nach Funktionsweise des Brennwertkessels der Heizanlage kann es vorteilhaft sein, dass ein zweiter Rauchgaskühler im Kühlsystem vorgesehen ist, der in Strömungsrichtung S des Rauchgases vor dem ersten Rauchgaskühler angeordnet ist, und durch den zweiten Rauchgaskühler die dem Rauchgas entnommene Wärmeenergie über ein Fluid in einem Hydraulikkreislauf des Rauchgaskühlers abführbar und der Heizanlage zuführbar ist. Bei einem Brennwertkessel mit relativ hohen Abgastemperaturen kann durch den zweiten Rauchgaskühler das Abgas auf ca. 60°C abgekühlt werden, bevor der erste Rauchgaskühler mit dem abgekühlten Rauchgas beaufschlagt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für den Wärmeaustausch sind in den Ansprüchen beschrieben.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer Anlage in einem Gebäude umfassend ein Luftkonditioniergerät zum Nutzen der Restwärme aus einer Heizanlage und einer Solaranlage;
2 einen Teilbereich A der Anlage gemäß 1, in dem zusätzlich zum ersten Rauchgaskühler ein zweiter Rauchgaskühler vorgesehen ist;
3 einen alternativen Teilbereich B der Anlage gemäß 1, in dem das Luftkonditioniergerät einen Kreuzwärmetauscher und doppelseitige, gegenläufige Luftklappen aufweist;
4 eine weitere Alternative zum Teilbereich B der Anlage gemäß 1, in dem das Luftkonditioniergerät nur einen Wärmetauscher und doppelseitige, gegenläufige Luftklappen aufweist.
In 1 ist eine Anlage zum Ergänzen einer Heizanlage 6 für ein Gebäude 8 schematisch dargestellt. Eine solche Anlage ist an eine Bestandsheizanlage 6 bestehend aus einem Brenner 60 mit Brennkammer 61, einem Primärwärmetauscher 66 sowie Heizkörpern 67 und einem Wärmetauscher 65 für Brauchwasser angeschlossen. Die Brennkammer 61 ist über eine Rauchgasleitung 1 an einen Kamin 12 angeschlossen.
Die Anlage weist im Wesentlichen ein Kühlsystem 3 für Rauchgas 10 und ein an das Kühlsystem 3 hydraulisch angeschlossenes Luftkonditioniergerät 2 auf. Das Luftkonditioniergerät 2 ist ferner über einen zweiten Wärmetauscher 22 hydraulisch mit einer thermischen Solaranlage 4 gekoppelt. Zur Übersichtlichkeit sind die Luftströme wie Außenluft 80, Umluft 81, Zuluft 82 und Fortluft 83 mit den jeweils gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet wie die entsprechenden Leitungen. Die jeweiligen Strömungsrichtungen S der Luftströme sind mit einem Pfeil dargestellt.
Das Rauchgas 10 wird in einem ersten Rauchgaskühler 31 auf ca. 10°C über der Außentemperatur abgekühlt und die sensible als auch die latente Wärmemenge über einen hydraulischen Kreislauf 50 an einen ersten Wärmetauscher 21 im Luftkonditioniergerät 2 übertragen.
Die Wärme der thermischen Solaranlage 4 kann auf einem niedrigen Temperaturniveau über einen hydraulischen Kreislauf 40 und den zweiten Wärmetauscher 22 dem Luftkonditioniergerät 2 zugeführt werden. Sobald bei hoher Sonneneinstrahlung mehr Wärme zur Verfügung steht, wird die Wärme direkt oder zumindest teilweise in den Wärmetauscher 65 geführt.
Für eine bedarfsgerechte Verwendung ist die Anlage in einem Heizungsraum 84 innerhalb des Gebäudes 8 installiert. Das Luftkonditioniergerät 2 wird über eine Leitung 80 mit Außenluft versorgt. Die Leitung 80 ist an eine entsprechende Gebäudeöffnung 800 angeschlossen. Zudem ist das Luftkonditioniergerät 2 über eine entsprechende Leitung mit Umluft 81 versorgt. Die Umluft 81 wird über eine Gebäudeöffnung 810 aus einem Gebäudenutzungsbereich 85, dem sogenannten Wohnraum, abgesaugt.
Die beiden Luftströme 80, 81 werden in variablen Mengenverhältnissen gemischt und durch den ersten Wärmetauscher 21 und durch den zweiten Wärmetauscher 22 geführt und erwärmt, wobei das variable Mengenverhältnis zwischen Außenluft 80 und Umluft 81 über eine doppelseitige, gegenläufig wirkende Luftregulierklappe 28 bedarfsgerecht eingestellt und die benötigte Zuluftmenge 82 über einen drehzahlveränderbaren Ventilator 29 realisiert wird. Der erwärmte Gesamtluftstrom wird als Zuluftstrom 82 über eine Gebäudeöffnung 820 und eine entsprechende Leitung dem Wohnraum 85 zugeführt. Die Menge an Außenluft beziehungsweise der Außenluftmassenstrom ist an die Undichtheit des Gebäudes 8 derart angepasst, dass keine Außenluft unkontrolliert in das Gebäude eindringt. Über eine Gebäudeöffnung 80a wird für einen Druckausgleich gesorgt und gleichzeitig die Zufuhr von Verbrennungsluft gewährleistet.
Der in 1 mit einer gestrichelten Linie umrandet dargestellte Teilbereich A kann durch einen zweiten Rauchgaskühler 32 ergänzt werden. Dieses alternative Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt. Der zweite Rauchgaskühler 32 ist in Strömungsrichtung S des Rauchgases 10 vor dem ersten Rauchgaskühler 31 angeordnet und über einen Hydraulikkreislauf 320 mit der Heizanlage 6 gekoppelt. Bei einem Brennwertkessel mit relativ hohen Abgastemperaturen kann durch den zweiten Rauchgaskühler 32 das Abgas auf ca. 60°C abgekühlt werden, bevor der erste Rauchgaskühler 31 mit dem abgekühlten Rauchgas 10 beaufschlagt wird.
Der weitere in 1 mit einer gestrichelten Linie umrandet dargestellte Teilbereich B kann durch ein umfangreicheres Luftkonditioniergerät 2 ersetzt werden. Dieses alternative Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt. Hierbei weist das Luftkonditioniergerät 2 zwei Frischluftkanäle 20, 26 für Außenluft 80 und einen Umluftkanal 25 für Umluft 81 auf. Der Frischluftkanal 26 und der Umluftkanal 25 werden über einen Kreuzstromwärmetauscher 23 geführt und tauschen gegenseitig Wärme aus, sodass die erwärmte Außenluft 80 über den Frischluftkanal 26 in einen Auslasskanal 27 geführt wird. Im Frischluftkanal 20 wird die Außenluft 80 wie gemäß 1 erläutert allerdings ohne einen Umluftanteil 81 durch die beiden Wärmetauscher 21, 22 erwärmt und ebenfalls in den Auslasskanal 27 geführt. Das Mengenverhältnis der beiden Außenluftströme 80 in den beiden Kanälen 20, 26 wird über eine doppelseitige, gegenläufig wirkende Luftregulierklappe 28 bedarfsgerecht eingestellt und die benötigte Gesamtluftmenge 82 über den drehzahlveränderbaren Ventilator 29 geregelt. Der aus dem Kreuzstromwärmetauscher 23 austretende Umluftstrom wird über einen Ventilator 29a geregelt. Dieser Umluftanteil 81 wird als Fortluft aus dem Gebäude 8 heraus geführt. Eine Konditionierung dieses Umluftstroms 81 durch einen mit der Heizanlage 6 hydraulisch gekoppelten Wärmetauscher 62 kann vorgesehen sein.
Eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 vereinfachte Alternative für den Teilbereich B ist in 4 dargestellt. Danach ist lediglich die thermische Solaranlage 4 mit dem Luftkonditioniergerät 2 hydraulisch zum Erwärmen von Außenluft 80 und Umluft 81 gekoppelt. Die beiden Luftströme 80, 81 werden in variablen Mengenverhältnissen gemischt und durch den zweiten Wärmetauscher 22 der thermischen Solaranlage 4 geführt und erwärmt, wobei das variable Mengenverhältnis zwischen Außenluft 80 und Umluft 81 über die doppelseitige, gegenläufig wirkende Luftregulierklappe 28 bedarfsgerecht eingestellt und die benötigte Gesamtluftmenge 82 über einen drehzahlveränderbaren Ventilator 29 realisiert wird. Der erwärmte Gesamtluftstrom wird als Zuluftstrom 82 über die Gebäudeöffnung 820 und die entsprechende Leitung 82 dem Wohnraum 85 zugeführt. Auch hier ist die Menge an Außenluft 80 beziehungsweise der Außenluftmassenstrom an die Undichtheit des Gebäudes 8 derart angepasst, dass keine Außenluft 80 unkontrolliert in das Gebäude eindringt.
Die Anlage lässt eine äußerst effiziente Wärmenutzung zu. Grundsätzlich kann das Rauchgas 10 im ersten Rauchgaskühler 31 auf ca. 10°C über der Außentemperatur abgekühlt und über den Kamin 12 der Atmosphäre zugeführt werden. Das Kondensat des Rauchgases 10 wird in einem Kondensatspeicher 33 aufgefangen und danach durch ein Medium neutralisiert, das über eine Dosieranlage 7 zugeführt wird.
Das Kondensat kann in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel über den ersten Rauchgaskühler 31 versprüht werden, um die im Kondensat enthaltene Wärmeenergie thermisch zu nutzen.
Der Kondensatspeicher 33 kann in einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel als Pufferspeicher dienen. Durch den Pufferspeicher 33 kann die Zeitspanne eines Brennerstillstandes überbrückt werden, wodurch ein kontinuierliches Zuströmen von erwärmter Außenluft 80 zum Gebäude 8 möglich ist. Der Pufferspeicher 33 ist entsprechend hydraulisch an einen Wärmetauscher im Luftkonditioniergerät 2 gekoppelt.
Das Kondensat wird zur Reinigung eines Rauchgasfilters 15 genutzt und anschließend über eine Ablassleitung 30 als Abwasser geführt. Zur Verhinderung der Anlagenverschmutzung werden die fasten Bestandteile der Verbrennung größtenteils durch den Rauchgasfilter 15 aufgefangen, der in der Rauchgasleitung 1 vorgesehen ist. Der Rauchgasfilter 15 weist hierzu einen Filterkörper 150 auf, durch den das Rauchgas 10 hindurch strömt. Der Filterkörper 150 wird diskontinuierlich gereinigt. Hierzu wird der Filterkörper 150 durch eine Reinigungsvorrichtung 151 mit Kühlwasser 30 besprüht.

Claims

Anlage zum Ergänzen einer Heizanlage (6) für ein Gebäude (8) zur Nutzung der sensiblen und der latenten Restwärmeenergie eines über eine Rauchgasleitung (1) geführten Rauchgases (10) eines Brenners (60) der Heizanlage (6), wobei die Anlage ein mit der Rauchgasleitung (1) gekoppeltes Kühlsystem (3) für das Rauchgas (10) mit mindestens einem ersten Rauchgaskühler (31) aufweist, durch den die dem Rauchgas (10) entnommene Restwärmeenergie über ein Fluid an einen hydraulischen Kreislauf (50) des Rauchgaskühlers (31) abführbar ist und wobei ein Luftkonditioniergerät (2) mit einem ersten Wärmetauscher (21) vorgesehen ist und zumindest der erste Rauchgaskühler (31) hydraulisch über den Kreislauf (50) mit dem ersten Wärmetauscher (21) gekoppelt ist, wobei der erste Wärmetauscher (21) über einen ersten Frischluftkanal (20) mit Außenluft (80) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkonditioniergerät (2) einen Umluftkanal (25) für Gebäudeumluft (81) und einen weiteren Frischluftkanal (26) für die Außenluft (80) aufweist, wobei die beiden Frischluftkanäle (20, 26) über gegenläufige Klappen (28) in einen gemeinsamen Auslasskanal (27) münden und der Umluftkanal (25) sowie der gemeinsame Auslasskanal (27) jeweils separat für Außen- oder Umluft regelbar sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkonditioniergerät (2) einen zweiten als Solarwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher (22) aufweist und der Solarwärmetauscher (22) über einen hydraulischen Kreislauf (40) mit einer thermischen Solaranlage (4) gekoppelt ist, wobei der Solarwärmetauscher (22) luftseitig mit in das Gebäude (8) einströmender Außenluft (80) beaufschlagt werden kann.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (21) und der Solarwärmetauscher (22) in einem eine Zuführeinrichtung aufnehmenden Frischluftkanal (20) im Luftkonditioniergerät (2) für Außenluft (80) angeordnet sind und der Solarwärmetauscher (22) in Strömungsrichtung S der Außenluft (80) und/oder Umluft (81) vor oder hinter dem ersten Wärmetauscher (21) positioniert ist.
Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Rauchgaskühler (32) im Kühlsystem (3) vorgesehen ist, der in Strömungsrichtung S des Rauchgases (10) vor dem ersten Rauchgaskühler (31) angeordnet ist, und durch den zweiten Rauchgaskühler (32) die dem Rauchgas (10) entnommene Wärmeenergie über ein Fluid in einen Hydraulikkreislauf (320) des Rauchgaskühlers (32) abführbar und der Heizanlage (6) zuführbar ist.