DE102006007848B4

DE102006007848B4 - Anlage zum Erwärmen einer Einrichtung wie einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle

Info

Publication number: DE102006007848B4
Application number: DE102006007848.9A
Authority: DE
Inventors: Horst Doerk
Original assignee: MENERGA GmbH
Current assignee: Menerga 45473 Muelheim De GmbH
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2026-02-18
Also published as: WO2007095984A1; DE102006007848A1; EP1984676A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Erwärmen einer mit einem Gebäude verbundenen Einrichtung, insbesondere einer Halle mit hohem Temperatumiveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle, wobei die Einrichtung durch Zuluft erwärmt wird, die zuvor durch den Kondensator einer Wärmepumpe der Anlage strömt, wobei zum Vorerwärmen der Zuluft vor dem Kondensator der Wärmepumpe ein Wärmetauscher angeordnet ist, der von der Zuluft durchströmt ist und an dem der Vorlauf der Gebäudeheizung, insbesondere mit einer Gebäudewärmepumpe oder einer Niedertemperaturheizung angeschlossen Ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Erwärmen einer mit einem Gebäude verbundenen Einrichtung, insbesondere einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle, wobei die Einrichtung durch Zuluft erwärmt wird, die zuvor durch den Kondensator einer Wärmepumpe der Anlage strömt.
Schwimmbäder oder Sporthallen werden ebenso geheizt wie daneben stehende Gebäude, wobei die Heizung des daneben stehenden Gebäudes in der Regel nur aufgrund des für die Beheizung der Einrichtung hohem Temperaturniveaus mit sehr hohen Vorlauftemperaturen betrieben wird, die für die Beheizung des Gebäudes nicht erforderlich sind.
Hauswärmepumpen können Warmwasservorlauftemperaturen im Bereich von 35°C bis 50°C erzeugen. Aufgrund der reduzierten Heizleistungszahl bei hohen Vorlauftemperaturen kommen in den betreffenden Gebäuden vorranging Flächenheizungssysteme zum Einsatz, die eine ausreichende Beheizung der Wohnräume mit tiefen Vorlauftemperaturen ermöglichen.
Warmwasservorlauftemperaturen unter 45°C sind jedoch nicht ausreichend, um zum Beispiel die zur Deckung der Transmissionswärmeverluste der Schwimmhalle erforderliche Zulufttemperatur zu erreichen. Ein solcher Stand der Technik ist beispielsweise aus der DE 26 24 962 A1 bekannt. Dieses bekannte Klimagerät für ein Hallenbad weist eine Wärmepumpe, einen zwangsbelüfteten Verdampfer sowie einen wasser- und einen luftgekühlten Verflüssiger auf, wobei die beiden Verflüssiger als Teile eines von ihnen gemeinsam gebildeten Gesamtverflüssigers im Kühlmittelkreislauf der Wärmepumpe hintereinander angeordnet sind.
Die WO 2004/094 921 A1 behandelt einen Fluid-Luft-Kombiverdampfer mit wenigstens zwei getrennten Kanalsystemen, durch die jeweils getrennte Stoffströme hindurch leitbar sind, wobei wenigstens eines der beiden Kanalsysteme eine freie Oberfläche aufweist, die in thermischen Kontakt mit einem Luftstrom bringbar ist, und die wenigstens zwei Kanalsysteme zumindest abschnittsweise in thermischem Kontakt miteinander stehen.
Ferner ist es aus der EP 0 040 529 A2 eine Anlage für Schwimmhallen bekannt, bei der die Wärme der Abluft durch ein Wärmerückgewinnungssystem auf die Zuluft übertragen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der Eingangs genannten Art so zu verbessern, dass zusätzlich zur Beheizung einer neben einem Gebäude stehenden Einrichtung, insbesondere einer Halle wie einer Schwimmhalle die Heizung des Gebäudes für die Einrichtung nutzbar ist, ohne das Temperaturniveau der Heizung des Gebäudes anzuheben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Umluftbetrieb der Einrichtung zum Vorerwärmen der Zuluft vor dem Kondensator der Wärmepumpe ein Wärmetauscher angeordnet ist, der von der Zuluft durchströmt ist und der an den Vorlauf einer Gebäudeheizung angeschlossen ist und wobei auch ein Verdampfer der Wärmepumpe der Anlage an den Vorlauf der Gebäudeheizung angeschlossen ist.
Durch eine solche Lösung ist keine zusätzliche Wärmepumpe erforderlich, sondern es wird die Wärmepumpe genutzt, die bereits in der Anlage der Halle zur Entfeuchtung vorhanden ist. Durch einen zusätzlichen Verdampfer gelingt es, der Wärmepumpe der Anlage eine weitere Funktion zu geben und damit zu erreichen, dass die Heizungsanlage des Gebäudes zusätzlich nach Bedarf für die Halle auch dann nutzbar ist, wenn die Gebäudeheizung auf einem niedrigeren Temperaturniveau betrieben wird, als das der Anlage, bzw. der Einrichtung.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass im Umluftbetrieb der Anlage die Wärmepumpe über einen an dem Vorlauf der Gebäudeheizung insbesondere der Gebäudewärmepumpe angeschlossenen Verdampfer die Zuluft im Kondensator der Wärmepumpe nach Vorerwärmung erwärmt.
Bei einfacher Konstruktion und Regelung wird eine erhebliche Energieeinsparung erreicht.
Für die Kombination mit einer Hauswärmepumpe oder einer Niedertemperaturheizung wurde eine speziell für diesen Anwendungsfall ausgelegte integrierte Wärmepumpe entwickelt.
Um mit dem integrierten Wärmetauscher bei niedrigen Vorlauftemperaturen der Gebäudeheizung eine maximale Heizleistung zu erzielen, wird der Wärmetauscher in Luftrichtung vor dem Luftkondensator der Wärmepumpe in den Zuluftstrom eingebaut. Aufgrund der an dieser Position niedrigeren Eintrittstemperatur in den Wärmetauscher kann auch bei niedrigen Warmwasservorlauftemperaturen die Zuluft vorgeheizt werden. Im nachgeschalteten Luftkondensator kann die Zuluft auf eine für die Deckung der Transmissionswärmeverluste ausreichende Zulufttemperatur erwärmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn im Umluftbetrieb der Anlage die Wärmepumpe der Anlage abschaltbar ist und die Zuluft nur noch durch die Gebäudeheizung erwärmt wird. Hierdurch wird ein Umluftbetrieb zum Heizen erreicht.
Um neben dem Heizen der Halle auch eine Entfeuchtung insbesondere auch mit Außenluft (insbesondere im Winter) zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass im Fortluftkanal der Anlage ein Verdampfer einer Wärmepumpe angeordnet ist, um durch diese der Fortluft entzogene Wärme die Temperatur der Zuluft durch einen Kondensator der Wärmepumpe zu erhöhen.
Um nur mit einer einzigen Wärmepumpe auszukommen, wird vorgeschlagen, dass der Wärmepumpenkreislauf einen Verdichter, einen Kondensator und zwei Verdampfer aufweist.
Für einen Entfeuchtungsbetrieb inklusive Heizung, aber ohne eine Zufuhr von Außenluft wird vorgeschlagen, dass zur Entfeuchtung der Abluft der Einrichtung diese nicht als Fortluft nach außen strömt, sondern in den Kanal geführt wird, der die Außenluft einbringt bei geschlossener oder teilgeschlossener Außenluftzufuhr.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verdichter der Wärmepumpe leistungsgeregelt ist, um die Heiz- und/oder die Entfeuchtungsleistung zu regeln.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

1 den Umluftbetrieb zum Heizen einer Schwimmhalle ohne Entfeuchtung;
2 den Betrieb der Anlage mit Beheizung und mit Außenluftbeimischung, insbesondere im Winter;
3 die Beheizung und der Entfeuchtungsbetrieb ohne Außenluft;
4 der Sommerbetrieb ohne Beheizung und ohne Entfeuchtung.

Es ist häufig anzutreffen, dass neben einem Gebäude wie einem Hotel oder Wohnhaus oder Büro eine Schwimmhalle steht. Hierbei besteht zur Erwärmung und Entfeuchtung der Innenluft der Einrichtung eine Außenluftzufuhr 10, die über einen Kanal 11 zu einer Zuluft-Öffnung 12 führt. Ferner weist die Einrichtung eine Abluftöffnung 13 auf, von der ein Kanal 14 zu einer Fortluftlöffnung 15 führt. Die beiden Kanäle 11 und 14 kreuzen sich hierbei 2-mal und zwar innerhalb eines ersten Wärmetauschers 2a und eines zweiten Wärmetauschers 2b, die jeweils von einem Kreuzstrom-Wärmetauscher gebildet sein können und zusammen einen Kreuzgegenstromwärmetauscher 2 bilden.
In dem in 1 dargestellten Umluftheizbetrieb ist der Kanal 14 mit dem Kanal 11 derart verbunden, dass die aus der Einrichtung über die Öffnung 13 eingehende Innenluft als Abluft direkt zum Kanal 11 geführt wird, ohne in den Kreuzgegenstromwärmetauscher 2 zu gelangen, so dass die Abluft direkt wieder zur Zuluft wird. Hierbei sind im Kanal 11 nahe der Zuluftöffnung 12 zwei Wärmetauscher 1 und 22 angeordnet, die die Abluft erwärmen bevor sie zur Zuluft wird.
Der Wärmetauscher befindet sich als Kondensator 1 im Kreislauf einer Wärmepumpe, die einen Verdichter 5, zwei Verdampfer 3 und 4 aufweist. Über den Verdampfer 4 wird der Kreislauf dieser Wärmepumpe direkt an den Heizkreislauf (Vorlauf 7, Rücklauf 8) des Gebäudes angeschlossen. Somit entzieht die Wärmepumpe die Wärmeenergie auf niedrigem Temperaturniveau dem Gebäude und führt sie dem Wärmetauscher, bzw. dem Kondensator 1 zu, um die Abluft zu erwärmen und dann wiederum als Zuluft der Einrichtung, bzw. der Halle zuzuführen. Damit entzieht der Verdampfer 4 auf niedrigem Temperaturniveau die Wärme dem Wärmepumpenkreislauf, der am Gebäude angeschlossen ist und gibt sie über den Kondensator an die Abluft, bevor diese zur Zuluft wird, auf hohem Temperaturniveau ab.
Von dem Vorlauf der Gebäudeheizung zweigt ein weiterer Heizkreislauf ab, in dem ein Wärmetauscher 22 liegt, der weder als Kondensator, noch als Verdampfer arbeitet und allein die Aufgabe hat, die im Gebäude oder die vom Gebäude erhaltene Wärme über den Wärmetauscher 22 die Abluft im Kanal 11 zusätzlich oder allein zu erwärmen, damit sie dann als warme Zuluft (Zuluftöffnung 12) in die Einrichtung (Halle) gelangt. Hierbei arbeitet der Wärmetauscher 22 als ein Vorerwärmer vor dem Kondensator 1.
Während bisher nur beschrieben wurde wie die Abluft die Einrichtung (Halle) erwärmt und als Zuluft wieder zugeführt wird, zeigt die 2 wie durch diese Anlage die Abluft der Einrichtung (Halle) entfeuchtet und insbesondere mit Außenluft insbesondere im Winter versetzt wird. Zusätzlich erfolgt hier auch noch eine Heizung. Hierzu strömt von der Öffnung der Außenluftzufuhr 10 über den Kanal 11 die Außenluft zu dem Kreuzstromwärmetauscher 2b um von der kreuzenden Abluft im Kanal 14 ein erstes Mal erwärmt zu werden. Danach strömt durch den Kanal 11 die vorerwärmte Außenluft zum Kreuzstromwärmetauscher 2a, um dort ein zweites Mal von der Abluft des Kanals 14 erwärmt zu werden. Diese zweifach vorerwärmte Außenluft gelangt dann durch die zwei Wärmetauscher, d.h. den Wärmetauscher 22 und den Kondensator 1, wobei wahlweise auch nur einer der beiden Wärmetauscher eingeschaltet ist, bzw. Wärme abgeben kann.
Die durch die Abluftöffnung 13 und den Kanal 14 zu dem Kreuzgegenstromwärmetauscher 2 geführte Abluft wurde damit durch die beiden Kreuzstromwärmetauscher 2a und 2b zwei Mal abgekühlt, so dass nach dieser zweifachen Abkühlung eine ausreichende Temperaturminderung erreicht sein kann um die Abluft zu entfeuchten. Zusätzlich ist hierbei (2) noch ein weiterer Verdampfer 3 angeordnet, der in demselben oben beschriebenen Kreislauf der Wärmepumpe angeordnet ist. Dieser Verdampfer 3 entzieht der Abluft die Wärme, die dann über den Wärmepumpenkreislauf durch den Kondensator 1 der Zuluft zugeführt wird. Die Abluft wird damit durch den Verdampfer 3 zum dritten Mal heruntergekühlt und kann dann noch weiter entfeuchtet werden. Dies führt zu einem erheblichen zusätzlichen Wärmegewinn, wobei diese Wärme über die Wärmepumpe an den Kondensator 1 und über den Kondensator 1 an die Zuluft abgegeben wird.
In 3 ist dargestellt, wie die Anlage im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb arbeitet ohne Außenluft einzubringen und Fortluft abzuführen. Bei diesem Entfeuchtungsbetrieb ist der Kanal 14 mit dem Kanal 11 nahe der Fort- und Außenluftöffnung verbunden, so dass die Abluft, nachdem sie den Kreuzgegenstromwärmetauscher 2 und den Verdampfer 3 durchströmt hat, in den Kanal 11 zurückgeführt wird, um von dort wieder quer in den Kreuzgegenstromwärmetauscher 2 zu strömen, um in den Wärmetauschern 2a und 2b jeweils erwärmt zu werden und dann wiederum zu dem Wärmetauscher 22 und dem Kondensator 1 zu gelangen. Die Abluft wird somit drei Mal heruntergekühlt um dann zu kondensieren und ihre Wärme durch die Verbindung des Verdampfers 3 mit dem Kondensator 1 an sich selbst nach dem Kondensieren abzugeben. Die Abluft wird somit heruntergekühlt, kondensiert und damit entfeuchtet, danach wieder erwärmt und als Zuluft zurück in die Einrichtung (Halle) geführt.
In den Zeichnungen sind noch Klappen 27, 28 an den Öffnungen der Außenluftzufuhr und der Fortluft 15 dargestellt, um dafür zu sorgen, dass diese nur dann einströmt, wenn dies gewünscht ist. Ferner befinden sich in den Kanälen 11 und 14 nahe der Zuluftöffnung 12 und der Abluftöffnung 13 jeweils ein Gebläse oder Ventilator 23, 24. Auch sind Luftfilter 25, 26 vor dem Gebläse 24 und hinter der Öffnung der Außenluftzufuhr 10 angeordnet.
In dem in 4 dargestellten Sommerbetrieb ist bei ausreichend warmer Außenluft die Wärmepumpe nicht in Betrieb. Es kommt zu keinerlei Austausch von Wärme, sondern die Abluft strömt von der Abluftöffnung 13 über den Kanal 14 zur Fortluftöffnung 15 und die Zuluft strömt von der Zuluftöffnung 12 über den Kanal 11 zum Außenluftauslass.
Zur Vermeidung von Störungen am Kältesystem wird die in der Anlage integrierte Wärmepumpe mit einem geeigneten Kältemittel ausgerüstet, wodurch hohe Kondensationstemperaturen ermöglicht werden.
Um auch im Umluft-Heizen-Betrieb (Raumsollwert Feuchte ist erreicht, keine Entfeuchtung erforderlich) eine ausreichende Erwärmung der Zuluft sicherzustellen, wird somit im integrierten Kältesystem ein Wasserverdampfer parallel zum Verdampfer in der Fortluft integriert. Die auf niedrigem Temperaturniveau zur Verfügung stehende Wärme der Hauswärmepumpe wird durch die in der Anlage integrierte Wärmepumpe auf das erforderliche Temperaturniveau zur Deckung der Transmissionswärmeverluste der Schwimmhalle gebracht.
Bezugszeichenliste

1: Kondensator als Wärmetauscher
2: Kreuzgegenstromwärmetauscher
2a: Kreuzstromwärmetauscher
2b: Kreuzstromwärmetauscher
3: Verdampfer
4: Verdampfer
5: Verdichter
7: Vorlauf des Heizkreislaufes
8: Rücklauf des Heizkreislaufes
10: Außenluftzufuhr
11: Kanal
12: Zuluftöffnung
13: Abluftöffnung
14: Kanal
15: Fortluftöffnung
22: Wärmetauscher
23: Gebläse/Ventilator
24: Gebläse/Ventilator
25: Luftfilter
26: Luftfilter
27, 28: Klappen

Claims

Anlage zum Erwärmen einer mit einem Gebäude verbundenen Einrichtung, insbesondere einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle, wobei die Einrichtung durch Zuluft (12) erwärmt wird, die zuvor durch den Kondensator (1) einer Wärmepumpe (1, 3, 4, 5) der Anlage strömt, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Umluftbetrieb der Einrichtung zum Vorerwärmen der Zuluft (12) vor dem Kondensator (1) der Wärmepumpe (1, 3, 4, 5) ein Wärmetauscher (22) angeordnet ist, der von der Zuluft durchströmt ist und der an den Vorlauf (7) einer Gebäudeheizung angeschlossen ist und wobei auch ein Verdampfer (4) der Wärmepumpe (1, 3, 4, 5) der Anlage an den Vorlauf (7) der Gebäudeheizung angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass im Umluftbetrieb der Anlage die Wärmepumpe (1, 3, 4, 5) der Anlage abschaltbar ist und die Zuluft nur noch durch die Gebäudeheizung erwärmt wird.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fortluftkanal der Anlage ein Verdampfer (3) der Wärmepumpe (1, 3, 4, 5) angeordnet ist, um durch diese der Fortluft entzogene Wärme die Temperatur der Zuluft (12) durch den Kondensator (1) der Wärmepumpe zu erhöhen.
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmepumpenkreislauf einen Verdichter (5), einen Kondensator (1) und zwei Verdampfer (3, 4) aufweist.
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfeuchtung der Abluft der Einrichtung diese nicht als Fortluft nach außen strömt, sondern in einen Kanal (11) geführt wird, der die Außenluft einbringt bei geschlossener oder teilgeschlossener Außenluftzufuhr (10).
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (5) der Wärmepumpe (1, 3, 4, 5) leistungsgeregelt ist, um die Heiz- und/oder die Entfeuchtungsleistung zu regeln.