PROCESS AND APPARATUS FOR HEATING THE AIR, ESPECIALLY FOR DWELLINGS

Abstract: 1. A process for heating the space supply air in particular in homes, using a heat source (4) which uses fossile fuels, a water heat storage means (3), a waste gas water heat exchanger (10) in the waste gas flow of the heat source, and a heat exchange means (5), for heating space supply air, characterised in that heating of the space supply air is effected in two stages, wherein in a first stage (18) the discharge air leaving the space is brought into heat exchange relationship in the cross or counter-flow mode with outside air which is to be preheated while in a second stage (19) the waste gas from the waste gas water heat exchanger (10) is brought into heat exchange relationship in the cross or counter-flow mode with the outside air which is preheated by the discharge air, wherein said outside air which is pre-heated in the two stages is fed to the space as supply air and wherein the discharge air leaving the first stage and the waste gas leaving the second stage are brought together and discharged jointly as exhaust air.

Description: 'Verfahren und Vorrichtung zur Erwärmung der Raumluft, insbesondere von Wohnungen" Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Erwärmung der Raumluft, insbesondere von Wohnungen, unter Einsatz einer fossile Brennstoffe verarbeitenden Wärmequelle, eines Wasser-Wärmespeichers sowie einer Wärmetauscher-Einrichtung im Abgasstrom der Wärmequelle, wobei die Raumzuluft über den Wärmetauscher im Abgasstrom erwärmt wird sowie eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens. Neben klassischer Beheizung von Gebäuden und Wohnungen, z.B. über Zentralheizungen, warmwasser oder elektrisch beheizten Fussbodenheizungen u. dgl., ist es beknnt, Umluftheizungen vorzusehen, d.h. aus Räumen, wie z.B. Küchen über die Dunstabzugshaube und Badezimmer, Luft abzusaugen, diese über einen Wärmetauscher zu leiten und einem Warmwasserbereiter zuzuführen, wobei über den Wärmetauscher Aussenluft angesogen, erwärmt und den Räumen als Zuluft zugeführt wird, so z.B. "kontrollierte Lüftung und Wärmerückgewinnung im Ein und Zweifamilienhaus", Osburg, Sonderdruck aus "sbz" 36. Jahrgang, 1981, Seiten 884 bis 888. Die bekannte Vorgehensweise hat zum einen den Nachteil, dass Küchen- und Badezimmerschwaden einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen und zum anderen sind die Wärme in halte nicht immer so hoch, dass eine ausreichende Zulufttemperatur gewährleistet ist, so dass es weiterer Sekundärwärmequellen zur Abdeckung der Grundlast bedarf. Eine ältere, nicht vorveröffentlichte Anmeldung P 32 44 373.0-16 beschäftigt sich auch mit diesem Problem. Bei dieser älteren Anmeldung ist im Abgasstrom der Wärmequelle ein Wärmetauscher vorgesehen, um die Raumluft zu erwärmen. Dabei sind besondere Massnahmen getroffen, um eine Versottung der Kamine bzw. Schornsteine zu verhindern, d.h. die Abgas- bzw. Rauchgastemperatur muss im Schornstein noch vergleichsweise hoch sein. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung, mit der eine Optimierung des Wärmetauschs vorgenommen wird, wobei gleichzeitig die im Abgas enthaltenen Wärmeinhalte in sehr hohem Masse zur Erwärmung der Raum-Zuluft genutzt werden können, wobei das Vorsehen eines Schornsteines oder Kamines entbehrlich ist, da die Fortluft sofort ins Freie geleitet werden kann. Beim Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass dem Abgaswärmetauscher ein Abluftwärmetauscher vorgeschaltet ist, wobei zu erwärmende Aussen luft im Kreuz-, Gegen-, und/oder Kreuz/Gegenstrom zunächst durch den Abluftwärmetauscher geführt und dabei zweistufig erwärmt wird. Natürlich könnte auch ein Parallelwärmetausch vorgenommen werden, wenn dies sinnvoll sein sollte. Mit der erfindungsgemässen Verfahrensweise lässt sich ein sehr hoher Ausnutzungsgrad erreichen, wobei die zweistufige Ausführung der Erwärmung zunächst als Vorwärmung durch Abluft einerseits und dann als Nacherwärmung durch die Ahgase der Wärmequelle andererseits sich als besonders zweckmässig erwiesen hat. Wesentlich ist dabei die Trennung der Ströme der Abluft einerseits und der Abgase andererseits, um deren unterschiedliche Temperaturen optimaler nutzen zu können. Die Erfindung sieht auch vor, dass die Abgase nach Verlassen des Abgaswärmetauschers mit der Abluft nach Verlassen des Abluftwärmetauschers zusammengeführt und gemeinsam als Fortluft ausgetragen werden. Diese Verfahrensweise ermöglicht es, konstruktiv sehr kompakte Geräte zu schaffen, wobei durch Mischung der beiden Gasströme erst nach den Wärmetauschern einmal deren Wärme inhalte optimaler benutzt werden können und es zum anderen nur eines einzigen Gebläses zum Austragen dieses Gasstromes bedarf. Die Erfindung sieht auch vor, dass die Wärmequelle modulierend im Dauerbetrieb betrieben wird. Mit der Erfindung ist es nämlich möglich, die Wärmequelle, z.B. einen Gasbrenner, im Dauerbetrieb betreiben zu kön nen, und zwar bei einem vergleichsweise niedrigen Niveau, da die so erzeugte Wärme einmal einem Wasserwärmespeicher zugeführt werden kann und zum anderen zur Erwärmung der Raumluft dient. Die Steuerung über die Temperatur der Au ssenluft einerseits und z.B. dem Verbrauch an Warmwasser andererseits ist dabei besonders einfach und wirtschaftlich durchzuführen. Selbstverständlich kann die Wärmequelle auch nach der Erfindung, wie an sich bekannt, intervallartig betrieben werden. Die eingangs bezeichnete Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit einer fossile Brennstoffe verarbeitenden Wärmequelle, einem Wasser-Wärmespeicher sowie einem Wärmetauscher zur Erwärmung von Raumluft im Abgasstrom der Wärmequelle nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher als Aussenluft-Raumzuluft-/Raumabluft-Fortluft Wärmetauscher als Kreuz-Gegen- undfoder Kreuz/Gegenstrom Wärmetauscher ausgebildet ist und dass in Strömungsrichtung der Aussenluft-Zulufterwärmung zunächst ein Abluft-Wärmetauscher und stromabwärts von diesem ein Abgas-Wärmetauscher angeordnet sind. Die beanspruchte Vorrichtung ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise, was bei dem bevorzugten Einsatzgebiet, nämlich der Beheizung von Wohnungen, besonders wichtig ist. So ist es möglich, innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses beispielswelse den Warmwasserwärmespeicher, die Wärmequelle, z.B. den Gasbrenner, und die gesamte Wärmetauscheinrichtung unter zu bringen, wobei es, wie oben erwähnt, eines Kaminanschlusses nicht bedarf. Die Fortluft kann direkt nach aussen abgeleitet werden, z.B. durch entsprechende Mauerdurchbrüche, wie sie bei Küchendunstabzugshauben üblich und bekannt sind. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass hinter dem Abluft-. und dem Abgaswärmetauscher eine Sammelkammer für die Abluft- und die Rauchgase und ein Austraggebläse für dieses Fortluftgemisch vorgesehen ist. Es versteht sich von selbst, dass ggf. anfallendes Kondensat über entsprechende Einrichtungen abgeleitet werden kann, ggf. entschwefelt u. dgl. mehr. Hierauf kommt es aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht an. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung beherbergt im dargestellten Beispiel innerhalb eines Gehäuses 2 von unten nach oben einen Warmwasserwärmespeicher 3, eine erdgasbefeuerte Wärmequelle 4 sowie einen für die Erfin dung wesentlichen zweistufigen Wärmetauscher 5, als zweistufiger Kreuzstromwärmetauscher. Der Warrnwasserwärmespeicher 2 ist mit einem Kaltwasserzu- lauf 6 und einem Warmwasserablauf 7, z.B. zum Anschluss an Badezir-nerinstallationen o. dgl., versehen. Innerhalb des WärnesFeichers 3 befindet sich ein Wärmetauscher 8 für einen Sekundärheizkreis 9, der zur Übernahme der Heizspitzen dient, wenn die Beheizung mit erwärmter Zuluft, wie dies weiter unten näher beschrieben ist, nicht mehr ausreicr.en sollte. Die erdgasbetriebene Wärmequelle 4 gibt zunächst ihre Wärme ah einen Wasserwärmetauscher 10 ab, der, wie dargestellt, Wasser aus dem Wärmespeicher 3 entnimmt und dem Wärmespeicher erwärmtes Wasser zuführt. Der für die Erfindung wesentliche Wärmetauscher 5 ist, wie bereits oben erwähnt, als zweistufiger Kreuzstromwärmetauscher ausgebildet, wobei es allerdings auf den Kreuzstrom ans ich nicht ankommt, vielmehr auf die Zweistufigkeit. Er ist mit vier Anschlüssen versehen, und zwar mit einem Atluftansaugstutzen 11, einem Aussenluftansaugstutzen 12, einem Zuluftabgabestutzen 13 sowie einem Fortluftabgastutzen 14. Die Aussenluft wird über symbolisch angedeutete Geblase 15 angesogen, während die Fortluft über ebenfalls symbolisch angedeutete Gebläse 16 ausgetragen wird, und zwar im dargestellten Beispiel aus einer Sammelkammer 17, die die beiden gestrichelt dargestellten Luft- bzw. Gasströme der Abluft einerseits und des Abgases andererseits hinter den Wärmetauschern mischt. Die erste Stufe des Wär metauschers ist mit 18 bezeichnet. Sie ist abluftbeheizt und wärmt die von aussen angesogene Aussenluft zunächst vor. Der zweite, nachgeschaltete Wärmetauscher ist mit 19 bezeichnet und wird vom Abgas der Wärmequelle 4 beheizt. Die vorgewärmte Aussenluft wird dann weiter erwärmt und als Zuluft über den Zuluftstutzen 13 einem Raum bzw. einem Verteilersystem für mehrere Räume zugeführt. Lediglich als Beispiel seien einige Temperaturen angegeben, wobei die Erfindung selbstverständlich nicht hierauf beschränkt ist. Die Abluft, d.h. die Luft, die aus den Räumen abgesogen wird und durch Zuluft ersetzt wird, kann z.B. eine Temperatur von ca. 220C aufweisen. Die Aussenluft könnte z.B. 50 C warm sein, nach Verlassen des ersten Wärmetauschers 18, z.B. auf 150 erwärmt sein und schliesslich mit einer Temperatur von ca. 23 0C als Zuluft einem Raum eingeblasen werden, wobei diese Zulufttemperatur ca. 3 bis 4 0C über der Raumtemperatur liegen sollte. Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Erfindung insbeson dere nicht, wie weiter oben schon erwähnt, auf die Führung der Abgase und Abluftströme beschränkt, diese können im Kreuz-, im Gegenstrom oder auch in Mischformen ebenso wie parallel geführt sein. Sollte dies zweckmässig sein, kann die Zweistufigkeit des Wärmetauschers auch mehrstufig sein, z.B. dreistufig, was dann nützlich sein könnte, wenn die angezogene Abluft unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte hat und z.B. vorgetrocknet werden müsste. Dies könnte auch für die Abgasströme der Fall sein, je nach Qualität der eingesetzten fossilen Brennstoffe, um die an die Umgebung abzugebenden Gasqualitäten zu erreichen. Es versteht sich von selbst, dass auch hier ein Kondensatabzug vorgesehen ist. Hierauf kommt es allerdings im Rahmen vorliegender Erfindung nicht an.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Erwärmung der Raumluft, insbesondere von Wohnungen, unter Einsatz einer fossile Brennstoffe verarbeitenden Wärmequelle, eines Wasser-Wärmespeichers sowie einer Wärmetauscher-Einrichtung im Abgasstrom der Wärmequelle, wobei die Raumluft über den Wärmetauscher im Abgasstrom erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgaswärmetauscher ein Abluftwärmetauscher vorgeschaltet ist, wobei zu erwärmende Aussenluft im Kreuz-, Gegen-, und/oder Kreuz/Gegenstrom zunächst durch den Abluftwärmetauscher und daraufhin durch den Abgaswärmetauscher geführt und dabei zweistufig erwärmt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase nach Verlassen des Abgaswärmetauschers mit der Abluft nach Verlassen des Abluftwärmetauschers zusammengeführt und gemeinsam als Fortluft ausgetragen werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-zeichnet, dass die Wärmequelle modulierend im Dauerbetrieb betrieben wird. 4. Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer fossile Brennstoffe verarbeitenden Wärmequelle, einem Wasser-Wärmespeicher sowie einem Wärmetauscher zur Erwärmung von Raumluft im Abgasstrom der Wärmequelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) als Aussenluft-Raumzuluft-/Raumab luft-Fortluft Wärmetauscher als Kreuz-, Gegen- und/oder Kreuz/Gegenstrom Wärmetauscher ausgebildet ist und dass in Strömungsrichtung der Aussenluft-Zulufterwärmung (12-13) zunächst ein Abluft-Wärmetauscher (18) und stromabwärts von diesem ein Abgas-Wärmetauscher (19) angeordnet sind. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Abluft- und dem Abgas-Wärmetauscher (18 u. 19) eine Sammelkammer (17) für die Abluft und die Abgase und ein Austraggebläse (16) für dieses Fortluftgemisch vorgesehen ist.

Inventors: HAIN, KLAUS, DIPL.-ING., KNOCHE, KARL-FRIEDRICH, PROF. DR.-ING., TRUMPER, HEINRICH, PROF. DIPL.-ING., Trümper, Heinrich, Prof. Dipl.-Ing.
Applicants: VEREINIGTE ELEKTRIZITATSWERKE WESTFALEN AG
Application year: 1984
Main classification: F24H6
IPC codes: F24H6, F24H8, F24D11, F24D9