DD210962A1 - Schaltungsanordnung fuer ein dezentrales kleinwaermepumpensystem zur waermerueckgewinnung in vielraumgebaeuden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fuer ein dezentrales Kleinwaermepumpensystem ohne Umschaltung des Kaeltekreises zur Waermerueckgewinnung in Vielraumgebaeuden. Das Ziel d. Erfindung ist eine Leistungsminimierung des Anlagensystems durch Waermeausgleich zwischen Wirkungsbereichen unterschiedlicher thermischer Belastung. Die erfinderische Loesung besteht darin, dass d. beim Kuehlbetrieb anfallende Kondensatorwaerme mit einem Temperaturniveau, das dem Heizbedarf des Uebergangsbetriebes entspricht in ein Waermetraegernetz eingeleitet, zur Heizzone transportiert und den Luftheizern der Klimageraete zur Lufterwaermung zugefuehrt wird. Bei vorherrschendem Kaeltebedarf wird die ueberschuessige Kondensatorwaerme mittels einer Abwaermanlage an die Umgebung abgegeben und bei vorherrschendem Heizbedarf wird das Waermedefizit von einer Zusatzheizung ausgeglichen.

Description

Erfinder: Feiist, Friedrich Int. 01. F 2£ B, 29/00

Faulmanh» Rainer

Zustellungsbevollmächtigt:

Maschinen- und Apparatebau Schkeuditz Abt. BfN/Patentwesen

7144 Schkeuditz Kurt-Beyer-Straße 10-12

Titel der

Schaltungsanordnung für ein dezentrales Kleinwärmepumpensystem zur Wärmerückgewinnung in Vielraumgebäuden

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Wärmerückgewinnung in Vielraumgebäuden durch Wärmeausgleich bei unterschiedlicher thermischer Belastung der Wirkungsbereiche als dezentrales Kleinwärmepumpensystem, ohne Umscnaltung des Kälte kreises.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Pie Wärmebilanz moderner Gebäude ist in der Regel während eines größeren Teils des Jahres ausgeglichen. Die einzelnen Fassaden unterliegen Jedoch entsprechend ihrer Orientierung zeitlich unterschiedlichen äußeren Belastungen, so daß bei gegenüberliegenden Wirkungsbereichen oder durch unterschiedliche Innenlasten gleichzeitig ein Heiz- und Kühlbedarf auftreten kann.

Der Haumlui't zustand der einzelnen Wirkungsbereiche' wird individuell mit Hilfe von lüftungstechnischen Anlagen erreicnt* Während bei Räumen mit Kühlbedarf die überschüssige wärmemenge ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, erfolgt gleichzeitig bzw, mit geringerer Zeitverzögerung eine Wärmezuführung für Räume mit Heizbedarf.

Die Zielstellung, innerhalb eines Gebäudes unter Berücksichtigung der einzelnen Wirkungsbereiche ein thermisches Gleichgewicht herzustellen, d. h. die freiwerdende Wärme von der Kühlzone zur Heizzone zu bringen, wurde bisher erreicht durch Einsatz eines lileinwärmepumpensysteras mit umscnaltbarem Kältekreis (Kleinwärmepumpensystem Versatenip) ·

Als Έachteil dieses Systems erweist sich, daß nur spezielle Kleinwärmepumpengeräte eingesetzt werden können und daß auch bei zusätzlichem. Wärmebedarf, bereitgestellt durch eine konventionelle Heizanlage, ein ülektroenergieverbrauch der Verdichter auftritt. Die Umschaltung des Kältekreises ist mit Leistungsverlusten verbunden und erfordert gegenüber herkömmlichen Kompaktklimageräten zusätzliche Ausrüstungen sowie einen höheren entwicklungs- und fertigungstechnischen Aufwand,

Die in großen otücbezahlen produzierten konventionellen kompaktklimageräte ohne Umschaltung des Kältekreises werden ohne thermische Verknüpfungen betrieben.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine .Leistungsminimierung des Anlagenüystems', indem zwischen Zonen unterschiedlicher thermischer Belastungen dahingehend ein Gleichgewicht hergestellt' wird, daß die in Wirkungsbereichen unerwünscht anfallende vVärmemerige zu Wirkungsbereichen transportiert wird, in denen ein Wärmebedarf besteht»

lii'esen eier Erfindung

Der'jairfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs-v anordnung zu entwickeln, die mit Hilfe konventioneller Kompaktklimageräte für Wirkungsbereiche unterschiedlicher thermischer Belastung eine ökonomische Nutzung des Kälteinifctelkondensators als Wärmequelle durch ausgleichenden Wärme transport zwischen den Wirkungsbereichen schafft.

iürfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beim Kühlbetrieb anfallende Kondensatorwärme mit einem Temperaturniveau, das dem Heizbedarf des Übergangsbetriebes entspricht, in das Wärmeträgernetz eingeleitet, zur ileizzone transportiert und dort den Luftheizern der Klimageräte zur Lufterwärmung zugeführt wird.

Der Verdampfer des ausschließlich im Kühlbetrieb arbeitenden Kältekreislaufes der Kompaktklimageräte ist zur Luftkühlung direkt im Luftkreis angeordnet. Die energetische Kopplung der einzelnen Geräte erfolgt durch einen geschlossenen Wärmeträgerkreislauf, der als unisoliertes 2-Hohr-System ausgeführt werden kann· Kondensator des Kältekreises und Luftkühler sind so mit dem Wärmeträgernetz verbunden, daß mit Hilfe von zwischengeschalteten btellventilen entsprechend des Heiz- oder Kiihlbedarfs die Luftheizung oder -kühlung geregelt werden kann.

Während bei vollständigem Ausgleich der Wärme- und Kälteoilanz dem oystem keine Wärme- zu- oder abgeführt werden muß, erfolgt bei vorherrschendem Heizbedarf eine Wärmezuführung durch Einbeziehung einer tfärmeerzeugungsanlage und bei vorherrschendem Kältebedarf eine Wärmeabführung mit Hilfe einer Abwärmanlage.

Die Einbindung eines »ipeichers für thermische Energie in den Wärmeträgerkreislauf ermöglicht es, Wärmelast- s c 11wankungen au kompensieren ι und somit einen ökonomischen Betrieb des Anlagensystems zu erreichen.

Bei ausschließlichem Heizbedarf erfolgt die komplette Vv'ärmezufuhr durch die Wärmeerzeugungsanlage. Mit einem erhöhten Heizungsbedürfnis bei sinkender Außenluftteraperatur wird das Temperaturniveau des i//ärmeträgerto?eiiglaufes angehoben, wodurch wirtschaftlichere Auslegungsbedingungen des Wärmeübertragers zur Luftheizung erreicht werden.

.während im Wärmepumpenbetrieb die .Regelung des Heiz- und Ivühlbedarfs entsprechend der Temperaturdifferenz des vVärmeträgervor- und -rücklaufs erfolgt, wird im Heizungsfall die Yorlauftemperatur außenlufttemperaturabhängig gefüjirt.

Ausfuhrun g sb ei^pi

Die üirfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden

In den Zeichnungen zeigen;

.u'ig. 1ϊ eine Schaltungsanordnung des dezentralen Kleinv/ärmepumpenöystems mit Klimatruhen direkter kühlung ohne Umschaltung des Kälte kreises

Ii¹ iß. 2i ein Funktionsschema eines Kleinwärmepumpengerätes

i'^!ig. 3: den Ta^ es lastverlauf eines heiteren i'ebruartages orientierter Wirkungsbereiche

j'ig. 4; den Leistungsbedarf der konventionellen- und der vvariaepumpenschaltung und den Einfluß eines Speichers für thermische Soergie

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Die zur Gewährleistung vorgegebener Räumlüftparameter eingesetzten Klimatruhen 1 sind den einzelnen Wirkungsbereichen eines orientierten Vielraumgebäudes zugeordnet und erfüllen die Klimafunktion Heizen und Kühlen.

Sie besitzen die zur Luftaufbereitung und -förderung er« förderlichen Heizer 13j Kiihiär 14* Filter und Ventilatoren· Der Kühler 14 arbeitet als Verdampfer des im Gerät integrierten Käitekreisläufes iait dem Verdichter 15 und dem iäxpan Siebs ventil 17·

Zur Schaffung des thermischen Ausgleiches zwischen den Wirtoingsbereichen sind die Klimatruhen 1 durch einen ' geschlossenen Wärmeträger kreis lauf 6, der aufgrund des vorherrschenden Temperatumiveaus als unisoliertes Zweirohrsystem ausgeführt ist, gekoppelt. Zur Förderung des Wärtneträgermediums dient eine Umwälzpumpe 5·

Die Kompensation eines zeitweisen Unter« oder Überangebotes an Heizenergie durch Tageslastschwankungen der Transmissions- bzw. inneren Wärmelast erfolgt mit Hilfe eines öpeiphers für thermische Qaergie 4, Bei überwiegendem Kühlbedarf wird die überschüssige Kondensatorwärme abgeführt. Die Abkühlleistung wird durch adiabate Übersättigung der Kühlluft und Benetzung des Wärmeübertragers mit Wasser erhöht.

Die Zuführung von Heizenergie in das System bei überwiegendem Wärmebedarf erfolgt durch eine Zusatzheizung 3, die als konventionelle Heizanlage ausgeführt ist. Die Regulierung des Wärmeträgers zur Einbeziehung der erforderlichen Wirkungsbereiche und Funktionseinheiten wird mit üte11ventilen 8, 9, 10, 11, 12 ermöglicht, die mit einer Regelung 7 gekoppelt sind.

Die Klimagestaltung im jeweiligen Wirkungsbereich erfolgt individuell mit Hilfe eines ßaumtemperaturreglers 18. Dazu sind der Heiger 13 und Kühler 14 im Luftkreis angeordnet·

Ist Heizbedarf vorhanden, befindet sich das Zweiwegventil 12 des Wärmepumpengerätes in Durchgangsstellung und der Heizer 13 wird vom Wärme tr ägermedium durchflossen. Heizer 13 und Kondensator 16 werden in Reihe geschalten (siehe Fig, 2), wenn zur Gewährleistung von Temperatur und Feuchte im Wirkungsbereich die Luft entfeuchtet und nachgeheizt werden muß. Bei reiner Temperaturregelung ist die Parallelschaltung, die einen geringeren Druckverlust aufweist, anzuwenden·

Lieg* kein Wärme- oder Kühlbedarf vor, befindet sich das Ventil 12 in Eckstellung und der Wärmeträger durchströmt ungenutzt den Kondensator 16. Bei Kühlbedarf geht der Kältekreis in Betrieb, so daß die Kondensatorwärme vom Wärmeübertrager aufgenommen und dem Systemrücklauf zugeführt wird·

Bei der Funktion der ünlagenschaltung sind mehrere Betriebsfä^le zu unterscheiden. Die Fahrweise ist in der nachstehenden Tabelle angegeben.

Tabelle

icihrweise des dezentralen Kleinwärmepumpensystems mit Klimatruhen direkter Kühlung

Ä - Ventil in DuröJigängsstelluiig B - Ventil in :ßc Stellung

Betriebsfälle ..	Wutzungs^ bedingung	Ventilstellunfi x)	V2O)	V3(IO)	V4(H)
GIeichzeitiger Bedarf an Wärme und Kälte	*WV = 17ViS	Vij(B)	A	A	A
Vollständiger Ausgleich der wärme- und Kälte bilanz		B	B B	A A	A B
Vorherrschender Kälte bedarf Ladung des Speichers Ableitung der Konden satorwärme		B . A	A A	B B	B A
Vorherrschender Wärme bedarf laatladung des 3peichers konventionelle Wärme versorgung	ÜWV ^-11WR *w =f w	B A	A	B	A
Ausschließlicher Wärme bedarf	A

Im idealen Betriebsfall weist das Gebäude thermisches Gleichgewicht auf, d, h. es wird von den Wärmesenfcen (Heizer) soviel Energie verbraucht, wie von den Wärmequellen (Kondensator) bereitgestellt wird. Charakteristisch dafür sind gleiche Vor- und Rücklauftemperaturen ( )

Vorherrschender Kältebedarf drückt sich durch positive Abweichung der Rücklauf- von der Vorlauftemperatur aus

Mit der überschüssigen Kondensatorwärme wird der Schicht speicher 4 geladen. Das weitere Wärmeangebot ist mit Hilfe der Abwärmeanlage 2 an die Umgebung abzuführen· äßl vorherrschendem Wärmebedarf wird zunächst der Wärmespeicher 4 entladen. Die weitere Bedarfsdeckung erfordert eine Zusatzheizung durch Einbeziehung einer /i/ärmeerzeugungsanlage (t_w >-

Die rfärmepumpensehaltung basiert auf der Priorität der Kälteerzeugung· Bei ausschließlichem Heizungsbedarf erfolgt die komplette Wärmeversorgung durch den Erzeuger· Dabei ist es wirtschaftlicher das zur Heizung erforderliche Temperaturniveau direkt durch die konventionelle Heizung, ohne Zwischenschaltung der Wärmepumpe, wie beim Versatempsystem bereitzustellen·

Mit der ausschließlichen Wärmeversorgung durch den Wärmeerzeuger ist es möglich die Vorlauftemperatur, entsprechend dem erhöhten Heizungsbedürfnis, bei sinkender Außen luftteraperatur anzuheben· Man erreicht dadurch wirtschaftliche Auslegungsbedingungen der Wärmeübertrager zur Luftheizung·

Die Luftheizer werden für die Teilleistung und das Temperaturniveau beim Übergangsbetrieb dimensioniert. Pur höhere Wärmeleistungen beim Winterauslegungsfall erfolgt eine außenluffbemperaturabhängige Regelung der Vorlauftemperatur.

Bei Einsatz dieses dezentralen Kleinwärmepumpensystems wird eine wesentliche Snergieeinsparung und damit eine Einsparung der Betriebskosten erreicht, da gegenüber der konventionellen Anlage mit getrenntem Heiz- und Kühllsreislauf nur die Differenz des gleichzeitig erforderlichen Wärme- und Kältebedarfs bereitzustellen ist.

Zeitliche Verschiebungen von üinergieangebot und -bedarf können durch Wärmespeicherung kompensiert werden· Mit dem geschlossenen Wärmeträgerkreislauf werden Korrosion, Inkrustation und biologische Verschmutzung vermieden und somit eine hohe Punkti ons sicherheit und Zuverlässigkeit erreicht·

Beim .Einsatz von Kleinklimageräten ohne Umschaltung des KälteKreislaufes wirkt sich ihre einfachere Funktion und der Wegfall spezieller Ausrüstungen vorteilhaft auf das Betriebsverhalten aus.

Durch die isirfindung werden folgende technisch-ökonomische Vorteile erreicht;

- Einsparung von ilei z energie

- jBrhöhung von Punkt ionssicherheit und Lebensdauer

- Einsparung von Kühlwasser

- Verringerung des Wartungsaufwan des

Claims (5)

jiirf in dungsan Spruch

1. Schaltungsanordnung für ein dezentrales Kleinwärmei pumpenfystem, vorzugsweise für Vielraumgebäude mit ; (unterschiedlicher Fassadenorientierung oder I ίWirkungsbereiche unterschiedlicher thermischer I Belastung, gekennzeichnet dadurch, I [daß die KompaktKlimageräte (1) ohne Umschaltung des ) ί Kälte kreislauf es als Luftkühler (14) und Luft-J ίheizer (13) genutzt werden, wobei die Warmeeri ; zeuger und Wärmeverbraucher derart über ein ßohr- leitungssystem (6) mit einer Abwärmeanlage (2) und i ίeiner Zusatzheizung (3) unter Zwischenschaltung

} einer!Umwälzpumpe (5) verbunden sind, daß die beim ; Kühlbetrieb anfallende Kondensatorwärme mit einem j ; (Teraperaturniveau, das dem Heizbedarf des (Jbergangsbe- ; triebes entspricht, in das Wärmeträgernetz einge-ί \ leitet,' zur Heiz zone transportiert und bei voll- : ί ständigem Ausgleich der Wärme- und Kältebilanz den ' Luftheizern (13) der Klimageräte (1) zur Lüfter- I wärmung zugeführt wird, während bei vorherrschendem ι Kältebedarf die überschüssige Kondensatorwärme über ; die Abwärmeanlage (2) an die Umgebung abgegeben und bei vorherrschendem Heizbedarf das Wärmedefizit 'durch; die ZuSatzheizung (3) ausgeliehen wird.

2» schaltungsanordnung nach i^;unkt 1, ge kennzeichnet dadurch, daß das.Wärmeträgermedium über ein Zweiwegeventil (12) im Heizfall den Luftüeizer (13) oder im Kühlfall den Kondensator (16) des Kompaktfclimagerätes (1) durchströmt, wobei die Parallelschaltung von Luftheizer (13) und Kondensator (16) bei Gewährleistung der Temperatur und die Keiheüschaltung zur Gewährleistung der Temperatur und Feuchte angewendet wird»

3· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, g e k e η η zeichnet dad u r c h, daß durch Einbeziehung des Speichers für thermische Energie (4) in den Wärmeträgerkreislauf ein thermischer Ausgleich bei abweichender vVärme- und Kältebilanz bewirtet wird.

4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 3» ge kennzeichnet dadurch, daß bei ausschließlichem Wärmebedarf das Temperaturniveau des Wärmeträgermediums angehoben wird.

5· Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 4, gefcenn*- zeichnet dadurch» daß die Abführung der Kondensatorwärme an die Umgebung durch eine Luftkühlung des Wärmeträgers im geschlossenen Kreislauf mittels Abwärmeanlage (2) derart erfolgt, daß die Kühlluft vor Eintritt in den Wärmeübertrager der Abwärmeanlage (2) adiabat übersättigt wird·

- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -