AT507710B1 - Einrichtung zur wärmegewinnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zur Wärmegewinnung mit einem ersten Solekreislauf (2), mit einer Wärmepumpeneinheit (40) und einem zweiten Solekreislauf (7), mit einem Solarkollektor (8), wobei der zweite Solekreislauf (7) thermisch über einen Wärmetauscher (27) mit einem Wärmespeicher (11) verbunden ist. Weiters ist mit dem Wärmespeicher (11) ein Heizungskreislauf (14) verbunden. Um ein rasches und effektives Enteisen des Außenregisters (5) der Wärmepumpeneinheit (40) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Heizungskreislauf (14) über eine Verbindungsleitung (28) mit der unteren Zone (10) des Wärmespeichers (11) verbindbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT507 710B1 2010-10-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmegewinnung mit einem ersten Solekreislauf, in welchem zumindest eine erste Solepumpe und zumindest eine Wärmepumpeneinheit mit einem Außenregister, insbesondere zur Nutzung der Wärme der Umgebungsluft, angeordnet ist, sowie mit einem zweiten Solekreislauf, in welchem zumindest eine zweite Solepumpe und zumindest ein Solarkollektor angeordnet ist, wobei der zweite Solekreislauf thermisch über einen vorzugsweise als Heizschlange ausgebildeten Wärmetauscher mit einem mehrere, vorzugsweise drei übereinander geschichtete und teilweise abgetrennte Zonen aufweisenden Wärmespeicher verbunden ist, welcher Wärmetauscher in einer unteren Zone des Wärmespeichers angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Solekreislauf über ein erstes Ventil, vorzugsweise ein Mischventil, miteinander strömungsverbindbar sind, mit einem Heizungskreislauf, der mit einer mittleren Zone des Wärmespeichers verbindbar ist, wobei der Heizungskreislauf thermisch über eine Wärmepumpe der Wärmepumpeneinheit mit dem ersten Solekreislauf verbindbar ist, wobei der Heizungskreislauf über eine Verbindungsleitung mit der unteren Zone des Wärmespeichers verbindbar ist.
[0002] Eine Einrichtung zur Wärmegewinnung der eingangs genannten Art wird in der österreichischen Patentanmeldung A 650/2008 beschrieben. Mit dieser Einrichtung können verschiedene Betriebszustände, wie Heizen und Warmwasseraufbereitung, mittels Solaranlage oder mittels Wärmepumpe, kombinierte Nachheizung des Frischwasserbereiches und/oder des Heizkreislaufes mit dem ersten und zweiten Solekreislauf, direkte solare Nachheizung, Stagnationsvermeidung im zweiten Solekreislauf, Heizen mittels Energie aus dem Wärmespeicher und Warmwasserbereitung mittels Energie aus dem Wärmespeicher gefahren werden. Zusätzlich kann ein Enteisungsmodus eingestellt werden, wenn zuviel Eis am Außenregister gebildet wird. Das Abtauen des Eises am Außenregister kann dabei mittels der im Wärmespeicher befindlichen Energie durchgeführt werden, wobei sowohl der Kompressor, als auch der Ventilator des Außenregisters abgeschalten werden. In diesem Zustand wird der erste und der zweite Solekreislauf zusammengeschalten und die Heizspirale des zweiten Solekreislaufes als Wärmetauscher zur Aufwärmung des zweiten Solekreislaufes mittels des Wärmespeichers verwendet. Insbesondere in Betriebsbereichen mit abgekühltem Wärmespeicher kann es Vorkommen, dass die Energie des Wärmespeichers nicht ausreicht, um ein effektives Abtauen des Außenregisters zu realisieren.
[0003] Die WO 2008/130306 AI zeigt ein solarunterstütztes Wärmepumpensystem bestehend aus einer Wärmepumpe, Verdampfer, Kondensator, mehreren Förderpumpen, Solarkollektor, Wärmetauscher, Solekreisläufen, Mehrwegventilen und Warmwasserspeicher.
[0004] Die EP 0 931 986 B1 beschreibt eine solarenergieversorgte Heiz- und Warmwasseranlage für Gebäude mit einem Solarkollektor, einer Wärmepumpe, Wärmetauschern, Wärmespeicher, Pumpen, Mehrwegventilen, Mischern, Sensoren und Steuerung. Die Anlage besteht aus mehreren Kreisläufen, welche unterschiedlich geschaltet werden können. Zumindest ein Heizkreislauf ist über eine Verbindungsleitung mit der unteren Zone des Wärmespeichers verbindbar.
[0005] Die DE 31 29 950 A1 offenbart eine Heiz- und Sprinkleranlage mit einer Sonnenkollektoranlage, einem Niedertemperaturspeicher, einem Pufferspeicher, einer Wärmepumpe, einen Fördermotor, Mehrwegventilen, Temperaturfühlern und zwei Steuerungseinrichtungen. Sonnenkollektor und Heizanlage weisen getrennte Kreisläufe auf.
[0006] Die DE 198 34 890 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufheizen von flüssigen Nahrungsmitteln für Tiere, wobei eine in einem Behälter angeordnete Rohrspirale von einer die Einrichtung aufheizenden Flüssigkeit umströmt ist. Die Flüssigkeit strömt zur radialen und/oder axialen Wälzung im Behälter etwa radial in den Behälter ein.
[0007] Die Veröffentlichung CN 2 482 664 Y offenbart einen mit Solarenergie, Warmluft und elektrisch beheizten Wassertank. Die Anlage beinhaltet einen Solarkollektor, einen Wassertank, ein Wärmetauscherrohr und elektrisch betriebenen Heizstab. Am Boden des Wassertanks ist 1/5 österreichisches Patentamt AT507 710 B1 2010-10-15 eine Düse angeordnet.
[0008] Die DE 38 28 396 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Erwärmen des Wärmeträgers eines Heizkreislaufes und von Brauchwasser mit einem an den Vor- und Rücklauf des Heizkreislaufes angeschlossenen Heizkessel. Die Vorrichtung weist einen Wasserspeicher auf, der eine untere Wärmespeicherzone und eine obere Brauchwasserzone aufweist. Im Übergangsbereich zwischen diesen Zonen ist ein in einen Nebenkreislauf für den Wärmeträger des Heizkreislaufes eingeschalteter Wärmetauscher vorgesehen, der in einer Reihenschaltung mit dem Wärmetauscher im Bodenbereich des Wasserspeichers liegt, wobei dieser Wärmetauscher im Bodenbereich des Wasserspeichers in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes kurzgeschlossen werden kann.
[0009] Die DE 298 06 464 U1 offenbart einen Wasserspeicher, insbesondere für eine Zentralheizungsanlage mit Solarkollektor. Der Wasserspeicher ist als Schichtenspeicher zur Speicherung von Warmwasser ausgebildet.
[0010] Aus der US 4,336,692 A ist eine mit zwei Wärmequellen betriebene Wärmepumpe bekannt. Die Anlage weist einen Wasserspeicher auf, dessen Inhalt über einen Wärmetauscher mit dem Solekreislauf der Wärmepumpe und dem Kreislauf des Sonnenkollektors verbunden ist.
[0011] Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein rasches und effizientes Enteisen des Außenregisters der Wärmepumpeneinheit zu ermöglichen.
[0012] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Verbindungsleitung über zumindest eine Düse in die untere Zone einmündet, wobei die Düse auf den Wärmetauscher gerichtet ist. Dabei ist vorgesehen, dass während eines Enteisungsbetriebes der erste Solekreislauf mit dem zweiten Solekreislauf strömungsverbunden wird, dass der Heizungskreislauf über eine Verbindungsleitung mit der unteren Zone des Wärmespeichers strömungsverbunden wird und dass Wärmeenergie aus dem Heizungskreislauf über den Wärmetauscher dem ersten und zweiten Solekreislauf zugeführt wird.
[0013] Die Verbindungsleitung geht dabei vorteilhafter Weise von der Zulaufleitung des Heizungskreislaufes aus.
[0014] Der Durchfluss durch die Verbindungsleitung kann über ein vorzugsweise als Vierweg-Ventil ausgebildetes zweites Ventil reguliert werden.
[0015] Ein besonders rasches Enteisen des Außenregisters ist möglich, wenn an den Wärmespeicher ein Warmwasseraufbereitungskreislauf angeschlossen ist, dessen Vorlauf von einer oberen Zone des Wärmespeichers ausgeht und dessen Rücklauf in die untere Zone des Wärmespeichers einmündet, wobei vorzugsweise der Heizkreislauf über das als Mehrwegventil ausgebildete zweite Ventil, mit dem Warmwasseraufbereitungskreislauf verbindbar ist.
[0016] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperatur des Heizungskreislaufes über ein als Mischventil ausgebildetes drittes Ventil reguliert werden kann. Mittels des dritten Ventils kann der Zulauf aus dem Wärmespeicher in den Heizungskreislauf gesteuert werden, wobei beispielsweise zwischen zwei von verschiedenen Bereichen des Wärmespeichers ausgehenden Zulaufleitungen der Zulauf kontinuierlich verstellt und gemischt werden kann.
[0017] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
[0018] Wie aus der Figur hervorgeht, weist die Einrichtung 1 zur Wärmegewinnung einen ersten Solekreislauf 2 mit einer ersten Solepumpe 3, sowie eine Wärmepumpeneinheit 40 mit einer Wärmepumpe 4 und einem Außenregister 5 auf, welche über einen Lüfter 6 mit Umgebungsluft beaufschlagt ist. Weiters ist ein zweiter Solekreislauf 7 mit Solarkollektoren 8 und einer zweiten Solepumpe 9 vorgesehen, wobei dieser zweite Solekreislauf 7 thermisch mit der unteren Zone 10 eines Wärmespeichers 11 verbunden ist. Der Wärmespeicher 11 weist insgesamt drei vertikal geschichtete und voneinander beispielsweise durch Lochbleche getrennte Zonen auf, wobei an die untere Zone 10 eine mittlere Zone 12 und daran eine obere Zone 13 anschließt. Die mittlere Zone 12 des Wärmespeichers 11 ist mit einem Heizungskreislauf 14 zum Heizen eines 2/5 österreichisches Patentamt AT507 710 B1 2010-10-15
Gebäudes 15 verbunden. Mit 16 ist eine Umwälzpumpe des Heizkreislaufes 14 bezeichnet. Über ein Mischventil 17 und einen Temperatursensor 18 wird die Temperatur im Heizkreislauf eingestellt.
[0019] Die Einrichtung 1 weist weiters einen Warmwasseraufbereitungskreislauf 19 mit einer Umwälzpumpe 20 auf, wobei der Warmwasseraufbereitungskreislauf 19 von der oberen Zone 13 des Wärmespeichers 11 ausgeht und in die untere Zone 10 des Wärmespeichers 11 einmündet. Der Warmwasseraufbereitungskreislauf 19 ist thermisch mit einem Frischwassermodul 21 verbunden, dessen Frischwasserein- und austritte mit 22 und 23 bezeichnet sind.
[0020] Die Pumpen 3, 9 und 16 können mit variabler Drehzahl ausgeführt sein. Der erste und der zweite Solekreislauf 2, 7 sind mit einer Sole, beispielsweise mit Glycol, gefüllt. Der Heizungskreislauf 14 und der Warmwasseraufbereitungskreislauf 19 dagegen sind mit Heizungswasser befüllt.
[0021] Um möglichst viele Betriebsarten zu realisieren, kann der erste Solekreislauf 2 über ein als Mischventil ausgebildetes erstes Ventil 24 mit dem zweiten Solekreislauf 7 strömungsverbunden werden. Weiters ist über ein zweites Ventil 25, beispielsweise ein Vierweg-Ventil und eine Verbindungsleitung 25a der Heizkreislauf 14 mit dem Warmwasseraufbereitungskreislauf 19 verbindbar. Mit Bezugszeichen 26 sind weitere Temperaturfühler bezeichnet.
[0022] Dadurch, dass über das erste Ventil 24 der erste und der zweite Solekreislauf 2, 7 kombiniert werden können, kann beispielsweise die Kondenswasserbildung im Solarkollektor 8 bei tiefen Außentemperaturen vermieden werden, indem der zweite Solekreislauf 7 durch den ersten Solekreislauf 2 mit der Wärmepumpeneinheit 40 und das Außenregister 5 aufgewärmt wird. Die große Variabilität in den Schaltungsmöglichkeiten und Betriebszuständen ergibt sich vor allem dadurch, dass die Wärmequellen Solar- und Umgebungsluft sowohl seriell als auch unabhängig voneinander genutzt werden könne. Darüber hinaus gibt es die dritte Möglichkeit, den Wärmespeicher 11 als Wärmequelle zu nutzen.
[0023] Dadurch bietet sich auch die Möglichkeit, mittels Solarenergie das Außenregister 5 der Wärmepumpeneinheit 4 zu entfrosten. Abhängig von der tatsächlichen Sonneneinstrahlung kann es aber Vorkommen, dass eine effektive Entfrostung mit Sonnenenergie nicht möglich oder sinnvoll ist. Dann kann mittels des Wärmetauschers 27 des zweiten Solekreislaufes 7 dem Wärmespeicher 11 Wärme entzogen und dem ersten Solekreislauf 2 und somit dem Außenregister 5 zugeführt werden. Ist allerdings die im Wärmespeicher 11 gespeicherte Wärme zu gering, so ist auch diese Maßnahme für ein effektives Defrosten des Außenregisters 5 nicht ausreichend.
[0024] Um dennoch ein wirksames und schnelles Abtauen des Außenregisters 5 zu ermöglichen, ist der Heizungskreislauf 14 über das zweite Ventil 25 und die Verbindungsleitung 28 mit der unteren Zone 10 des Wärmespeichers 11 verbunden, wobei die Verbindungsleitung 28 über eine auf den Wärmetauscher 27 des zweiten Solekreislaufes 7 gerichtete Düse 29 in den Wärmespeicher 11 einmündet. Die dabei entstehende turbulente Strömung des einströmenden Heizmediums erwärmt den durch Heizschlangen gebildeten Wärmetauscher 27 und somit die darin zirkulierende Sole des zweiten Solekreislaufes 7 und in weiterer Folge über den ersten Solekreislauf 2 das Außenregister 5. Sobald der Enteisungsvorgang des Außenregisters 5 abgeschlossen ist, wird die Strömung durch die Verbindungsleitung 28 mittels des zweiten Ventils 25 geschlossen und der erste Solekreislauf 2 vom zweiten Solekreislauf 7 mittels des ersten Ventils 24 entkoppelt.
[0025] Auf diese Weise ist eine effektive und rasche Enteisung des Außenregisters 5 auch bei widrigen Bedingungen möglich. 3/5

Claims (7)

  1. österreichisches Patentamt AT507 710 B1 2010-10-15 Patentansprüche 1. Einrichtung (1) zur Wärmegewinnung mit einem ersten Solekreislauf (2), in welchem zumindest eine erste Solepumpe (3) und zumindest eine Wärmepumpeneinheit (40) mit einem Außenregister (5), insbesondere zur Nutzung der Wärme der Umgebungsluft, angeordnet ist, sowie mit einem zweiten Solekreislauf (7), in welchem zumindest eine zweite Solepumpe (9) und zumindest ein Solarkollektor (8) angeordnet ist, wobei der zweite Solekreislauf (7) thermisch über einen vorzugsweise als Heizschlange ausgebildeten Wärmetauscher (27) mit einem mehrere, vorzugsweise drei übereinander geschichtete und teilweise abgetrennte Zonen (10, 12, 13) aufweisenden Wärmespeicher (11) verbunden ist, welcher Wärmetauscher (27) in einer unteren Zone (10) des Wärmespeichers (11) angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Solekreislauf (2, 7) über ein erstes Ventil (24), vorzugsweise ein Mischventil, miteinander strömungsverbindbar sind, mit einem Heizungskreislauf (14), der mit einer mittleren Zone (12) des Wärmespeichers (11) verbindbar ist, wobei der Heizungskreislauf (14) thermisch über eine Wärmepumpe (4) der Wärmepumpeneinheit (40) mit dem ersten Solekreislauf (2) verbindbar ist, wobei der Heizungskreislauf (14) über eine Verbindungsleitung (28) mit der unteren Zone (10) des Wärmespeichers (11) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (28) über zumindest eine Düse (29) in die untere Zone (10) einmündet, wobei die Düse (29) auf den Wärmetauscher (27) gerichtet ist.
  2. 2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (28) von der Zulaufleitung (14a) des Heizungskreislaufes (14) abzweigt.
  3. 3. Einrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss durch die Verbindungsleitung (28) über ein vorzugsweise als Vierweg-Ventil ausgebildetes zweites Ventil (25) regulierbar ist.
  4. 4. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wärmespeicher (11) ein Warmwasseraufbereitungskreislauf (19) angeschlossen ist, dessen Vorlauf von einer oberen Zone (13) des Wärmespeichers (11) ausgeht und dessen Rücklauf in die untere Zone (10) des Wärmespeichers (11) einmündet.
  5. 5. Einrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreislauf (14) über das als Mehrwegventil ausgebildete zweite Ventil (25), mit dem Warmwasseraufbereitungskreislauf (19) verbindbar ist.
  6. 6. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heizungskreislaufes (14) über ein als Mischventil ausgebildetes drittes Ventil (17) regulierbar ist.
  7. 7. Verfahren zur Enteisung der Einrichtung (1) zur Wärmegewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Enteisungsbetriebes der erste Solekreislauf (2) mit dem zweiten Solekreislauf (7) strömungsverbunden wird, dass der Heizungskreislauf über eine Verbindungsleitung (28) mit der unteren Zone (10) des Wärmespeichers (11) strömungsverbunden wird und dass Wärmeenergie aus dem Heizungskreislauf (14) über den Wärmetauscher (27) dem ersten und zweiten Solekreislauf (2, 7) zugeführt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5
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