DE19719793A1 - Modul-Schichtenspeicher-System (MSS-System) - Google Patents

Description

Für Wärmeeinbringung in Brauch- oder Heizungswasser benötigt man Druckspeicher zur Auf­ nahme eines errechneten Wasservolumens. Über Wärmetauscher wird Wärme in das Brauch- oder Heizungswasser übertragen.

Speziell bei begrenzt zur Verfügung stehenden Energiemengen finden Wasserspeicher mit Schichtenladeverhalten Verwendung.

Bei der Schichtenladung eines Wasservolumens mit Wärme wird ein Bereich (meist oben) eine höhere Temperatur haben und ein anderer Bereich wird eine niedrigere Temperatur (meist un­ ten) haben. Dazwischen liegt ein Feld mit einer Mischtemperatur.

Die niedrige Temperatur erlaubt einen hohen Wärmeübergang am Wärmetauscher und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades.

Das neu entwickelte "Modul-Schichten-Speicher"-System ("MSS"-System) besteht aus an­ reihbaren Teilspeichern. Die einzelnen Module mit beliebigem Volumen werden in Reihe ge­ schaltet, so daß die Summe der Einzelvolumina dem Gesamt-Speichervolumen entspricht.

Jedes einzelne Speicher-Modul (Abb. 1) hat einen Rohr-Wärmetauscher (5). Auch diese werden zu einem System laut Schaltbild zusammengeschaltet (Abb. 2).

Die folgenden Ausführungen können anhand der Zeichnungen nachvollzogen werden; die Er­ läuterungen der Zahlen in den Klammern sind im Anhang der Beschreibung aufgeführt.

Es zeigen

Abb. 1: Einzel - Modul (Rund - Version)

Abb. 2: Modul-Schichten-Speicher mit vier Modulen (MSS-4 R) (Frontansicht: Modul-Wärmetauscher-Schaltung)

Abb. 3: MSS-4 R (Frontansicht: Belüftung/Isolierung)

Abb. 4: MSS-4 R (Ansicht: Anschlüsse/Befestigung)

Abb. 5: MSS-4 Q (Quadratische Version)

Der Aufbau

Ein Speichermodul besteht aus einem rohrähnlichen Körper, der aus Metall (z. B. Stahl) oder speziellem Kunststoff hergestellt wird.

An beiden Enden sind Öffnungen zur Aufnahme der Rohranschlußstücke für das Medium Was­ ser (1) und Energiezufuhr der Wärmetauscher (4).

Die Funktion

Werden z. B. vier Speichermodule (Abb. 2: MSS-4) zusammengeschaltet, verhält sich die Aufladung wie folgt:

Die 4 Module von in diesem Fall je 100 ltr. Inhalt werden durch die seitlichen Rohran­ bindungen in Reihe zusammengeschaltet. Man erhält ein Gesamtvolumen von 400 ltr.

Der Kaltwasseranschluß ((12)/Wasserzuführung oder Heizungs-Rücklauf) wird am Modul 4 eingespeist (Wasser-Eingang). Der Warmwasseranschluß (10) wird am Modul I (Wasserfortführung oder Heizungs-Vorlauf) angeschlossen.

Die gleichermaßen zusammengeschalteten Rohr-Wärmetauscher werden mit einem wärmezu­ führenden Medium (z. B. von einem thermischen Solarkollektor (11)) eingespeist, und zwar an Modul I (Vorlauf). An Modul IV wird dieses Medium herausgeführt.

Auf dem Weg vom Vorlauf durch alle zusammengeschalteten Rohrwärmetauscher wird der Wärmeinhalt des Solarmediums (auch andere Energiequellen möglich) in das Wasservolumen übertragen.

Im Modul I wird die höchstmögliche Temperatur entstehen, da hier der Energieaustausch im hohen Temperaturniveau stattfindet. Dieses Temperaturniveau nimmt in den Modulen II, III und IV stufenweise ab. Das sich in jedem Modul einstellende Δt (Delta t = Temp. Solarmedi­ um-Temp. Wasser) erlaubt eine Energieabgabe an das Wasser vom Anfang (Vorlauf) bis zum Ende der Wärmetauscherstrecke (Rücklauf).

Es entsteht eine Schichtung der Wassertemperatur.

Das bereits erwärmte Wasser im Modul I kann bereits genutzt werden (als Brauchwasser oder Heizung).

Das Wasser in den Modulen II, III und IV heizt sich entsprechend der Reihenfolge weiter auf bzw. strömt aus diesen Modulen das vorgewärmte Wasser nach bis in die nächste Etage.

Handelsübliche Regelgeräte (Differenzregler) sorgen für entsprechende Pumpenbefehle, um Energierückläufe zu verhindern.

Die Speichermodule werden auf einer statisch berechneten Tragkonstruktion (17) installiert. Bauseits eingesetzte Maueranker sind hierzu ebenfalls einsetzbar.

Vorteile

• 1. Eine sehr gute Schichtung der Wassertemperatur stellt sich ein, das heißt, schnelle Nutzung von Warmwasser aus dem Teilbereich (Modul I).
• 2. Ständig weiterer Energieübertrag in den anderen Schichten, bis hin zu Modul IV, da hier sehr lange ein zum Wärmeübergang erforderliches Δt vorhanden ist. Der Wirkungsgrad wird dadurch sehr hoch.
• 3. Die Rücklauf-Temperatur aus dem Rohrwärmetauscher wird sehr lange ein niedriges Ni­ veau besitzen. Somit ist dieses Trägermedium wieder aufnahmebereit für viel Energie (Sonnenwärme).
• 4. Große Speicher sind sehr schwer und durch große Abmessungen oft nicht durch enge Türen und Treppen zu transportieren. Module des MSS-Systems passen überall.
• 5. Es können 2, 3 oder 4 Module kombiniert werden. Hierzu können verschiedene Volumen­ größen eingesetzt werden:
  z. B.:
  4.100 ltr = 400 ltr Gesamtvolumen
  3.75 ltr = 225 ltr Gesamtvolumen
  4.75 ltr = 300 ltr Gesamtvolumen
  1.100 ltr + 2.75 ltr = 250 ltr Gesamtvolumen
  3.100 ltr + 1.75 ltr = 375 ltr Gesamtvolumen
  oder für ein Mehrfamilienhaus mit z. B. drei Familien:
  3.4.100 ltr = 1200 ltr Gesamtvolumen
  usw.
  Fast jede Kombination ist denkbar, d. h. mit wenig Modulvarianten (hier 75 ltr und 100 ltr) sind viele Variationen möglich.
• 6. Sehr leichte Transportmöglichkeit durch 1 bis 2 Mann. Keine körperlichen Langzeitschäden durch hohe Traggewichte.
  Ein normaler Stahlspeicher 400 ltr. wiegt ca. 150 kg und ist nur unter großen Kraftaufwen­ dungen mit 3 bis 4 Mann ins Gebäude zu bringen. Dies entfällt hier.
• 7. Der Platzbedarf ist durch die schlanken Rohrkörper geringer als bei herkömmlichen Wasser­ speichern ( kann bei quadratischen Modulen noch verringert werden (Abb. 5)).
• 8. Individuelle Regelmöglichkeiten einzelner Speichermodule möglich.
• 9. Zusätzlicher Wärmetauscher (8) kann leicht eingebaut werden (z. B. zum Nachheizen durch andere Wärmequelle in Modul I).
• 10. Elektroheizwiderstand zur Nachheizung kann ebenfalls (über thermostatische Regelung) eingebaut werden (5).
• 11. Die Isolierung der Speichereinheit (16) ist einfach und es entstehen glatte, geschlossene Wandeinheiten, sauber und leicht für Revisionszwecke zu öffnen.
• 12. Überhitzung des Speicherwassers bei Einbringung von zu viel Solarenergie kann durch Lüftung der Module (Abb. 2) vermieden werden. Ein Thermostat schaltet bei Überhitzung ein Gebläse ein, welches Frischluft (13) an den Außenwänden der Module entlangströmen läßt. Der Luftstrom nimmt überzählige Wärme auf, die mittels Luftkanal (15) nach außen geführt wird. Zu viel Solarwärme wird somit fortgeführt.
  Es stellt sich ein Sicherheitsfaktor ein.
• 13. Sehr günstiger Anschluß von Zirkulationskreisen (7) ohne negative Schichtungszerstörung.

Bezugszeichenliste

1

Anschluß: Wasser

2

Spannband für Fühler

3

Anlegefühler zur Regelung

4

Anschluß: Solar

5

Rohrwärmetauscher

6

Anschlußrohre (verschiedene Rohrdimensionen)

7

Anschluß Zirkulation

8

Wärmetauscher: Nachheizung

9

Anschluß : Nachheizung (Vor-/Rücklauf)

10

Anschluß: Wasser (warm)

11

Solarkreislauf(Vor-/Rücklauf)

12

Anschluß Wasser (kalt)

13

Frischluft (kalt)

14

Luftklappe (automatisch)

15

Abluft (warm)

16

Isoliergehäuse

17

Traggestell

18

Pumpe (Solarkreislauf)

19

Quadrat - Modul (MSS-4 Q)

Claims (1)

1. Die Zusammenschaltung von rohrförmigen kleinen Speichermodulen zu einer gewünschten, er­ rechneten großen Speichereinheit.
   Jedes Speichermodul hat einen anteiligen Wärmetauscher zur Einbringung von Wärme.
   Die Zusammenschaltung der Speichermodule laut Schaltbild bewirkt ein hohes Maß an Tempe­ raturschichtung.
   Überhitzung der Speicher durch nicht abstellbare Sonnenenergie wird durch Sicherheitslüftung der Moduloberfläche abgeführt.
   Die Konstruktion der Speichermodule, die Kombination und Zusammenschaltbarkeit wie dar­ gestellt , einschließlich des Überhitzungsschutzes nennen wir "Modul-Schichten- Speicher-System" (MSS-System).