DE10027666A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einem an eine Wärmepumpe (7) angeschlossenen Speicherbehälter (1) beschrieben, der zwei über- und/oder ineinanderliegende, durch eine Wärmetauscherfläche (9) voneinander getrennte Speicherkammern (3, 4) einerseits für das Brauchwasser und andererseits für den Wärmeträger bildet. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß die Speicherkammer (4) für den Wärmeträger ober- bzw. außerhalb der an die Wärmepumpe (7) angeschlossenen Speicherkammer (3) für das Brauchwasser vorgesehen ist und eine zusätzliche Heizeinrichtung (13) für den Wärmeträger aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einem an eine Wärmepumpe angeschlossenen Speicherbehälter, der zwei über- und/oder ineinanderliegende, durch eine Wärmetauscherfläche voneinander getrennte Speicherkammern einer­ seits für das Brauchwasser und anderseits für den Wärmeträger bildet.

Um einerseits Brauchwasser und anderseits den Wärmeträger eines Heizkreislaufes, üblicherweise Heizwasser, über eine gemeinsame Wärmequelle zu erwärmen, wer­ den Speicherbehälter mit zwei über- und/oder ineinanderliegenden Speicherkam­ mern eingesetzt, von denen die äußere bzw. untere für den Wärmeträger des Heiz­ kreislaufes vorgesehene Speicherkammer einen Wärmetauscher zum Erwärmen des Wärmeträgers aufweist. Das Brauchwasser selbst wird über den erwärmten Wärme­ träger des Heizkreislaufes erwärmt, und zwar durch Wärmeaustausch über die Trennwand zwischen den Speicherkammern, die somit eine entsprechende Wärme­ tauscherfläche bildet. Solche Speicherbehälter bedingen eine Aufwärmung des Wärmeträgers über die geforderte Heißwassertemperatur des Brauchwassers hin­ aus, was beim Einsatz von Wärmepumpen als Wärmequellen wegen des erforderli­ chen, vergleichsweise hohen Temperaturhubes zu niedrigen Leistungsziffern führt. In diesem Zusammenhang ist außerdem zu bedenken, daß insbesondere bei Nieder­ temperaturheizungen die für die Brauchwassererwärmung erforderliche hohe Tempe­ ratur des Wärmeträgers für den Vorlauf des Heizkreislaufes gar nicht benötigt wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf der eingangs geschil­ derten Art mit einfachen Mittel so auszugestalten, daß auch unter Berücksichtigung von Niedertemperaturheizungen vorteilhafte Erwärmungsbedingungen insbesondere für den Einsatz von Wärmepumpen als Wärmequellen sichergestellt werden können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Speicherkammer für den Wärmeträger ober- bzw. außerhalb der an den Wärmetauscher angeschlossenen Speicherkammer für das Brauchwasser vorgesehen ist und eine zusätzliche Heizein­ richtung für den Wärmeträger aufweist.

Durch die Anordnung der Speicherkammer für das Brauchwasser im unteren bzw. inneren Bereich des Speicherbehälters und die unmittelbare Erwärmung des Brauchwassers über die Wärmepumpe kann der durch die Wärmepumpe zu bewälti­ gende Temperaturhub auf die geforderte Brauchwassertemperatur begrenzt werden, was eine Steigerung der Leistungsziffer erlaubt. Die Erwärmung des Wärmeträgers für den Heizkreislauf mit Hilfe des Brauchwassers über die Wärmetauscherfläche zwischen den beiden Speicherkammern berücksichtigt in vorteilhafter Weise die Temperaturverhältnisse insbesondere von Niedrigtemperaturheizungen, deren Vor­ lauftemperaturen deutlich unter der Brauchwassertemperatur liegen können. Da außerdem in der Speicherkammer für den Wärmeträger des Heizkreislaufes eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen ist, kann der Spitzenbedarf an Heizungs­ wärme über diese zusätzliche Heizeinrichtung für den Wärmeträger abgedeckt wer­ den, so daß die an die Speicherkammer für das Brauchwasser angeschlossene Wärmepumpe vorteilhaft für eine entsprechende Grundlast ausgelegt werden kann. Die Wärmetauscherfläche zwischen den beiden Speicherkammern ist daher unter Berücksichtigung der Leistung der Wärmepumpe entsprechend dem Grundlastbedarf des Heizkreislaufes an Heizungswärme zu dimensionieren.

Obwohl die zusätzliche Heizeinrichtung für den Wärmeträger des Heizkreislaufes je nach den vorhandenen Gegebenheiten unterschiedlich ausgeführt sein kann, erge­ ben sich besonders vorteilhafte Erwärmungsbedingungen, wenn die obere bzw. äußere Speicherkammer an eine Wärmepumpe als Heizeinrichtung angeschlossen ist, weil ja der für den Wärmeträger des Heizkreislaufes erforderliche Temperaturhub der Wärmepumpe insbesondere bei Niedrigtemperaturheizungen vergleichsweise klein gehalten werden kann, was das Einhalten hoher Leistungsziffern für die Wär­ mepumpe erlaubt. Da lediglich die Grundlast des Wärmebedarfs des Heizkreislaufes über die Brauchwassererwärmung abgedeckt wird, kann während der Heizperiode die hauptsächliche Heizarbeit durch die Wärmepumpe dar zusätzlichen Heizeinrich­ tung geleistet werden, und zwar bei einem wärmepumpengerechten, niedrigen Tem­ peraturhub und hoher Leistungsziffer.

Um für einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen den beiden Speicherkam­ mern zur Abdeckung der Heizungsgrundlast über die Brauchwassererwärmung zu sorgen, kann die Speicherkammer für den Wärmeträger die Speicherkammer für das Brauchwasser zumindest in einem oberen Höhenbereich umschließen, so daß die Wärmetauscherfläche durch den von der Speicherkammer für den Wärmeträger umschlossenen Bereich der Speicherkammer für das Brauchwasser vergrößert wird. Diese Vergrößerung der Wärmetauscherfläche kann vor allem dann vorteilhaft für die Wärmeübertragung von Brauchwasser auf den Wärmeträger des Heizkreislaufes ausgenützt werden, wenn der Rücklauf des Heizkreislaufes tangential in den die Speicherkammer für das Brauchwasser umschließenden Unterteil der Speicherkam­ mer für den Wärmeträger mündet, weil in diesem Fall dem kalten Wärmeträger aus dem Rücklauf des Heizkreislaufes eine Umlaufbewegung um die Speicherkammer für das Brauchwasser erteilt wird.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf in einem schematischen Schnitt durch den Speicherbehälter gezeigt.

Die Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf weist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen stehenden Speicherbehälter 1 auf, der durch einen topfartigen Einsatz 2 in zwei der Höhe nach übereinanderliegende Speicherkammern 3 und 4 unterteilt ist. Während die untere Speicherkammer 3 zur Erwärmung des über eine Kaltwasserleitung 5 zugeführten und über eine Heißwasserleitung 6 entnehmbaren Brauchwassers einen an eine nur blockschaltbildmäßig angedeutete Wärmepumpe 7 angeschlossenen, durch den Kondensator der Wärmepumpe 7 gebildeten Wärmetauscher 8 aufweist, wird der Grundlastbedarf an Heizungswärme durch einen Wärmeaustausch zwischen dem erwärmten Brauchwasser in der Speicherkammer 3 und dem Wärmeträger des Heizkreislaufes in der Speicherkammer 4 über die durch den topfartigen Einsatz 2 gebildete Wärmetauscherfläche 9 abgedeckt. Durch den topfartigen, nach unten offenen Einsatz 2 ergibt sich zwischen dem Speicherbehälter 1 und der Umfangs­ wand des Einsatzes 2 ein Ringkanal 10, mit dem die obere Speicherkammer 4 die untere Speicherkammer 3 in einem oberen Höhenbereich umschließt. Der Rücklauf 11 des Heizkreislaufes mündet im unteren Bereich dieses Ringkanales 10, und zwar entgegen der schematischen Darstellung tangential, so daß der kalte Wärmeträger des Heizkreislaufes im Ringkanal 10 eine schraubenförmige Umlaufströmung erfährt, die vorteilhafte Voraussetzungen für den Wärmeübergang vom Brauchwasser auf den Wärmeträger schafft. Der erwärmte Wärmeträger wird über einen oberen Vorlauf 12 aus der Speicherkammer 4 entnommen.

Die Wärmepumpe 7 deckt nicht nur den Wärmebedarf für die Brauchwasseraufbe­ reitung, sondern auch den Wärmebedarf für die Grundlast des Heizkreislaufes ab. Zur Bereitstellung der für den Heizkreislauf benötigten, die Grundlast übersteigenden Wärme ist die Speicherkammer 4 für den Wärmeträger des Heizkreislaufes mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung 13 versehen, die vorteilhaft als Wärmepumpe 14 aus­ geführt sein kann, die wie die Wärmepumpe 7 beispielsweise die fühlbare Wärme von Abluft ausnützt. Der Kondensator dieser Wärmepumpe 14 dient wieder als Wär­ metauscher 15 zur Erwärmung des Wärmeträgers in der Speicherkammer 4, wobei aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperatur einer Niedertemperaturheizung der von der Wärmepumpe 14 zu bewältigende Temperaturhub vorteilhaft klein aus­ fällt, was zu hohen Leistungsziffern führt. Da die hauptsächliche Heizarbeit durch die zusätzliche Heizeinrichtung 13 geleistet wird, bedeutet dies, daß für den Heizbetrieb besonders günstige Betriebsvoraussetzungen für die Wärmepumpe 14 geschaffen werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art mit einer Brauchwassererwärmung über den Wärmeträger des Heizkreislaufes ergeben sich aber auch für die Wärmepumpe 7 zum Aufbereiten des Brauchwassers wegen des geringeren Temperaturhubes günstigere Betriebsbedingungen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte die Speicherkammer 3 für das Brauchwasser gänzlich inner­ halb der Speicherkammer 4 für den Wärmeträger des Heizkreislaufes angeordnet sein. Unabhängig davon ob die beiden Speicherkammern 3, 4 über- oder ineinander angeordnet sind, werden für die Erwärmung mit Hilfe von Wärmepumpen vorteilhafte Betriebsbedingungen geschaffen, weil der Wärmeträger für den Heizkreislauf über das Brauchwasser erwärmt wird. Die Abstrahlverluste können außerdem klein ge­ halten werden, insbesondere wenn die Speicherkammer 4 für den Wärmeträger die Speicherkammer 3 für das Brauchwasser zumindest teilweise umschließt. Der kühle­ re Wärmeträger für den Heizkreislauf bestimmt ja in diesem Fall die Abstrahlverluste.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser und eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einem an eine Wärmepumpe angeschlossenen Speicherbe­ hälter, der zwei über- und/oder ineinanderliegende, durch eine Wärmetauscherfläche voneinander getrennte Speicherkammern einerseits für das Brauchwasser und an­ derseits für den Wärmeträger bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher­ kammer (4) für den Wärmeträger ober- bzw. außerhalb der an den Wärmetauscher angeschlossenen Speicherkammer (3) für das Brauchwasser vorgesehen ist und eine zusätzliche Heizeinrichtung (13) für den Wärmeträger aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Spei­ cherkammer (4) an eine Wärmepumpe (14) als Heizeinrichtung (13) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spei­ cherkammer (4) für den Wärmeträger die Speicherkammer (3) für das Brauchwasser zumindest in einem oberen Höhenbereich umschließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf (11) des Heizkreislaufes tangential in den die Speicherkammer (3) für das Brauchwasser umschließenden Unterteil der Speicherkammer (4) für den Wärmeträger mündet.