CH697626B1 - Wärmesystem, insbesondere zur Temperierung von Räumen. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Wärmesystem, bei dem unter Nutzung von erwärmter Fortluft und eines Wärmespeichers (S) durch Aufteilung von Volumenströmen (F1, F2, ...) und deren individuelle Temperierung für verschiedene Räume (R1, R2, ...) unabhängige Temperierung erfolgen kann.

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmesystem, insbesondere zur Temperierung von Räumen, bzw. ein entsprechendes Verfahren.

[0002] Aus der Praxis sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Temperierung von Räumen bekannt. Bekannt ist dabei insbesondere auch die Nutzung von Restwärme, die eine verbrauchte Raumluft mit sich führt. So beschreibt die WO 02/065 026 A1 eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, welche verbrauchte Raumluft zur Erwärmung der dem Raum zuzuführenden Frischluft heranzieht.

   Ergänzend kann dabei auch Erdwärme oder Umgebungsluft mit beigemischt werden, wenn deren Wärmegehalt ausreichend hoch ist.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es gegenüber dem Stand der Technik, ein verbessertes Wärmesystem bereitzustellen, mit dem individuelle Wärmeanforderungen für einen bzw. mehrere Räume besser realisiert werden können.

[0004] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wärmesystem nach Anspruch 1 und ein zugehöriges Verfahren nach Anspruch 11.

[0005] Die Erfindung geht von der Kenntnis aus, dass zur individuellen Bereitstellung von Wärmeströmen in verschiedenen Räumen die Aufteilung von zu erwärmender Frischluft für jeden Raum separat einstellbar sein sollte.

   Unter Nutzung des bekannten Prinzips der Restwärmenutzung wird dabei erfindungsgemäss Fortluft aus solchen Räumen, die üblicherweise eine höhere Raumtemperatur aufweisen (Bad, Küche) über ein Wärmetauschersystem zur Erwärmung von Frischluft herangezogen, welche diesen oder auch anderen Räumen zugeführt werden soll. Über einen erfindungsgemässen Verteiler wird der Frischluftstrom dabei in einzelne, jeweils für einen Raum vorgesehene Frischluftteilströme aufgeteilt. Auf diese Weise kann die in den Räumen möglicherweise unterschiedlich benötigte Frischluft entsprechend individuell dosiert werden.

   Die Aufteilung des gemeinsamen Frischluftstroms in die für jeden Raum einzeln vorgesehenen Teilluftströme kann dabei auch stromaufwärts des Wärmetauschers vorgesehen sein, über welchen die Vorwärmung mit der Fortluft aus den vorbeschriebenen Räumen (Bad, Küche) erfolgt.

[0006] Erfindungsgemäss ist ein Wärmespeicher vorgesehen, welcher über ein geeignetes Speichermedium thermische Energie aufzunehmen bzw. abzugeben vermag. In Zusammenhang mit dem Begriff "thermische Energie" sei im Folgenden stets das Potenzial zum Austausch von Wärme gemeint, so dass sowohl Wärme aufgenommen als auch abgegeben werden kann, wobei das austauschende Medium dabei entsprechend abgekühlt oder erwärmt wird.

[0007] Wenigstens einer der Frischluftteilströme (F1, F2, ... Fn), die für jeden Raum vorgesehen sind, soll erfindungsgemäss aufteilbar sein in zwei Teilströme.

   Der erste Teilstrom soll dabei dem Wärmespeicher zuführbar sein, um dort thermische Energie aufzunehmen oder abzugeben. Der verbleibende zweite Teilstrom ist zur unmittelbaren und unveränderten Weiterleitung direkt in den jeweiligen Raum gedacht. Die Abzweigung des einen Anteils (im Folgenden mit  ¾ gekennzeichnet) ermöglicht vorteilhaft eine Dosierung des verbleibenden Teilstroms (im Folgenden gekennzeichnet mit  ¾ ¾) direkt zum vorgesehenen Raum.

   Darüber hinaus vermag der erste Teilstrom bei seiner Weiterleitung an den Wärmespeicher dort Wärme aufzunehmen oder abzugeben, wobei dieser Wärmeaustausch vorteilhaft für weitere Anwendungen nutzbar ist.

[0008] Durch das erfindungsgemässe System kann die jedem Raum zuzuführende Frischluftmenge individuell gesteuert werden, während für jeden individuellen Frischluftstrom eine weitere Wärmebehandlung zumindest eines Teilstroms davon über den Wärmespeicher möglich sein soll. Dies erlaubt die optimale energetische Nutzung der Energie des Wärmetauschers und des Wärmespeichers.

[0009] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die dem Wärmespeicher zugeführten Teilströme F1 ¾, F2 ¾, ... Fn ¾ nach dem im Wärmespeicher erfolgten Wärmeaustausch wieder den vorherigen verbliebenen Teilströmen F1 ¾ ¾, F2 ¾ ¾, ...

   Fn ¾ ¾ beigemischt, um mit diesen gemeinsam dem jeweiligen Zielraum zugeführt zu werden. Auf diese Weise wird erfindungsgemäss möglich gemacht, dass jeder Raum eine individuelle, also von der Temperatur des Nachbarraums unabhängige eigene Raumtemperatur erhält. Durch die Zuführung eines Teilstroms (beispielsweise F1 ¾) in den Wärmespeicher mit dort erfolgendem Wärmeaustausch kann dieser Teilstrom relativ zum verbliebenen Teilstrom F1 ¾ ¾ also erwärmt oder auch abgekühlt werden. Durch Rückvermischung der beiden Teilströme F1 ¾ und F1 ¾ ¾ ergibt sich anschliessend eine Mischtemperatur, die der gewünschten Temperatur im jeweils vorgesehenen Raum entsprechen soll.

[0010] Besonders vorteilhaft ist dabei zu erwähnen, dass jeder Teilstrom F1 ¾, F2 ¾, ...

   Fn ¾ einen "eigenen" Wärmetausch im Wärmespeicher durchführt und dabei völlig unabhängig von den anderen Teilströmen erwärmt bzw. abgekühlt werden kann. Erfindungsgemäss lässt sich also nicht nur die gegebenenfalls unterschiedliche Frischluftmenge mit der im Wärmetauscher (für alle Teilströme gemeinsam) erzielten Temperatur, sondern auch die jeweilige Raumtemperatur durch individuellen Wärmeaustausch im Wärmespeicher einstellen.

[0011] Selbstverständlich kann die Aufteilung eines jeden Frischluftstroms F1 in seine beiden Teilströme F1 ¾ und F1 ¾ ¾ in jedem beliebigen Verhältnis folgen. So kann der Teilstrom F1 ¾ im Bereich von 0 bis 100% des Frischluftstroms F1 liegen, so dass der Frischluftstrom F1 gar nicht, zu 100% oder in einem beliebigen dazwischenliegenden Anteil durch den Wärmespeicher geleitet wird.

   Entsprechend ergeben sich vorteilhaft sehr breite Freiheitsgrade in der Temperaturregelung für die einzelnen Frischluftströme F1, F2, ... Fn.

[0012] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Verteiler zur Aufteilung des gemeinsamen Frischluftstroms in einzelne Frischluftströme F1, F2, ... Fn stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist. Daraus ergibt sich eine konstruktive bzw. apparative Vereinfachung mit der Folge, dass im Wärmetauscher zunächst ein gemeinsamer Frischluftstrom geführt wird, der sich also erst nach Durchlauf des Wärmetauschers in die einzelnen Teilströme aufteilt.

[0013] Erfindungsgemäss kann das Wärmesystem mit Stellaggregaten ausgebildet sein, die die einzelnen Volumenströme unabhängig voneinander regelbar machen. Solche Armaturen bzw.

   Klappen können vorteilhafterweise auch ansteuerbar ausgebildet sein, um durch eine übergeordnete zentrale Steuerung den Wärmehaushalt in allen relevanten Räumen steuern zu können.

[0014] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Wärmespeicher über eine Wärmepumpe betrieben wird. Die Wärmepumpe kann dabei insbesondere Restwärme aus dem Wärmetauscher verwenden, in dem der Wärmeaustausch zwischen Fortluft und Frischluft vorgenommen wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft die zusätzlich ins gesamte System einzubringende thermische Energie minimiert.

   Alternativ oder ergänzend kann die Wärmepumpe beispielsweise auch Erdwärme oder Grundwasserwärme sowie Umgebungsluftwärme nutzen.

[0015] Wie vorstehend erwähnt, kann der Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen aus wenigstens einem Raum abgeführter Fortluft und der Frischluft ausgebildet sein. Die erfahrungsgemäss eher warm gehaltenen Räume des Hauses (Bad, Küche) liefern dabei eine Fortluft auf höherem Temperaturniveau, als dies in anderen Räumen des Hauses üblicherweise gewünscht wird. Durch die Nutzung dieser "energiereichen" Fortluft für die Erwärmung der Frischluft wird zusätzlich Energie eingespart. Selbstverständlich kann der Wärmetauscher aber die einzubringende oder abzuführende Wärme auch auf andere Weise aufbringen.

   Auch hier sei wieder darauf hingewiesen, dass nicht nur eine Erwärmung, sondern auch eine Abkühlung der Frischluftströme (im Wärmetauscher und auch im Wärmespeicher) erfolgen kann, je nachdem, ob die angeschlossenen Räume erwärmt oder abgekühlt werden sollen.

[0016] Die Fortluft, die im Wärmeaustausch mit der Frischluft durch den Wärmetauscher geführt wird, kann aus den vorgenannten "energiereicheren" Räumen abgeführt werden, während die erwärmte Frischluft anderen Räumen zugeführt wird.

   Denkbar ist jedoch auch eine "Zirkulation" der Wärme, so dass die Frischluft auch in solche Räume transportiert wird, deren Fortluft im Wärmetauscher wieder zum Wärmeaustausch mit Frischluft herangezogen wird.

[0017] Die praktische Ausgestaltung des Wärmesystems kann unter anderem dadurch realisiert werden, dass die Zufuhr der Luft in die einzelnen Räume über Hohlprofile aus Kunststoff oder Metall erfolgt. Diese Materialien lassen sich vorteilhaft einfach bearbeiten und sind als Massenware kostengünstig zu bekommen.

   Idealerweise lassen sie sich etwa in einer Deckenverkleidung oder auf sonstige geeignete Weise sichtgeschützt verlegen.

[0018] Zur Steuerung und Regelung der im System auftretenden Volumenströme, Aufteilungsverhältnisse und Temperaturen kann vorteilhaft eine übergeordnete Steuerung vorgesehen sein, die einerseits also die Temperaturen (etwa im Wärmespeicher oder im Wärmetauscher sowie in den Räumen) erfasst bzw. vorgibt und andererseits die entsprechenden Volumenströme F1, F2, ... Fn bzw. die jeweiligen Aufteilungsverhältnisse F1 ¾/F1 ¾ ¾ ... vorgibt.

   Dies erlaubt eine einfache und komfortable Einstellung unterschiedlichster Volumenströme und Temperaturen in den Räumen eines Gebäudes, wobei diese Steuerung auch computergestützt ausgebildet sein kann.

[0019] Das erfindungsgemässe Verfahren stützt sich auf die zuvor beschriebene Erkenntnis, dass die individuelle Versorgung mit Frischluft für unterschiedliche Räume durch einen geeigneten Verteiler erfolgen kann und darüber hinaus Teilluftströme zur Abgabe bzw. Aufnahme von Wärme in einem Wärmespeicher verwendet werden können.

[0020] Erfindungsgemäss erfolgt dabei zunächst die Erwärmung oder Abkühlung von Frischluft in einem Wärmetauscher, während stromaufwärts oder stromabwärts des Wärmetauschers (in Strömungsrichtung der Frischluft gesehen) die Aufteilung der Frischluft in einzelne Frischluftströme F1, F2, ...

   Fn derart erfolgt, dass jeder Frischluftstrom einem separaten Raum R1, R2, ... RN zuführbar ist. Als weiteren Verfahrensschritt sieht die Erfindung die Aufteilung wenigstens eines Frischluftteilstromes (beispielsweise F1) in zwei Teilströme vor, F1 ¾ und F1 ¾ ¾. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann dieses Aufteilungsverhältnis zwischen 0 und unendlich liegen, so dass also sowohl der Teilstrom F1 ¾ als auch der Teilstrom F1 ¾ ¾ maximal den Wert des gesamten Frischluftteilstromes F1 annehmen könnten. Zusätzlich soll erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass jeder Teilstrom F1 ¾, F2 ¾, ... Fn ¾ individuell in einem Wärmespeicher einem Wärmeaustausch unterzogen wird. Dabei kann es sich sowohl um die Aufnahme (Erwärmung) als auch die Abgabe (Abkühlung) des Teilstromes handeln.

   Neben der thermischen Einflussnahme auf die im Wärmespeicher gespeicherte Wärme kann durch dieses Verfahren insbesondere auch die vorteilhafte Ausführungsform gewählt werden, bei der die Teilströme F1 ¾, F2 ¾, ... Fn ¾ ¾ nach Durchlauf des Wärmespeichers zur gemeinsamen Zuführung in die Räume R1, R2, ... Rn wieder den verbliebenen Teilströmen F1 ¾, F2 ¾, ... Fn ¾ ¾ zugeführt werden.

[0021] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0022] Nachfolgend soll eine Ausführungsform anhand des einzigen Figurenbeispiels erläutert werden. Dabei zeigt
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung der im Wärmesystem bzw. im erfindungsgemässen Verfahren vorgesehenen Komponenten.

[0023] Fig. 1 zeigt einen Wärmetauscher W.

   Der Wärmetauscher W ist zum Wärmeaustausch zwischen ihm zugeführter Frischluft F und nicht näher bezeichneter Fortluft ausgebildet, die aus zwei Räumen Ra und Rb dem Wärmetauscher zugeführt werden. Bei den Räumen Ra und Rb kann es sich beispielsweise um Räume mit üblicherweise erhöhter Raumtemperatur handeln, wie etwa einer Küche oder einem Badezimmer.

[0024] Die durch den Wärmetauscher W durchgeleitete Frischluft F teilt sich in einem Verteiler V auf in vier Frischluft-Teilströme F1 bis F4. Die Aufteilung kann dabei gleichmässig oder auch in einem beliebigen anderen Verhältnis auf die vier einzelnen Teilströme erfolgen. Jeder Teilstrom F1 bis F4 ist zur Weiterleitung in einen eigens dem jeweiligen Teilstrom zugeordneten Raum R1 bis R4 vorgesehen.

   Eine entsprechende Leitung vom Verteiler V zu den Räumen R1 bis R4 ist in Fig. 1 angedeutet.

[0025] Von jedem Frischluftteilstrom F1 bis F4 wird ein Anteil F1 ¾ bis F4 ¾ abgezweigt und einem Wärmespeicher S zugeführt. Im Wärmespeicher S kann der jeweilige Anteil F1 ¾ bis F4 ¾ im Austausch mit der im Wärmespeicher S bereitgestellten oder entzogenen Wärme erwärmt oder abgekühlt werden.

   Nach dem Wärmeaustausch im Wärmespeicher S wird jeder Teilstrom F1 ¾ bis F4 ¾ wieder in seine Ausgangsleitung zurückgeführt, wo er sich mit dem nicht abgezweigten und nicht näher dargestellten jeweiligen Anteil F1 ¾ ¾ bis F4 ¾ ¾ wieder zum gesamten Teilvolumenstrom F1 bis F4 vereinigt.

[0026] Die so um den erwärmten oder abgekühlten Anteil F1 ¾ bis F4 ¾ ergänzten Ströme F1 bis F4 werden dann - gegebenenfalls mit unterschiedlichen Temperaturen - den jeweiligen Räumen R1 bis R4 zugeleitet.

[0027] Jeder Anteil F1 ¾ bis F4 ¾ kann im Wärmespeicher S in unterschiedlicher Durchflussrate bzw. mit unterschiedlicher Wärmeaufnahme oder -abgabe so beaufschlagt werden, dass in den Räumen R1 bis R4 beliebig wählbare Temperaturen und Volumenströme erreicht werden.

[0028] Der Wärmespeicher S nutzt eine Wärmepumpe P, die ihrerseits Abwärme aus dem Wärmetauscher W nutzt.

Claims (11)

1. Wärmesystem, insbesondere zur Temperierung von Räumen, mit a einem Wärmetauscher (W) zur Erwärmung oder Abkühlung von Frischluft (F), und b mit einem Verteiler (V) zur Aufteilung der Frischluft (F) in getrennte, wenigstens zwei separaten Räumen (R1, R2 ... Rn) zuzuführende Frischluftströme (F1, F2 ... Fn), und c mit einem Wärmespeicher (S) zum Wärmeaustausch zwischen einem die Wärme im Speicher speichernden Medium und dem Speicher zugeführter Frischluft, dadurch gekennzeichnet, dass d wenigstens einer der Frischluftteilströme (F1, F2 ... Fn) in zwei Teilströme (F1 ¾/F1 ¾ ¾, F2 ¾/F2 ¾ ¾, ... Fn ¾/ Fn ¾ ¾ ) aufteilbar ist, wobei der Wärmespeicher (S) zum getrennten Wärmeaustausch von wenigstens zweien der Teilströme (F1 ¾, F2 ¾ ... Fn ¾) mit dem Speichermedium ausgebildet ist.

2. Wärmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (F1 ¾, F2 ¾ ... Fn ¾) nach Durchlauf des Wärmespeichers den jeweils verbliebenen Teilströmen (F1 ¾ ¾, F2 ¾ ¾ ... Fn ¾ ¾) zur gemeinsamen Zuführung in die Räume (R1, R2 ... Rn) wieder zuführbar sind.

3. Wärmesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler in der Frischluftführung stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist.

4. Wärmesystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilungsverhältnis (F1 ¾/F1 ¾ ¾, F2 ¾/F2 ¾ ¾ ... Fn ¾/Fn ¾ ¾) und/oder die Strömungsrate der Frischluftströme (F1, F2 ... Fn) durch Stellaggregate jeweils unabhängig einstellbar ist.

5. Wärmesystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher über eine Wärmepumpe (P) betrieben wird.

6. Wärmesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe zur Nutzung von Restwärme des Wärmetauschers ausgebildet ist.

7. Wärmesystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen aus wenigstens einem Raum abgeführter Fortluft und der Frischluft ausgebildet ist.

8. Wärmesystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluftzufuhr in die Räume (R1, R2 ... Rn) über Hohlprofile aus Kunststoff oder Metall erfolgt.

9. Wärmesystem nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit zur Steuerung und Regelung der im System auftretenden Volumenströme, Aufteilungsverhältnisse und Temperaturen vorgesehen ist.

10. Verfahren zur Wärmebehandlung von Raumluft, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a Erwärmung oder Abkühlung von Frischluft (F) in einem Wärmetauscher (W), b Aufteilung der Frischluft (F) in getrennte, wenigstens zwei separaten Räumen (R1, R2 ... Rn) zuzuführende Frischluftströme (F1, F2... Fn), c Aufteilung wenigstens eines Frischluftteilstromes (F1, F2 ... Fn) in zwei Teilströme (F1 ¾/F1 ¾ ¾, F2 ¾/F2 ¾ ¾, ... Fn ¾/Fn ¾ ¾), d jeweils getrennter Wärmeaustausch zwischen den Teilströmen (F1 ¾, F2 ¾ ... Fn ¾) und einem in einem Wärmespeicher (S) vorgesehenen Speichermedium.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme (F1 ¾, F2 ¾ ... Fn ¾) nach Durchlauf des Wärmespeichers den jeweils verbliebenen Teilströmen (F1 ¾ ¾, F2 ¾ ¾ ... Fn ¾ ¾) zur gemeinsamen Zuführung in die Räume (R1, R2 ... Rn) wieder zugeführt werden.