Speicherofen für eine Zentralheizung
Die Erfindung betrifft einen Speicherofen für eine Zentralheizung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mit Hilfe von Heizanlagen werden Räume von Gebäuden zur Schaffung einer physiologisch günstigen Umgebung erwärmt. Grundsätzlich kann zwischen Einzelheizgeräten und Zentralheizanlagen unterschieden werden. Einzelheizgeräte erwärmen nur geraden denjenigen Raum, in welchem sie stehen. Sie können als offene oder geschlossene Feuerstellen oder als elektrische Widerstandsheizungen ausgebildet sein. Zu den geschlossenen Feuerstellen gehören die Dauerbrandöfen und die Speicheröfen, wie z.B. Kachelöfen oder Specksteinöfen. Bei geschlossenen Feuerstellen werden zur Wärmeerzeugung feste Brennstoffe, wie z.B. Holz oder Kohle, Heizöl oder Gas verwendet.
Bei Zentralheizungsanlagen erfolgt die Wärmeumwandlung für ein oder mehrere Gebäude zentral, und die Wärme wird den einzelnen Räumen mit einem Heizmittel zugeführt. Bei Speicheröfen erfolgt, im Gegensatz zu den Heizkörpern von Zentralheizungen, die Wärmeabgabe hauptsächlich durch Strahlung und nur in sehr geringem Ausmass durch Konvektion. Dadurch kann ein physiologisch optimales Raumklima geschaffen werden. Im Vergleich zu Dauerbrandöfen haben Speicheröfen den Vorteil, dass bei ihnen die Verbrennung der Brennstoffe während einer kurzen Dauer bei hohen Temperaturen erfolgt. Dadurch kann mit Speicheröfen ein höherer Wirkungsgrad und eine vollständigere Verbrennung erreicht werden als mit Dauerbrandöfen.
Da Einzelheizgeräte bei herkömmlicher Betreibungsart nur einen einzigen Raum erwärmen, werden sie häufig durch Zentralheizungen mit eigenem Heizkessel ergänzt, um die Beheizung aller Räume eines Hauses zu gewährleisten. Für die Beheizung eines gesamten Hauses sind in einem solchen Fall mindestens zwei Wärmeerzeuger notwendig. Dies führt zu entsprechend hohen Anschaffungskosten.
Man war daher auf der Suche nach einer Möglichkeit, Ein- zelheizgerate als Warmeerzeuger für eine Zentralheizung zu nutzen .
Gemass dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Einzelheizgeraten bekannt, welche mit mindestens einem Wärmetauscher ausgerüstet sind. Die Wärmetauscher werden von einem flussigen oder gasformigen Warmeträger durchströmt. Als Warmetrager wird meistens Wasser verwendet. Wenn die Einzelheizgerate erhitzt sind, dann geben sie an den Warmetrager Warme ab. Von den Wärmetauschern wird der Warmetrager durch ein Rohrnetz den zu beheizenden Räumen zugeführt. Die Warme wird dort über Heizkörper oder über Fussbodenheizungen an die Räume abgegeben.
Es sind beispielsweise Einzelheizgerate bekannt, bei denen die Wärmetauscher in den Wandungen eingebaut sind. Gegenstand der Patentschrift AT 387 083 (Veroffentlichungs- datum 25.11.1988) ist beispielsweise ein Ofen, insbesondere ein Kachelofen, dessen Brennkammer und Rauchzuge von warme- speichernden Wandungen umgeben sind, in denen von einem flussigen Warmetrager durchströmte Wärmetauscher angeordnet sind. Die Wärmetauscher bestehen aus Kupferrohren mit aufgesetzten Lamellen. Sie sind in Sand oder einem anderen geeigneten Material eingebettet.
Die Patentschrift CH 648 647 (Veroffentlichungsdatum 29.3.1985) beschreibt ausserdem ein Cheminee, dessen Feuerraum mit einem wasserführenden Doppelmantel begrenzt ist. Dieser Doppelmantel ist durch Leitungen mit einem Heizungssystem verbunden. Zusatzlich ist im Cheminee ein ebenfalls wasserführender Einsatz angeordnet, welcher aus Rohren und Sammelrohren besteht. Der Einsatz bildet gleichzeitig den Feuerrost für das Brennmaterial. Er ist ebenfalls mit einem Heizungssystem verbunden.
Im weiteren können Wärmetauscher bekannterweise im Innenraum eines Einzelheizgerates angeordnet sein.
Die Offenlegungsschrift DE 44 15 767 (Offenlegungstag 2.11.1995) schlagt beispielsweise einen Kaminofen vor, in dessen Innenraum zwei Wasserbehälter angeordnet sind, durch
welche die Rauchgasrohre hindurchgeführt werden. Die Rauchgase geben ihre Wärme durch die Wände der Rauchgasrohre an das Wasser in den Wasserbehältern ab. Die Wasserbehälter sind mit dem Rohrnetz einer Zentralheizung verbunden. Ferner beschreibt die Offenlegungsschrift DE 37 21 454 (Of- fenlegungstag 12.1.1989) eine Heizungsanlage, bei welcher eine Hochtemperaturverbrennungskammer für feste Brennstoffe mit einem über eine Rauchgasleitung angeschlossenen Wasser- und/oder Luftwärmetauscher verbunden ist.
Die Patentschrift WO 94/14009 (Veröffentlichungsdatum 23.6.1994) schlägt schliesslich einen Ofen vor, welcher einen Brennraum für Festbrennstoffe und einen Nachbrennraum aufweist. Vom Nachbrennraum führen Kanäle zum Rauchgasrohr. Im weiteren ist er mit einem Speichertank für einen flüssigen Wärmeträger, insbesondere für Wasser, ausgerüstet, welcher von isolierenden Wänden umgeben ist. Der Raum des Spei- chertankes umschliesst den Brennraum, die Kanäle und die Rauchgasrohre wenigstens teilweise.
Alle erwähnten Einzelheizgerate mit Wärmetauschern haben den grossen Nachteil, dass die Wärmetauscher bereits bei der Herstellung der Einzelgeräte eingebaut werden müssen. Die Wärmetauscher können also nicht zusammen mit herkömmlichen Einzelheizgeräten verwendet werden.
Gegenstand der Patentschrift FR 2 567 625 (Ver-öffentli- chungsdatum 17.1.1986) ist ein Wärmetauscher mit zirkulierendem Wasser als Wärmeträger, welcher auch nachträglich in ein Cheminee oder in gewisse Öfen eingebaut werden kann. Der Wärmetauscher hat die Form einer flachen Platte, welche an der Rückwand des Brennraumes eines Cheminees oder eines Ofens befestigt wird. Das erwärmte Wasser wird über Leitungen aus dem Brennraum hinausgeleitet. Zum Durchlass der Leitungen muss mindestens eine Wand des Brennraumes durchbohrt werden. Ein weiterer Nachteil dieses Wärmetauschers besteht darin, dass er direkt den Flammen und den Rauchgasen ausgesetzt ist. Er wird daher stark belastet und ständig verschmutzt .
Wärmetauscher, welche sich für das Umrüsten bestehender Einzelheizgerate, insbesondere von bestehenden Speicheröfen,
eignen, sind bisher nicht bekannt.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Speicherofen für eine Zentralheizung mit mindestens einem Wärmetauscher zu schaffen, welcher sich auch für die Nachrüstung bestehender Speicheröfen eignet. Für die Installation der Wärmetauscher soll man an einem bestehenden Speicherofen keine Veränderungen vornehmen müssen.
Die Aufgabe wird mit Hilfe der erfindungsgemässen Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der vorgeschlagene Speicherofen ist vorzugsweise als Speckstein-Speicherofen ausgebildet. Er wird derartig vor einer Wand eines Raumes oder in einer Raumecke aufgestellt, dass zwischen den Raumwänden und den benachbarten Ofenwänden je ein Zwischenraum verbleibt. In jedem Zwischenraum wird ein Wärmetauscher angeordnet.
Jeder Wärmetauscher besteht aus einem Kupferrohr, das Windungen aufweist. Es ist in lange, gerade Abschnitte und in kurze, um 180° gebogene Abschnitte gegliedert. Alle Abschnitte liegen in einer Ebene. Zwischen zwei geraden Abschnitten befindet sich je ein gebogener Abschnitt. Die geraden Abschnitte sind parallel und unversetzt zueinander angeordnet .
Dank dieser Formgebung ist der Wärmetauscher sehr flach. Ferner grenzt an das freie Ende eines der äusseren, geraden Abschnitte ein Rohrstück an, welches rechtwinklig zu diesem ersten äusseren, geraden Abschnitt in die Richtung des gegenüber liegenden, äusseren, geraden Abschnittes verläuft. Dadurch liegen die beiden Endabschnitte des Wärmetauschers nahe zusammen, was einen Anschluss des Wärmetauschers an ein Leitungsnetz vereinfacht. Ausserdem steht am ersten, äusseren, geraden Abschnitt ein Rohrstück rechtwinklig ab. Dieses Rohrstück weist an der freien Stirnseite ein Ventil auf, welches zur Entlüftung des Wärmetauschers dient. Der Wärmetauscher kann entweder mit dem Leitungsnetz einer bestehenden Zentralheizung oder mit einem speziell für den Speicherofen installierten Leitungsnetz verbunden werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist unter anderem auch in den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Speicherofens mit eigenem Leitungsnetz, welches das erhitzte Wasser zu Heizkörpern leitet;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Speicherofens mit eigenem Leitungsnetz, welches das erhitzte Wasser zu einem zweiten Speicherofen leitet;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Speicherofens, dessen Wärmetauscher mit einem Leitungsnetz einer bestehenden Zentralheizung verbunden ist;
Fig. 4a eine Aufsicht auf einen vorgeschlagenen Speicherofen, welcher neben einer Raumwand aufgestellt ist;
Fig. 4b eine Aufsicht auf einen vorgeschlagenen Speicherofen, welcher in einer Raumecke aufgestellt ist;
Fig. 5 einen Schnitt durch einen vorgeschlagenen Speicherofen, welcher neben einer Raumwand aufgestellt ist und
Fig. 6 eine Vorderansicht eines Wärmetauschers eines vorgeschlagenen Speicherofens .
Bei den Ausführungsbeispielen werden aus Speckstein gefertigte Speicheröfen 1 verwendet. Speckstein ist extrem hitze- und säurebeständig, laugenunempfindlich, antistatisch sowie diffusionsdicht. Er weist ausserdem eine hohe Wärmespeicherund Wärmeleitfähigkeit auf. Derartige Speckstein-Speicheröfen 1 sind auf dem Markt erhältlich. Als Brennstoff für diese Speckstein-Speicheröfen 1 ist in erster Linie Holz vorgesehen. Sie können jedoch nachträglich auch mit einem Öl- oder Gasbrenner ausgerüstet werden. Dies ist vor allem für ältere Personen von Vorteil, welche nicht mehr kräftig
genug sind, um ständig das notwendige Brennholz bereitzustellen .
Speicheröfen 1, welche als Wärmequellen für eine Zentralheizung vorgesehen sind, werden etwas grösser dimensioniert als Speicheröfen, welche die Funktion von Einzelheizgeräten haben .
Von solchen Speckstein-Speicheröfen 1 sind Modelle erhältlich, welche neben einer Raumwand 2 aufgestellt werden (vgl. Fig. 4a und 5) . In diesen Fällen ist die Rückwand 3 eines Speicherofens 1 der Raumwand 2 zugewandt. Zwischen der Rückwand 3 und der Raumwand 2 verbleibt ein schmaler Zwischenraum 4, in welchem ein Wärmetauscher 5 vertikal verlaufend angeordnet wird. Ein weiterer Wärmetauscher 5 ist vorzugsweise an der Oberseite des Speicherofens 1 horizontal verlaufend angeordnet.
Der Grundriss des neben einer Raumwand 2 aufgestellten Speckstein-Speicherofens 1 ist beim Ausführungsbeispiel im wesentlichen rechteckig. Der Speckstein-Speicherofen 1 ist beispielsweise 164 cm hoch, 126 cm breit und 64 cm tief. Im weiteren gibt es Modelle von Speckstein-Speicheröfen 1, die in einer Raumecke aufgestellt werden (vgl. Fig. 4b) . In diesen Fällen sind zwei Seitenwände 7 eines Speicherofens 1 je einer Raumwand 2 zugewandt. Zwischen jeder dieser beiden Seitenwände 7 und der entsprechenden Raumwand 2 verbleibt ein Zwischenraum 4, in welchem ein Wärmetauscher 5 vertikal verlaufend angeordnet ist. Falls ein derartiger Speckstein- Speicherofen 1 zuwenig Leistung aufweist, kann auch hier an der Oberseite des Ofens ein horizontal verlaufender Wärmetauscher 5 angeordnet sein.
Der Grundriss des in einer Raumecke 6 aufgestellten Speckstein-Speicherofens 1 ist beim Ausführungsbeispiel im wesentlichen fünfeckig. Dabei sind die den Raumwänden 2 zugewandten Ofenseitenwände 7 am breitesten und verlaufen ausserdem rechtwinklig zueinander. Das Eckmodell des Speckstein-Speicherofens 1 ist beispielsweise 165 cm hoch und 75 cm breit.
Damit die Rückwand 3 bzw. die Seitenwände 7 des Speicherofens 1 nicht verändert werden müssen, werden die Wärmetauscher 5 an den Raumwänden 2 befestigt. Zur Befestigung können beispielsweise (nicht gezeigte) Rohrschellen dienen. Die
Wärmetauscher 5 liegen an der Aussenseite der Ofenwände 7, 3 an.
Jeder Wärmetauscher 5 besteht aus einem Kupferrohr 8, welches Windungen aufweist (vgl. Fig. 6) . Es ist in lange, gerade Abschnitte und in kurze, um 180° gebogene Abschnitte gegliedert. Alle Abschnitte liegen in einer Ebene. Zwischen zwei geraden Abschnitten befindet sich je ein gebogener Abschnitt. Die geraden Abschnitte sind parallel und unver- setzt zueinander angeordnet. Dank dieser Formgebung ist der Wärmetauscher 5 sehr flach und weist eine optimale Kontaktfläche auf. Ferner grenzt an das freie Ende eines der äusseren, geraden Abschnitte ein Rohrstück an, welches rechtwinklig zu diesem ersten äusseren, geraden Abschnitt in die Richtung des gegenüber liegenden, äusseren, geraden Abschnittes verläuft. Dadurch wird erreicht, dass die beiden Endabschnitte des Wärmetauschers nahe zusammenliegen, was einen Anschluss des Wärmetauschers 5 an ein Leitungsnetz vereinfacht. Ausserdem steht am ersten, äusseren, geraden Abschnitte ein Rohrstück 18 rechtwinklig ab. Dieses Rohrstück 18 weist an der freien Stirnseite ein Ventil auf, welches zur Entlüftung des Wärmetauschers 5 dient. Das Kupferrohr 8 wird von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt. Als Wärmeträger wird vorzugsweise Wasser verwendet .
Um die Wärme vom Speicherofen 1 in die Räume eines Gebäudes zu verteilen, kann beispielsweise ein Leitungsnetz 10 installiert werden, welches direkt vom Wärmetauscher 5 bzw. von den Wärmetauschern 5 zu den Heizkörpern 11 verläuft (vgl. Fig. 1) . An die Stelle der Heizkörper 11 kann auch ein zweiter Speicherofen 17 treten (vgl. Fig. 2). Ein Ende 9 des Kupferrohres 8 des Wärmetauschers 5 ist in diesen Fällen mit dem Vorlauf 12 und das andere Ende 9 mit dem Rücklauf 13 des Leitungsnetzes 10 verbunden.
Es können Leitungsnetze 10 bekannter Art eingesetzt werden. Derartige Leitungsnetze können als Zweirohr- oder Einrohranlagen ausgebildet sein. Bei einem Zweirohrsystem sind der Rohrstrang für den Vorlauf 12 und der Rohrstrang für den Rücklauf 13 getrennt voneinander geführt (vgl. Fig.
1) . Einrohranlagen weisen für den Vorlauf und den Rücklauf einen gemeinsamen Rohrstrang auf. Die Wasserförderung wird vorzugsweise von einer oder mehreren Pumpen 14 übernommen. Wegen der Wasserausdehnung beim Erwärmen gehört zum Leitungsnetz 10 ein (nicht gezeigtes) Ausdehnungsgefäss , welches bei offenen Anlagen oben am höchsten Punkt des Leitungsnetzes 10 und bei einer geschlossenen Anlage als Druck- gefäss unten oder oben am Leitungsnetz angeordnet sein kann. Für die Wärmeverteilung kann jedoch auch das Leitungsnetz 10 einer bestehenden Zentralheizung verwendet werden, deren ursprünglicher Heizkessel 15 beispielsweise im Keller des Gebäudes steht (vgl. Fig. 3). Der ursprüngliche Heizkessel 15 kann entweder vollständig demontiert oder in Betrieb gelassen werden.
Im letzteren Falle wird er vor allem in Notfällen eingesetzt, wenn z.B. an sehr kalten Tagen die Heizleistung des Speicherofens 1 nicht genügt oder der Speicherofen 1 einmal defekt ist. Der Wärmetauscher 5 wird in diesem Falle in den Rücklauf 13 des bestehenden Leitungsnetzes 10 eingebaut. Das abgekühlte Wasser strömt also von den Heizkörpern 11 zuerst zum Wärmetauscher 5 des Speicherofens 1. Das Wasser wird im Wärmetauscher 5 erhitzt. Das erhitzte Wasser wird anschlies- send in den Keller zum ursprünglichen Heizkessel 15 geleitet. Wenn die Wassertemperatur genügend hoch ist, dann wird der Heizkessel 15 über ein Mischventil 16 umgangen, und das Wasser gelangt direkt in den Vorlauf 12 des Leitungsnetzes 10. Falls die Temperatur des vom Wärmetauscher 5 her kommenden Wassers zu tief ist, dann wird dieses in den Heizkessel 15 geleitet und dort zusätzlich erhitzt.
Wenn zwei Wärmetauscher 5 eingesetzt werden, können diese am Leitungsnetz 10 entweder parallel oder seriell angeschlossen werden .
Der vorgeschlagene Speicherofen 1 wird vorzugsweise im Wohnzimmer eines Hauses aufgestellt. Das Wohnzimmer wird in diesem Fall durch direkte Wärmestrahlung des Speicherofens 1 erwärmt, während die anderen Räume über das Leitungsnetz 10 und die daran angeschlossenen Heizkörper 11 bzw. den daran angeschlossenen zweiten Speicherofen 17 geheizt werden. Der Speicherofen 1 kann aber auch in einem beliebigen
anderen Raum, z.B. im Kinderzimmer, des Hauses aufgestellt werden. In diesem Fall wird dann auch das Wohnzimmer mit Hilfe von Heizkörpern lloder einem zweiten Speicherofen 17 erwärmt .
Der vorgeschlagene Speicherofen 1 erlaubt eine optimale Ausnützung der erzeugten Wärme. Dank der Kombination des Speicherofens 1 mit dem Leitungsnetz 10 einer Zentralheizung können mit der erzeugten Wärme mehrere Räume eines Hauses geheizt werden.
Der Wärmetauscher 5 des vorgeschlagenen Speicherofens 1 kann zusammen mit bestehenden Speicheröfen ohne grossen Aufwand eingesetzt werden. Die bestehenden Speicheröfen müssen dafür nicht verändert werden.