DE10019302A1

DE10019302A1 - Wärmepumpe zur Heizungs- und Brauchwassererwärmung

Info

Publication number: DE10019302A1
Application number: DE10019302A
Authority: DE
Inventors: Kai Schiefelbein; Juergen Bauer; Christian Pindur
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-10-25

Abstract

Eine Wärmepumpe zur Erwärmung von Heizungswasser und Brauchwasser, wobei im Kältemittelkreis ein erster Verflüssiger 6 zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers 13 und ein zweiter Verflüssiger 7 zur Heizungswassererwärmung angeordnet sind, soll in der Leistungszahl verbessert werden. DOLLAR A Hierfür sind die beiden Verflüssiger 6, 7 im Kältemittelkreis parallelgeschaltet. Mittels einer Ventileinrichtung 4, 5 ist der erste Verflüssiger 6 und der zweite Verflüssiger 7 derart einschaltbar, dass er vom Kältemittel durchströmt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe zur Erwärmung von Heizungswasser und Brauchwasser, wobei im Kältemittelkreis der Wärmepumpe ein erster Verflüssiger zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers und ein zweiter Verflüssiger zur Heizungswassererwärmung vorgesehen sind.

Aus der DE 34 29 422 C2 ist eine Wärmepumpe bekannt, die einen einzigen Verflüssiger zur Erwärmung des Heizungswassers und des Brauchwassers aufweist. Die Heizungswassererwärmung und die Brauchwassererwärmung erfolgt über den gleichen Verflüssiger, der primärseitig im Kältemittelkreis der Wärmepumpe liegt und an den sekundärseitig der Heizungswasserkreislauf und der Brauchwasserkreislauf parallel angeschlossen sind, wobei für beide Kreisläufe je eigene Umwälzpumpen nötig sind.

Marktbekannt ist auch eine Wärmepumpe, bei der der Verflüssiger nur vom Heizungswasser durchströmt ist. Zur Erwärmung des Brauchwassers wird Wärmeenergie des Heizungswassers mittels eines Wärmeaustauschers auf das Brauchwasser übertragen. Das Kältemittel der Wärmepumpe überträgt dabei die Wärme nicht direkt, sondern über den zusätzlichen Wärmetauscher auf das Brauchwasser. Demzufolge wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Brauchwasser und dem Kältemittel vergrößert, was die Nachteile hat, dass die Leistungszahl der Wärmepumpe abnimmt und dass bei vorgegebener maximaler Kondensationstemperatur der Wärmepumpe die maximal erreichbare Brauchwassertemperatur kleiner wird.

Eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt (vgl. Zeitschrift: Wärmepumpe, März 1996, Beitrag: "Wärmepumpen für Raumheizung und Warmwasserbereitung", Verf. J. Zschernig, S. Klingner). Bei dieser Wärmepumpe sind in dem Kältemittelkreis zwei Verflüssiger in Reihe geschaltet, die vom Kältemittel nacheinander durchströmt werden. Der eine Verflüssiger ist sekundärseitig vom Heizungswasser und der andere Verflüssiger ist sekundärseitig vom Brauchwasser durchströmt. Zur Durchströmung der Verflüssiger ist je eine Pumpe für das Brauchwasser und das Heizungswasser nötig. Brauchwasserpumpen, die in besonderer Weise korrosionsgeschützt sein müssen, sind jedoch aufwendig. Im Betrieb nehmen beide Pumpen Strom auf, was die Leistungszahl der Wärmepumpe verringert. In dem jeweils von Brauchwasser bzw. Heizungswasser nicht durchströmten Verflüssiger kann es infolge von natürlicher Konvektion trotz abgeschalteter Pumpe zur Übertragung von Wärme aus dem Kältemittel auf das Wasser kommen. Dadurch kann, wenn beispielsweise im Sommer bei der Erwärmung von Brauchwasser unnötigerweise Wärme auf das Heizungswasser übertragen wird, die Leistungszahl der Wärmepumpe erheblich abnehmen. Eine Beaufschlagung des Brauchwassers-Wärmetauschers mit Kältemittel-Heißgas kann kaum vermieden werden. Wegen der hohen Heißgastemperatur von bis zu etwa 130°C wird es dabei zur Ausfällung von Kalk kommen, der den Wärmetauscher verstopfen kann.

Aus der DE 39 02 745 C2 ist eine Wärmepumpe bekannt, die nur zur Erwärmung von Brauchwasser dient. Der Verflüssiger der Wärmepumpe ist plattenförmig ausgebildet und umschließt ringförmig den Brauchwasserspeicher.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, deren Leistungszahl verbessert ist und deren Betrieb an die Erfordernisse der Heizungswassererwärmung und der Brauchwassererwärmung anpassbar ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, dass die beiden Verflüssiger im Kältemittelkreis parallelgeschaltet sind und mittels einer Ventileinrichtung der erste Verflüssiger oder der zweite Verflüssiger derart einschaltbar ist, dass er vom Kältemittel durchströmt ist.

Ist bei dieser Wärmepumpe nur eine Brauchwassererwärmung nötig, dann wird das Kältemittel nur durch den ersten Verflüssiger geleitet, wodurch die Wärme im Wärmetauschauf das Brauchwasser übertragen wird. Ist nur eine Heizungswassererwärmung nötig, dann wird das Kältemittel nur durch den zweiten Verflüssiger geleitet, wodurch die Wärme im Wärmetausch nur auf das Heizungswasser übertragen wird. Es findet also kein Wärmetausch in der jeweils nicht benötigten Richtung, nämlich dem Heizungswasser bzw. dem Brauchwasser statt. Dies erhöht die Leistungszahl der Wärmepumpe beträchtlich.

Ist eine Brauchwassererwärmung nötig, dann erfolgt diese direkt im Wärmetausch mit dem ersten Verflüssiger. Es ist hierzu kein Wärmetauscher zwischen dem Heizungswasser und dem Brauchwasser erforderlich, was die Leistungszahl der Wärmepumpe erhöht und hohe Brauchwassertemperaturen ermöglicht.

Zur Brauchwassererwärmung und zur Heizungswassererwärmung ist die Wärmepumpe jeweils so steuer- oder regelbar, dass sie den jeweiligen Wärmebedarf wirtschaftlich deckt. Es ist dabei auch möglich, so hohe Temperaturen zu vermeiden, bei denen es speziell brauchwasserseitig zu erheblichen Ausfällungen von Kalk kommen könnte.

Vorzugsweise umschließt der erste Verflüssiger den Brauchwasserspeicher, wie dies beispielsweise in der DE 39 02 745 C2 beschrieben ist. Dadurch erübrigt sich eine brauchwasserseitige Umwälzpumpe, die in besonderer Weise korrosionsgeschützt sein müsste. Durch das Entfallen einer brauchwasserseitigen Umwälzpumpe ergibt sich eine Einsparung von elektrischem Strom, was ebenfalls die Leistungszahl der Wärmepumpe erhöht.

In Ausgestaltung der Erfindung ist dem ersten Verflüssiger und dem zweiten Verflüssiger je ein Rückschlagventil nachgeschaltet. Dadurch ist vermieden, dass Kältemittel aus dem ersten oder zweiten Verflüssiger in den zweiten oder ersten Verflüssiger gelangt, was die Leistungszahl der Wärmepumpe beeinträchtigen könnte.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerung vorgesehen, die die Ventileinrichtung so schaltet, dass bei einem Brauchwasser-Heizungsbedarf der erste Verflüssiger vorrangig zum zweiten Verflüssiger durchströmt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Wärmepumpe für eine Heizungswassererwärmung und Brauchwassererwärmung schematisch und

Fig. 2 einen einen Brauchwasserspeicher umschließenden ersten Verflüssiger.

Eine Wärmepumpe 1 weist einen durch eine äußere Energie, beispielsweise Umgebungsluft, erwärmten Verdampfer 2 auf. Ein dadurch im Verdampfer 2 verdampftes Kältemittel wird einem Verdichter 3 zugeführt. Diesem sind über eine Ventilanordnung, die nach Fig. 1 aus zwei Einzelventilen 4, 5 besteht, ein erster Verflüssiger 6 und ein zweiter Verflüssiger 7 zueinander strömungstechnisch parallel nachgeschaltet. Im Kältemittelkreislauf folgt dem ersten Verflüssiger 6 ein Rückschlagventil 8 und dem zweiten Verflüssiger 7 ein Rückschlagventil 9. Hinter den Rückschlagventilen 8, 9 wird das Kältemittel einem Sammler 10 für flüssiges Kältemittel zugeführt. An den Sammler 10 ist ein Expansionsventil 11 angeschlossen, über das das Kältemittel in den Verdampfer 2 zurückgeführt wird. Das Expansionsventil 11 ist über einen Temperaturfühler 12 am Ausgang des Verdampfers 2 gesteuert.

Der erste Verflüssiger 6 dient der Brauchwassererwärmung. Er steht hierfür mit einem Brauchwasserspeicher 13, beispielsweise über einen Wärmeübertragungskreis 14, in wärmeleitender Verbindung. Der Brauchwasserspeicher 13 ist an das Haushalts-Kaltwassernetz 15 angeschlossen und mit einer oder mehreren Zapfstellen 16 für Warmwasser verbunden.

Der zweite Verflüssiger 7 dient der Erwärmung von Heizungswasser. Der Heizungswasserkreislauf weist eine Umwälzpumpe 17, Raumheizkörper 18 und ein mit dem zweiten Verflüssiger 7 in wärmeleitender Verbindung stehendes Rohrsystem 19 auf. Das Rohrsystem 19 kann innerhalb oder außerhalb des zweiten Verflüssigers 7 angeordnet sein.

Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der zwischen dem ersten Verflüssiger 6 und dem Brauchwasserspeicher 13 - anders als in Fig. 1 - kein eigener Wärmeübertragungskreis 14 nötig ist. Nach Fig. 2 umschließt der erste Verflüssiger 6 den Brauchwasserspeicher 13 und steht an dessen Außenseite mit diesem in wärmeleitender Verbindung. Der erste Verflüssiger 6 nach Fig. 2 ist aus einem Rohr gewickelt oder nach dem an sich bekannten Rollbondverfahren oder Z-Bondverfahren hergestellt. Er kann auch aus Profilen mit aufgebrachtem Rohr, sogenannten Wärmeflügeln, hergestellt sein. Es wäre auch möglich, einen solchen ersten Verflüssiger 6 innerhalb des Brauchwasserspeichers 13 anzuordnen, wenn sichergestellt ist, dass niemals Kältemittel in das Brauchwasser gelangt.

Durch die Gestaltung des ersten Verflüssigers 6 derart, dass er die Wärme direkt auf den Brauchwasserspeicher 13 überträgt, erübrigt sich nicht nur der Wärmeübertragungskreis 14, sondern auch eine in diesem ggf. nötige weitere Umwälzpumpe.

Anstelle der zwei Ventile 4, 5, die gewöhnlich Magnetventile sind, kann auch ein einziges 3-2-Wege-Ventil oder 4-2-Wege-Ventil vorgesehen sein.

Die Ventilanordnung 4, 5 bzw. das genannte andere Ventil wird von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert. Die Steuereinrichtung 20 erfasst hierfür über einen Temperaturfühler 21 die Temperatur des Brauchwasserspeichers 13 und über einen Temperaturfühler 22 die Temperatur im die Raumheizkörper 18 aufweisenden Heizungskreis. Bei einer Temperaturanforderung aus dem Brauchwasserspeicher 13 wird die Ventilanordnung 4, 5 so geschaltet, dass das Kältemittel aus dem Verdichter 3 nur durch den ersten Verflüssiger 6 fließt. Bei der Ausführung nach Fig. 1 wird dabei das Ventil 4 geöffnet und das Ventil 5 geschlossen.

Hat das Brauchwasser im Brauchwasserspeicher 13 die gewünschte Temperatur und besteht seitens des Heizungskreises Wärmebedarf, dann schließt die Steuereinrichtung 20 das Ventil 4 und öffnet das Ventil 5, so dass das Kältemittel über den zweiten Verdichter 7 Wärme zu den Raumheizkörpern 18 führt.

Die Rückschlagventile 8, 9 stellen sicher, dass Kältemittel nicht rückwärts in den ersten Verflüssiger 6 bzw. den zweiten Verflüssiger 7 gelangt.

Claims

1. Wärmepumpe zur Erwärmung von Heizungswasser und Brauchwasser, wobei im Kältemittelkreis ein erster Verflüssiger zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers und ein zweiter Verflüssiger zur Beheizung des Heizungswassers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verflüssiger (6, 7) im Kältemittelkreis parallelgeschaltet sind und mittels einer Ventileinrichtung (4, 5) der erste Verflüssiger (6) oder der zweite Verflüssiger (7) derart einschaltbar ist, dass er vom Kältemittel durchströmt ist.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verflüssiger (6) in direktem Kontakt - ohne zusätzlichen Wärmeübertragungskreis (14) - mit dem Brauchwasserspeicher (13) steht.

3. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verflüssiger (6) den Brauchwasserspeicher (10) außen umschließt.

4. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Verflüssiger (6) und dem zweiten Verflüssiger (7) je ein Rückschlagventil (8, 9) nachgeschaltet ist.

5. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist, die die Ventileinrichtung (4, 5) so schaltet, dass bei Brauchwasser-Heizungsbedarf der erste Verflüssiger (6) vorrangig zum zweiten Verflüssiger (7) durchströmt ist.

6. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verflüssiger (6) ein gewickeltes Rohr ist.

7. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verflüssiger (6) ein im Rollbondverfahren oder Z-Bondverfahren hergestellter Verflüssiger ist.

8. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verflüssiger (6) ein Profil mit aufgebrachtem Rohr bildet.

9. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung von zwei einzelnen steuerbaren Ventilen (4, 5) gebildet ist.

10. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (4, 5) von einem 3-2-Wege-Ventil oder einem 4-2-Wege-Ventil gebildet ist.

11. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreis ein Sammler (10) für flüssiges Kältemittel angeordnet ist.

12. Wärmepumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel aus dem ersten Verflüssiger (6) und dem zweiten Verflüssiger (7) in den Sammler (10) gelangt.