AT500977A1 - Kombinierter luft-solar-kollektor für wärmepumpen - Google Patents

Description

  2 .07.04
Vaillant Gesellschaft m.b.H. AT 4087
Die Erfindung bezieht sich auf einem kombinierten Luft-Solar-Kollektor für Wärmepumpen.
Umweltwärmequellen stellen Verdampfungswärme für Luft-Wasser-Wärmepumpen und Energie zur Brauchwassererwärmung zur Verfügung. Als Umweltwärmequellen sind unter anderem Solarabsorber und Luft-Sole-Wärmeaustauscher bekannt.
Mit einem Luft-Sole-Wärmeaustauscher kann Brauchwasser mit Aussenluft im Sommerbetrieb vorgewärmt werden. Ferner kann eine Wärmepumpe mit Quellwärme aus der Aussenluft versorgt werden. Hierbei wird in der Regel mit Hilfe eines Gebläses Luft in einen Luftkanal, in dem sich der Luft-Sole-Wärmeübertrager befindet, gefördert.
Mittels eines Solarabsorbers kann Brauchwasser bei ausreichender Einstrahlung erwärmt werden.

   Die solare Brauchwasserbereitung erfolgt heute meist durch Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren. Ferner kann ebenfalls eine Wärmepumpe aus solarer Einstrahlung mit Quellwärme versorgt werden.
Aus der EP 1 248055 A2 ist bekannt, dass man einen Luft-Sole-Wärmeaustauscher mit einem Solarabsorbers seriell verschalten kann. Hierbei werden zwei baulich getrennte Wärmeaustauscher miteinander verbunden. .... ..
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Umweltwärmequelle zu schaffen, die sich durch Kompaktheit und effiziente Nutzung von Umweltwärme auszeichnet.
Erfindungsgemäss wird dies durch einen Umweltwärmaustauscher mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht.

   Durch die Kombination eines Solarabsorbers und eines Luft-Sole-Wärmeaustauschers übereinander in einem Gehäuse wird erreicht, dass auf kleinem Bauraum viel Umweltwärme auf die Sole übertragen werden kann und zugleich wenig Oberfläche des Gehäuses für Wärmeverluste vorhanden ist.
Befindet sich der Luft-Sole-Wärmeaustauscher zwischen dem Solarabsorber, der sich dabei auf der der Sonne zugewandten Seite befindet, und der Rückwand des Gehäuses, welche an das Dach eines Hauses im montierten Zustand angrenzt, so wird in der Regel vom Haus leicht vorgewärmte Umgebungsluft angesaugt.

   Zugleich wärmt Abwärme des Solarabsorbers den Luft-Sole-Wärmeaustauscher sowie die Luft etwas an.
In der Regel ist es vorteilhaft, dass die Rücklaufleitung des Umweltwärmeaustauschers zunächst in den Luft-Sole-Wärmeaustauscher eintritt, die Sole dort vorgewärmt wird und dann erst in den Solarabsorber eintritt, da der Solarabsorber meist höhere Temperaturen aufweist als die Umgebungsluft.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung verfügt über einen Flachsollarabsorber mit untergebautem Luft-Sole-Wärmeübertrager. Die Soleführung erfolgt in einer Reihenschaltung aus Luft-Sole-Wärmeübertrager und Flachsollarabsorber. Die Luft wird mittels Gebläse gefördert. Eine Parallelschaltung mehrerer Umweltwärmeaustauscher ist möglich. . . . .
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Der Solarabsorber besteht aus parallelen Kollektorzügen - Rohre, die mit einer Kupferplatte verbunden sind.
Der Umweltwärmeaustauscher kann derartig betrieben werden, dass entweder nur eine der beiden Umweltwärmequellen, als auch beide genutzt werden. Wärme der Umgebungsluft wird dann genutzt, wenn das Gebläse eingeschaltet ist und der Luft-SoleWärmeaustauscher durchströmt wird.
Durch die Kombination ergibt sich eine räum- und kostensparende Kombination von einem Luft-Sole-Wärmeübertrager und einem Solarabsorber in einem Gehäuse, was zudem als ästhetischer empfunden wird als eine Montage zweier Einheiten nebeneinander.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert.

   Hierbei zeigt
Figur 1 einen erfindungsgemässen Umweltwärmeaustauscher auf einem Hausdach,
Figur 2 den Solarabsorber des erfindungsgemässen Umweltwärmeaustauschers sowie
Figur 3 den Luft-Sole-Wärmeaustauscher des erfindungsgemässen Umweltwärmaustauschers.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemässen Umweltwärmeaustauscher 1, bestehend aus einem Solarabsorber 2 und einem Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 auf einem Hausdach 12. Der Umweltwärmeaustauscher 1 verfügt über ein Gehäuse 9. Die Rückwand 13 des Gehäuses 9 ist dem Hausdach 12 zugewandt. Unmittelbar an die Rückwand 13 schliesst sich der LuftSole-Wärmeaustauscher 3 und ein Gebläse 8 an. Parallel hierzu ist der Solarabsorber 2 angebracht. Hierzu wiederum ist in einem gewissen Abstand parallel die Solarverglasung 11 . ... ..... . .  .. .. angeordnet.

   Der Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 ist mit einem Eintritt 14 sowie einem Austritt 15 verbunden. Der Solarabsorber ist mit einem Kollektoreintritt 6 und einem Kollektoraustritt 7, in dem ein Temperatursensor 16 angeordnet ist, verbunden. Der Austritt 15 des Luft-SoleWärmeaustauschers 3 ist mit dem Kollektoreintritt 6 unmittelbar verbunden. Senkrecht zur Rückwand 13 des Gehäuses 9 befindet sich ein Luftaustritt 10.
Figur 2 zeigt den Solarabsorber 2, der aus zwei Kollektorteilflächen 21, 22 besteht. Die linke Kollektorteilfläche 21 ist mit dem Kollektoreintritt 6 verbunden, die rechte Kollektorteilfläche 22 mit dem Kollektoraustritt 7. Beide Kollektorteilflächen 21, 22 verfügen über parallele Strömungskanäle 4.

   Der Solarabsorber 2 verfügt auf der dem Kollektoreintritt 6 und Kollektoraustritt 7 gegenüberliegenden Seite über ein Überströmrohr 5.
Figur 3 zeigt den Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 innerhalb des Gehäuses 9 des Umweltwärmeaustauschers 1. Innerhalb der Rückwand 13 befindet sich eine Öffnung für das Gebläse 8. Der Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 ist diagonal innerhalb des Gehäuses 9 angeordnet. Der Eintritt 14 und der Austritt 15 sind mit dem Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 verbunden. Das Gehäuse 9 verfügt über einen Luftaustritt 10, in dem sich eine Pendeiklappe 17 befindet.
Solarwärme kann von dem Umweltwärmeaustauscher 1 aufgenommen werden, in dem Solarstrahlung, welche durch die Solarverglasung 11 eintritt, auf den Solarabsorber 9 trifft und hier die Wärme an die Sole, welche innerhalb der Strömungskanäle 4 strömt, abgegeben wird.

   Wärme der Umgebungsluft kann erfindungsgemäss dadurch gewonnen werden, dass Luft aus der Umgebung durch das Gebläse 8 angesaugt wird und anschliessend durch den Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 hindurchströmt, um anschliessend durch den Luftaustritt 10 wieder in die Umgebung zu strömen. .. ....    ..
Bei ausgeschaltetem Gebläse 8 verschliesst die Pendelklappe 17 durch ihr Eigengewicht den Luftaustritt 10. Bei eingeschaltetem Gebläse 8 drückt der Luftstrom die Pendelklappe 17 auf.
Die Sole strömt kalt durch den Eintritt 14 in den Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 ein und nimmt Wärme der Umgebungsluft im Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 auf. Die erwärmte Sole strömt durch den Austritt 15 in den Kollektoreintritt 6. Vom Kollektoreintritt 6 teilt sich die Strömung in die parallelen Strömungskanäle 4 der Kollektorteilfläche 21 auf und strömt zu dem Überströmrohr 5.

   Von dort strömt es in die Strömungskanäle 4 der Kollektorteilfläche 22, um von dort in den Kollektoraustritt 7 wiederum zu strömen. Bei der Durchströmung des Solarabsorbers 2 nimmt die Sole Energie auf.
Bei einer Montage gemäss Figur 1 ergibt sich der Vorteil, dass die Luft von der Seite des Hausdaches 12 angesaugt wird, wodurch Abwärme des Hauses genutzt werden kann. Ist jedoch die Aussenluft derartig kalt, dass keine Sole erwärmt werden kann, so bleibt das Gebläse 8 ausgeschaltet und es findet keine Übertragung von thermischer Energie von dem wärmeren Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 auf die kältere Luft statt.

   Die Pendelklappe 17 verhindert eine Luftdurchströmung des Luft-Sole-Wärmeaustauschers 3.
Beim Betrieb des Umweltwärmeaustauschers 1 wird mit Hilfe des Temperatursensors 16 am Kollektoraustritt 7 die Soletemperatur nach der Erwärmung im Umweltwärmeaustauscher 1 gemessen. Ferner werden mit nicht dargestellten Temperatursensoren die Temperatur der Aussenluft und die Temperatur im unteren Bereich eines Brauchwasserspeichers gemessen.
Unterschreitet die Temperatur im Brauchwasserspeicher eine vorgegebene Mindesttemperatur, so beginnt die Wärmepumpe mit der Speicherladung, sofern die Temperatur am Kollektoraustritt 7 eine gewisse Mindesttemperatur aufweist.

   Die Pumpe zur Förderung der Sole wird eingeschaltet, wodurch der Umweltwärmeaustauscher 1 durchströmt wird. 
Ist die Aussentemperatur um mindestens eine weitere vorgegebene Temperaturdifferenz grösser als die Temperatur am Kollektoraustritt 7 bei alleinigem Betrieb des Solarabsorbers 2 innerhalb des Umweltwärmeaustauschers 1, so wird das Gebläse 8 eingeschaltet und Wärme aus der Umgebungsluft im Luft-Sole-Wärmeaustauscher 3 übertragen.
Der Ladevorgang des Brauchwasserspeichers wird beendet, wenn der Brauchwasserspeicher eine vorgegebene Temperatur überschreitet oder die Temperatur am Kollektoraustritt 7 zu niedrig für die Wärmepumpe ist.
Hierbei ist zu beachten, dass sich in dem Fall, in der Umweltwärmeaustauscher 1 nicht durchströmt wird, Temperaturen am Temperatursensor 16 am Kollektoraustritt 7 einstellen können,

   die wesentlich von den Temperaturen im durchströmten Betrieb abweichen. So kann sich der Temperatursensor 16 bei nicht durchströmtem Umweltwärmeaustauscher 1 bei leichter Sonneneinstrahlung und kalter Aussentemperatur erhitzen. Wird die Pumpe dann eingeschaltet, so reicht die aufgenommene Wärme nicht zum Erhitzen der Sole. Möglicherweise wird die warme Sole aus dem Haus sogar gekühlt. Fällt die Temperatur am Temperatursensor 16 entsprechend, so wird der Ladevorgang abgebrochen.
Wird Wärme benötigt, welche der Umweltwärmeaustauscher 1 nicht bereitstellen kann, so muss diese Wärme von einer anderen Wärmequelle zur Verfügung gestellt werden. Hierbei ist es möglich, dass ein konventionelles Heizgerät die Wärme zur Verfügung stellt. Es ist jedoch auch möglich, einige Wärmepumpen ohne Eintrag von Umweltwärme zu betreiben. Eine derartiger Betrieb zeigt DE 10235737 A1.

Claims (6)

28.07.04 Vaillant Gesellschaft m.b.H. AT 4087 PATENTANSPRÜCHE

1. Umweltwärmeaustauscher (1), vorzugsweise für Wärmepumpen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse ein Solarabsorber (2) und ein Luft-SoleWärmeaustauscher (3) übereinander angeordnet werden.

2. Umweltwärmeaustauscher (1 ) gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Sole-Wärmeaustauscher (3) zwischen dem Solarabsorber (2) auf der Rückwand (13) des Gehäuses angeordnet ist.

3. Umweltwärmeaustauscher (1) gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung des Umweltwärmeaustauschers (1) seriell mit dem Luft-SoleWärmeaustauscher (3), dem Solarabsorber (2) und der Vorlaufleitung des Umweltwärmeaustauschers (1) verbunden ist.

4. Umweltwärmeaustauscher (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorfläche des Solarabsorbers (2) zweigeteilt ist, jede . .

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Kollektorteilfläche (21, 22) über parallele Strömungskanäle (4) verfügt und beide Kollektorteilflächen (21 , 22) seriell verschaltet sind.

5. Umweltwärmeaustauscher (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Sole-Wärmeaustauscher (3) durch Luft aus der Umgebung, welche mit Hilfe eines Gebläses (8) gefördert wird, beaufschlagt wird.

6. Umweltwärmeaustauscher (1) gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum, in welchem sich der Luft-Sole-Wärmeaustauscher (3) befindet, mittels einer Pendelklappe (17) bei ausgeschaltetem Gebläse (8) verschlossen ist und die Pendelklappe (17) bei eingeschaltetem Gebläse (8) vom Luftzug geöffnet wird.