CH703413A1

CH703413A1 - Heizanlage mit Wärmepumpe.

Info

Publication number: CH703413A1
Application number: CH01134/10A
Authority: CH
Inventors: Christian Gloor
Original assignee: Kieswerk Untervaz Ag
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage zur Beheizung eines Gebäudes und zur Warmwasseraufbereitung. Sie beinhaltet eine Luftwärmepumpe (17) und eine Steuereinheit zur Regelung der Heizungsanlage. Der Wärmepumpe (17) ist Wärmeenergie über Wärmetauscher (WT1, WT2) aus ein oder mehreren Energiequellen zuführbar, wobei eine Wärmequelle die Aussenluft ist. Die Heizungsanlage beinhaltet weiter einen Pufferspeicher (1), der einen thermisch isolierten Speicherraum (2) mit einer Frischluftzufuhr (4) umfasst, und der weiter einen Luftvorlauf (5) zur Abgabe von Luft an einen Wärmetauscher (WT2) und einen Luftrücklauf (6) zur Rückführung von Luft vom Wärmetauscher (WT2) in den Speicherraum (2) aufweist. Der Speicherraum (2) ist mit Wärmespeicherelementen (3) wie beispielsweise Gesteinskörnern oder Rundkies befüllt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Heizanlage mit Wärmepumpe gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Heizanlagen mit Wärmepumpen, die der Aussenluft Wärme entnehmen, um damit ein Gebäude zu beheizen und Warmwasser aufzubereiten sind bekannt. Derartige Anlagen weisen meist eine zusätzliche Heizung auf, beispielsweise eine Elektroheizung. Reicht nämlich die aus der Luft gewonnene Energie wegen zu tiefer Lufttemperatur zum Heizen nicht aus, wird der Anlage mit der elektrischen Zusatzheizung die erforderliche Energie zugeführt. Durch die Temperaturschwankungen der Luft im Tagesverlauf bzw. bei Schön- und Schlechtwetter schwankt auch der Wärmeenergieinhalt der Luft. Der Nachteil einer derartigen Heizanlage ist, dass das Wärmeenergieangebot aus der Luft und die Wärmenachfrage meist zeitlich nicht übereinstimmen.

[0003] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Heizanlagen der oben genannten Gattung zu schaffen, welche die genannten Nachteile reduziert und damit den Wirkungsgrad erhöht.

[0004] Diese Aufgabe wird von einer Heizanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Um die genannten Nachteile zu reduzieren, schlägt die vorliegende Erfindung einen Pufferspeicher mit Wärmespeicherelementen vor, die Wärme aus der dem Speicher zugeführten Luft aufnehmen und speichern können, und denen bei Bedarf Wärme für die Heizanlage entnommen werden kann. Erfindungsgemäss besteht der Pufferspeicher aus einem thermisch isolierten Speicherraum, der im Inneren eines Gebäudes und vorteilsweise im Kellergeschoss angeordnet ist, und der eine Frischluftzufuhr und einen Luftvorlauf zur Abgabe von Luft an einen Wärmetauscher sowie einen Luftrücklauf zur Rückführung der Luft vom Wärmetauscher in den Speicherraum aufweist. Der Speicherraum ist mit Wärmespeicherelementen wie beispielsweise Gesteinskörnern, befüllt. Eine Steuereinheit ermittelt Temperaturprofile und den Wärmeinhalt des Pufferspeichers und regelt den Luftstrom, der von aussen über den Pufferspeicher und dem Luftvorlauf einem Wärmetauscher zugeführt und zurück in den Pufferspeicherraum geleitet wird. Je nach Aussenlufttemperatut und Wärminhalt des Pufferspeichers wird mehr oder weniger Frischluft zugeführt.

[0006] Die Figur zeigt ein Schema einer beispielsweisen Ausführung der erfindungsgemässen Heizanlage.

[0007] Die Heizungsanlage beinhaltet eine herkömmliche Heizung WH mit einem Wärmetauscher WT5 und eine Warmwasseraufbereitung WW mit einem Wärmetauscher WT4. Die Wärmetauscher WT5 der Heizung WH und der Wärmetauscher WT4 der Warmwasseraufbereitung WW sind über einen Heizkreislauf und einer Pumpe 14 an der Wärmepumpe WP angeschlossen. Eine Zusatzheizung, wie beispielsweise eine Elektroheizung kann vorgesehen sein, ist jedoch in der schematischen Darstellung der Heizanlage nicht eingezeichnet. Weiter beinhaltet die Heizanlage einen Pufferspeicher 1 mit einem Speicherraum 2, der mit Speicherelementen 3 nahezu voll gefüllt ist. In der Figur ist die Obergrenze der Befüllung durch eine punktierte Linie 3 ́ markiert. Der Speicherraum 2 weist eine im oberen Bereich oberhalb der Speicherelemente 3 angeordnete Luftzufuhr 4 auf, über welche Aussenluft über ein erstes Luftförderelement 7 in den Speicherraum 2 einbringbar ist. Oberhalb der Speicherelemente 3 ist weiter ein Luftvorlauf 5 angeordnet. In Bodennähe des Behälterraums 2 befindet sich ein flächendeckender Gitterrost 8, auf dem die Speicherelemente 3 lagern. Im Bereich zwischen dem Boden des Speicherraums 2 und dem Gitterrost 8 mündet der Luftrücklauf 6. Zwischen dem Luftvorlauf 5 und dem Luftrücklauf 6 ist ein Luft-Wasser Wärmetauscher WT2 angeordnet. Ein zweites Luftförderelement 9 fördert Luft aus dem Speicherraum 2 über den Wärmetauscher WT2 zurück über den Luftrücklauf 6 in den Speicherraum 2. Der Speicherraum 2 selbst kann beispielsweise ein bei der Umstellung von einer Ölheizung auf das Wärmepumpensystem durch Entfernen des Öltanks freigewordener Tankraum 11 sein, der innen mittels Porenbeton 12 und weiteren Massnahmen thermisch isoliert wurde. Der Speicherraum 2 kann aber auch ein Kellerraum oder ein speziell für diesen Zweck angefertigter, thermisch isolierter Grossraum-Behälter sein. In der beispielsweisen Ausführung bilden Gesteinskörner bzw. Rundkies mit einer Korngrösse von etwa 5 bis 25 mm die Speicherelemente 3. Denkbar sind auch kleinere aber auch grössere Körnungen. Weiter sind im Speicherraum 2 Temperaturfühler angeordnet, welche die Lufttemperatur T3 oberhalb der Speicherelemente 3 messen. Für die Messung der Temperatur der Speicherelemente 3 ist eine Messanordnung T2 mit beispielsweise zehn Messstellen vorgesehen, die ein vertikales Temperaturprofil aufnehmen, aus dem anhand der physikalischen und geometrischen Parameter der Speicherelemente 3 der Energieinhalt des Speichers ermittelt wird. Ausserhalb des Speicherraums 2 wird weiter die Temperatur T1 im Bereich der Luftzufuhr 4 sowie die Temperatur T4 im Bereich des Luftrücklaufes ermittelt.

[0008] Eine Steuereinheit, die in der Figur nicht dargestellt ist, ermittelt aus den gemessenen Temperaturen der Aussenluft T1, der Lufttemperatur im Speicherraum T3, der Temperatur T4 des Luftrücklaufs 6 und dem Energieinhalt der Speicherelemente 3 den jeweiligen optimalen Energiefluss und steuert entsprechend die Luftförderelemente 7, 9. Weist beispielsweise die Aussenluft eine höhere Temperatur T1 auf als die Speicherelemente 3, so wird der Luftstrom von der Luftzufuhr 4 über den Luftvorlauf 5 dem Wärmetauscher WT2 zugeführt und zurück über den Rücklauf 4 in den Speicherraum 2 geleitet. Dort durchströmt die rückgeführte Luft die Speicherelemente 3 und gibt dort weiter Energie an die Speicherelemente 3 ab. Über den Luft-Wasser Wärmetauscher WT2 und die Pumpe 13 wird das im Wärmetauscher WT2 erwärmte Wasser an die Wärmepumpe 17 geleitet. Ist die Aussentemperatur der Luft geringer als die Temperatur des Speichers, so wird über das erste Luftförderelement 7 keine Frischluft zugeführt. Der Luftstrom gelangt über das zweite Luftförderelement 9 zum Wärmetauscher WT2 und zurück in den Speicherraum 2, wo sich die abgekühlte Luft beim Durchströmen der Speicherelemente 3 erwärmt.

[0009] In einer Erweiterung der Heizanlage wird ein Sonnenkollektor 20 zugeschaltet, der über einen weiteren Wärmetauscher WT1 Wärmeenergie der Heizanlage zuführt. Die im Sonnenkollektor 20, der aus mehreren Einzelkollektoren bestehen kann, erwärmte Flüssigkeit wird von der Pumpe 15 dem Wärmetauscher WT1 zugeführt und gelangt zurück zur Pumpe 15. Im Wärmetauscher WT1 erwärmt sich die Luft im Luftkreislauf des Speichers und gibt die Wärme im Wärmetauscher WT2 bzw. an die Speicherelemente 3 ab. Im Sonnenkollektor-Kreislauf sind 3-Weg Ventile 18, 19 vorgesehen. Sie dienen dazu, dass die Heizungsanlage in zwei Modi betrieben werden kann. Der erste, oben beschriebene Modus entspricht einem Wintermodus, bei dem sowohl die Wärmeenergie aus der Luft wie auch die Wärmeenergie vom Sonnenkollektor 20 den Luft-Wasser-Wärmetauschern WT1, WT2 und in der Folge der Wärmepumpe 17 zugeführt wird. Die Heizung WH und Warmwasseraufbereitung WW erfolgen über die Wärmepumpe 17. Im Sommermodus, wenn keine Heizung benötigt wird, ist die Wärmepumpe 17 ausser Betrieb und die Wärmezufuhr zur Wärmepumpe 17 unterbrochen. Der Sonnenkollektor-Kreislauf erfolgt vom Kollektor 20 über das erste 3-Weg-Ventil 18 an den Wärmetauscher WT3 der Warmwasseraufbereitung WW zum Erwärmen des Frischwassers 16 zurück über das zweite 3-Weg Ventil 19 zur Pumpe 15 und zum Sonnenkollektor 20. Bei Bedarf, beispielsweis an kühleren Herbsttagen, schaltet die Steuerung auf den Wintermodus um, und die Wärmepumpe 17 liefert die für das Heizen benötigte Wärme.

[0010] Mit der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass der Wirkungsgrad einer Luftwärmepumpe mit dem erfindungsgemässen Pufferspeicher und einem eventuell zusätzlich vorgesehenen Sonnenkollektor wesentlich erhöht wird. Die technischen Anforderungen an den Speicherraum sind einfach zu erfüllen und kostengünstig zu realisieren und die Kosten der Speicherelemente, also des Rundkies bzw. der Gesteinskörner sind gering.

Claims

1. Heizungsanlage mit einer Luftwärmepumpe (17) zur Beheizung eines Gebäudes und zur Warmwasseraufbereitung sowie einer Steuereinheit zur Regelung der Heizungsanlage, wobei der Wärmepumpe (17) über Wärmetauscher (WT1, WT2) Wärmeenergie aus ein oder mehreren Energiequellen zuführbar ist, und wobei eine Wärmequelle die Aussenluft ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungsanlage einen Pufferspeicher (1) beinhaltet, dieser Pufferspeicher (1) einen thermisch isolierten Speicherraum (2) mit einer Frischluftzufuhr (4) umfasst, weiter einen Luftvorlauf (5) zur Abgabe von Luft an einen Wärmetauscher (WT2) und einen Luftrücklauf (6) zur Rückführung von Luft vom Wärmetauscher (WT2) in den Speicherraum (2) aufweist, und dass der Speicherraum (2) mit Wärmespeicherelementen (3) befüllt ist.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (1) ein im Gebäudeinneren angeordneten, thermisch isolierter Tankraum(_11/oder Kellerraum oder ein im Keller angeordneter thermisch isolierter Behälter ist, und dass die Wärmespeicherelemente (3) Gesteinskörner oder Rundkies sind.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungsanlage als zusätzlich Wärmequelle Sonnenkollektoren (20) beinhaltet, mit welchen über einen Wärmetauscher (WT1) Wärmeenergie der Heizanlage zuführbar ist.