DE10058273A1 - Vorrichtung zur Lüftung von Gebäuden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 - Google Patents

Vorrichtung zur Lüftung von Gebäuden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Lüftung von Gebäuden mit einem Wärmetauscher (3) sowie einer Wärmepumpeneinheit (4) zur Wärmerückgewinnung der in der Abluft AB vorhandenen Wärme auch dann vorgeschlagen, wenn eine Zulufterwärmung ZU nicht oder nur in reduziertem Maß erwünscht ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein zusätzlicher Brauchwasserspeicher (17) vorgesehen wird, der mittels der Wärmepumpeneinheit (4) heizbar ist.

Description

Bekannte Lüftungsvorrichtungen von Gebäuden weisen bislang bereits einen Wärmetauscher sowie eine Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung der in der Abluft vorhandenen Wärme auf. Hiermit wird in der Regel die von außen zugeführte Zuluft auf die gewünschte Raumtemperatur erwärmt, wodurch sich die erforderliche Heizenergie und damit die Heizungskosten reduzieren.
Sofern eine Erwärmung der Zuluft nicht mehr benötigt wird, sind die bekannten Vorrichtungen nicht in der Lage, die in der Abluft vorhandene Wärme zu nutzen.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels der die in der Abluft vorhandene Wärme nutzbar ist, auch wenn eine Zulufterwärmung nicht oder nur in reduziertem Maß erwünscht ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Lüftungsvorrichtung der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend weist eine erfindungsgemäße Lüftungsvorrichtung zusätzlich einen Brauchwasserspeicher auf, der mittels der Wärmepumpe heizbar ist. Hierdurch ist die in der Abluft vorhandene Wärme nutzbar, indem die Abluft abgekühlt und das Brauchwasser im Brauchwasserspeicher erwärmt wird. Durch diese Ausführungsform lässt sich die Energieeinsparung bekannter Lüftungsvorrichtungen erhöhen. Erfindungsgemäße Lüftungsvorrichtungen sind daher vorzugsweise in Niedrigenergiehäusern oder in Passivhäusern einzusetzen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Brauchwasserspeicher als Trinkwasserspeicher ausgebildet. Somit wird der Wärmebedarf für die Warmwasserversorgung des Gebäudes energiesparend reduziert.
Weiterhin kann in einer anderen Ausführungsform der Brauchwasserspeicher als Speicher für Heizungswasser ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform wird der Heizbedarf für die Raumheizung wiederum in energiesparender Weise reduziert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Brauchwasserspeicher mit wenigstens zwei Wassertanks für unterschiedliche Brauchwasserverwendungen versehen. Hierbei kann beispielsweise ein Tank zur Aufnahme von Trinkwasser und der andere Tank zur Aufnahme von Heizungswasser vorgesehen werden. Bei der Nutzung der von der Abluft stammenden Abwärme für Trinkwasser ist diese Energie besonders auch dann nutzbar, wenn die Gebäudeheizung nicht in Betrieb ist.
Bei der erfindungsgemäßen Kombination zweier Wassertanks im Brauchwasserspeicher kann sowohl das Trinkwasser als auch das Heizungswässer gleichzeitig erwärmt werden, wobei sich die Wärmekapazitäten der beiden Wasserspeicher für die erfindungsgemäße Anwendung als Brauchwasserspeicher summieren.
Vorteilhafterweise wird hierbei ein innerer Wassertank, z. B. für Trinkwasser, wenigstens teilweise innerhalb des anderen äußeren Wassertanks, z. B. für Heizungswasser, angeordnet, so dass nur ein Wärmetauscher vorzugsweise im äußeren Wassertank zur Nutzung der rückgewonnenen Wärme erforderlich ist.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Zusatzheizelement im Brauchwasserspeicher vorgesehen. Durch dieses Zusatzheizelement kann auch bei nicht ausreichender Abwärmemenge von der Abluft sichergestellt werden, dass das jeweilige Brauchwasser zuverlässig auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.
Das Zusatzheizelement wird hierbei vorteilhafterweise als elektrisches Heizelement ausgebildet. In dieser Ausführungsform stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein monoenergetisches System dar, d. h. es werden keine unterschiedlichen Energieträger, sondern sowohl für die Wärmepumpe als auch für die Zusatzheizung nur elektrische Energie verbraucht. Für derartige Systeme werden üblicherweise von den Stromversorgern besonders günstige Tarife angeboten.
Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßer Brauchwasserspeicher vorteilhafterweise mit einem weiteren Wärmetauscher zur Brauchwasserheizung durch externe Wärmequellen versehen werden. In diesem Fall lassen sich ohnehin vorhandene externe Wärmequellen zusätzlich zur Brauchwasserheizung nutzen, so dass beim Betrieb dieser externen Wärmequellen der Stromverbrauch reduziert wird. Gegebenfalls kann auch das elektrische Zusatzheizelement in dieser Ausführungsform kleiner dimensioniert werden.
Im Falle der Integration eines inneren Wassertanks in einen äußeren Wassertank, wie oben angeführt, werden auch der bzw. die zusätzlichen Wärmtauscher vorzugsweise im äußeren Wassertank angeordnet.
In besonders vorteilhafter Weise wird der zusätzliche Wärmetauscher als Solarwärmetauscher ausgebildet, d. h. es wird eine Warmwassersolaranlage angeschlossen. Auf diese Weise lässt sich eine zusätzliche regenerierbare, externe Wärmequelle verwenden, um den Energieverbrauch durch die Zuheizung am Brauchwasser zu reduzieren.
Weiterhin kann ein Wärmetauscher in vorteilhafter Weise als Ofen- und/oder Kaminwärmeaustauscher ausgebildet sein. In vielen Öfen und/oder Kaminen, die beispielsweise mit Holz befeuert werden, werden bereits heute entsprechende Leitungsschlangen für die Erwärmung von Warmwasser vorgesehen. Insbesondere in Kachelöfen ist dies besonders gut nutzbar. Durch derartige Warmwasserleitungen, die in entsprechenden Feuerungsstellen integriert sind, kann zusätzlich der Energieverbrauch unter Verwendung eines entsprechenden Wärmetauschers im Brauchwasserspeicher reduziert werden. Sofern in diesen Feuerstellen z. B. Holz verfeuert wird, handelt es sich dabei wiederum um eine regenerative Energiequelle.
Vorzugsweise wird der Wärmetauscher zur Nutzung der Abluft und die Wärmepumpe in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst. Dies erleichtert die Handhabung und Montage einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, da neben der genannten Baueinheit lediglich noch der entsprechende Brauchwasserspeicher sowie die zugehörigen Anschlüsse bereitzustellen sind.
Weiterhin ist es von Vorteil, ein Austauschelement als Ersatz für den Wärmetauscher zwischen Abluft und Zuluft für den Fall vorzusehen, in dem die Zuluft nicht angewärmt werden soll. Dies ist beispielsweise im Sommerbetrieb der erfindungsgemäßen Lüftungsanlage der Fall. Durch Ersatz des Wärmetauschers durch ein entsprechendes Austauschelement, das die Leitungen für Zuluft und Abluft ohne Wärmekontakt aneinander vorbeiführt, ist eine solche Vermeidung der Zulufterwärmung besonders einfach möglich.
Eine weitere Möglichkeit, die Erwärmung der Zuluft zu unterbinden, könnte auch darin bestehen, Umgehungsleitungen für die entsprechenden Luftströme vorzusehen, mittels denen der Wärmetauscher zu umgehen ist. Gegebenenfalls sind in diesem Fall entsprechende Ventile bzw. Steilmechanismen zur Umstellung der verschiedenen Betriebsmodi vorzusehen.
Vorteilhafterweise wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zudem mit einer elektronischen Steuerung ausgestattet, die abhängig von den jeweiligen Temperaturverhältnissen und dem Wärmebedarf, beispielsweise beim Bezug von Trinkwasser oder beim Betrieb der Heizungsanlage, die entsprechenden oben angeführten Komponenten der Vorrichtung, z. B. die Wärmepumpe, das elektrische Zusatzheizelement, usw. ansteuert.
Im Normalbetrieb wird hierbei beispielsweise eine automatische Luftmengenregelung der Zuluft und der Abluft in mehreren Betriebsstufen in Abhängigkeit der Außentemperatur vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Winterbetrieb denkbar, in dem die Nacherhitzung der Zuluft raumtemperaturabhängig durch die Wärmepumpe vorgenommen wird. Bei Erreichen der eingestellten Raumtemperatur schaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung anschließend auf den Luft-Wasser-Wärmetauscher um und erwärmt den damit verbundenen Brauchwasserspeicher. Die Zu- und Abluft kann hierbei außentemperaturgesteuert werden. Heizungs- und Brauchwasser werden zusätzlich mittels des Zusatzheizelementes geregelt nachgeheizt.
Weiterhin ist ein Sommerbetrieb denkbar, bei dem die gesamte Energie der Wärmepumpe dem Brauchwasserspeicher zugeführt wird.
Auch eine Schnelllüftung, in der die Ventilatoren für Zu- und Abluft auf maximale Luftmenge eingestellt werden, kann als Sonderbetriebsmodus in der Steuerung vorgesehen werden.
Zur optimalen Bedienung und Wartung der aus Wärmetauscher und Wärmepumpe bestehenden Einheit werden der Wärmetauscher und das Wärmepumpenaggregat aus dem entsprechenden Gehäuse ausziehbar ausgebildet.
Weiterhin ist es in einer besonderen Ausführungsform von großem Vorteil für die Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise bei der Montage oder Wartung, wenn die aus Wärmetauscher und Wärmepumpe bestehende Baueinheit durch wiederverschließbare Verbindungen, beispielsweise Schnellkupplungen oder dergleichen vom Brauchwasserspeicher trennbar sind.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin zusätzlich eine Kühleinheit zur Zuluftkühlung vorgesehen. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich die Funktion einer Klimaanlage wahrnehmen.
In einer besonderen Weiterbildung dieser Ausführungsform wird die Wärmepumpen-Einheit derart ausgestaltet, dass sie die Kühleinheit umfasst. Dies kann beispielsweise durch Umschalten der Strömungsrichtung in dem Wärmepumpenkreislauf realisiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Brauchwasserspeichers neben einer Vorderansicht auf eine Baueinheit mit Wärmetauscher und Wärmepumpe.
Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 umfasst eine Baueinheit 2 mit einem Kreuzwärmetauscher 3 und einer Wärmepumpeneinheit 4. Die Außenluft AU wird über einen Außenlufteinlass 5 angesaugt und über den Kreuzwärmetauscher 3 geleitet. Die Abluft AB wird über einen Ablufteinlass 6 ebenfalls dem Kreuzwärmetauscher 3 zugeführt. Im Kreuzwärmetauscher 3 findet ein erster Wärmeaustausch zwischen der Abluft und der Außenluft statt, wobei sich die Außenluft erwärmt und die Abluft abkühlt.
Anschließend wird die Außenluft AU über einen Wärmetauscher 7 der Wärmepumpeneinheit 4 geführt und anschließend über einen Zuluftauslass 8 ins Gebäudeinnere geblasen. Hierzu dient ein Ventilator 9. Die Abluft 6 wird nach dem Kreuzwärmetauscher 3 ebenfalls über einen weiteren Wärmetauscher 10 der Wärmepumpeneinheit 4 geführt und anschließend mittels des Ventilators 11 über den Fortluftauslass 12 nach außen geblasen.
Im Kreislauf der Wärmepumpeneinheit 4 sind über Ventile 13, 14 und Schnellkupplungen 32, 33 eine Vorlaufleitung 15 sowie eine Rücklaufleitung 16 angeschlossen, die zu einem erfindungsgemäßen Brauchwasserspeicher 17 führen. Die Umschaltung vom Wärmetauscher 7 auf ein Wasserheizelement 23 erfolgt über die Ventile 13 und 14. Der Brauchwasserspeicher 17 umfasst zwei Tanks innerhalb eines Speicherbehälters 18.
Ein Trinkwassertank 19 ist in den Speicherbehälter 18 eingelassen, so dass sich durch die Wandung des Trinkwassertanks 19 zugleich eine Abtrennung des Heizungswassertanks 20 im Speicherbehälter 18 und ein guter Wärmekontakt zwischen dem Trinkwassertank 19 und dem Heizungswassertank 20 ergibt.
An den Trinkwassertank 19 ist ein Kaltwasserzufluss 21 sowie ein Warmwasserabfluss 22 angeschlossen.
Unterhalb des Trinkwassertanks 19 ist das Wasserheizelement 23 angeordnet, das über die Vorlaufleitung 15 mit Heizfluid, d. h. vorliegend mit Heizgas aus dem Wärmepumpenkreislauf, gespeist wird. Über den Rücklauf 16 wird das abgekühlte Heizgas zur Wärmepumpeneinheit 4 zurückgeführt. Über das Wasserheizelement 23 wird das Heizungswasser und somit auch das thermisch damit in Kontakt stehende Trinkwasser in dem Heizungswassertank 20 bzw. dem Trinkwassertank 19 mit der Abwärme der Wärmepumpeneinheit 4 erwärmt. Das erwärmte Heizungswasser kann bei Bedarf über einen Heizungsvorlauf 24 einer Raumheizung 25 zugeführt und über einen Heizungsrücklauf 26 in den Heizungswassertank 20 zurückgeführt werden.
Weiterhin ist eine elektrische Heizpatrone 27 in den Heizungswassertank 20 eingelassen. Die elektrische Heizpatrone 27 ist dabei sinnvollerweise oberhalb des Wasserheizelementes 23 angeordnet. Somit wird das kalte Heizungswasser aus dem Rücklauf zunächst von dem Wasserheizungselement 23 auf die damit erreichbare Temperatur gebracht, wobei es durch die Strömungsverhältnisse und insbesondere auch durch die Änderung in der Dichte bei der Erwärmung aufsteigt. Beim Unterschreiten der gewünschten Wassertemperatur im Brauchwasserspeicher 17 wird die Wassertemperatur durch die elektrische Heizpatrone 27 auf die Endtemperatur erwärmt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung dar, in der ein zusätzlicher Solarwärmetauscher 28 im Innern des Heizungswassertanks 20 angeordnet und über einen entsprechenden Solarzufluss 29 bzw. Solarabfluss 30 an eine entsprechende Solaranlage anzuschließen ist. Neben dem Solarwärmetauscher 28 können auch noch weitere Wärmetauscher für externe Wärmequellen angebracht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Abwärme aus der Abluft AB über die Wärmepumpeneinheit 4 bei Bedarf durch entsprechendes Schalten der Ventile 13, 14 dem Brauchwasserspeicher 17 zugeführt werden kann.
Der Brauchwasserspeicher 17 gemäß Fig. 2 entspricht im Wesentlichen dem anhand der Fig. 1 beschriebenen Brauchwasserspeicher. Fig. 2 ist bezüglich der Anordnung der Baueinheit 2 eine gegenständlichere Darstellung. Die Außenluft AU wird an der Oberseite der Baueinheit 2 angesaugt und dem Kreuzwärmetauscher 3 zugeführt. Sie gelangt von dort an einen Wärmetauscher 7, in dem ein Kühlmittel nach der Kompression durch einen Kompressor 34 unter Abkühlung durch die Außenluft AU verflüssigt wird, wobei sich die Außenluft AU erwärmt.
Die Raumabluft AB gelangt ebenfalls über die Oberseite der Baueinheit 2 zum Kreuzwärmetauscher 3 und wird dort zu einem Wärmetauscher 10 geleitet, an der sie abgekühlt wird. Wärmetauscher 7, Kompressor 34 und Wärmetauscher 10 bilden somit eine Wärmepumpeneinheit 4.
Die Abluft AB wird anschließend in nicht näher dargestellter Weise, beispielsweise im Bereich der Rückwand der Baueinheit 2, wieder an die Oberseite geführt und mittels des Fortluftventilators 11 nach draußen geblasen. Die erwärmte Außenluft AU wird, ebenfalls nicht näher dargestellt, auch wieder an die Oberseite der Einheit 2 geführt und dort als Zuluft ZU mittels des Zuluftventilators 9 den Räumen im Gebäudeinneren zugeführt.
Sowohl der Kreuzwärmetauscher 3 als auch die Wärmepumpeneinheit 4 sind so ausgeführt, dass sie zur Wartung und Montage aus dem Gehäuse 31 der Baueinheit 2 leicht nach vorne herausgezogen und wieder eingeschoben werden können.
Zum Austausch des Kreuzwärmetauschers 3 ist auch ein Einsatzelement beispielsweise für einen Sommerbetrieb denkbar, an dem die beiden Luftströme ohne Wärmekontakt aneinander vorbeigeführt werden.
Über Ventile 13, 14 kann die Vorlaufleitung 15 sowie die Rücklaufleitung 16, beispielsweise über einen Wasser-Luft- Wärmetauscher, mit dem Wasserheizelement 23 in thermischen Kontakt treten. In diesem Fall wird über die Wärmepumpeneinheit 4 erfindungsgemäß das Brauchwasser in dem Brauchwasserspeicher 17 in der oben geschilderten Weise erwärmt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 erhöht den Energiespareffekt bisheriger Lüftungsvorrichtungen dadurch, dass im Falle nicht benötigter Abwärme für die Außenluftanwärmung die durch die Abluft zur Verfügung stehende Wärme über das Brauchwasser genutzt wird.
Die erfindungsgemäß Vorrichtung ist selbstverständlich nicht auf die Bauform gemäß dem oben genannten Ausführungsbeispiel beschränkt. So wäre beispielsweise auch eine Flachbauweise denkbar, bei der Luftströme der Fortluft, der Zuluft und/oder der Außenluft seitlich und nicht an der Oberseite in das Gehäuse 31 der Haueinheit 2 hinein- bzw. aus diesem herausgeführt werden, wobei gegebenenfalls der Kreuzwärmetauscher 3 und die Wärmepumpeneinheit 4 nebeneinander angeordnet werden können.
Bezugszeichenliste
1
Vorrichtung
2
Baueinheit
3
Kreuzwärmetauscher
4
Wärmepumpeneinheit
5
Außenlufteinlass
6
Ablufteinlass
7
Wärmetauscher
8
Zuluftauslass
9
Zuluftventilator
10
Wärmetauscher
11
Fortluftventilator
12
Fortluftauslass
13
Ventil
14
Ventil
15
Vorlaufleitung
16
Rücklaufleitung
17
Brauchwasserspeicher
18
Speicherbehälter
19
Trinkwassertank
20
Heizungswassertank
21
Kaltwasserzufluss
22
Warmwasserabfluss
23
Wasserheizelement
24
Heizungsvorlauf
25
Raumheizung
26
Heizungsrücklauf
27
elektrische Heizpatrone
28
Solarwärmetauscher
29
Solarzufluss
30
Solarabfluss
31
Gehäuse
32
Schnellkupplung
33
Schnellkupplung
34
Kompressor

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Lüftung von Gebäuden mit einem Wärmetauscher und einer Wärmepumpeneinheit zur Wärmerückgewinnung der in der Abluft vorhandenen Wärme dadurch gekennzeichnet, dass ein Brauchwasserspeicher (17) vorgesehen ist, der mittels der Wärmepumpeneinheit 4 heizbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchwasserspeicher (17) als Trinkwasserspeicher (19) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchwasserspeicher (17) als Heizungswasserspeicher (20) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Wasserspeicher (19, 20) für unterschiedliche Brauchwasseranwendungen vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzheizelement (27) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzheizelement ein elektrisches Heizelement (27) ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmetauscher (28) zur Brauchwasserheizung durch eine externe Wärmequelle vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Solarwärmetaucher (28) zur Nutzung einer Solaranlage vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zum Anschluss an einen Ofen und/oder Kamin als externe Wärmequelle vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (4) und der Wärmetauscher (3) zum Wärmeaustausch zwischen Abluft und Außenluft eine Baueinheit (2) bilden.
11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Ersatz für den Wärmetauscher (3) zum Wärmeaustausch zwischen Abluft und Außenluft ein Austauschelement vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Umgehung des Wärmetauschers (3) zum Wärmeaustausch zwischen Abluft und Außenluft vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuerung der Vorrichtung vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Lüftung von Gebäuden unter Verwendung eines Wärmetauschers und einer Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung der in der Abluft vorhandenen Wärme dadurch gekennzeichnet, dass Brauchwasser mittels der Wärmepumpeneinheit (4) wenigstens zeitweise beheizt wird.
15. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (2) und der Brauchwasserspeicher (17) durch wiederverschließbare Verbindungen (32, 33) trennbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinheit zur Zuluftkühlung vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpeneinheit (4) die Kühleinheit umfasst.
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