AT504135B1 - Verfahren zur wärmerückgewinnung - Google Patents

Description

2 AT 504 135 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei einer Kälteanlage, die eine Verdichtereinrichtung, einen hiermit über eine Kältemittel-Druckleitung verbundenen und mit einer Ventilationseinrichtung ausgestatteten Kondensator und wenigstens einen in einem Innenraum eines Gebäudes angeordneten und als Kühlstelle dienenden Verdampfer aufweist, wobei mittels eines Innenraum-Wärmetauschers, der mit der Druckleitung verbunden und bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Kondensator angeordnet ist, ein Teil der Wärme des in der Druckleitung geführten Kältemittels zum Beheizen des Innenraums des Gebäudes verwendet wird.

Die umfangreiche Warenpalette moderner Supermärkte umfasst Waren, die durchgehend gekühlt werden müssen. Zu diesem Zweck sind Kühlmöbel vorgesehen, die sich in Kühlmöbel für eine Normalkühlung für einen Temperaturbereich von +2 bis +6°C und Kühlmöbel für eine Tiefkühlung für Temperaturen um -18°C unterteilen lassen. Die Kühlmöbel sind oftmals Teil einer Kälteanlage. Bei derartigen Kälteanlagen werden die einzelnen Kühlmöbel oder Kühlstellen über ein Rohrnetz mit Kältemittel versorgt. Die Anlagen sind als Verbundanlagen ausgeführt, bei denen eine Druckleitung und ein Kondensator für die Kühlstellen sowohl der Normalkühlung als auch der Tiefkühlung vorgesehen sind.

Derartige Kälteanlagen weisen einen hohen Energieverbrauch auf, wodurch erhebliche Kosten verursacht werden. Außerdem stellt die Kühlanlage selbst einen bedeutenden Kostenfaktor dar, da sie notwendigerweise derart ausgelegt sein muss, dass auch bei hochsommerlichen Temperaturen die Kühlung der Waren jederzeit sichergestellt ist. Zu diesem Zweck sind häufig mehrere Verdichter sowohl für die Normalkühlung als auch für die Tiefkühlung vorgesehen, um auf die variablen Leistungsanforderungen an die Kälteanlage flexibel reagieren zu können.

Um die Betriebskosten eines Supermarktes zu senken, weisen moderne Kälteanlagen häufig Systeme zur Wärmerückgewinnung auf. Diese Systeme ermöglichen die Nutzung der Abwärme der Kälteanlage zum Beheizen des Innenraums des Supermarkts.

Bekannte Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei einer Kälteanlage sind allerdings nach wie vor aufwändig und teuer. Außerdem erfordern sie Verdichtereinrichtungen, die ein breites Leistungsspektrum abdecken müssen.

Eine als Wärmepumpe nutzbare Kompressions-Kältemaschine ist aus der DE 34 31 452 A1 bekannt. Um die Betriebssicherheit der Kältemaschine zu erhöhen, ist der Kältemittelkreislauf der Maschine zwischen zwei zueinander parallelen Zweigen umschaltbar. Die DE 35 127 48 offenbart eine Vorrichtung zum Anschluss eines luftgekühlten Kälteaggregats an eine Wärmerückgewinnungsanlage. Die GB 1 015 321 zeigt wiederum eine Kühlvorrichtung, die einen Wärmetauscher zur Nutzung der Wärme eines verdichteten Kältemittels umfasst. Der Wärmetauscher ist einem Kondensator der Kühlvorrichtung nachgeschaltet und dient zum Erwärmen des entspannten Kältemittels, bevor dieses einem Verdichter der Kühlvorrichtung zugeführt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur verbesserten Wärmerückgewinnung bei einer Kälteanlage zu schaffen, das zusätzlich ein effizientes Beheizen eines Innenraums eines Gebäudes ermöglicht. Außerdem soll eine entsprechende Kälteanlage geschaffen werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei einer Kälteanlage nutzt einen Teil der Wärme des in einer Druckleitung geführten Kühlmittels zum Beheizen des Innenraums eines Gebäudes. Die Kälteanlage umfasst eine Verdichtereinrichtung, einen hiermit über die Kältemittel-Druckleitung verbundenen und mit einer Ventilationseinrichtung ausgestatteten Kondensator, wenigstens einen in dem Innenraum des Gebäudes angeordneten und als Kühl- 3 AT 504 135 B1 stelle dienenden Verdampfer und einen außerhalb des Gebäudes angeordneten Außenraum-Wärmetauscher. Die Bereitstellung der Wärme erfolgt mittels eines Innenraum-Wärme-tauschers, der mit der Druckleitung verbunden und bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Kondensator angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in Abhängigkeit zumindest von der Außentemperatur ein Teil des in der Druckleitung geführten Kältemittels durch den Außenraum-Wärmetauscher zu der Verdichtereinrichtung geführt wird und hierbei Wärme von der Umgebungsluft des Außenraums aufnimmt.

Mit anderen Worten wird der Umgebungsluft des Außenraums durch einen außerhalb des Gebäudes angeordneten Wärmetauscher Wärme entzogen und dem Kältemittel zugeführt. Der Umgebungsluft wird also unter Energieaufwand Wärme entzogen, die zum Beheizen des Ge-bäudeinnenraums genutzt wird. Der Außenraum-Wärmetauscher ist parallel zu den Kühlstellen der Kälteanlage geschaltet und wirkt letztlich wie eine weitere Kühlstelle oder Wärmepumpe, die zusätzliche Wärmeleistung in den Kältemittelkreislauf einbringt. Diese Wärme wird jedoch nicht dem Gebäudeinnenraum entnommen, wie dies bei einer Innenraumkühlstelle der Fall ist. Die Inbetriebnahme des Außenraum-Wärmetauschers als Wärmepumpe erfolgt zumindest in Abhängigkeit von der Außentemperatur, beispielsweise wenn eine vorbestimmte Außentemperatur unterschritten wird.

Bei einer geeignet ausgelegten Kälteanlage kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmerückgewinnung durch die zusätzlich eingebrachte Wärmeleistung auf ein konventionelles Heizsystem sogar vollständig verzichtet werden. Dadurch verringern sich die Investitionskosten deutlich. Durch die variable Nutzung der Wärmepumpenfunktion können auch die Betriebskosten gesenkt werden. Das Vorsehen eines Luft-Wärmetauschers außerhalb des Gebäudes verursacht überdies nur geringe Kosten und ist einfach zu bewerkstelligen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.

Es kann vorgesehen sein, dass die Ventilationseinrichtung des Kondensators in Abhängigkeit zumindest von der Innenraumtemperatur des Gebäudes zumindest partiell deaktiviert wird. Anders ausgedrückt wird die Ventilationseinrichtung in Abhängigkeit von der Wärmeanforderung vollständig oder teilweise abgeschaltet oder heruntergeregelt, um hierdurch letztlich die effektive Kondensatorfläche zu verringern und das Temperatur- und das Druckniveau im Inneren des Kondensators geringfügig zu erhöhen. Hierdurch kondensiert das Kältemittel in dem Innenraumwärmetauscher zumindest teilweise, wodurch eine einstellbare zusätzliche Wärmeleistung in den Gebäudeinnenraum abgeführt werden kann und demzufolge nicht mehr am Kondensator als reine Verlustwärme abgegeben wird.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der wirksame Öffnungsquerschnitt einer in der Druckleitung angeordneten Druckregelungsdrossel in Abhängigkeit zumindest von der Innenraumtemperatur geändert, um eine zusätzliche Wärmeabfuhr in den Gebäudeinnenraum zu ermöglichen. Die Druckregelungsdrossel ist bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Innenraum-Wärmetauscher angeordnet, wobei sie sich vor oder hinter dem Kondensator befinden kann. Bei Verringerung des Öffnungsquerschnitts der Druckregelungsdrossel wird ein Staudruck erzeugt, wodurch die Kondensation des Kältemittels in dem Innenraum-Wärmetauscher unterstützt wird. Die geregelte Drosselung ermöglicht die Bereitstellung von zusätzlicher Wärmeleistung zum Beheizen des Gebäudeinnenraums.

Der in Abhängigkeit zumindest von der Außentemperatur durch den Außenraum-Wärmetauscher geführte Teil des Kältemittels kann zumindest einem von mehreren Verdichtern der Verdichtereinrichtung zugeführt werden. Dieser Verdichter ist von der Saugseite der anderen Verdichter der Verdichtereinrichtung entkoppelbar. Dieser Verdichter steht dann dem Wärme- 4 AT 504 135 B1 pumpenbetrieb des Außenraum-Wärmetauscher zur Verfügung. Die Nutzung eines Verdichters der Verdichtereinrichtung zur Bereitstellung zusätzlicher Wärmeleistung ermöglicht eine effiziente Auslastung der installierten Verdichterkapazität.

Die Verdichterkapazität ist notwendigerweise für hochsommerliche Außentemperaturen ausgelegt, bei denen hohe Kühlleistungen erbracht werden müssen. Im Winter hingegen wird nur ein Teil der Kapazität genutzt. Diese Leistungsreserve wird durch das erfindungsgemäße Verfahren für die im Winter erforderliche Gebäudeheizung ausgenutzt.

Das erfindungsgemäße Steuer- und Regelungsverfahren erfolgt vorzugsweise in mehreren Stufen:

Die Ventilationseinrichtung des Kondensators kann partiell deaktiviert werden, wenn die Außentemperatur einen ersten Außentemperaturschwellwert unterschreitet. Dadurch wird erreicht, dass das Kältemittel in dem Innenraum-Wärmetauscher zumindest teilweise kondensiert. Die dabei abgegebene Wärme wird an den Innenraum des Gebäudes abgeführt.

Wenn ein Innenraumtemperatursollwert oder ein Vorlauftemperatursollwert einer Gebäudeheizung nicht erreicht wird und die Außentemperatur einen zweiten Außentemperaturschwellwert unterschreitet, der niedriger ist als der erste Außentemperaturschwellwert, kann in einem optionalen weiteren Schritt der wirksame Öffnungsquerschnitt der Druckregelungsdrossel geändert werden.

Mit anderen Worten kann durch die Druckregelungsdrossel der Druck in dem Innenraum-Wärmetauscher angehoben werden, wenn zusätzliche Wärme zum Beheizen bereitgestellt werden muss. Diese Druckerhöhung führt zu einer verstärkten Kondensation des Kühlmittels in dem Innenraum-Wärmetauscher.

Sollte durch die Maßnahme ein Innentemperatursollwert oder ein Vorlauftemperatursollwert eines Heizwassers nicht erreicht werden und die Außentemperatur unterhalb eines dritten Außentemperaturschwellwerts liegen, der niedriger ist als der erste oder der optionale zweite Außentemperaturschwellwert, kann als zusätzliche Maßnahme ein Teil des in der Druckleitung geführten Kältemittels durch den Außenraum-Wärmetauscher geleitet werden. Zu diesem Zweck wird die Saugseite des zumindest einen Verdichters der Verdichtereinrichtung von der Saugseite der anderen Verdichter entkoppelt und mit dem Außenraum-Wärmetauscher verbunden. Der Außenraum-Wärmetauscher wird dann, wie vorstehend beschrieben, als zusätzlicher Verdampfer genutzt, welcher der Umgebungsluft des Außenraums Wärme entzieht.

Der Wärmepumpenbetrieb des Außenraum-Wärmetauschers kann auch unabhängig von der Drucksteuerung durch die Druckregelungsdrossel erfolgen.

Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass elektrische Heizmittel zum Beheizen des Innenraums des Gebäudes oder eines Pufferspeichers zugeschaltet werden, wenn der Innenraumtemperatursollwert oder der Vorlauftemperatursollwert nicht erreicht wird und die Außentemperatur einen vierten Außentemperaturschwellwert unterschreitet, der niedriger ist als der dritte Außentemperaturschwellwert.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Heißgas-Enteisung des Außenraum-Wärmetauschers vorgesehen. Dazu wird der Kältemittel-Druckleitung an einer Stelle vor dem Kondensator Kältemittel entnommen und durch den Außenraum-Wärmetauscher geleitet. Nach Abschluss der Enteisung wird das in dem Außen-raum-Wärmetauscher enthaltene Kältemittel von der Verdichtereinrichtung über eine Drosselleitung abgesaugt. Die Drosselleitung weist einen geringeren Querschnitt auf als eine Kältemittel-Saugleitung, die im Wärmepumpenbetrieb des Außenraum-Wärmetauschers den Außenraum-Wärmetauscher mit der Saugleitung der Verdichtereinrichtung verbindet. 5 AT 504 135 B1

Das abgezweigte Heißgas wird also entgegen der im Wärmepumpenbetrieb gewählten Richtung durch den Außenraum-Wärmetauscher geleitet und letztlich dem Kältemittelkreislauf noch auf der Druckseite wieder zugeführt. Bei Abschluss der Enteisung befindet sich in dem Außenraum-Wärmetauscher Kältemittel auf einem nicht genau bekannten Temperaturniveau. Bei einem Übergang in den Wärmepumpenbetrieb könnten deshalb in dem dem Außenraum-Wärmetauscher zugeordneten Verdichter Flüssigkeitsschläge verursacht werden, wodurch der Verdichter beschädigt würde. Durch die Drosselleitung wird allerdings das Druckniveau des Kältemittels abgesenkt und ein weiteres Verflüssigen des Kältemittels verhindert.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in die Drosselleitung abgesaugte Kältemittel in eine Kältemittel-Saugleitung eingespeist, die wenigstens einen als Kühlstelle dienenden Verdampfer - insbesondere einen Verdampfer für die Tiefkühlung - mit der Verdichtereinrichtung verbindet. Das abgesaugte Kältemittel wird also in einen Kältemittelstrom eingespeist, der von den Kühlstellen stammt, und mit diesem vermischt, so dass allenfalls eine dosierte Zufuhr von Flüssigkeitsresten an den Verdichter erfolgt und die Gefahr von Flüssigkeitsschlägen praktisch ausgeschlossen wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kälteanlage mit Wärmerückgewinnung, die eine Verdichtereinrichtung, einen hiermit über eine Kältemittel-Druckleitung verbundenen und mit einer Ventilationseinrichtung ausgestatteten Kondensator und wenigstens einen als Kühlstelle dienenden Verdampfer aufweist, der in einem Innenraum eines Gebäude angeordnet ist und über eine Kältemittel-Saugleitung mit der Verdichtereinrichtung verbunden ist. Die Kältemittel-Druckleitung ist mit einem Innenraum-Wärmetauscher zum Abführen von Wärme an den Innenraum gekoppelt. Dem als Kühlstelle dienenden Verdampfer im Innenraum des Gebäudes ist ein außerhalb des Gebäudes angeordneter Außenraum-Wärmetauscher parallel geschaltet, durch den Wärme aus der Umgebungsluft dem in der Saugleitung geführten Kältemittel zuführbar ist. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Kälteanlage eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit zumindest von der Außentemperatur einen Teil des in der Druckleitung geführten Kältemittels durch den Außenraum-Wärmetauscher zu führen.

Gemäß einer Weiterbildung der Kälteanlage ist in der Druckleitung eine Druckregelungsdrossel angeordnet, deren wirksamer Öffnungsquerschnitt variabel einstellbar ist.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Kältemittel-Saugleitung des Außenraum-Wärmetauschers durch eine Drosselleitung mit einer Kältemittel-Saugleitung gekoppelt ist, die wenigstens einen als Kühlstelle dienenden Verdampfer - insbesondere einen Verdampfer für die Tiefkühlung - mit der Verdichtereinrichtung verbindet.

Die Verdichtereinrichtung kann mehrere Verdichter umfassen, wobei zumindest ein Verdichter wahlweise mit der Kältemittel-Saugleitung des wenigstens einen Verdampfers oder mit der Kältemittel-Saugleitung des Außenraum-Wärmetauschers verbindbar ist.

Bevorzugt ist die Steuereinrichtung außerdem derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit zumindest von der Innenraumtemperatur die Ventilationseinrichtung des Kondensators zumindest partiell deaktivierbar und/oder der wirksame Öffnungsquerschnitt der Druckregelungsdrossel steuerbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteanlage;

Fig. 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein Flussdiagramm des Wärmepumpenbetriebs des Außenraum-Wärmetauschers. 6 AT 504 135 B1

Fig. 1 illustriert eine Kälteanlage 10 mit einer beispielhaften Tiefkühlstelle 12 und einer beispielhaften Normalkühlstelle 14, die in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet sind. Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl von Normal- und Tiefkühlstellen 14, 12 vorgesehen sein. Die Kälteanlage 10 umfasst eine Verdichtereinrichtung 16, die fünf Verdichter 18a, 18a', 18b, 18b' und 18c aufweist. Die Verdichter 18a und 18a' sind mit einer Tiefkühl-Saugleitung 20 verbunden und der Tiefkühlstelle 12 zugeordnet. Die Verdichter 18b und 18b' sind durch eine Normalkühl-Saugleitung 22 mit der Normalkühlstelle 14 verbunden. Der Verdichter 18c ist mit der Normalkühl-Saugleitung 22 ebenfalls verbunden, kann aber durch das steuerbare Magnetventil MV1 von dieser getrennt werden.

Das über die Saugleitungen 20, 22 der Verdichtereinrichtung 16 in einem gasförmigen Zustand zugeführte Kältemittel wird durch die Verdichter 18a, 18a', 18b, 18b' und 18c verdichtet und durch die Druckleitung 24 zu einem Innenraum-Wärmetauscher 26 geleitet.

Der Innenraum-Wärmetauscher steht über eine Pufferspeicherleitung 28 mit einem Pufferspeicher 30 in Verbindung. Der Pufferspeicher 30 enthält Wasser, das zum Heizen des Innenraums des Gebäudes genutzt werden kann, in dem die Kühlstellen 12, 14 installiert sind. In dem Pufferspeicher 30 ist eine Heizpatrone 32 angeordnet. Es können aber auch mehrere Heizpatronen 32 vorgesehen sein.

In Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Innenraum-Wärmetauscher 26 ist in einer zweiten Druckleitung 24' eine Druckregelungsdrossel 34 angeordnet. Die Druckregelungsdrossel 34 ermöglicht die Regelung des Druckniveaus des Kältemittels in der Druckleitung 24'.

Die Druckleitung 24' stellt eine Verbindung zwischen dem Innenraum-Wärmetauscher 26 und einem Kondensator 36 mit einer Ventilationseinrichtung 38 her. Das Druck- und Temperaturniveau in dem Kondensator 36 kann durch die Ventilationseinrichtung 38 beeinflusst werden.

Eine Erhöhung des Druckniveaus - und damit des Temperatumiveaus - führt zu einer teilweisen Kondensation des Kältemittels in dem Innenraum-Wärmetauscher 26. Die dabei abgegebene Wärme kann über das Heizungswasser des Pufferspeichers 30 an den Innenraum abgegeben werden. Es ist bevorzugt, dass die Regelung des Druckniveaus zunächst durch eine partielle Deaktivierung der Ventilationseinrichtung 38 erfolgt. Reicht diese Maßnahme nicht aus, kann zusätzlich die Druckregelungsdrossel 34 betätigt werden.

In Fließrichtung des Kühlmittels hinter dem Kondensator 36 ist ein Kältemittelsammler 40 vorgesehen. Der Kältemittelsammler 40 ist wiederum durch eine Kältemittelleitung 42 mit den Kühlstellen 12,14 verbunden.

Die Kältemittelleitung 42 weist eine Verbindung mit einem außerhalb des Gebäudes angeordneten Außenraum-Wärmetauscher 44 auf, die durch ein Ventil V unterbrochen werden kann. Durch das gestrichelt eingezeichnete Rechteck um den Außenraum-Wärmetauscher 44 wird verdeutlicht, dass sich dieser nicht im Innenraum des Gebäudes befindet, in dem die Kühlstellen 12, 14 installiert sind. Der Außenraum-Wärmetauscher 44 steht über eine Wärmetauscher-Saugleitung 46 mit dem Verdichter 18c in Verbindung. Die Wärmetauscher-Saugleitung 46 weist ein Magnetventil MV2 auf, durch welches die Verbindung zwischen dem Außenraum-Wärmetauscher 44 und dem Verdichter 18c unterbrochen werden kann.

Zwischen der Wärmetauscher-Saugleitung 46 und der Normalkühl-Saugleitung 20 besteht eine Verbindung, die durch eine Drosselleitung 48 gebildet wird, wobei der Querschnitt der Drosselleitung 48 kleiner ist als der Querschnitt der Wärmetauscher-Saugleitung 46. Weiterhin besteht zwischen der Wärmetauscher-Saugleitung 46 und der Druckleitung 24 eine Heißgasverbindung 50. Magnetventile MV3 und MV4 ermöglichen ein Schließen der Drosselleitung 48 und der Heißgasverbindung 50. 7 AT 504 135 B1

Die Funktionsweise der Kälteanlage 10 wird im Folgenden detailliert erläutert.

Wird beispielsweise im Hochsommer keine Heizleistung zur Erwärmung des Gebäudeinneren benötigt, bilden die Verdichter 18a und 18a' und die Verdichter 18b, 18b' und 18c zwei Gruppen von Verdichtern. Da die Kühlstellen 12, 14 auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten, herrschen auch in den Saugleitungen 20, 22 unterschiedliche Drücke. Diesem Umstand wird durch die Bildung der getrennten Verdichtergruppen Rechnung getragen.

Unterhalb einer bestimmten Außentemperatur TA wird eine nicht gezeigte Heizungspumpe eingeschaltet, so dass Heizungswasser des Pufferspeichers 30 durch den Innenraum-Wärmtauscher 26 strömt. Dabei wird in dem Innenraum-Wärmetauscher 26 Enthitzungswärme des Kältemittels an das Heizungswasser abgegeben. Für den Fall, dass die Heizleistung gesteigert werden muss, wird die Ventilationseinrichtung 38 heruntergeregelt oder vollständig deaktiviert, wodurch sich die effektive Kondensatorfläche verringert und das Temperaturniveau und das Druckniveau in der Druckleitung 24' geringfügig erhöht werden. Dadurch kondensiert das Kältemittel in dem Innenraumwärmetauscher 26 zumindest teilweise. Die dabei abgegebene Wärme kommt der Gebäudeheizung zugute.

In einem nächsten optionalen Schritt erfolgt die Regelung des Kondensationsdrucks durch die Druckregelungsdrossel 34, um eine noch größere Wärmeabgabe an den Gebäudeinnenraum zu ermöglichen. Die Kompressoren müssen zwar gegen diesen erhöhten Druck arbeiten, dieser Nachteil kann jedoch in Kauf genommen werden, da eine erhöhte Heizleistung ja nur dann notwendig ist, wenn auch eine geringere Kühlleistung benötigt wird. Somit werden freie Verdichterkapazitäten zur Heizung des Gebäudeinnenraums verwendet.

Der nächste Schritt zur Steigerung der Heizleistung besteht darin, in einem Wärmepumpenbetrieb der Umgebungsluft im Außenraum des Gebäudes Wärme zu entnehmen und sie dem Kältemittelkreislauf zuzuführen. Hierfür werden das Magnetventil MV1 geschlossen und das Magnetventil MV2 sowie das Ventil V geöffnet. In diesem Zustand umfasst die Kälteanlage letztlich drei Verdampfer, wobei der Außenraum-Wärmetauscher 44 im Gegensatz zu den Kühlstellen 12, 14 dem Außenraum des Gebäudes Wärme entnimmt und dem Kältemittelkreislauf zuführt. Den drei verschiedenen Temperatur- und Druckniveaus der Saugleitungen 20, 22, 46 sind jeweils eigene Verdichter 18c bzw. Verdichtergruppen 18a, 18a' und 18b, 18b' zugeordnet. Die bei niedrigen Außentemperaturen TA nicht benötigte Verdichterkapazität wird in dieser Stufe somit in einem Wärmepumpenbetrieb zur Heizung des Gebäudes verwendet. Auf eine konventionelle Gebäudeheizung kann daher verzichtet werden.

Wird die durch den Wärmepumpenbetrieb bereitgestellte Heizleistung nicht mehr benötigt, werden das Magnetventil MV2 und das Ventil V geschlossen und das Magnetventil MV1 geöffnet. Der Verdichter 18c arbeitet dann wieder in Verbund mit den Verdichtern 18b und 18b'.

Der Außenraum-Wärmetauscher 44 kann bedarfsweise oder nach festen Intervallen, insbesondere vor seiner Nutzung im Wärmepumpenbetrieb, mittels Heißgas enteist werden. Zu diesem Zweck werden die Magnetventile MV1 und MV2 geschlossen und der Verdichter 18c somit aus der der Normalkühlstelle 14 zugeordneten Verdichtergruppe herausgelöst. Außerdem werden das Magnetventil MV4 in der Heißgasverbindung 50 und das Ventil V geöffnet, wodurch nun heißes Gas aus der Druckleitung 24 entgegen der Strömungsrichtung im Wärmepumpenbetrieb durch den Außenraum-Wärmetauscher 44 geleitet wird, bis ein Ende des Abtauvorgangs erreicht ist. Vorzugsweise ist das Ventil V durch ein elektrisch ansteuerbares Magnetventil und ein in einer Umgehungsleitung parallel geschaltetes Rückschlagventil gebildet, wobei das Rückschlagventil entgegen der Strömungsrichtung im Wärmepumpenbetrieb öffnet, d. h. das Rückschlagventil öffnet passiv.

Nach Abschluss des Abtauvorgangs werden das Magnetventil MV4 und das Ventil V geschlos- 8 AT 504 135 B1 sen und das Magnetventil MV3 in der Drosselleitung 48 geöffnet, wodurch eine Verbindung mit der Tiefkühl-Saugleitung 20 hergestellt wird. Dadurch wird das zum Enteisen genutzte Kältemittel abgesaugt und der Druck im Außenraum-Wärmetauscher 44 bis auf einen gewünschten Wert abgesenkt. Während des Absaugvorgangs laufen die Ventilatoren des Außenraum-Wärmetauschers 44. Ist der gewünschte Druck erreicht, wird der Absaugvorgang beendet und das Magnetventil MV3 geschlossen. Für einen Wärmepumpenbetrieb werden anschließend das Magnetventil MV2 und das Ventil V geöffnet. Der Verdichter 18c nimmt seine Arbeit auf und verdichtet das von dem Außenraum-Wärmetauscher kommende Kältemittel.

Im Folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Fig. 2 erläutert, wobei lediglich das sukzessive Aktivieren der einzelnen Stufen illustriert ist. Das Deaktivieren erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge. Die genannten Temperaturschwellwerte und/oder -soliwerte können an die jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen angepasst werden.

Nach dem Start der Steuerung in Schritt 100 wird in Schritt 110 abgefragt, ob die Außentemperatur TA kleiner ist als 18°C. Ist dies nicht der Fall (N), wird zu Schritt 100 zurückgekehrt.

Bei Temperaturen unter 18°C (J) wird in Schritt 120 eine Heizungspumpe eingeschaltet. Der Innenraum-Wärmetauscher 26 gibt jetzt Enthitzungswärme an das Heizungswasser ab. Eine Soll-Kondensationstemperatur TK wird automatisch in Schritt 125 von 28°C (Sommerbetrieb) auf 32°C (Übergangszeit) angehoben. Dadurch wird der Betrieb der Ventilationseinrichtung 38 des Kondensators 36 beeinflusst.

Welche Vorlauftemperatur Tv des Heizungswassers durch diese Maßnahmen erreicht wird, hat zu diesem Zeitpunkt noch keinen Einfluss auf die Regelung der Kälteanlage. Sollten die inneren Wärmelasten im Innenraum des Gebäudes so hoch sein, dass eine Heizung bei der herrschenden Außentemperatur TA nicht erforderlich ist, kann die Soll-Kondensations-temperatur TK gesenkt werden.

In Schritt 130 wird abgefragt, ob die Außentemperatur TA einen zweiten Schwellwert von 15°C unterschreitet. Liegt die Außentemperatur TA darüber, wird zu Schritt 110 zurückgekehrt, d. h. es wird neuerlich überprüft, ob die Außentemperatur TA kleiner ist als 18°C. Zutreffendenfalls bleibt die Heizungspumpe eingeschaltet (Schritt 120), und die Soll-Kondensationstemperatur TK bleibt auf dem angehobenen Wert (32°C, Schritt 125). Falls in dem Schritt 130 hingegen festgestellt wird, dass die Außentemperatur TA kleiner ist als 15°C, wird die Soll-Kondensations-temperatur TK auf 38°C angehoben. Eine Steuerungseinrichtung der Kälteanlage 10 versucht in Schritt 135 durch das Anheben der Soll-Kondensationstemperatur TK eine Vorlauftemperatur Tv von 35°C zu erreichen. Liegt eine Innenraumtemperatur Ti bei 22°C, wird die gewünschte Vorlauftemperatur Tv um bis zu 3 K gleitend gesenkt.

In Schritt 140 wird überprüft, ob die Außentemperatur TA kleiner ist als 10°C, wobei zu Schritt 130 zurückgekehrt wird, wenn dies nicht der Fall ist, d. h. der Zustand gemäß Schritt 135 wird gegebenenfalls beibehalten. Liegt die Außentemperatur TA darunter, versucht die Steuereinrichtung in Schritt 145 in Abhängigkeit von der Innenraumtemperatur T| und der Außentemperatur TA die geforderte Vorlauftemperatur TA von 35°C bis 45°C durch Steuerung der Druckregelungsdrossel 34 und durch das Anheben der Soll-Kondensationstemperatur T« zu erreichen.

Bei Außentemperaturen von unter 0°C (Schritt 150) und Nichterreichen der gewünschten Vorlauftemperatur Tv bzw. Innenraumtemperatur T| (Schritt 155) wird ein Verdichter 18c von der den Normalkühlstellen 14 der Kälteanlage 10 zugeordneten Verdichtergruppe kältetechnisch getrennt. Dieser Verdichter arbeitet dann in Schritt 160 im Wärmepumpenbetrieb in Verbindung mit dem Außenraum-Wärmetauscher 44. Hierfür werden das Magnetventil MV1 geschlossen und das Magnetventil MV2 sowie das Ventil V geöffnet. Der Wärmepumpenbetrieb und die Heißgas-Abtauung des Außenraum-Wärmetauschers 44 werden nachstehend anhand von

Claims (16)

1. g AT 504 135 B1 Fig. 3 erläutert. Für eine optionale Heißgas-Abtauung werden in Schritt 200 die Magnetventile MV1 und MV2 geschlossen, und das Magnetventil MV4 und das Ventil V werden geöffnet. Erhitztes Kältemittel kann nun durch den Außenraum-Wärmetauscher 44 geleitet werden, bis eine Abtauendtemperatur Tw von etwa +8°C erreicht wird, was in Schritt 210 abgefragt wird. Nach Erreichen der Abtauendtemperatur Tw werden in Schritt 220 die Magnetventile MV4 und V geschlossen und das Magnetventil MV3 geöffnet, was zu einem Absaugen des in dem Außenraum-Wärmetauscher 44 enthaltenen Kältemittels führt. Das Absaugen wird so lange fortgesetzt, bis ein Druckschwellwert P von etwa 1,8 bar in der von dem Außenraum-Wärmetauscher 44 kommenden Wärmetauscher-Saugleitung 46 erreicht wird (Schritt 225). Wie bereits vorstehend erläutert, wird bei Erreichen des Druckschwellwerts der Absaugvorgang in Schritt 230 beendet, d. h. das Magnetventil MV3 wird geschlossen, die Magnetventile MV2 und V werden geöffnet und der mit dem Außenraum-Wärmetauscher 44 verbindbare Verdichter 18c wird freigegeben. Hierdurch ist die Heißgas-Abtauung abgeschlossen. So lange die gewünschte Vorlauftemperatur Tv des Heizwassers und/oder die Innenraumtemperatur T, des Gebäudes nicht erreicht werden, wird der Wärmepumpenbetrieb fortgesetzt, wie in Schritt 240 angedeutet. Anderenfalls wird in Schritt 250 der Verdichter 18c kurzzeitig ausgeschaltet, während das Magnetventil MV2 geschlossen und das Magnetventil MV1 geöffnet werden, wodurch der Verdichter 18c wieder der Normalkühlstelle 14 zugeordnet ist. Wieder bezugnehmend auf Fig. 2, wird in Schritt 170 überprüft, ob die Außentemperatur TA kleiner ist als -10°C. Unterschreitet die Außenraumtemperatur TA diesen Wert und ist die gewünschte Vorlauftemperatur Tv bzw. die Innenraumtemperatur T| nicht erreicht (Schritt 180), wird in Schritt 185 der Wärmepumpenbetrieb fortgesetzt, d.h. der Zustand gemäß Schritt 230 nach Fig. 3 wird aufrechterhalten, und zeitverzögert wird in Schritt 190 eine Heizpatrone 32 zur Erwärmung des Heizwassers zugeschaltet. Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Heizpatronen bedarfsweise zugeschaltet werden können. Das Zuschalten des Außenraum-Wärmetauschers 44 kann auch ohne die vorherige Regelung der Kondensationstemperatur durch die Ventilationseinrichtung 38 und/oder die Staudruckregelung mittels der Druckregelungsdrossel 34 erfolgen. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei einer Kälteanlage, die eine Verdichtereinrichtung (16), einen hiermit über eine Kältemittel-Druckleitung (24, 24') verbundenen und mit einer Ventilationseinrichtung (38) ausgestatteten Kondensator (36) und wenigstens einen in einem Innenraum eines Gebäudes angeordneten und als Kühlstelle dienenden Verdampfer (12, 14) aufweist, wobei mittels eines Innenraum-Wärmetauschers (26), der mit der Druckleitung (24, 24') verbunden und bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Kondensator (36) angeordnet ist, ein Teil der Wärme des in der Druckleitung (24, 24') geführten Kältemittels zum Beheizen des Innenraums des Gebäudes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteanlage ferner einen außerhalb des Gebäudes angeordneten Außenraum-Wärmetauscher (44) aufweist, wobei in Abhängigkeit zumindest von der Außentemperatur (TA) ein Teil des in der Druckleitung (24, 24‘) geführten Kältemittels durch den Außenraum-Wärmetauscher (44) zu der Verdichtereinrichtung (16) geführt wird und hierbei Wärme von der Umgebungsluft des Außenraums aufnimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit zumindest von der Innenraumtemperatur (Ti) die Ventilationseinrichtung (38) des Kondensators (36) zumindest partiell deaktiviert wird. 10 AT 504 135 B1
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit zumindest von der Innenraumtemperatur (Ti) der wirksame Öffnungsquerschnitt einer in der Druckleitung (24, 24') angeordneten Druckregelungsdrossel (34) geändert wird, wobei die Druckregelungsdrossel (34) bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Innenraum-Wärmetauscher (26) angeordnet ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in Abhängigkeit zumindest von der Außentemperatur (TA) durch den Außenraum-Wärmetauscher (44) geführte Teil des Kältemittels zumindest einem von mehreren Verdichtern (18a, 18a', 18b, 18b', 18c) der Verdichtereinrichtung (16) zugeführt wird, wobei dieser Verdichter (18c) von der Saugseite der anderen Verdichter (18a, 18a', 18b, 18b’) der Verdichtereinrichtung (16) entkoppelbar ist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilationseinrichtung (38) des Kondensators (36) partiell deaktiviert wird, wenn die Außentemperatur (TA) einen ersten Außentemperaturschwellwert unterschreitet, damit das Kältemittel in dem Innenraum-Wärmetauscher (26) zumindest teilweise kondensiert, wobei die dabei von dem Kältemittel abgegebene Wärme an den Innenraum des Gebäudes abgeführt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Öffnungsquerschnitt der Druckregelungsdrossel (34) geändert wird, wenn ein Innenraumtemperatursollwert oder ein Vorlauftemperatursollwert einer Gebäudeheizung nicht erreicht wird und die Außentemperatur (TA) einen zweiten Außentemperaturschwellwert unterschreitet, der niedriger ist als der ersten Außentemperaturschwellwert, wodurch die Kondensation des Kältemittels in dem Innenraum-Wärmetauscher (26) unterstützt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite des zumindest einen Verdichters (18c) von der Saugseite der anderen Verdichter entkoppelt und mit dem Außenraum-Wärmetauscher (44) verbunden wird, wenn ein Innenraumtemperatursollwert oder ein Vorlauftemperatursollwert nicht erreicht wird und die Außentemperatur (TA) einen dritten Außentemperaturschwellwert unterschreitet, der niedriger ist als der erste oder der zweite Außentemperaturschwellwert, und dass ein Teil des in der Druckleitung (24, 24') geführten Kältemittels durch den Außenraum-Wärmetauscher (44) geleitet wird, um hierbei Wärme von der Umgebungsluft des Außenraums aufzunehmen.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Heizmittel (32) zum Beheizen des Innenraums des Gebäudes oder eines Pufferspeichers (30) zugeschaltet werden, wenn der Innenraumtemperatursollwert oder der Vorlauftemperatursollwert nicht erreicht wird und die Außentemperatur (TA) einen vierten Außentemperaturschwellwert unterschreitet, der niedriger ist als der dritte Außentemperaturschwellwert.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Heißgas-Enteisung des Außenraum-Wärmetauschers (44) der Kältemittel-Druckleitung (24, 24') an einer Stelle vor dem Kondensator (36) Kältemittel entnommen und durch den Außenraum-Wärmetauscher (44) geleitet wird, wobei das in dem Außenraum-Wärmetauscher (44) enthaltene Kältemittel nach Abschluss der Enteisung von der Verdichtereinrichtung (16) über eine Drosselleitung (48) abgesaugt wird, die einen geringeren Querschnitt aufweist als eine Kältemittel-Saugleitung (46), die im Wärmepumpenbetrieb des Außenraum-Wärmetauschers (44) den Außenraum-Wärmetauscher (44) mit der Verdichtereinrichtung (16) verbindet.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Drosselleitung (48) abgesaugte Kältemittel in eine Kältemittel-Saugleitung (20, 22) eingespeist wird, die wenigstens einen als Kühlstelle dienenden Verdampfer (12, 14) - insbesondere einen Ver- 11 AT504135B1 dampfer (12) für die Tiefkühlung - mit der Verdichtereinrichtung (16) verbindet.
11. 11. Kälteanlage mit Wärmerückgewinnung, die eine Verdichtereinrichtung (16), einen hiermit über eine Kältemittel-Druckleitung (24, 24') verbundenen und mit einer Ventilationseinrichtung (38) ausgestatteten Kondensator (36) und wenigstens einen als Kühlstelle dienenden Verdampfer (12, 14) aufweist, der in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet ist und über eine Kältemittel-Saugleitung (20, 22) mit der Verdichtereinrichtung verbunden ist, wobei mit der Kältemittel-Druckleitung (24, 24') ein Innenraum-Wärmetauscher (26) zum Abführen von Wärme an den Innenraum gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem im Innenraum als Kühlstelle dienenden Verdampfer (12, 14) ein außerhalb des Gebäudes angeordneter Außenraum-Wärmetauscher (44) parallel geschaltet ist, durch den Wärme aus der Umgebungsluft des Außenraums dem in der Saugleitung (20, 22) geführten Kältemittel zuführbar ist, wobei die Kälteanlage eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit zumindest von der Außentemperatur (TA) einen Teil des in der Druckleitung (24, 24') geführten Kältemittels durch den Außenraum-Wärmetauscher (44) zu führen.
12. 12. Kälteanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckleitung (24, 24’) eine Druckregelungsdrossel (34) angeordnet ist, deren wirksamer Öffnungsquerschnitt variabel einstellbar ist.
13. 13. Kälteanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kältemittel-Saugleitung (46) des Außenraum-Wärmetauschers (44) durch eine Drosselleitung (48) mit einer Kältemittel-Saugleitung (20, 22) gekoppelt ist, die wenigstens einen als Kühlstelle dienenden Verdampfer (12, 14) - insbesondere einen Verdampfer (12) für die Tiefkühlung -mit der Verdichtereinrichtung verbindet.
14. 14. Kälteanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Drosselleitung (48) kleiner ist als der Querschnitt der Kältemittel-Saugleitung (46) des Außenraum-Wärmetauschers (44).
15. 15. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung (16) mehrere Verdichter (18a, 18a', 18b, 18b', 18c) umfasst, wobei zumindest ein Verdichter (18c) wahlweise mit der Kältemittel-Saugleitung (20, 22) des wenigstens einen Verdampfers (12, 14) oder mit der Kältemittel-Saugleitung (46) des Außenraum-Wärmetauschers (44) verbindbar ist.
16. 16. Kälteanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit zumindest von der Innenraumtemperatur (Ti) die Ventilationseinrichtung (38) des Kondensators (36) zumindest partiell zu deaktivieren und/oder den wirksamen Öffnungsquerschnitt der Druckregelungsdrossel (34) zu steuern. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen