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DE2355167B2 - Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe - Google Patents

Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe

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DE2355167B2
DE2355167B2 DE2355167A DE2355167A DE2355167B2 DE 2355167 B2 DE2355167 B2 DE 2355167B2 DE 2355167 A DE2355167 A DE 2355167A DE 2355167 A DE2355167 A DE 2355167A DE 2355167 B2 DE2355167 B2 DE 2355167B2
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Germany
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heating device
heat
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transfer medium
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DE2355167A
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Gerhard Dipl.-Ing. 6483 Bad Soden Goebel
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0228—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with conventional heater
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer aufweist sowie einen Kompressor und einen Kondensator, der zum Aufheizen eines einer Heizungsanlage zuführbaren, flüssigen Wärmeträgers ausgebildet ist, den wahlweise eine zusätzliche Wärmequelle beaufschlagt.
Es ist bereits eine Heizungsvorrichtung der vorstehenden Art bekannt, bei welcher der Kondensator und die zusätzliche Wärmequelle in einem Speicherbehälter für den flüssigen Wärmeträger angeordnet sind. Die bekannte Einrichtung ist auch zum Kühlen des flüssigen Mediums im Speicher ausgebildet. Die Wärmepumpe arbeitet hierbei gegenüber dem Heizvorgang umgekehrt. Der im Speicherbehälter angeordnete Teil der Wärmepumpe wirkt beim Kühlvorgang als Verdampfer und der von der Umgebungsluft beaufschlagte Teil der Wärmepumpe als Kondensator. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird die bekannte Vorrichtung jedoch nur als Heizvorrichtung betrachtet. Der Speicherbehälter der bekannten Vorrichtung ist über eine Vorlaufleitung mit einer zum Heizen eines Raumes dienenden Anordnung verbunden, von der eine Rücklaufleitung zum Speicher geführt ist. Im Anlauf arbeitet die bekannte Vorrichtung sehr träge, da der Wärmeträger im Speicherbehälter erst genügend aufgeheizt werden muß, um in dem zu temperierenden Raum wirksam werden zu können. Das Gleiche tritt dann ein, wenn im Betrieb die zusätzliche Wärmequelle zur Dekkung eines erhöhten Wärmebedarfs eingeschaltet wird. Die Temperatur des Wärmeträgers im Speicherbehälter wird bestimmt durch den Aufheizgrad und durch den Abkühlungsgrad im Rücklauf, so daß im Vorlauf immer nur eine sogenannte Mischtemperatur herrscht. Der Wärmemengeninhalt wird bestimmt durch den Wasserinhalt und die Differenz zwischen Kondensatortemperatur und der Temperatur in der Rücklaufleitung. Das führt zu verhältnismäßig großen Speicherbehältern, die infolge des baulichen Zusammenfassens mit der Wärmepumpe kaum oder gar nicht in normalgroßen Kellerräumen untergebracht werden können. Die bekannte Vorrichtung gestattet auch nicht die Aufbereitung von Brauchwasser und eine erweiterte Verwendung ihrer zusätzlichen Wärmequelle. Schließlich kann der Verdampfer der bekannten Vorrichtung bei sehr tiefer Temperatur der Umgebungsluft vereisen (DT-OS 18 13 528).
Es ist auch eine Wärmepumpenanlage bekannt, bei welcher ein Wärmeträger im Gegenstrom an der Kühlseite eines Kondensators entlang geführt ist. Die bekannte Anlage arbeitet jedoch ohne Gebläse und weist keine zusätzliche Wärmequelle auf. Ferner ist bei der bekannten Anlage weder ein Warmwasserspeicher noch eine Brauchwasserbereitung vorgesehen (CH-PS 2 23 901).
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-
steht in der Schaffung einer Heizungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung, die ohne Zeitverzögerung den jeweiligen Wärmebedarf decken kann. Sie soll an beliebigen Orten aufstellbar sein. Ferner soll sie einen kleinen Speicherinhalt aufweisen und eine Brauchwasserbereitung ermöglichen, ohne den Wirkungsgrad der Wärmepumpe über die ganze Heizperiode gesehen, zu mindern. Die zusätzliche Wärmequelle soll erweitert verwendet sein. Schließlich soll bei der zu schaffenden Vorrichtung ein Vereisen des Verdämpfer? weitgehend vermieden werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmeträger im Gegenstrom an der Kühlseite des Kondensators entlang geführt ist, und daß ein Teilstrom des Wärmeträgers am Ende des Bereiches der Überhitzungskühlung des Kondensators zur Heizungsanlage abzweigt, während der restliche Teilstrom des Wärmeträgers auch vom Bereich der Überhitzungskühlung des Kondensators und nachfolgend wahlweise von der zusätzlichen Wärmequelle beaufschlagt der Heizungsanlage und/oder dem mit der Heizungsanlage verbundenen Warmwasserspeicher und/oder einem Brauchwasserbereiter zugeführt ist.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den angefügten Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung rein schematisch im Aufriß dargestellt.
Die Heizungsvorrichtung besitzt eine Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses 1 von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer 2 aufweist, einen Kompressor 3 und einen Kondensator 4. Im Kreislauf der Wärmepumpe ist in üblicher Weise ein Drosselventil 5 vorgesehen. Die Wärmepumpe kann in bekannter Weise mit Sauggasüberhitzung am Kompressor 3 und weiterer Sauggasüberhitzung durch Kondensatunterkühlung arbeiten.
Der Kondensator 4 ist zum Aufheizen eines flüssigen Wärmeträgers, vorzugsweise Wasser, ausgebildet. Der Wärmeträger ist einer nicht dargestellten Heizungsanlage (vorzugsweise einer Fußbodenheizung od. dgl.) zuführbar und wahlweise von einer zusätzlichen Wärmequelle, im dargestellten Beispiel einer Gastherme 6, beaufschlagbar. Die Gastherme 6 wird in der Regel nur eingeschaltet, wenn die Leistung der Wärmepumpe nicht mehr ausreicht.
Der Wärmeträger ist in einer Leitung 7 im Gegenstrom an der Kühlseite des Kondensators 4 entlang geführt. Von der Leitung 7 ist am Ende des Überhitzungsbereichs a des Kondensators 4 ein Teilstroni des Wärmeträgers in eine Voriaufleitung 1 abgezweigt, die zur Heizungsanlage führt.
Der restliche Teilstrom des Wärmeträgers in der Leitung 7 ist vom Bereich der Überhitzungskühlung a des Kondensators 4 beaufschlagt. Durch diese Beaufschlagung erhält der restliche Teilstrom eine Austrittstemperatur, die höher ist als die Temperatur im Kondensationsbereich des Kondensators. Ferner wird der restliche Teilstrom entweder über die Gastherme 6 oder über eine Kurzschlußleitung 22 einer Vorlaufleitung Il zugeführt. Die Vorlaufleitung 11 führt zu einem Verteilerstück 15. Vom Verteilerstück 15 ist der restliche Teilstrom zu einem Mischventil 13 der Heizungsanlage und sodann wahlweise zu einem Warmwasserspeicher 8 und/oder einem Brauchwasserbereiter 9 geführt. Die Verbrennungsluft der Gastherme 6 ist in schornsteinloser Ausführung über eine Luftführung tO einem Kanai 11 zugeführt, der zur Führung der den Verdampfer 2 beaufschlagenden Umgebungsluft dient
Die Zuluft der Gastherme 6 ist auf nicht dargestellte Weise aus dem Kanal 11 entnommen.
Die Verbrennungsluft der Gastherme 6 kann in Stillstandszeiten der Wärmepumpe zum Abtauen des Verdampfers 2 eingesetzt werden.
Die Wärmepumpe ist so ausgelegt, daß sie etwa '/3 des bei der tiefsten Außentemperatur erforderlichen Wärmebedarfs decken kann. Auf diese Weise werden über 90% des Jahreswärmebedarfs über die Wärmepumpe erbracht. Ferner setzt bei dieser Auslegung die Gastherme 6 dann ein, wenn Vereisungsgefahr für den Verdampfer 2 besteht.
Um eine Vereisung des Verdampfers 2 zu vermeiden, ist die vom Gebläse 1 angesaugte Umgebungsluft aus einem Dachraum oder einem Wandspalt eines mit der Heizungsvorrichtung zu beheizenden Gebäudes entnommen, wozu der Kanal 11 in geeigneter, nicht dargestellter Weise ausgebildet ist.
Der Verdampfer 2 kann auch in Form einer Rohrschlange in der Außenseite einer Außenwand des zu beheizenden Gebäudes angeordnet sein und der Kondensator 4 auf der Innenseite der Außenwand. Zwischen der Innen- und Außenseite der Außenwand ist zweckmäßig eine gute Wärmedämmung angeordnet. Hierbei findet der Hauptwärmeaustausch innerhalb der isolierten Wand statt. Der Wärmeaustausch zur Außenluft ist gering oder gar nicht vorhanden, so daß es zu keiner Vereisung kommen kann. Ferner wird ein Minimum an Temperaturspreizung zwischen Verdampfer 2 und Kondensator 4 erreicht und damit ein optimaler thermischer Wirkungsgrad.
Dem restlichen Teilstrom des Wärmeträgers kann hinter dem Überhitzungsbereich des Kondensators 4 die Verlustwärme des Kompressoraggregats 3 zugeführt werden (nicht dargestellt).
Wirkungsweise
Durch den Verdampfer 2 wird der durch das Gebläse 1 herangeführten Umgebungsluft Wärme bei niedriger Temperatur entzogen. Die gewonnene Wärme wird über den Kompressor 3 dem Kondensator 4 zugeführt. Der Kondensator 4 gibt die Wärme bei höherer Temperatur an den in der Leitung 7 geführten Wärmeträger ab, der von einer Rücklaufieitung 12 in die Leitung 7 einströmt.
Von der Leitung 7 ist ein Teilstrom in die Voriaufleitung I abgezweigt, die zu dem Dreiwege-Mischventil 13 führt, welche mit einem mit 14 bezeichneten, eine Pumpe 21 enthaltenden Vorlauf der Heizungsanlage verbunden ist. Über die Vorlaufleitung I kann die Heizungsanlage sofort nach Anlauf der Wärmepumpe mit bis auf etwa 4O0C aufgeheiztem Wasser beaufschlagt werden.
Für die Deckung eines höheren Wärme- und Temperaüirbedarfs wird der restliche, in der Leitung 7 geführte Teilstrom im Überhitzungsbereich a des Kondensators 4 weiter aufgeheizt. Der restliche Teilstrom wird sodann bei nicht eingeschalteter Gastherme 6 über die Kurzschlußleitung 22 der Vorlaufleitung U zugeführt. Der durch die Kurzschlußleitung 22 fließende Wärmeträger wird durch ein thermostatisches Drosselorgan 23 auf einer für die Brauchwasserbereitung und eine wirtschaftliche Speicherung geeignete hohen Temperatur gehalten, beispielsweise gleich oder größer 60° C.
Bei Bedarf kann eine weitere Aufheizung in der Gastherme 6 erfolgen. Mit dem Einschalten der Gastherme B wird die Kurzschlußleitung 22 durch ein Magnetventil 24 geschlossen. Die Temperatur des Wärmeträgers hinter der Gastherme 6 wird durch ein thermostatisches Drosselorgan 25 auf einer Höhe gehalten, welche über der vom Drosselorgan 23 bestimmten Temperatur liegt, z. B. 900C. Durch die Anordnung der thermostatischen Drosselorgane 23, 25 und des Magnetventils 24 wird ein Wärmeverlust in der Gastherme 6 verhindert, wenn diese nicht eingeschaltet ist. Der die Gastherme 6 oder die Kurzschlußleitung 22 verlassende Teilstrom des Wärmeträgers wird über die Vorlaufleitung Il und das Verteilerstück 15 dem Heizungs-Mischer 13, dem Warmwasserspeichei 8 und/oder dem Brauchwasserbereite 9 zugeführt. Von dem Brauchwasserbereiter 9 führt eine untere Leitung 16 zu einem Verteilerstück 17, in das auch der aus der Heizungsanlage kommende, mit 18 bezeichnete Rücklauf mündet. Am unteren Verteilerstück 17 ist ein Ausdehnungsgefäß 19 angeschlossen und die zur Leitung 7 führende Rücklaufleitung 12. Vom Verteilerstück 17 besteht ferner eine Verbindung zum unteren Anschlußstutzen des Warmwasserspeichers 8.
Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, daß sofort nach Anfahren der Wärmepumpe der Heizungsanlage über die Vorlaufleilung I ein etwa bis 400C oder nach Bedarf über die Vorlaufleitung II und die Gastherme 6 ein über 400C heißer Wärmeträger zugeführt werden kann.
In der Regel kann beim Anlauf der Heizungsvorrichtung der Wärmebedarf über die Vorlaufleitung I gedeckt werden. Die zur Deckung des Heizungs-Wärmebedarfs nicht benötigte Wärme wird dem Speicherbehälter 8 und/oder dem Brauchwasserbereiter 9 zugeführt. Etwa nachfolgender, erhöhter Wärmebedarf kann aus dem Speicherbehälter 8 gedeckt werden, dessen Inhalt in Zeiten niedrigeren Bedarfs genügend hochgeheizt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Verbrennungsluft der Gastherme 6 dem Verdampfer 2 als Nutzwärme zugeführt wird.
Vorteilhaft ist auch, daß mit der Verbrennungsluft der Verdampfer 2 in Stillstandszeiten der Wärmepumpe abtaubar ist und daß ein Vereisen des Verdampfers 2 weitgehend verhindert ist durch die Beaufschlagung mit angewärmter Umgebungsluft höherer Temperatur und damit geringerer relativer Feuchte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe, die einer, mittels eines Gebläses von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer aufweist sowie einen Korrpressor und einen Kondensator, der zum Aufheizen eines einer Heizungsanlage zuführbaren, flüssigen Wärmeträgers ausgebildet ist, den wahlweise eine zusätzliche Wärmequelle beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger im Gegenstrom an der Kühlseite des Kondensators (4) entlang geführt ist und daß ein Teilstrom des Wärmeträgers am Ende des Bereiches (aj der Überhitzungskühlung des Kondensators (4) zur Heizungsanlage abzweigt, während der restliche Teilstrom des Wärmeträgers auch vom Bereich (a) der Überhitzungskühlung des Kondensators (4) und nachfolgend wahlweise von der zusätzlichen jo Wärmequelle beaufschlagt der Heizungsanlage und/oder dem mit der Heizungsanlage verbundenen Warmwasserspeicher (8) und/oder einem Brauchwasserbereiter (9) zugeführt ist.
2. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmequelle eine Gastherme (6) od. dgl. ist.
3. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Überhitzungsbereich des Kondensators (4) verlassende restliche Teilstrom des Wärmeträgers bei unmittelbarem Zufluß zur Heizungsanlage und/oder dem Warmwasserspeicher (8) und/oder dem Brauchwasserbereiter (9) über ein thermostatisches Drosselorgan (23) geführt ist.
4. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da3 bei Verwendung der Gastherme (6) hinter dem Gasthermenausgang ein thermostatisches Drosselorgan (25) angeordnet ist und hinter dem thermostatischen Drosselorgan (23) in einer Kurzschlußleitung (22) ein Magnetventil (24).
5. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungstuft der Gastherme (6) in einen Kanal (11) mündet, der zur Führung der Umgebungsluft ausgebildet ist, die den Verdampfer (2) beaufschlagt.
6. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft der Gastherme (6) aus dem Kanal (11) entnommen ist. so
7. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Stillstandszeiten der Wärmepumpe die Verbrennungsluft der Gastherme (6) zum Abtauen des Verdampfers (2) eingesetzt ist.
8. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe auf eine Wärmemenge ausgelegt ist, die etwa '/3 des bei der tiefsten Außentemperatur erforderlichen Wärmebedarfs entspricht.
9. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Gebläse (1) angesaugte Umgebungsluft aus einem Dachraum oder einem Wandspalt eines mit der Heizungsvorrichtung zu beheizenden Gebäudes entnommen ist.
10. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (2) auf der Außenseite und der Kondensator (4) an der Innenseite einer Außenwand des zu beheizenden Gebäudes angeordnet sind.
11. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß dem restlichen Teilstrom des Wärmeträgers die Verlustwärme des Kompressor-Aggregates direkt hinter dem Überhitzungsbereich des Kondensators (4) zugeführt ist.
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