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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung zur geregelten Lüftung und Wärmeenergieversorgung von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusern, in die ein Aussenluft- und ein Gebäudeabluftstrom einströmt und vermittels Wärmerückgewinnung aus dem zugeführten Gebäudeabluftstrom die eingeströmte Aussenluft erwärmt und als ausströmende Gebäudezuluft dem Gebäude zugeführt wird, mit mindestens einem Wärmetauscher, der der Gebäudeabluft Wärmeenergie entzieht und an die Gebäudezuluft abgibt und mindestens einer dem Wärmetauscher nachgeschalteten Wärmepumpe, die durch weitere Entwärmung der den Wärmetauscher durchströmten Gebäudeabluft eine zusätzliche Erwärmung der Gebäudezuluft bewirkt oder einer Brauchwassererwärmung oder beidem dient.
Stand der Technik
Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Gattung dienen einer geregelten Lüftung mit Wärmerückgewinnung, der Brauchwassererwärmung und der Heizung von Niedrig-Energie- Gebäuden oder Passivhäusern.
In Deutschland wird ein Drittel der Primärenergie für die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser in den privaten Haushalten eingesetzt. Die Ressourcen der überwiegend eingesetz- ten fossilen Energieträger sind begrenzt. Die Aufnahmefähigkeit der Atmosphäre für das bei Verbrennungsprozessen freiwerdende CO2 zeigt Grenzen. Die Bundesregierung hat das Ziel der Senkung des CO2-Ausstosses um ein Viertel bis zum Jahre 2005 gesetzt. Zur Umsetzung dieses Vorhabens ist es von grosser Bedeutung, die nachgewiesenermassen hohen Einsparpotentiale im Wohnbereich zu erschliessen.
Der Heizenergiebedarf liegt im Wohnungsbestand bei Werten von 250 bis 300 kWh/(m2a). Die- ser Wert soll zum Ende des Jahrzehnts im Rahmen der Energiesparverordnung auf 40 bis 70 kWh/(m2a) gesenkt werden. Darüber hinaus gehende Massnahmen zur Senkung des Heizener- giebedarfs lassen sich meist nicht mehr aus den eingesparten Energiebezugskosten refinanzieren.
Hierfür ist eine Einsparung im Bereich der Investitionskosten notwendig.
Mit dem Konzept der Passivhäuser wird dieser Weg eingeschlagen. Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Dämmung und hohe passive Solargewinne aus. Sie haben stets eine kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Der Heizenergiebedarf wird bis zu dem Punkt gesenkt, an dem deutliche Vereinfachungen in der Haustechnik der Gebäude möglich werden. Diese Gebäude stellen stark veränderte Anforderungen an das System zur Restwärmebereitstellung. Die benötig- ten Jahresenergiemengen sind ebenso wie die Heizleistung für den Auslegungsfall gering. Gute Wärmedämmung des Gebäudes führt zu einem trägen thermischen Verhalten. Der Leistungsbe- darf für die Brauchwassererwärmung und ein eventuelles Aufheizen des Gebäudes nach einer Abkühlphase bestimmen das Heizsystem.
Bei einem Jahrerestheizwärmebedarf unter 15 kWh/m2 und einer maximalen Heizlast von 10 W/m2 kann auf ein konventionelles Heizsystem verzichtet werden. Solarsysteme mit Pufferspeichern bieten gute Möglichkeiten zur Kopplung leistungs- schwacher Wärmequellen mit höheren Bereitstellungsleistungen.
Durch die Entwicklung hierauf abgestimmter, kostengünstiger Systeme können Investitionskos- ten aus dem Bereich der Haustechnik in die Verbesserung der Gebäudehülle verlagert werden.
Dadurch werden die investiven Mehrkosten des verbesserten Baustandards zum Teil ausgegli- chen. Damit ergibt sich ein kostengünstiges Gesamtkonzept bei hoher Primärenergieeinsparung.
Im Rahmen von Forschungsprojekten wurde gezeigt, dass unter mitteleuropäischen Rahmen- bedingungen mit vorhandener Technik Gebäude gebaut werden können, die einen Restheizwär- mebedarf von 10 bis 20 kWh/(m2a) haben. Aufgrund dieses, gegenüber mit konventioneller Bau- weise errichteten Gebäuden, deutlich reduzierten Energiebedarfs von Passivhäusem oder Niedrig- Energie-Gebäuden werden erfolgreich Lüftungs- und Heizsysteme eingesetzt, die die in der Ge- bäudeabluft gespeicherte Wärmeenergie durch Wärmerückgewinnung nutzen, um bspw. die Ge- bäudezuluft zu heizen, das Brauchwasser zu erwärmen und darüber hinaus durch Verwendung und Integration von Solaranlagen in den Wärmekreislauf des Gebäudes und/oder durch zusätzli- che Nutzung von Erdwärme weitere natürliche Wärmequellen zur Wärmeversorgung nutzbar machen.
Mit diesen Massnahmen kann ein konventionelles Heizsystem, das im wesentlichen auf der Ba- sis von Primär- und Sekundärenergie arbeitet, weitgehend überflüssig gemacht werden.
Massgeblich für die Auslegung derartiger Lüftungs- und Heizsysteme für Gebäude ist der Leis-
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tungsbedarf, der für die Brauchwassererwärmung sowie für die Gebäudeheizung nach einer Ab- kühlphase erforderlich ist.
Die heute bekannten Lüftungs- und Heizsysteme für Passivhäuser bestehen aus einem Kom- paktgerät, das der Lüftung des Gebäudes, der Brauchwassererwärmung sowie der Gebäudehei- zung dient. Dem Kompaktgerät ist in der Regel ein Erdreichwärmetauscher vorgeschaltet. Über- dies weisen Lüftungs- und Heizsysteme einen Brauchwasserwärmespeicher und vorzugsweise eine thermische Solaranlage auf, wodurch die Energieeffizienz der Systeme weiter gesteigert werden kann.
Dem, aus einem Plattenwärmetauscher sowie einer Wärmepumpe bestehenden Kompaktgerät wird zum einen die Gebäudeabluft sowie frische Aussenluft, die vorzugsweise über eine Erdwärme- tauscher geleitet wird, zugeführt. Der Erdwärmetauscher dient der Vorwärmung der Frischluft in der Heizperiode und glättet darüber hinaus extreme Kältespitzen. Der Plattenwärmetauscher, der eine hohe Rückwärmezahl aufweisen sollte, überträgt einen Teil der Wärmeenergie der Gebäude- abluft auf die zugeführte Frischluft.
Die dem Plattenwärmetauscher nachgeschaltete Wärmepumpe nutzt die in der, den Wärmetauscher verlassene Gebäudeabluft noch enthaltene sensible sowie einen grossen Teil der latenten Restwärmeenergie durch Entwärmung dieser Abluft bis hin zur Vereisungsgrenze des Verdampfers, um die den Wärmetauscher bereits durchströmte frische Zuluft und gegebenenfalls Brauchwasser innerhalb des Brauchwasserwärmespeicher weiter zu erwärmen. Vorzugsweise weist die Wärmepumpe zwei Kondensatoren auf, von denen der erste der Gebäudezulufterwärmung und der zweite der Brauchwassererwärmung dient.
Die auf diese Weise erwärmte frische Zuluft verlässt als Gebäudezuluft das Kompaktgerät und gelangt direkt in das Gebäude.
Die thermische Solaranlage erwärmt das im Brauchwasserwärmespeicher enthaltene Brauch- wasser und vermag im Sommer den Betrieb der Wärmepumpe vollständig zu ersetzen. Der Brauchwasserwärmespeicher dient dabei der Speicherung von Wärmeenergie, die von der Wär- mepumpe und zusätzlich von der Solaranlage geliefert wird und besitzt darüber hinaus einen Heizstab, mit dem eine elektrische Wärmeaufbereitung des Speichermediums möglich ist. Das beschriebene Lüftungs- und Heizsystem ermöglicht eine automatisch geregelte Lüftung der Ge- bäude typischerweise mit 0. 4 bis 0.5 Luftwechseln pro Stunde.
Am Frauenhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE wurden mit dem Simulationsprogramm TRNSYS Untersuchungen zur Jahreswärmebilanz am Beispiel eines als Passivhaus ausgeführten Reihenmittelhauses unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Lüftungs- und Heizungssys- tems und unter Zugrundelegung eines bestimmten Nutzerverhaltens, das während der Heizperiode nach Möglichkeit keine oder nur seltene Lüftungen bei offenem Fenster vorsehen sollte, durchge- führt. Dabei gelten folgende Rahmenbedingungen. Das betrachtete Reihenmittelhaus weist eine Wohnfläche von 121 m2 auf und wird von 4 Personen bewohnt. Die inneren Wärmequellen betra- gen 3.35 W/m2. Die Feuchteproduktion beträgt 120 g/(h Person). Die Lüftungsanlage ist auf einen Volumenstrom von 125 m /h eingestellt. Die Infiltration verursacht einen Luftwechsel von 0. 05 pro Stunde.
Figur 2 veranschaulicht in einer Diagrammdarstellung diesbezügliche Untersuchungsergebnis- se. Entlang der Ordinate ist der Energiebedarf des betrachteten Hauses für Lüften, Warmwasser- bereitung und für die Heizung inklusive aller Hilfsaggregate pro Woche in Einheiten kWh/w aufge- tragen. Entlang der Abszisse ist die Monatsabfolge mit einer Diskretisierung von jeweils einer Woche aufgetragen.
Die im Diagramm eingetragenen, unterschiedlich markierten Säulen pro Woche entsprechen dem wochenweisen Energiebedarf und setzen sich jeweils zusammen aus den entsprechend gekennzeichneten Beiträgen des Solareintrags (S), der Wärmepumpe (W) und des Heizstabs (H).
Die Kurve (G) beschreibt die Einhüllende der Gesamt-Wochenenergiewerte. Dadurch wird deutlich, dass der wochenweise Energiebedarf in den Sommermonaten (Juni bis August) ca. 50 kWh/w beträgt, wohingegen in den Wintermonaten (Dezember bis Februar) ein im Vergleich zu den Som- mermonaten dreifacher Wert, nämlich ca. 150 kWh/w angenommen wird. Während in den Som- mermonaten der Energiebedarf ausschliesslich aus dem Solareintrag (S) gedeckt werden kann, wird der Solarbeitrag in den Wintermonaten verschwindend gering. Der in der Winterszeit deutlich erhöhte Wärme wird zum überwiegenden Anteil durch die Wärmepumpe (W) gedeckt, der verblei- bende Anteil durch den elektrischen Heizstab (H) im Brauchwasserspeicher.
Das Integral der
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Kurve (G) über das ganze Jahr liefert den jährlichen Gesamtenergiebedarf für Rest-Heizung und Warmwasseraufbereitung und beträgt im untersuchten Fall 4. 097 kWh/a. Das Integral über die Einzelenergiebeiträge S, W, H über das Jahr, liefert deren jeweiligen Beitrag zum jährlichen Ge- samtenergiebedarf, diese liegen für den Solareintrag bei 1.494 kWh/a, für die Wärmepumpe bei 2. 287 kWh/a und für den Heizstab bei 316 kWh/a.
Die Kurve (B) stellt den jährlichen Verlauf des Energiebedarfs für die Brauchwassererwärmung sowie die Energieverluste dar, die über das gesamte Jahr einen annähernd konstanten Energiebe- darf von ca. 50 kWh/w ausmachen. Bildet man das Integral der Kurve (B) über das Jahr, so beträgt der jährliche Gesamtenergiebedarf für Warmwasseraufbereitung und Verluste 2. 757 kWh/a. Aus der Differenz der jeweiligen Integrale von G und B über das Jahr ergibt sich der jährliche Gesamt- energieaufwand für die Rest-Heizung, der 1.340 kWh/a beträgt.
Weitergehende Auswertungen zeigen überdies, dass der jährliche Gesamtenergiebedarf inkl.
Speicherverlusten zu 67 % von der Brauchwassererwärmung verursacht wird. Die Solaranlage trägt mit 36 %, die Wärmepumpe mit 56 % und der Heizstab im Brauchwasserwärmespeicher mit 8 % zur Deckung des jährlichen Gesamtwärmebedarfs bei. Der Jahresstrombedarf für Lüftung, Brauchwassererwärmung und Heizung liegt bei ca. 1 kWh/m2 und unter 10 kWh/m2. Dies ent- spricht mit dem Primärenergiefaktor für bundesdeutschen Netzmix für Haushaltskunden nach GEMIS 3. 01 dem Einsatz von 29.7 kWhPE/(m2a). Dies liegt deutlich unter der Anforderung von maximal 60 kWhPE/(m2a) für Passivhäuser.
Weicht das Nutzverhalten jedoch von dem vorgesehenen ab, kann der Gesamtwärmebedarf zum Beheizen von Passivhäusern stark ansteigen. Besonders kritisch ist dies beim Lüftungsverhal- ten. Während der Heizperiode sollte in einem Passivhaus nach Möglichkeit nicht oder nur selten über die Fenster gelüftet werden, da die durch die Fenster weggelüftete Abwärme nicht zurückge- wonnen werden kann und die Frischluft mit Aussentemperatur in die Wohnräume gerät und somit zu einem starken Ansteigen des Wärmebedarfs führt.
Figur 3 veranschaulicht die Simulationsergebnisse bei einem relativ starken zusätzlichen Luft- wechsel von 0.6 h-1 durch die Fensterlüftung des vorstehend betrachteten Reihenmittelhauses. Die Graphik ist analog der in Figur 2 aufgebaut und beschriftet. Deutlich erkennbar ist der durch das zusätzliche Lüften hervorgerufene Mehrenergiebedarf für Heizung H. Der Gesamtenergiebedarf für Heizung und Warmwasser beträgt nun 8.172 kWh/a, während der Energieaufwand für die Brauch- wassererwärmung sich annähernd unverändert zu 2.699 kWh/a bestimmt. Der Beitrag der ver- schiedenen Energiequellen zu dem jährlichen Gesamtenergiebedarf beträgt für den Solareintrag 1. 531 kWh/a, für die Wärmepumpe 4.527 kWh/a und für den Heizstab 2.115 kWh/a. Der Gesamt- Jahresstrombedarf liegt bei 29.7 kWh/m2.
Der zusätzlich erforderliche Heizbedarf kann nur zu einem geringen Teil von der Wärmepumpe abgedeckt werden. Fast die gesamte zusätzliche Wärmeanforderung muss direktelektrisch abge- deckt werden. Der Strombedarf wie auch der Primärenergieeinsatz verdreifacht sich dadurch und liegt mit fast 90 kWhPE/(m2a) deutlich über der Forderung für Passivhäuser.
Aus der AT 396 833 B ist einen Wärmetauscher zu entnehmen, mit dem die zur Gebäudever- sorgung benötigte Frischluft vorgewärmt werden kann. Die Erwärmung erfolgt hierbei durch die Gebäudeabluft, der ein regelbarer Anteil eines Abgases aus einem brennerbeheizten Heizgerät zugemischt wird. In dieser Druckschrift wird lediglich die Zumischung der Verbrennungsgase zur verbrauchten Raumluft in einer Kammer vor dem Wärmetauscher vorgeschlagen.
Die DE 297 05 465 U1 beschreibt eine Lüftungsanlage, in der sowohl eine Wärmepumpe als auch ein Wärmetauscher integriert sind. Der Kompressor der Wärmepumpe ist in Bezug auf die Abluft- bzw. Zuluftströmung hinter dem Wärmetauscher und vor dem Kondensator angeordnet.
Das hierin beschriebene Heizsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die im Kompressor entste- hende Wärme zur Vorwärmung der Frischluft vor dem Erreichen des Kondensators verwendet werden kann. So wird beschrieben, dass die Frischluft nach Reinigung in einem Filter im Wärme- tauscher vorgewärmt, am Kompressor ggf. weitere Wärme aufnimmt und schliesslich im Kondensa- tor auf die gewünschte Endtemperatur gebracht wird. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Frischluft nach dem Kondensator als fertig aufbereitete Zuluft vorliegt.
Der EP 0 097 216 A1 ist ein Luftheizungssystem zu entnehmen, wie es bspw. in grossen Wohn- oder Bürogebäuden zum Einsatz kommt. In einer zentralen Einheit wird die in das Gebäude ein- strömende Frischluft mit Hilfe eines Rekuperators vorgewärmt. Bei dem Rekuperator handelt es
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sich um ein drehbares Rad, auf das ein spezielles Absorptionsmittel, in der Regel Silica-Gel, auf- gebracht ist, so dass neben dem Wärmetausch auch ein Stoffaustausch stattfindet. Auf diese Weise wird die Frischluft vorgewärmt und gleichzeitig der Feuchtegehalt auf einen gewünschten Wert eingestellt. Derartige Systeme sind unter dem Begriff Desiccant-Systeme bekannt und wer- den aus wirtschaftlichen Gründen und auf Grund des Platzbedarfes vornehmlich für grosse Wohn- und Bürogebäude eingesetzt.
Die be- oder entfeuchtete Frischluft wird anschliessend mittels einer Wärmepumpe weiter erwärmt und über ein Verteilersystem den beheizbaren Räumen zugeleitet. In den Räumen befinden sich zusätzliche, dezentrale Heizelemente, die als elektrische Zusatzhei- zungen ausgeführt sind, so dass die Temperatur in den unterschiedlichen Räumen je nach Nutzer- verhalten einstellbar ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des An- spruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine energetisch effizientere und kostengünstigere Deckung der erforderlichen Zusatzheizleistung möglich wird. Insbesondere soll das Heizsystem dem Nutzer eine direkte Möglichkeit bieten, die Auswirkungen unökonomischen Nutzerverhaltens unmittelbar zu erfahren. Ferner soll der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert, der für die Zusatzheizleis- tung erforderliche Primärenergieeinsatz reduziert und eine unmittelbare Rückkoppelung zwischen Nutzerverhalten in Bezug auf Lüftung und Wärmeenergieverbrauch und den damit zusammenhän- genden Kosten erreicht werden.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäss ist eine Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung zur geregelten Lüftung und Wärmeenergieversorgung von Gebäuden, vorzugsweise von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusem, mit einem Wärmetauscher und einer dem Wärmetauscher nachgeschalteten Wärmepumpe (6), wobei ein Aussenluftstrom sowie ein Gebäudeabluftstrom in den Wärmetauscher einströmen, und als Zuluftstrom und Wärmetauscherfortluftstrom aus dem Wärmetauscher austre- ten und in die Wärmepumpe einmünden, aus der diese Ströme als Gebäudezuluftstrom, der in das Gebäude mündet, sowie als ein ins Freie strömender Fortluftstrom austreten, derart weitergebildet, dass wenigstens eine Primärenergie-Wärmequelle im Gebäudeabluftstrom vorgesehen ist, die den Gebäudeabluftstrom vor Eintritt in den Wärmetauscher erwärmt.
Durch die Integration einer Primärenergie-Wärmequelle, vorzugsweise eines Flüssiggasbren- ner, in die Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung derart, dass der Flüssiggasbrenner im Gebäudeab- luftstrom dem Wärmetauscher vorgeschaltet ist, sind eine Reihe von Vorteilen verbunden: . Es steht eine leistungsstarke, kurzfristig verfügbare Wärmequelle zur Verfügung, die über den Plattenwärmetauscher einen grossen Teil der Brennstoffenergie an die Gebäudezuluft abgeben kann und durch die Erhöhung des Temperaturniveaus und des Feuchtegehalts das sensible und latente Wärmepotential der Wärmequelle der Wärmepumpe erhöht und so eine effektive Brennwertnutzung des Flüssiggases ermöglicht.
. Durch diese Wärmequelle kann die Spitzenanforderung des Wärmebedarfs im Winter bei weitgehendem Ersatz des elektrischen Heizbedarfs gedeckt werden. Dies steigert die Ener- gieeffizienz des Gesamtsystems.
. Es vereinfachen sich die Sicherheitsanforderungen an den Brenner, da entstehendes Abgas nicht in die Wohnräume gelangen kann.
. Die Wärmeenergie der Flüssiggasbrennersabgase können auch für das Abtauen des Ver- dampfers der Wärmepumpe verwendet werden, wodurch der grosse energetische Aufwand für die Heissgasabtauung überflüssig wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung soll insbesondere mit handelsüblichen Flüssiggasflaschen zur Versorgung des Brenners betrieben werden, zumal bei dem projektierten Wärmeverbrauch eines Passivhauses zur Deckung der Spitzenlast der Wärmeenergie der Energieinhalt einer han- delsüblichen 33 kg Flasche Flüssiggas ausreicht. Damit wird eine unmittelbare Rückkoppelung zwischen dem Nutzverhalten in Bezug auf Lüftung und Wärmeenergieverbrauch und der Notwen- digkeit der Bestellung einer neuen Flasche bzw. den damit verbundenen Kosten erreicht.
Es ist auch vorteilhaft den Küchenherd an die Flüssiggasversorgung anzuschliessen um so eine weitere Energiedienstleistung im Haushalt primärenergetisch effizient zu erbringen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch be- schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipdarstellung der erfindungsgemässen Integration eines Flüssiggasbrenners in das Wärmepumpen-Kompaktgerät,
Fig. 2 Jahreswärmebilanz in Wochenwerten für ein typisches Passivhaus mit Kompaktgerät und Solaranlage bei vorteilhaftem Nutzerverhalten und
Fig. 3 Jahreswärmebilanz in Wochenwerten für ein typisches Passivhaus mit Kompaktgerät und Solaranlage bei zusätzlicher Fensterlüftung mit 0. 6-fachem Luftwechsel pro Stun- de.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist das erfindungsgemässe Prinzip der Integration einer Primärenergie-Wärmequelle in das Wärmepumpen-Kompaktgerät (16) am Beispiel eines Flüssiggasbrenners (7) dargestellt.
Das Wärmepumpen-Kompaktgerät mit Flüssiggasbrenner (7) dient der geregelten Lüftung und Heizung des dargestellten Passivhauses (15), indem es die in der Gebäudeabluft (2) enthaltene Wärmeenergie sowie die durch den Flüssiggasbrenner (7) erzeugte Wärmeenergie einerseits zur Erwärmung der einströmenden Aussenluft (1 ), die das Gerät als Gebäudezuluft (3) wieder verlässt und andererseits zur Brauchwassererwärmung (4) nutzt. Das dargestellte Wärmepumpen- Kompaktgerät (16) besteht aus einem Wärmetauscher (5), einer Wärmepumpe (6) sowie dem Flüssiggasbrenner (7).
Die Gebäudeabluft (2) wird zunächst durch den Flüssiggasbrenner (7) stark erwärmt, indem die Verbrennungsabgase des Flüssiggasbrenners in die Gebäudeabluft eingespeist werde, wodurch die sensible Wärmeenergie der Gebäudeabluft (2) stark erhöht wird. Durch die Verbrennungsab- gase wird der Feuchtegehalt ebenfalls erhöht, was zu einer Erhöhung der latenten Wärmeenergie im Gebäudeabluftstrom nach dem Flüssiggasbrenner (7) führt. In dem nachfolgend durchströmten Wärmetauscher (5) wird ein grosser Anteil der sensiblen Wärmeenergie auf die dem Wärmepum- pen-Kompaktgerät (16) zugeführte Aussenluft übertragen.
Nach Verlassen des Wärmetauschers (5) wird die Gebäudeabluft (2) in Form eines Wärmetauscherfortluftstroms (17') zur Nutzung der darin noch enthaltenen Restwärmeenergie als Wärmequelle einer Wärmepumpe (6) zugeführt, bevor sie als Fortluft (17) in die freie Atmosphäre strömt. Das sensible und latente Wärmepotential der Gebäudeabluft (2) vor der Wärmepumpe (6) ist, im Vergleich zum Wärmepumpen-Kompaktgerät ohne Flüssiggasbrenner deutlich grösser. Dies bewirkt eine effizientere Energieumsetzung in der Wärmepumpe (6) und eine zusätzliche Wärmerückgewinnung mit Brennwertnutzung aus dem Abgas des Flüssiggasbrenners (7). Die Wärmepumpe (6) kann eine Entwärmung der Gebäudeab- luft (2) bzw. Fortluft (17) bis zur Vereisungsgrenze des integrierten Verdampfers erreichen.
Die Wärmepumpe (6) weist zwei Kondensatoren auf, von denen einer für die Gebäudezulufterwärmung bei Heizbedarf sorgt und der zweite der Brauchwassererwärmung (4) dient. Zwischen beiden Kondensatoren kann mit Hilfe von Magnetventilen entsprechend umgeschaltet werden.
Dem Wärmepumpen-Kompaktgerät (16) ist ein Erdwärmetauscher (9) vorgeschaltet durch den die Aussenluft während der Heizperiode erwärmt wird und der so extreme Kältespitzen der Aussen- luft glättet.
Zur Speicherung von Wärmeenergie und zur Aufbereitung des Brauchwassers ist eine Brauch- wasserspeichereinheit (10) vorgesehen. Das Brauchwasserspeichervolumen wird an der tiefsten Stelle mit einströmendem Kaltwasser (13) versorgt. Über die Brauchwassererwärmung (4) der Wärmepumpe (6) wird das Kaltwasser im Brauchwasserspeicher erwärmt. Als weitere Wärmequel- le ist ein Elektroheizstab (12) im Brauchwasserspeicher (10) vorgesehen. Die Warmwasserversor- gung (14) des Hauses wird im oberen Teil des Brauchwasserspeichers abgenommen.
Die Energieeffizienz des Systems kann durch die Kombination mit einer thermischen Solaran- lage (11) weiter gesteigert werden. Dieses System nutzt die direkte Solarenergie und dient eben- falls der Brauchwassererwärmung (4). Durch entsprechende Auslegung kann im Sommer dadurch der Betrieb der Wärmepumpe (6) überflüssig gemacht werden.
Grundsätzlich lässt sich die erfindungsgemässe Vorrichtung zur geregelten Lüftung und Wärme- energieversorgung in allen Gebäuden zur Reduzierung des Primärenergiebedarfs einsetzten.
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Besonders hohe Einsparungen an Primärenergie werden jedoch in Gebäuden mit guter Wärme- dämmung und hohen Solarenergiegewinnen, sogenannten Passiv- oder Niedrig-Energie-Häusem erreicht. Für Passivhäuser und sehr gute Niedrigenergiehäuser kann mit dem Gerät die gesamte Wärmeversorgung gedeckt werden.
Die erfindungsgemässe Integration einer Primärenergie-Wärmequelle in ein Wärmepumpen- Kompaktgerät, vorzugsweise eines Flüssiggasbrenners, der mit konventionellen Flüssiggasfla- schen betrieben wird, eignet sich zur unmittelbaren Rückkoppelung zwischen Nutzerverhalten in Bezug auf Gebäudelüftung und Wärmeenergieverbrauch und den damit in Zusammenhang ste- henden Aufwendungen.
Bezugszeichenliste
1 Aussenluftstrom
2 Gebäudeabluftstrom
3 Gebäudezuluftstrom
3' Zuluftstrom
4 Brauchwassererwärmung
5 Wärmetauscher
6 Wärmepumpe
7 Flüssiggasbrenner
8 Flüssiggasflasche
9 Erdwärmetauscher
10 Brauchwasserspeichereinheit
11 Thermische Solaranlage
12 Elektroheizstab
13 Kaltwasserzufluss
14 Warmwasserabfluss
15 Passivhaus
16 Wärmepumpen-Kompaktgerät
17 Fortluft
17' Wärmetauscherfortluftstrom
S Energiebeitrag durch thermische Solarenergie
W Energiebeitrag durch die Wärmepumpe
H Energiebeitrag durch den Elektroheizstab
G Gesamtenergiebedarf für Heizung und Warmwasseraufbereitung
B Gesamtenergiebedarf für Warmwasseraufbereitung inklusive der Verluste
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung (16) zur geregelten Lüftung und Wärmeenergiever- sorgung von Gebäuden (15), vorzugsweise von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passiv- häusern, mit einem Wärmetauscher (5) und einer dem Wärmetauscher (5) nachgeschalte- ten Wärmepumpe (6), wobei ein Aussenluftstrom (1) sowie ein Gebäudeabluftstrom (2) in den Wärmetauscher (5) einströmen, und als Zuluftstrom (3') und Wärmetauscherfortluft- strom (17') aus dem Wärmetauscher (5) austreten und in die Wärmepumpe (6) einmün- den, aus der diese Ströme als Gebäudezuluftstrom (3), der in das Gebäude (15) mündet, sowie als ein ins Freie strömender Fortluftstrom (17) austreten, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Primärenergie-Wärmequelle (7) im Ge- bäudeabluftstrom (2) vorgesehen ist, die den Gebäudeabluftstrom (2) vor Eintritt in den
Wärmetauscher (5) erwärmt.