DE2918588A1

DE2918588A1 - Luft-waermepumpe fuer gebaeude

Info

Publication number: DE2918588A1
Application number: DE19792918588
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Scheu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-09
Filing date: 1979-05-09
Publication date: 1980-11-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe 2ur Versorgung von Gebäuden mit Luftwärme, insbesondere solchen, deren Dachkonstruktion mindestens zwei räumlich getrennte, sich über einen Großteil der. Dachfläche erstreckende Bauteile aufweist; mit einem am Dach angeordneten Entwärmer, z.B. einem Verdampfer.

Wärmepumpen, die im Brinzip wie Kühlanlagen hauptsächlich aus Kompressor, Kondensator, Drosselventil und Verdampfer oder allgemeiner Entwärmer bestehen, der hier allein interessiert, werden zunehmend dazu verwendet, die u.a. in der atmosphärischen Luft enthaltene Wärme dem Wärmeträger, z.B. Luft, zu entziehen und diese in eine wärmeabsorbierendes Medium zu "pumpen", bei dem es sich beispielsweise um Heizungs- oder Brauchwasser handelt.
Bisher wurden die Verdampfer solcher Anlagen, soweit sie Luftwärme nutzen, im allgemeinen als kompakte Ventilator-Verdampfer im belüfteten Bühnenraum des Gebäudes auf dessen Dachboden installiert. Bei Gebäuden mit Flachdach (ohne Bühnenraum) muß der Verdampfer in einem anderen Gebäudeteil untergebracht werden. Auch auf solche Gebäude ist die Erfindung anwendbar.

Die Verdampfer der zuvor genannten Art und Anordnung arbeiten bei verhältnismäßig kleiner Wärmeaustauschfläche zwischen Luft und Kältemittel mit relativ kleiner Luftmenge, aber dennoch großer Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die vom Ventilator erzeugt wird, der ein störendes Geräusch entwickelt. An diesen Verdampfern ist aber vor allem nachteilig, daß eine kleinere Verdampferoberfläche eine desto_größere Entwärmung der Luft erfordert, die bei einer

Lufttemperatur knapp über dem Gefrierpunkt und darunter zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit und sogar zur Eisbildung führt. Beide Erscheinungen verschlechtern mehr oder weniger den Wärmeübergang von der Luft auf das Kältemittel und damit den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Für diesen Fall müßte zumindest eine Abtaueinrichtung unter Kostenaufwand angeschafft und betrieben werden, die sich wirtschaftlich aber nicht lohnen würde, so daß eine Wärmepumpe mit einem

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Ventilator-Verdampfer der in Bade stehenden Art bei tieferen Temperaturen praktisch nicht mehr wirksam ist und neben ihr ein herkönrnlicher Wänneerzeuger gebraucht wird, der mit absinkender Lufttemperatur einen zunehmenden Beitrag zur Wärmeleistung der Gesamtanlage bringt oder allein tätig wird. Die bei Wärmepunpen üblichen Ventilator-Verdampfer bei gleicher Bauart so zu vergrößern oder zu vervielfachen, daß die Wärmeleistung der Wärmepumpe allein ausreicht, würde einen unwirtschaftlich hohen Aufwand an Anschaffungs- und Betriebskosten verlangen und außerdem räumlich an Grenzen stoßen, die nicht überschritten werden sollen oder können. Daneben könnten die Folgen einer möglicherweise immer noch zu starken Luftabkühlung weiterbestehen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Entwärmer womö.glich ohne Ventilator oder jedenfalls mit einem geräuscharmen Ventilator auskommt? die bei allen Lufttemperaturen einen hohen Wirkungsgrad besitzt; deren Entwärmer kostengünstig angeschafft und betrieben werden kann; die Wärmepumpe ausrechend macht und im Dach des Gebäudes keinen Nutzraum wegnimmt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Entwärmer im wesentlichen flächenhaft über die Dachfläche ausgebreitet und wenigstens einseitig mit bewegter Luft beschickbar ist sowie gegebenenfalls zwischen die beiden Bauteile, nämlich die zwei räumlich getrennten, sich über einen Großteil der Dachfläche erstreckenden Bauteile der Dachkonstruktion, gelegt ist und diese beiden Bauteile an zwei einander gegenüberliegenden Enden je eine öffnung zur Luftdurchströmung des Bauteile-Zwischenraumes bilden. Damit wird auf überraschend einfache Weise die große Grundfläche von Gebäudedächern nutzbar gemacht, welche bisher nur zur Anordnung von sogenannten Solarzellen in der Dachhaut genutzt wurde, welche die Energie der Wärmestrahlung der Sonne in Wärme eines Mediums oder in elektrische Energie umwandeln. Der Entwärmer kann eine sehr große Oberfläche erhalten, die von der Luft bestrichen wird, entweder infolge Konvektion oder meist mit Unterstützung eines laufruhigen Ventilators..

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Die außerordentliche große Oberfläche des Entwärmers bewirkt bei nicht zu hoher Geschwindigkeit der Strömung der Luft in einem extrem rechteckigen Querschnitt und bei einem dementsprechend großen Luftdurchfluß oder -durchsatz eine relativ geringe Luftabkühlung, die nicht Ursache für die Bildung von Kondenswasser oder Eis sein kann,, so daß alle damit verbundenen Probleme beseitigt sind» Der für die Unterbringung des flachen Entwärmers zusätzlich benötigte umbaute Raum steht mit seiner. Grundfläche ohne weiteres in der Dachfläche zur Verfügung und erfordert nur eine minimale Dacherhöhung und keine grundlegende Änderung der Dachkonstruktion , da der Platzbedarf des Entwärmers senkrecht zur Dachfläche gering ist» Der bei jeder Lufttemperatur unverminderte Wirkungsgrad der Wärmepumpe und ihre hohe Wärmeleistung lassen die erfindungsgemäße Wärmepumpe genügen, so daß ein zusätzlicher Wärmeerzeuger entbehrlich ist. Der Entwärmer kann bei geeigneter Ausgestaltung in Großserien verhältnismäßig billig gefertigt und im Gebäudedach eingebaut werden, so daß die Anschaffungskosten diese lohnende Investition rechtfertigen«, Dabei ist nicht nur an Neubauten, sondern auch an Altbauten gedacht, in deren Dach der Entwärmer nachträglich installiert werden kann, nachdem die Dachhaut und eventuell weitere darunterliegende Bauteile der Dachkonstruktion entfernt sind» Die auf geringere Betriebskosten zurückzuführende hohe Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe gleicht die Mehrkosten dafür in kurzer Zeit aus.

Eine überschlägige Wirschaftlichkeitsberechnung für eine mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe ausgestattete Warm-Wasserzentralheizung und im Vergleich dazu für eine kostengünstige Nachtstrom-Speicherheizung zeigt, daß letztere zwar billiger anzuschaffen sein wird, jedoch wesentlich höhere Betriebskosten durch einen Mehrverbrauch an Strom verursacht, während die Wärmepumpenheizung den höheren Investitionsaufwand durch den geringeren Energieaufwand ausgleicht. Im übrigen ist auch zu berücksichtigen, daß es besser ist, gegenwärtig bestimmte Investitionsmehrkosten

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aufzuwenden ' als später der Preisentwicklung unterliegende Betriebsmehrkosten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmepumpe für Gebäude mit Sparrendach oder desgleichen, dessen Sparren mit einer Lattung oder Verschalung zum Tragen einer Dachhaut versehen sind, ist jedem im Flächenbereich des Entwärmers befindlichen Sparren ein paralleler Beisparren als Träger der Lattung bzw. Verschalung im Abstand beigeordnet und der Entwärmer zwischen den Beisparren und ihren Sparren angeordnet. Es wird damit der ohnehin zur Verfügung stehende, nur wenig zu vergrößernde Raum der von den Sparren gebildeten Fächer ausgenutzt. Die Beisparren bilden ihrerseits Fächer, in die der Entwärmer hineinragen kann.

Der Entwärmer weist mindestens ein seine Wärmeaustauschfläche vergrößerndes Blech mit zwei ebenen Rändern auf, die je zwischen einem Sparren und seinem Beisparren angeordnet sind. Dadurch"wird gleichzeitig die Wärmeleistung des Entwärmers erhöht und eine vorteilhafte Befestigungsmöglichkeit geschaffen.

Das Blech ist zwischen seinen Rändern mehrfach gefaltet oder gewellt und die Berge sowie Täler siäien mit je einem Abschnitt eines Kältemittel leitenden Rohres des Entwärmers in wärmeleitender Verbindung. Ein derartiges Blech besitzt die gewünschte große Oberfläche bei relativ geringem Raumbedarf.

Die vorgeschlagene Anordnung des Leitungsrohres bringt Ordnung in das erforderliche Leitungssystem und gestattet es, an den Blechenden unterbrochene Rohrleitungen durch einfache Verbindung der getrennten Rohrabschnitte zusammenzufügen.

Da die bevorzugte Ausführungsform für Gebäude mit Sparrendach bestimmt ist, das eine Unterspannbahn zwischen Auftäferung und Dachlattung aufweist, sind mehrere Entwärmer-Bleche vorgesehen und zwischen einem Sparren und seinem Beisparren zwei sich überlappende Ränder benachbarter Bleche sowie ein zwischen diesen Blechrändern und dem Sparren liegender Streifen der Unterspannbahn eingeklemmt.

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Infolgedessen lassen sich mit einem einzigen Befestigungsmittel, z.B. einer Holzschraube, die unterspannbahn und zwei Bleche gleichzeitig an einem Sparren befestigen. Außerdem bilden die Entwärmer-Bleche j_e eine Flächeneinheit, die in Streich- und Fallrichtung des Daches mehrfach aneinandergereiht werden kann, so daß der Entwärmer nicht ein zusammenhängendes Ganzes bildet, das schwierig herzustellen und zu montieren wäre, sondern aus handlichen Einheiten besteht, mit denen -in genügender Anzahl jede beliebige Dachfläche nahezu vollständig belegt werden kann»

Die bevorzugte Ausführungsform ist mit

einem dem Entwärmer zugeordneten Ventilator versehen, der Luft über die Verdatipferoberflache fördert. Dabei ist der Ventilator an einer der beiden Öffnungen angeordnet. Dieser Ort erleichtert die Anbringung des Ventilators, der außerhalb der Dachkonstruktion angeordnet werden kann. Die bevorzugte Ausführungsform ist für Gebäude mit Satteldach bestimmt. Der Ventilator ist hier am Dachfirst angeordnet und saugt durch beide Dachhälften Luft, so daß nur ein Ventilator erforderlich ist»

Bei der bevorzugten Ausführungsform, deren Entwärmer mit Sammelleitungen für das kondensierte bzw. verdampfte Kältemittel versehen ist, sind die Sammelleitungen längs der Dachtraufe(n) verlegt. Dort ist der benotigte Raum vorhan™ den und die Möglichkeit gegeben,, die Sammelleitungen in das Mauerwerk des Gebäudes eintreten zu lassen.

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Im folgenden ist die Erfindung anhand der durch die Zeichnung beispielhaft dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgeraäßen Wärmepumpe in Verbindung mit einem Gebäude mit Satteldach im einzelnen erläutert. Es zeigt:

Pig» 1 einen teilweise schematisch dargestellten,

ab- und unterbrochenen vertikalen Querschnitt durch die Ausführungsform und das Gebäude? Fig. 2 eine abgebrochen und teilweise geschnitten dargestellte perspektivische Ansicht der Dachkonstruktion des Gebäudes mit dem Entwärmer der Ausführungsform; und Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt durch das in

Fig. 2 Dargestellte.

Die angenommene Dachkonstruktion des aus Fig. 1 ersichtlichen Satteldaches besteht im wesentlichen aus -von innen nach außen- einer Auftäferung 10, einer Dampfsperre 12, einer Wärmedämmschicht 14 und Sparren 16, einer Unterspannbahn 18, Beisparren 20, einer Dachlattung 22 und einer Ziegeldeckung 24. Das Satteldach sitzt an seinen Traufen mit seinen Sparren 16 auf je einer Stützmauer 26 des Gebäudes. Bei der in Fig. 1 rechten Dachhälfte sind zwei einander benachbarte Beisparren 20 über den Dachfirst hinaus die andere Dachhälfte übergreifend verlängert. Auf den Zweck dieser Verlängerung wird noch eingegangen.

Von der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmepumpe ist nur der im Satteldach untergebrachte Teil dargestellt, bestehend aus Entwärmern 28 mit Ventilator 30 und aus je zwei Sammelleitungen 32, die unter den Sparren 16 am oberen Rand jeder Stützmauer 26 waagrecht entlanglaufen und an nicht gezeigter Stelle in die Stützmauer eintreten. Es sind zwei gleich ausgebildete und gleich angeordnete Entwärmer 28 vorhanden, die auf die beiden Dachhälften verteilt sind.
Jeder Entwärmer 28 ist im wesentlichen flächenhaft über eine Dachhälfte ausgebreitet und zwischen die Dachlattung

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und die Unterspannbahn 18 gelegt, die über den Sparren hängt und auf der von diesen unterbrochenen Wärmedämmschicht 14 liegt. Der Entwärmer 28 ist aus in Fall- und Streichrichtung zusammengesetzten gleichen Einheiten gebildet, von denen jede ein metallisches Blech 34 und ein Kältemittel leitendes Rohr 36 aufweist. Das Blech 34 besitzt zwei seitliche, ebene, koplanare Ränder 38 und ist zwischen seinen beiden Rändern zu einem trapezförmigen Profil gefaltet, so daß Berge und Täler entstanden sind, längs deren gerade Abschnitte 40 des Rohres 36 in wärmeleitender Verbindung mit dem Blech 34 verlegt sind. Daß die Rohrabschnitte 40 am oberen und unteren gewellten Rand des Bleches 34 zur Bildung eines schlangenlinienförmigen Rohres miteinander verbunden sind, ist nicht dargestellt.

Ebenso ist nicht gezeigt, wie die Rohre 36 benachbarter Bleche 34 kommunizieren. Es ist lediglich aus Fig. 1 noch ersichtlich, daß die Rohre 36 des Entwärmers 28 mit den Sammelleitungen 32 fluidleitend verbunden sind. Zwischen je einem Sparren 16 und seinem parallelen, darüberliegenden Beisparren 20 liegen über dem vom Sparren urferstützten Streifen der Unterspannbahn 18 die sich überlappenden Ränder 38 jedes Paares einander seitlich benachbarter Bleche 34, so daß diese hauptsächlich und mit ihren Rohren 36 in den Fächern angeordnet sind, welche je zwei benachbarte Sparren-Beisparren-Paare seitlich und die Dachlattung oben sowie die Wärmedämmschicht 14 unten begrenzen. Durch diese Fächer vermag die Luft zu streichen, die an der Traufe eintritt und vom Ventilator 30 nach oben durchgesaugt sowie am First ins Freie geblasen wird. Der Ventilator 30 ist nämlieh am Dachfirst zwischen den oben erwähnten Verlängerungen von zwei Beisparren 20, wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet. Falls ein Ventilator nicht ausreicht, können auf gleiche Weise mehrere längs des Dachfirstes verteilt werden. Zur Unterstützung einer Konvektion der Luft genügt ein einziger Ventilator, der auch die entferntliegenden Luftsäulen in Bewegung setzt.

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Ober die Wirkungsweise der Entwärmer 28 und den Aufbau der Wärmepumpe im übrigen braucht nichts ausgeführt zu werden, weil diese von der Erfindung nicht betroffen und einschlägigen Informationsquellen entnehmbar sind. Die Entwärmer 28 können den Verdampfer der Wärmepumpe selbst bilden oder mit diesem in mittelbarem Wärmeaustausch stehen.

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, Λ τ.

Leerseife

Claims

Ansprüche

)Wärmepumpe zur Versorgung von Gebäuden mit Luftwärme, mit einem am Dach angeordneten Entwärmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwärmer (28) im wesentlichen flächenhaft über die Dachfläche ausgebreitet und wenigstens einseitig mit be-5 wegter Luft beschickbar ist.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1 für Gebäude, deren Dachkonstruktion mindestens zwei räumlich getrennte, sich über einen Großteil der Dachfläche erstreckende Bauteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwärmer (28) zwischen die beiden Bauteile (14, 22) gelegt ist, die an zwei einander gegenüberliegenden Enden je eine: Öffnung zur Luftdurchströmung des Bauteile-Zwischenraumes bilden,
3. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2 für Gebäude mit Sparrendach oder desgleichen, dessen Sparren mit einer Lattung oder Verschalung zum Tragen einer Dachhaut versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem im Flächenbereich des Entwärmers (28) befindlichen Sparren (16) ein paralleler Beisparren (20) als Träger der Lattung (22) bzw. Verschalung im Abstand beigeordnet und der Entwärmer (28) zwischen den Beisparren (20) und ihren Sparren (16) angeordnet ist.

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Telefonische Auskünfte und Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich

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4. Wärmepumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwärmer (28) mindestens ein seine Wärmeaustauschfläche vergrößerndes Blech (34) mit zwei ebenen Rändern (38) aufweist, die je zwischen einem Sparren (16) und seinem Beisparren (20) angeordnet sind.
5. Wärmepumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (34) zwischen seinen Rändern (38) mehrfach gefaltet oder gewellt ist und die Berge sowie Täler mit je einem Abschnitt (40) eines Kältemittel leitenden Rohres (36) des Entwärmers (28) in wärmeleitender Verbindung stehen.
6. Wärmepumpe nach Anspruch 4 oder 5 für Gebäude mit Sparrendach, das eine Unterspannbahn zwischen Auftäferung und Dachlattung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Entwärmer-Bleche (34) vorgesehen und zwischen einem Sparren (16) und seinem Beisparren (20) zwei sich überlappende Ränder (38) benachbarter Bleche (34) sowie ein zwischen diesen Blechrändern (38) und dem Sparren (16) liegender Streifen der Unterspannbahn (18) eingeklemmt sind.
7. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem dem Entwärmer zugeordneten Ventilator, der Luft über die Verdampferoberfläche fördert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (30) an einer der beiden Öffnungen angeordnet ist.
8. Wärmepumpe nach Anspruch 7 für Gebäude mit Satteldach, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (30) am Dachfirst angeordnet ist und durch beide Dachhälften Luft saugt.
9. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Entwärmer mit Sammelleitungen für das kondensierte bzw. verdampfte Kältemittel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen (32) längs der Dachtraufe(n) verlegt sind.

- 3/Beschreibung -

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