DE10101512A1 - Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft, aufweisend einen primären Kältemittelkreislauf, bei dem das Kältemittel nacheinander zumindest die Bauteile Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher (10), Kompressor (16), Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher (18) und Drosselorgan (22) durchströmt. Um diese an sich bekannten Bauteile so anzuordnen, daß diese in einen Lüftungsschacht (52) integriert werden können und auch von ungeübten Kräften leicht montierbar sind, wird vorgeschlagen, die Bauteile (10, 16, 18, 22) des primären Kältemittelkreislaufs auf einem Einschub (24) zu montieren, der schubladenartig einschiebbar ist in ein in einem Lüftungsschacht (52) angeordnetes Gehäuse (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft aufweisend einen primären Kältemittelkreislauf, bei dem das Kältemittel nacheinander zumindest die Bauteile Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher, Kompressor, Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher und Drosselorgan durchströmt.

Derartige Vorrichtungen zur Wärmerückgewinnung sind seit langem bekannt. In einem geschlossenen Kreislauf wird ein Kältemittel geführt, das in relativ kaltem und entspanntem flüssigen Zustand einem Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher zugeführt wird, der von der Abluft durchströmt wird. Dabei wird die Abluft abgekühlt und das Kältemittel erwärmt und verdampft. Anschließend wird das Kältemittel komprimiert und dabei auf eine Temperatur erwärmt, die in der Haustechnik nutzbar ist, beispielsweise auf mehr als 40°C. In einem Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher kann die Wärme auf ein Wärmeübertragungsmedium eines sekundären Kreislaufs übertragen werden und beispielsweise zur Erwärmung von Brauchwasser oder für eine Zentralheizung genutzt werden. In dem Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium- Wärmetauscher wird das Kältemittel abgekühlt und kondensiert. Vorzugsweise ist auch das Wärmeübertragungsmedium flüssig, so daß der Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher relativ kompakt ausgeführt werden kann. In einem weiteren Wärmetauscher gibt das Wärmeübertragungsmedium seine Wärme ab an das aufzuheizende Medium wie Brauchwasser oder Zentralheizung ab. Es versteht sich, daß prinzipiell auch auf ein Wärmeübertragungsmedium verzichtet werden kann, wenn die Nutzwärme direkt vom Kältemittel übertragen wird.

Nach Verlassen des Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauschers wird das abgekühlte flüssige noch immer unter hohem Druck stehende Kältemittel einem Drosselorgan zugeführt. Beim Durchströmen des Drosselorgans expandiert das Kältemittel und kühlt dabei ab. Nunmehr wird das relativ kalte und entspannte Kältemittel wieder dem Abluft/Kältemittel- Wärmetauscher zugeführt, so daß der Kreislauf erneut beginnt.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. In Gebäuden mit dichten Außenhüllen, vor allem in sogenannten Niedrig-Energie-Häusern, wird der Einsatz einer . mechanischen Wohnungslüftung dringend empfohlen. Um die Luft innerhalb eines Wohnraumes gerichtet strömen zu lassen und den erforderlichen Luftaustausch zu ermöglichen, sind Elemente zur vertikalen und zur horizontalen Luftführung wie Luftschächte bzw. Luftkanäle erforderlich.

In Zeiten steigender Energiekosten nimmt die Bedeutung von Systemen zur Wärmerückgewinnung ständig zu. Ein Problem, das dabei verstärkt auftritt, ist die Integration der Wärmerückgewinnung in das Lüftungssystem.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die an sich bekannten Bauteile des primären Kältemittelkreislaufs so anzuordnen, daß diese in einen Lüftungsschacht integriert werden können und auch von ungeübten Kräften leicht montierbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bauteile des primären Kältemittelkreislaufs auf einem Einschub montiert sind, der schubladenartig einschiebbar ist in ein Gehäuse, das als Bestandteil eines Lüftungsschachtes ausgebildet ist.

Es versteht sich, daß Einschub und Gehäuse aufeinander abgestimmt sind. Die erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft integriert diese in das notwendige Lüftungssystem, ohne daß aufwendige Montage- und Installationsarbeiten erforderlich sind. Für die neue Ausführung werden keine zusätzlichen Konsolen oder Unterkonstruktionen benötigt.

Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft auf einen vertikalen Lüftungsschacht aufgesetzt. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Abluft unten in das Gehäuse einströmt und oben aus dem Gehäuses austritt. So bildet das Gehäuse einen integralen Bestandteil des Abfluft-Lüftungsschachtes. Ein Ventilator zum Absaugen der Abluft kann wahlweise oberhalb oder unterhalb des Gehäuses der Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft angeordnet sein.

Der Einschub kann besonders leicht ein- und ausgebaut werden, wenn das Gehäuse die Form eines Quaders hat und Stirnwand sowie beide Seitenwände als seitliche Wandungen des Lüftungsschachtes ausgebildet sind, und die vierte Wandung des Lüftungsschachtes von der Rückwand des eingeschobenen Einschubs und/oder einer Abdeckplatte gebildet wird.

Infolge der Anordnung sämtlicher Bauteile des primären Kältemittelkreislaufs auf dem Einschub müssen an diesem lediglich von außen zugängliche Anschlußelemente für Arbeitsstrom, für die Steuerung/Regelung, für den Kondensatablauf sowie für den Zulauf und für den Ablauf des Wärmeübertragungsmediums vorgesehen sein. Daher kann der Einschub leicht von einem "Nichtkältefachmann" montiert oder ausgetauscht werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß bei Verwendung eines vertikalen Lüftungsschachtes mit Installationsschacht sämtliche Leitungen im Installationsschacht geführt werden können. Da häufig die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung auf dem Dachboden eines Wohnhauses, der Warmwasserboiler und die Heizung jedoch im Keller angeordnet sind, ist auf diese Weise eine einfache Verbindung möglich, ohne daß Deckendurchbrüche erforderlich sind.

Da für die Wärmeübertragung aus Gasen große Flächen erforderlich sind, ist es vorteilhaft, wenn der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher in einer vertikalen Wand des Einschubs angeordnet ist. Unterhalb dieses Wärmetauschers kann eine mit einer Ableitung versehene Wanne zum Auffangen von Kondensat vorgesehen sein, so daß herabtropfendes Kondensat nicht in den Lüftungsschacht gelangen kann.

Wenn die Grundplatte des Einschubes kleiner ist als die Grundfläche des Gehäuses, wenn also die Tiefe oder die Breite des Einschubs geringer ist als die Tiefe bzw. die Breite des Gehäuses, so bleibt zwischen dem Abluft/Kältemittel- Wärmetauscher und der parallelen Gehäusewand ein Kanal frei, durch den die Abluft strömen kann.

Ein Kanal für die Abluft verbleibt im Bodenbereich, wenn der Einschub niedriger ist als das Gehäuse und in eingeschobenem Zustand die Grundplatte des Einschubs beabstandet von der Grundfläche des Gehäuses angeordnet ist.

Sofern der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher niedriger und/oder schmaler als die ihm zugewandte Wand des Gehäuses ist, so können den Abstand überbrückende Leitbleche und/oder Abdichtelemente vorgesehen sein. Auf diese Weise wird nach Einbringen des Einschubs in das Gehäuse zumindest im Bodenbereich und zwischen Gehäusewand und Abluft/Kältemittel- Wärmetauscher ein Kanal für die zuströmende Abluft gebildet. Vorzugsweise ist der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher stirnseitig in den Einschub eingebaut.

Vorzugsweise ist der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher als Lamellen- Wärmetauscher ausgebildet.

Für den Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher wird die Ausführung als Platten-Wärmetauscher empfohlen.

Das Drosselorgan kann als Kapillar-Rohr ausgebildet sein, welches zur Platzersparnis als Wendel gewickelt sein kann.

Als Kompressor wird ein Hubkolben-Kompressor empfohlen, der bei geringem Energieverbrauch eine lange Lebensdauer hat und praktisch wartungsfrei ist. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen, für sich und/oder in Kombination, sondern auch aus der nachstehenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Kältemittelkreislauf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft mit einem Einschub in der Rückansicht,

Fig. 3 den Einschub aus Fig. 2 in perspektivischer Schrägansicht von hinten links oben,

Fig. 4 die Vorrichtung aus Fig. 2 in eingebautem Zustand in einem Lüftungsschacht in teilweise geschnittener Rückansicht und

Fig. 5 die eingebaute Vorrichtung aus Fig. 4 in teilweise geschnittener Seitenansicht von links.

Fig. 1 zeigt schematisch den Kältemittelkreislauf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft. In einem geschlossenen Kreislauf wird ein Kältemittel geführt, das in relativ kaltem und entspanntem Zustand einem Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher 10 zugeführt wird, der von der Abluft durchströmt wird. Die ausströmende Abluft 12 ist gegenüber der einströmenden Abluft 14 abgekühlt. Das Kältemittel wird mittels eines Kompressors 16 komprimiert und dabei erwärmt. In einem Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher 18 wird die Wärme auf ein Wärmeübertragungsmedium eines sekundären Kreislaufs 20 übertragen. In dem Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher 18 wird das Kältemittel abgekühlt und noch immer unter hohem Druck stehend einem Drosselorgan 22 zugeführt. Beim Durchströmen des Drosselorgans 22 expandiert das Kältemittel und kühlt dabei ab. Nunmehr wird das relativ kalte und entspannte Kältemittel wieder dem Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher 10 zugeführt, so daß der Kreislauf erneut beginnt.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft in der Rückansicht dargestellt. Auf einem Einschub 24 sind der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher 10, der Kompressor 16, der Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher 18 und das Drosselorgan 22 des primären Kältemittelkreislaufs montiert.

Der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher 10 ist in einer vertikalen Wand des Einschubes 24, hier in der Stirnwand, angeordnet und als Lamellen- Wärmetauscher ausgebildet. Der Kompressor 16 ist als Hubkolben-Kompressor ausgebildet, der Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher 18 ist als Platten-Wärmetauscher ausgebildet, und als Drosselorgan 22 ist ein zu einer Wendel gewickeltes Kapillar-Rohr eingebaut. Bei Verwendung von R 134a als Kältemittel können bei einer Eintrittstemperatur des Kältemittels von 2°C und einem Druck von 2,5 bar in den Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher 10 bis zu 150 m³ Abluft pro Stunde von 22°C auf 11°C abgekühlt werden. Bei nachfolgender Verdichtung des Kältemittels auf 10 bar steigt seine Temperatur auf bis zu 65°C an. Im Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium- Wärmetauscher 18 wird anschließend bei einem Druck von 10 bar auf rund 50°C abgekühlt und kondensiert, wobei das Wärmeübertragungsmedium von 47°C auf 52°C erwärmt wird. Nach Durchtritt durch das Drosselorgan 22 erreicht das Kältemittel eine Temperatur von 2°C bei 2,5 bar. Bezogen auf 1 kWh eingesetzter elektrischer Energie zum Antrieb des Kompressors 16 werden 4 kWh an Wärmeenergie zurückgewonnen.

Der Einschub 24 ist schubladenartig in ein quaderförmiges Gehäuse 26 einschiebbar. Das Gehäuse 26 besitzt eine rechteckige Grundfläche 28, in der eine Eintrittsöffnung 30 für einströmende Abluft 14 vorgesehen ist. In der Oberseite 32 des Gehäuses 26 ist eine Austrittsöffnung 34 für ausströmende Abluft 12 angeordnet. Das geschlossene Seitenwände 34, 38 und eine geschlossene Stirnwand 40 aufweisende Gehäuse 26 ist auf seiner Rückseite offen.

In der Rückwand 42 des Einschubes 24 sind von außen zugänglich ein erstes Anschlußelement 44 für Arbeitsstrom und für die Steuerung/Regelung, ein zweites Anschlußelement 46 für den Kondensatablauf sowie ein drittes Anschlußelement 48 für den Zulauf und ein viertes Anschlußelement 50 für den Ablauf des Wärmeübertragungsmediums angeordnet.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung aus Fig. 2 in perspektivischer Schrägansicht von hinten links oben dargestellt, so daß die Anordnung der Bauteile deutlich wird. An der Stirnseite des Abluft/Kältemittel-Wärmetauschers 10 sind Leitbleche 51 vorgesehen.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen die Vorrichtung aus Fig. 2 in eingebautem Zustand in einem Lüftungsschacht 52 in teilweise geschnittener Rückansicht bzw. in teilweise geschnittener Seitenansicht von links. Das Gehäuse 26 ist auf einen Mantelstein 54 des Lüftungsschachtes 52 aufgesetzt und wird von diesem getragen. Auf die Oberseite 32 des Gehäuses 26 ist eine Ventilatoreinheit 56 aufgesetzt, welche die Abluft absaugt. Die Stirnwand 40 sowie beide Seitenwände 36, 38 sind als seitliche Wandungen des Lüftungsschachtes 52 ausgebildet. Die vierte Wandung des Lüftungsschachtes 52 bilden die Rückwand 42 des eingeschobenen Einschubs 24 sowie eine Abdeckplatte 58.

Aus Fig. 5 ist deutlich ersichtlich, daß die Grundplatte 60 des Einschubes 24 kleiner ist als die Grundfläche 28 des Gehäuses 26, so daß zwischen der Stirnwand 40 und dem Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher 10 ein erster Kanal 62 frei bleibt. Der Einschub 24 ist niedriger als das Gehäuse 26. Im eingeschobenen Zustand ist die Bodenplatte 60 des Einschubs 24 beabstandet von der Grundfläche 28 des Gehäuses 26, so daß im Bodenbereich ein zweiter Kanal 64 für die Abluft frei bleibt, der stirnseitig an den ersten Kanal 62 anschließt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abluft aufweisend einen primären Kältemittelkreislauf, bei dem das Kältemittel nacheinander zumindest die Bauteile Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher (10), Kompressor (16), Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium- Wärmetauscher (18) und Drosselorgan (22) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (10, 16, 18, 22) des primären Kältemittelkreislaufs auf einem Einschub (24) montiert sind, der schubladenartig einschiebbar ist in ein in einem Lüftungsschacht angeordnetes Gehäuse (26).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft unten in das Gehäuse (26) einströmt und oben aus dem Gehäuse (26) austritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (26) die Form eines Quaders aufweist, daß Stirnwand (40) sowie beide Seitenwände (36, 38) als seitliche Wandungen des Lüftungsschachtes ausgebildet sind, und daß die vierte Wandung des Lüftungsschachtes von der Rückwand (42) des eingeschobenen Einschubs (24) und/oder einer Abdeckplatte (58) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Einschub (24) von außen zugängliche Anschlußelemente (44, 46, 48, 50) für Arbeitsstrom, für die Steuerung/Regelung, für den Kondensatablauf sowie für den Zulauf und für den Ablauf des Wärmeübertragungsmediums vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher (10) in einer vertikalen Wand des Einschubes (24) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (60) des Einschubes (24) kleiner ist als die Grundfläche (28) des Gehäuses (24), so daß zwischen Gehäusewand und Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher (10) ein erster Kanal (62) frei bleibt, durch den die Abluft strömen kann.

7. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschub (24) niedriger ist als das Gehäuse (26) und daß in eingeschobenem Zustand die Bodenplatte (60) des Einschubes (24) beabstandet von der Grundfläche (28) des Gehäuses (26) angeordnet ist, so daß im Bodenbereich ein zweiter Kanal (64) für die Abluft frei bleibt.

8. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluft/Kältemittel-Wärmetauscher (10) als Lamellen- Wärmetauscher ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittel/Wärmeübertragungsmedium-Wärmetauscher (18) als Platten-Wärmetauscher ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (22) als Kapillar-Rohr ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (16) als Hubkolben-Kompressor ausgebildet ist.