DE102007025121A1

DE102007025121A1 - Heißwasser- und Fußbodenheizung

Info

Publication number: DE102007025121A1
Application number: DE102007025121A
Authority: DE
Inventors: Taichi Tanaami; Masahiko Gommori; Takayuki Fushiki; Kouichi Fukushima; Kazuhiro Endoh; Junichi Takagi; Tadashi Masuda; Keiichi Mizutani
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2007-12-13
Also published as: JP5073970B2; JP2007322077A; KR20070115741A; CN100516667C; CN101082429A; KR100859245B1

Abstract

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Leistungskoeffizienten einer Wärmepumpen-Warmwasserversorgungsvorrichtung mit einer Fußbodenheizungsfunktion zu erhöhen. Die Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung umfasst einen Wärmequellenkreis (42) für die Warmwasserversorgung, der von einem Kompressor (1b), einem Wärmetauscher (3) für die Warmwasserversorgung, einer Druckreduziervorrichtung (4b) für die Warmwasserversorgung und einem Verdampfer (5b) gebildet wird; einen Wärmequellenkreis (41) für die Fußbodenheizung, der von einem Kompressor (1a), einem Wärmetauscher (8) für die Fußbodenheizung, einer Druckreduziervorrichtung (4c) für die Fußbodenheizung und einem Verdampfer (5a) gebildet wird; einen Fußbodenheizungskreis (50), bei dem ein Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Wärmetauscher für die Fußbodenheizung und der thermischen Last der Fußbodenheizung zirkuliert; eine Umschalteinrichtung, die den Strömungsweg für ein Arbeitsmittel zwischen dem Wärmequellenkreis für die Warmwasserversorgung und dem Wärmequellenkreis für die Fußbodenheizung umschaltet; und eine Steuereinrichtung (55), wobei die Steuereinrichtung (55) den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums, das vom Wärmetauscher für die Fußbodenheizung der thermischen Last für die Fußbodenheizung zugeführt wird, auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur des zum Wärmetauscher für die Fußbodenheizung zurückkehrenden Wärmeübertragungsmediums ...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung und insbesondere eine Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung, bei der die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums stabil gehalten wird und beim Fußbodenheizungsbetrieb Energie gespart wird.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren wurde in Verbindung mit der Popularisierung der Warmwasserversorgung durch eine Wärmepumpe ein Aufbau vorgeschlagen, der zusätzlich zu der Funktion der Versorgung mit Warmwasser die Funktion einer Fußbodenheizung umfaßt.
Bei dieser Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung wird der Wärmepumpenbetrieb zum Zeitpunkt der Warmwasserbereitung zum Beispiel in der Mitte der Nacht jeden Tag so ausgeführt, daß heißes Wasser mit einer Temperatur von etwa 65°C, das von einem Wärmetauscher für die Warmwasserversorgung aufgeheizt wird, in einem großen Wasser-Speichertank mit einer Kapazität von 400 bis 500 Liter gespeichert wird, wobei die Abgabe von Warmwasser mit einer geeigneten Temperatur von etwa 40°C durch Zumischen einer geeigneten Menge von Wasser zu dem Warmwasser im Speichertank zum Zeitpunkt der Entnahme erfolgt (siehe zum Beispiel das Patentdokument 1 (JP-A-2005-274021)).
Im Fußbodenheizungsbetrieb erfolgt zum Beispiel die Fußbodenheizung dadurch, daß durch Aufheizen des in einem Expansionstank gespeicherten Wassers durch den Wasser-Arbeitsmittel-Wärmetauscher einer Wärmepumpe zum Heizen des Bodens warmes Wasser entsteht, das durch eine Pumpe durch Fußbodenheizungsplatten gepumpt wird. Die Temperatur des aufgeheizten und zum Umlauf ausgegebenen warmen Wassers ist zu Beginn etwas höher und beträgt zum Beispiel 60 bis 70°C, während sie bei stabiler Temperatur etwa 50 bis 60°C beträgt. Die Temperatur der Fußbodenheizung wird durch Drosseln der Durchflußmenge entsprechend der Temperatur des umlaufenden Wassers mit einem thermischen Ventil geregelt.
Die Wärmepumpen-Warmwasserversorgungsvorrichtung mit Fußbodenheizungsfunktion des Patentdokuments 1 hat jedoch den Nachteil, daß, da die Temperatur des zum Aufheizen des Bodens zirkulierenden Wassers fest eingestellt ist, den verschiedenen Anforderungen an die Temperatur der Fußbodenheizung auf der Basis der Nutzungsbedingungen und des Nutzers nicht entsprochen werden kann.
Hinsichtlich einer Energieeinsparung nimmt unter der Annahme, daß die Temperatur des zugeführten Wassers feststeht, der Wirkungsgrad der Wärmepumpe mit zunehmender Temperatur des aufgeheizten und abgegebenen Wassers ab. Bei einer herkömmlichen Wärmepumpen-Warmwasserversorgung muß, damit immer heißes Wasser vorhanden ist, die Temperatur etwas höher eingestellt werden, zum Beispiel auf 60 bis 70°C, wenn der Betrieb beginnt, und 50 bis 60°C, wenn sich die Temperatur stabilisiert hat, mit der Folge, daß sich der Leistungskoeffizient (COP, Coefficient of Performance) der Wärmepumpe entsprechend verringert.
Das herkömmlich verwendete thermische Ventil ist so aufgebaut, daß sich der Öffnungsgrad entsprechend der Temperatur des Wärmefluids ändert, so daß der Aufbau kompliziert ist und die Kosten im Vergleich zu einem normalen Öffnungs- und Schließventil hoch sind. Auch ist das Ansprechverhalten aufgrund der Wärmeerfassungsart langsam.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Leistungskoeffizienten einer Wärmepumpen-Warmwasserversorgungsvorrichtung mit einer Fußbodenheizungsfunktion zu erhöhen.
Erfindungsgemäß kann bei einer direkten Wärmepumpen-Warmwasserversorgungsvorrichtung und dergleichen mit einem Wärmepumpenkreis, der zum Zeitpunkt der Verwendung warmes Wasser bereitstellt, ohne daß vorab ein Wärmepumpenbetrieb in der Mitte der Nacht ausgeführt werden muß, sondern das warme Wasser direkt mit einer geeigneten Temperatur zu dem benutzten Anschluß geliefert wird, dadurch im erforderlichen Bereich eine Niedertemperaturheizung durchgeführt und der Wirkungsgrad der Wärmepumpen-Warmwasserversorgungsvorrichtung verbessert werden, daß ein Fußbodenheizungskreis hinzugefügt wird, in dem ein Wärmeübertragungsmedium zirkuliert, wobei die Heiztemperatur des Wärmeübertragungsmediums gesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe eine Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung geschaffen mit
einem Wärmequellenkreis für die Warmwasserversorgung, der einen Kompressor, einen Wärmetauscher für die Warmwasserversorgung, eine Druckreduziervorrichtung für die Warmwasserversorgung und einen Verdampfer umfaßt;
einem Wärmequellenkreis für die Fußbodenheizung, der einen Kompressor, einen Wärmetauscher für die Fußbodenheizung, eine Druckreduziervorrichtung für die Fußbodenheizung und einen Verdampfer umfaßt;
einem Fußbodenheizungskreis, bei dem ein Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Wärmetauscher für die Fußbodenheizung und der thermischen Last der Fußbodenheizung zirkuliert;
einer Umschalteinrichtung, die den Strömungsweg für ein Arbeitsmittel zwischen dem Wärmequellenkreis für die Warmwasserversorgung und dem Wärmequellenkreis für die Fußbodenheizung umschaltet; und mit
einer Steuereinrichtung für den Betrieb,
wobei die Steuereinrichtung den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums, das vom Wärmetauscher für die Fußbodenheizung der thermischen Last für die Fußbodenheizung zugeführt wird, auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur des zum Wärmetauscher für die Fußbodenheizung zurückkehrenden Wärmeübertragungsmediums und einem Einstellwert für die Temperatur des durch den Wärmetauscher für die Fußbodenheizung strömenden Wärmeübertragungsmediums festlegt und die Drehzahl des Kompressors derart steuert, daß die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums gleich dem Sollwert für die Vorlauftemperatur wird.
Da es bei diesem Aufbau möglich ist, den Sollwert der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums auf einen Wert einzustellen, der für die Fußbodenheizung optimal ist, zum Beispiel auf der Basis der an einer Fernsteuerung eingestellten Temperatur für die Fußbodenheizung, und da es möglich ist, den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums jederzeit dadurch neu festzulegen, daß die Rücklauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums berücksichtigt wird, die sich entsprechend der Nutzungsbedingungen sowie der eingestellten Temperatur ändert, kann immer eine Temperatursteuerung ausgeführt werden, die für die Fußbodenheizung optimal ist. Da es damit nicht erforderlich ist, die Temperatursteuerung durch das Hochtemperatur-Wärmeübertragungsmedium unter Berücksichtigung der an der Fernsteuerung eingestellten Temperatur für die Fußbodenheizung und der verschiedenen Nutzungsbedingungen auszuführen, kann der Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums niedrig gehalten werden, und es ist möglich, den Leistungskoeffizienten (COP) der Wärmepumpe zu verbessern.
Dazu kann ein billiges elektromagnetisches Öffnungs- und Schließventil für die Fußbodenheizung verwendet werden, so daß kein teures thermisches Ventil benötigt wird, wodurch sich die Kosten verringern. Außerdem verbessert sich dadurch das Ansprechverhalten bei einer Änderung der Fußbodenheizungsbelastung.
In diesem Fall legt zum Beispiel die Steuereinrichtung für den Betrieb einen ersten Sollwert für die Vorlauftemperatur entsprechend dem eingestellten Temperaturwert unmittelbar nach Beginn des Betriebs des Wärmequellenkreises für die Fußbodenheizung fest und steuert einen zweiten Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur und dem eingestellten Temperaturwert, nachdem eine festgelegte Zeit seit Beginn des Betriebs verstrichen ist. Bei diesem Aufbau ist es möglich, die Zeit für den Temperaturanstieg während einer vorgegebenen Zeit zu Beginn des Betriebs dadurch zu verkürzen, daß der erste Sollwert für die Vorlauftemperatur etwa höher festgelegt wird, um so einen stabilen Betrieb zu erhalten, das heißt die Vorlauftemperatur wird früh durch den Steuerbetrieb auf den zweiten Sollwert eingestellt.
Die Steuereinrichtung für den Betrieb kann außerdem so aufgebaut sein, daß der Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums und dem eingestellten Temperaturwert sowie dem erfaßten Wert für die Temperatur der Außenluft festgelegt wird.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung geschaffen mit
einer Anzahl von Wärmequellenkreisen, die jeweils einen Kompressor, einen Wärmetauscher, eine Druckreduziervorrichtung und einen Verdampfer umfassen, wobei jeweils wenigstens der Wärmetauscher unabhängig vorgesehen ist;
einem direkten Warmwasserversorgungskreis, der direkt vom Wärmetauscher in einem der Wärmequellenkreise erhitztes Wasser zu einem Nutzanschluß führt;
einem Fußbodenheizungskreis, bei dem ein Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Wärmetauscher in einem anderen Wärmequellenkreis und der thermischen Last der Fußbodenheizung zirkuliert; und mit
einer Steuereinrichtung für den Betrieb,
wobei die Steuereinrichtung den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums, das vom Wärmetauscher im anderen Wärmequellenkreis der thermischen Last für die Fußbodenheizung zugeführt wird, auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur des zu dem Wärmetauscher im anderen Wärmequellenkreis zurückkehrenden Wärmeübertragungsmediums und dem Einstellwert für die Temperatur des durch den Wärmetauscher strömenden Wärmeübertragungsmediums festlegt und die Drehzahl des Kompressors derart steuert, daß die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums gleich dem Sollwert für die Vorlauftemperatur wird.
Mit anderen Worten wird durch den Betrieb der Warmwasserversorgung im direkten, unmittelbaren Warmwasserversorgungskreis der Leistungskoeffizient der Wärmepumpe verbessert, da es nicht erforderlich ist, heißes Wasser mit hoher Temperatur wie bei der Wärmepumpen-Warmwasserversorgungsvorrichtung vom Heißwasserspeichertyp zu speichern, und da es möglich ist, sowohl bei der Warmwasserversorgung als auch bei der Fußbodenheizung einen Heizvorgang mit geeigneter Temperatur durchzuführen. Da die Heiztemperaturen für die Warmwasserversorgung und die Fußbodenheizung ähnlich sind, ist es möglich, den Leistungskoeffizient der Wärmepumpe bezüglich beiden Funktionen zu verbessern.
Mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung ist es möglich, den Leistungskoeffizient der Wärmepumpe mit einem einfachen Aufbau zu verbessern, und es ist möglich, bei einer Änderung der Fußbodenheizungsbelastung ein gutes Ansprechverhalten zu erhalten.
Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten in der Zeichnung
1 ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile einer Ausführungsform eines Wärmequellenkreises für eine Fußbodenheizung, eines Wärmequellenkreises für eine Warmwasserversorgung, eines Warmwasserversorgungskreises, eines Fußbodenheizungskreises, einer Steuereinrichtung für den Betrieb und Teilen der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung;
2 ist ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Betriebs und der Abläufe zum Zeitpunkt des Beheizens eines Fußbodens bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung;
3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Ausführungsform einer Vorlauftemperatursteuerung zum Zeitpunkt eines Fußbodenheizvorgangs bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung;
4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Ausführungsform einer Korrelation zwischen der Vorlauftemperatur (der Temperatur am Ausgang einer Fußbodenheizungs-Wärmeübertragungsleitung) zum Zeitpunkt der Fußbodenheizung und dem Leistungskoeffizient (COP) bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung; und
5 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des Betriebs und der Abläufe zum Zeitpunkt der Versorgung einer Küche mit Warmwasser bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Es folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der 1. In der 1 ist eine Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung mit einem Wärmequellenkreis 40 versehen, der aus zwei Systemen von Wärmepumpen-Wärmequellenkreisen mit einem Wärmequellenkreis 41 zur Fußbodenheizung und einem Wärmequel lenkreis 42 zur Warmwasserversorgung, einem Warmwasserversorgungskreis 45, einem Fußbodenheizungskreis 50 und einer Steuereinrichtung 55 besteht.
Mit der Ausnahme der Fußbodenheizungsplatten befinden sich die Teile des Wärmequellenkreises 40, des Warmwasserkreises 45 und des Fußbodenheizungskreises 50 im gleichen Gehäuse. Die Steuereinrichtung 55 wird von einer Fernsteuerung 56 für die Warmwasserversorgung und einer Fernsteuerung 57 für die Fußbodenheizung gebildet.
Unabhängig von der Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung sind ein Küchen-Wasserhahn 23, der als Nutzanschluß für den Warmwasserversorgungskreis 45 dient, eine Badewanne 30 mit einem Badumlaufadapter 29 und Fußbodenheizungsplatten 35 und 36 vorgesehen und jeweils mit einem Wasserversorgungsanschluß 13, einem Küchen-Warmwasser-Abgabeanschluß 22, einem Warmwassereingangs- und Ausgangsanschluß 28, einem Bad-Warmwasser-Abgabeanschluß 31, Fußbodenheizungs-Warmwasser-Vorlaufanschlüssen 32 und 33 und einem Fußbodenheizungs-Rücklaufanschluß 34 verbunden.
Der Wärmequellenkreis 40 dient als Wärmequelle für die Fußbodenheizung und die Warmwasserversorgung. Der Wärmequellenkreis 41 für die Fußbodenheizung wird von einem geschlossenen Kreis gebildet, der durch aufeinanderfolgendes Verbinden eines Kompressors 1a, eines Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventils 2b, einer Arbeitsmittelleitung 8a für die Fußbodenheizung im Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung, einer Druckreduziervorrichtung 4c und einem Verdampfer 5a mit einer Arbeitsmittelleitung gebildet wird, wobei das Arbeitsmittel darin eingeschlossen ist.
Der Wärmequellenkreis 42 für die Warmwasserversorgung besteht aus zwei Kreisläufen, einem geschlossenen Kreislauf, der durch aufeinanderfolgendes Verbinden eines Kompressors 1b, eines Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventils 2c, einer Arbeitsmittelleitung 3b für die Warmwasserversorgung im Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung, einer Druckre duziervorrichtung 4b und eines Verdampfers 5b mit einer Arbeitsmittelleitung erhalten wird, und einem geschlossenen Kreislauf, der durch aufeinanderfolgendes Verbinden des Kompressors 1a, des Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventils 2a, der Arbeitsmittelleitung 3a für die Warmwasserversorgung im Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung, der Druckreduziervorrichtung 4a und des Verdampfers 5a durch eine Arbeitsmittelleitung erhalten wird, wobei das Arbeitsmittel darin eingeschlossen ist.
Der Kompressor 1a und der Verdampfer 5a werden somit gemeinsam für den Wärmequellenkreis 41 für die Flußbodenheizung und den Wärmequellenkreis 42 für die Warmwasserversorgung verwendet, und zwischen dem Wärmequellenkreis 41 für die Flußbodenheizung und dem Wärmequellenkreis 42 für die Warmwasserversorgung wird durch Öffnen und Schließen der Arbeitsmittels-Öffnungs- und Schließventile 2a und 2b umgeschaltet.
Die Kompressoren 1a und 1b werden von Kompressoren mit steuerbarer Drehzahl gebildet, deren Kapazität groß genug für eine unmittelbare Wärmepumpen-Warmwasserversorgung ist, die warmes Wasser direkt zuführt, und bei denen die Drehzahl entsprechend der Menge an entnommenem Warmwasser geändert werden kann. Mit anderen Worten sind die Kompressoren 1a und 1b so aufgebaut, daß die Drehzahl von einer niedrigen Drehzahl (zum Beispiel 700 Umdrehungen/min) mittels einer PWM-Steuerung, einer Spannungssteuerung (zum Beispiel einer PAM-Steuerung) oder einer Kombination davon bis zu einer hohen Drehzahl (zum Beispiel 7000 Umdrehungen/min) gesteuert werden kann.
Da die geeignete Temperatur (etwa 40 bis 45°C) für die direkte Warmwasserversorgung der geeigneten Temperatur (etwa 40 bis 50°C) für eine stabile Fußbodenheizung ähnlich ist, ist der Wärmepumpenkreis, der hauptsächlich von den Kompressoren 1a und 1b gebildet wird, so aufgebaut, daß der Leistungskoeffizient (COP) in der Nähe der verwendeten Temperatur am höchsten ist.
Der Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung ist mit Arbeitsmittelleitungen 3a und 3b für die Warmwasserversorgung und Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite versehen und so aufgebaut, daß zwischen den Arbeitsmittelleitungen 3a und 3b für die Warmwasserversorgung und den Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite Wärme ausgetauscht wird.
Die Druckreduziervorrichtungen 4a, 4b und 4c bestehen im allgemeinen aus einem Kapillarrohr, einem Expansionsventil vom Temperaturtyp, einem motorbetriebenen Expansionsventil und dergleichen, und setzen den Druck von Arbeitsmittel mit mittlerer Temperatur und hohem Druck, das über den Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung, den Bad-Wärmetauscher 6 und den Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung zugeführt wird, so herab, daß es als Arbeitsmittel mit geringem Druck den Verdampfern 5a und 5b zugeführt wird, das leicht verdampft. Da bei der Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung die Druckreduziervorrichtungen 4a, 4b und 4c den Durchfluß des Arbeitsmittels entsprechend der Heizkapazität so verändern, daß die im Wärmepumpenkreislauf umlaufende Arbeitsmittelmenge reguliert wird, und bei voller Öffnung des Durchlasses im Wärmequellenkreis 42 für die Warmwasserversorgung eine Menge von Arbeitsmittel auf mittlerer Temperatur den Verdampfern 5a und 5b zuführen und dadurch den Frost abtauen, hat das motorbetriebene Expansionsventil mit variabler Drosselung ein gutes Ansprechverhalten und ist gut geeignet.
Die Verdampfer 5a und 5b werden von luftgekühlten Wärmetauschern gebildet, die aufgrund der Drehung eines Lüfters (nicht gezeigt) Umgebungsluft ansaugen und einen Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Arbeitsmittel bewirken.
Es wird nun der Betrieb der Wärmepumpe beschrieben, wenn der Fußboden beheizt und Warmwasser entnommen wird.
Die Fußbodenheizung wird durch Betreiben des Wärmequellenkreises 41 für die Fußbodenheizung in Betrieb genommen. Wenn die Fußbodenheizung betrieben wird, strömt das Arbeitsmittel, das durch den Kompressor 1a komprimiert wurde und sich auf hoher Temperatur und hohem Druck befindet, durch das Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2b in die Arbeitsmittelleitung 8a für die Fußbodenheizung, so daß das Wärmeübertragungsmedium aufgeheizt wird, das durch die Wärmeübertragungsleitung 8b für die Fußbodenheizung strömt, wobei das Arbeitsmittel nach der Dekompression in der Druckreduziervorrichtung 4c und der Überführung in ein Gas mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck im Verdampfer 5a zum Kompressor 1a zurückkehrt. Das Wärmeübertragungsmedium für die Fußbodenheizung wird durch Wiederholen des Arbeitsmittelumlaufs kontinuierlich aufgeheizt.
Das im Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung aufgeheizte Wärmeübertragungsmedium heizt den Fußboden durch Wärmabgabeleitungen 35a und 36a in den Fußbodenheizungsplatten 35 und 36 über die Fußbodenheizungs-Öffnungs- und Schließventile 11 und 12 und die Warmwasservorlaufanschlüsse 32 und 33 für die Fußbodenheizung an den Wärmeübertragungsleitungen 8b für die Fußbodenheizung auf und wird durch den Betrieb der Umwälzpumpe 9 für die Fußbodenheizung über den Rücklaufanschluß 34 für die Fußbodenheizung und den Fußbodenheizungstank 10 umgewälzt, wobei das Aufheizen im Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung und die Wärmeabgabe in den Fußbodenheizungsplatten 35 und 36 kontinuierlich erfolgt. Die Fußbodenheizungsplatten 35 und 36 können durch Öffnen und Schließen der Fußbodenheizungs-Öffnungs- und Schließventile 11 und 12 wahlweise einzeln oder gemeinsam benutzt werden.
Zur Warmwasserversorgung strömt das von den Kompressoren 1a und 1b komprimierte Arbeitsmittel, das sich auf hoher Temperatur und auf hohem Druck befindet, durch die Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventile 2a und 2c in die Arbeitsmittelleitungen 3a und 3b für die Warmwasserversorgung des Wärmetauschers 3 für die Warmwasserversorgung, so daß das durch die Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzu führseite fließende Wasser aufgeheizt wird. Das nach der Dekompression in den Druckreduziervorrichtungen 4a und 4b dekomprimierte und in den Verdampfern 5a und 5b in Gas mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck umgewandelte Arbeitsmittel wird zu den Kompressoren 1a und 1b zurückgeführt. Es ist möglich, das zugeführte Wasser durch Wiederholen des Arbeitsmittelumlaufs kontinuierlich aufzuheizen und abzugeben.
Bei der Versorgung mit Warmwasser werden die Kompressoren 1a und 1b mit einer Drehzahlsteuerung entsprechend der Belastung durch die Warmwasserversorgung, etwa der Temperatur des zugeführten Wassers, der Temperatur des abgegebenen Wassers und dergleichen, betrieben.
Das im Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung erwärmte Warmwasser durchströmt die Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite und wird über ein Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung, ein Warmwasser-Wasser-Mischventil 20, ein Durchflußmengen-Regelventil 21 und den Küchen-Warmwasser-Abgabeanschluß 22 zu dem Küchen-Wasserhahn 23 geführt, der die verwendete Anschlußstelle ist. Das Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung dient dazu, wenn der Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung kurz nach Beginn des Wärmepumpenbetriebs zu wenig Wärme liefert, dies mit dem im Warmwasser-Speichertank 17 gespeicherten Warmwasser zu kompensieren. Das Warmwasser-Wasser-Mischventil 20 dient dazu, Wasser vom Wasserzuführanschluß 13 zuzumischen, um Wasser mit einer geeigneten Temperatur zu erhalten, wenn das vom Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung zugemischte Wasser heißer ist als die gewünschte Temperatur. Das Durchflußmengen-Regulierventil 21 reguliert den Durchfluß auf der Basis der Nutzungsbedingungen am Anschluß und der Temperaturvorgabe der Steuervorrichtung 55 für die Warmwasserversorgung so, daß die Temperatur des abgegebenen Warmwassers erhalten bleibt.
Es wird nun der Warmwasserversorgungskreis des Wassersystems beschrieben.
Der Warmwasserversorgungskreis für die Küche wird durch aufeinanderfolgendes Verbinden des Wasserzuführanschlusses 13, eines Druckreduzierventils 14, eines Sensors 15 für die zugeführte Wassermenge, eines Wasserrückschlagventils 16, der Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite, des Warmwasser-Mischventils 19, des Warmwasser-Wasser-Mischventils 20, des Durchflußmengenregulierventils 21 und des Warmwasserabgabeanschlusses 22 in der Küche mittels Wasserleitungen hergestellt.
Der Wasserzuführanschluß 13 ist dabei mit einer Wasserversorgungsquelle wie einer Wasserleitung und dergleichen verbunden, und der Küchen-Warmwasser-Abgabeanschluß 22 ist mit dem Küchen-Wasserhahn 23 und dergleichen verbunden.
Der Bad-Warmwasserversorgungskreis wird durch aufeinanderfolgendes Verbinden des Wasserzuführanschlusses 13, des Druckreduzierventils 14, des Sensors 15 für die zugeführte Wassermenge, des Wasserrückschlagventils 16, der Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite, des Mischventils 19 für die Warmwasserversorgung, des Warmwasser-Wasser-Mischventils 20, des Durchflußmengenregulierventils 21, eines Bad-Warmwasserzuführventils 24, eines Durchflußschalters 25, einer Badumwälzpumpe 26, eines Wasserpegelsensors 27 und von Warmwasserzufuhr- und Abgabeanschlüssen 28 mittels Wasserleitungen hergestellt.
Ein zusätzlicher Badheizkreis wird durch aufeinanderfolgendes Verbinden der Warmwasserzufuhr- und Abgabeanschlüsse 28, des Wasserpegelsensors 27, der Badumwälzpumpe 26, des Durchflußschalters 25, einer Badwasserleitung 6b des Bad-Wärmetauschers 6 und eines Bad-Warmwasserabgabeanschlusses 31 mittels Wasserleitungen hergestellt.
Der Metall-Warmwasserzufuhr- und Abgabeanschluß 28 ist über den Badumwälzadapter 29 mit einer Badewanne 30 verbunden und so aufgebaut, daß beim Zuführen von Warmwasser zum Bad und dem Umwälzen des Wassers zu der Seite des Wasserpegelsensors 27 von der Seite der Badewanne 30 bei einer zusätzlichen Heizung im Bad das Warmwasser von der Seite des Wasserpegelsensors 27 zu der Seite der Badewanne 30 zugeführt wird.
Beim zusätzlichen Heizen des Bades wird das Badewannenwasser durch Betreiben der Badumwälzpumpe 26 im Bad-Zusatzheizkreis umgewälzt, der Wärmepumpenbetrieb wird entsprechend des Warmwasserzufuhr-Wärmequellenkreises 42 ausgeführt, und die zusätzliche Badheizung erfolgt durch Aufheizen des restlichen Warmwassers in der Badewanne 30 durch den Bad-Wärmetauscher 6, um zu der Badewanne 30 zurückzukehren.
Die Steuervorrichtung 55 steuert den Betrieb und das Abschalten des Wärmequellenkreises 40 und die Drehzahlsteuerung der Kompressoren 1a und 1b durch Betätigen und Einstellen der Fernsteuerung 56 für die Warmwasserversorgung und der Fernsteuerung 57 für die Fußbodenheizung, sie bewerkstelligt das Öffnen und Schließen der Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventile 2a bis 2c, die Arbeitsmittel-Drosselmengen-Regulierung an den Druckreduziervorrichtungen 4a, 4b und 4c, das Öffnen und Schließen des Öffnungs- und Schließventils 7 am Bad-Wärmetauscher, das Öffnen und Schließen der Umwälzpumpe 9 für die Fußbodenheizung und der Öffnungs- und Schließventile 11 und 12 für die Fußbodenheizung, sie steuert den Betrieb und das Abschalten einer inneren Umwälzpumpe 18 und der Bad-Umwälzpumpe 26, sie kontrolliert das Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung, das Warmwasser-Wasser-Mischventil 20, das Durchflußmengenregulierventil 21 und das Bad-Warmwasserzuführventil 24, um so den Fußbodenheizvorgang, den Warmwasserversorgungsvorgang, den Badewannenfüllvorgang mit Warmwasser, einen zusätzlichen Badheizvorgang und dergleichen auszuführen.
Die Steuervorrichtung 55 steuert außerdem die Drehzahlen der Kompressoren 1a und 1b, wobei unmittelbar nach dem Beginn des Betriebs eine hohe Drehzahl vorgegeben wird, um die Aufheizzeit zu verkürzen, und wobei im stabilen Betrieb bei ei ner vergleichsweise geringen thermischen Last eine der Aufheiztemperatur entsprechend mittlere oder geringe Drehzahl vorgegeben wird.
Die Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung ist außerdem mit einem Vorlauftemperaturthermistor 8c zum Erfassen der Temperatur des Wärmemediums, das vom Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung erwärmt wurde, mit einem Rücklauftemperaturthermistor 10a, einem Zulaufwasserthermistor zum Erfassen der Temperatur des zugeführten Wassers, mit einem Wärmetauscherthermistor 3e zum Erfassen der Temperatur des am Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung abgegebenen Warmwassers, mit einem Warmwasserzulaufthermistor 38 zum Erfassen der Temperatur des zugeführten Warmwassers, mit einem Badthermistor 39 zum Erfassen der Temperatur des Wassers in der Badewanne, mit einem Drucksensor (nicht gezeigt) zum Erfassen der Abgabedrücke an den Kompressoren 1a und 1b, mit einen Wasserpegelsensor 27 zum Erfassen des Wasserpegels in der Badewanne 29 und dergleichen versehen, wobei die jeweiligen Erfassungssignale in die Steuervorrichtung 55 eingegeben werden. Die Steuervorrichtung 55 ist so aufgebaut, daß sie jede der Einrichtungen auf der Basis dieser Signale steuert.
Die Steuervorrichtung 55 legt auch die Prioritäten für den Fall fest, daß aufgrund einer gleichzeitigen Nutzung der Anschlüsse die Aufheizkapazität nicht ausreicht. Wenn gleichzeitig die Warmwasserversorgung und die Fußbodenheizung oder die Bad-Zusatzheizung genutzt werden, hat die Warmwasserversorgung die höhere Priorität, und wenn die Küchen-Warmwasserversorgung und die Bad-Warmwasserversorgung genutzt werden, hat die Warmwasserversorgung der Küche Vorrang.
Das Druckreduzierventil 14 ist zum Beispiel so aufgebaut, daß der hohe Wasserdruck mit einem Wert zwischen 200 und 600 kPa in der Wasserleitung von der Wasserversorgungsquelle auf einen geeigneten, festen Wasserdruck von etwa 170 kPa abgesenkt wird, und das Wasserrückschlagventil 16 ist so aufgebaut, daß das Wasser nur in einer Richtung umlaufen kann und kein Rücklauf möglich ist.
Es erfolgt nun eine Beschreibung des Betriebs und der Vorgänge bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung anhand der Flußdiagramme der 2 bis 5 und mit Bezug zu dem Wärmquellenkreis 40, dem Warmwasserversorgungskreis 45 und dem Fußbodenheizungskreis 50 der 1.
Die 2 zeigt ein Flußdiagramm für die Temperatursteuerung beim Fußbodenheizungsvorgang.
Zuerst wird, wenn an der Fernsteuerung 57 der Fußbodenheizungsmodus ausgewählt und das Startsignal für den Fußbodenheizungsvorgang zum Produkthauptkörper übertragen wird (Schritt 71) und die Temperatur für die Fußbodenheizung angegeben wird (Schritt 72), mit dem Betrieb der Wärmepumpe für die Fußbodenheizung begonnen (Schritt 73).
Mit anderen Worten wird im Wärmequellenkreis 41 für die Fußbodenheizung das Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2a geschlossen, das Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2b geöffnet und der Heizvorgang für die Fußbodenheizung im Wärmepumpenkreis in der Reihenfolge Kompressor 1a → Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2b → Arbeitsmittelleitung 8a für die Fußbodenheizung → Druckreduziervorrichtung 4c → Verdampfer 5a → Kompressor 1a ausgeführt.
Im Fußbodenheizungskreis 50 werden auf der Basis der Auswahl an der Fernsteuerung 57 für die Fußbodenheizung eines oder beide der Öffnungs- und Schließventile 11 und 12 für die Fußbodenheizung geöffnet, das Heizmedium (nicht gezeigt) wird im geschlossenen Kreislauf in der Reihenfolge Fußbodenheizungstank 10 → Umwälzpumpe 9 für die Fußbodenheizung → Wärmeübertragungsleitung 8b für die Fußbodenheizung → Öffnungs- und Schließventile 11 und 12 für die Fußbodenheizung → Warmwasservorlaufanschlüsse 32 und 33 für die Fußbodenheizung → Wärmeabgabeleitungen 35a und 36a → Rücklaufanschluß 34 für die Fußbodenheizung → Fußbodenheizungstank 10 durch den Be trieb des Umwälzpumpe 9 für die Fußbodenheizung umgewälzt, und das Heizmedium, das im Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung Wärme aufnimmt, heizt den Boden und gibt die Wärme ab.
Hinsichtlich des im Fußbodenheizungskreis 50 umlaufenden Heizmediums werden die Temperaturinformationen fortlaufend zu der Steuervorrichtung übertragen, wozu die Vorlauftemperatur im Abgabeabschnitt der Wärmeübertragungsleitung 8b der Fußbodenheizung durch den Vorlauftemperaturthermistor 8c und die Rücklauftemperatur am Einlaßabschnitt des Fußbodenheizungstanks 10 durch den Rücklauftemperaturthermistor 10a erfaßt werden.
Beim Hochfahren unmittelbar nach dem Beginn des Fußbodenheizungsvorgangs (Schritt 74) wird die Zeit bis zum Erreichen einer geeigneten Temperatur bei der Fußbodenheizung dadurch verkürzt, daß ein kontinuierlicher Betrieb auf der Basis des an der Fernsteuerung eingestellten Werts für die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung erfolgt, der etwas höher liegt als die Temperatur für den stabilen Betrieb, und wenn die Fußbodentemperatur einen stabilen Zustand bei der geeigneten Temperatur erreicht, wird auf den Steuervorgang für die Vorlauftemperatur umgeschaltet (Schritt 75).
Im Steuervorgang für die Vorlauftemperatur (Schritt 75) wird der an der Fernsteuerung eingestellte Wert für die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung abgesenkt und der Sollwert für die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung auf der Basis des Unterschieds zwischen dem an der Fernsteuerung eingestellten Wert für die Rücklauftemperatur der Fußbodenheizung und der tatsächlichen Rücklauftemperatur der Fußbodenheizung festgelegt. Die genaue Beschreibung dieses Vorgangs folgt.
Wenn der Betrieb vom Hochlaufbetrieb auf den Vorlauftemperatursteuerbetrieb umgeschaltet wird, erfolgt ein Vergleich zwischen der tatsächlichen Rücklauftemperatur der Fußbodenheizung und dem an der Fernsteuerung eingestellten Einstellwert für die Rücklauftemperatur der Fußbodenheizung, und wenn die Bedingung "Rücklauftemperatur ≥ Einstellwert für die Rücklauftemperatur" erfüllt ist (Schritt 76), wird ein neuer Sollwert für die Vorlauftemperatur auf "alter Sollwert für die Vorlauftemperatur – (Rücklauftemperatur – Einstellwert für die Rücklauftemperatur)" festgelegt (Schritt 76a). Wenn der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur gleich oder kleiner einer unteren Grenztemperatur (zum Beispiel 30°C) ist (Schritt 76b), wird der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur auf 30°C festgelegt (Schritt 76c). Wenn die Beziehung "Rücklauftemperatur < Einstellwert für die Rücklauftemperatur – 2°C" erfüllt ist (Schritt 77), wird der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur auf "alter Sollwert für die Vorlauftemperatur + (Einstellwert für die Rücklauftemperatur – Rücklauftemperatur)" festgelegt (Schritt 77a). Wenn der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur gleich oder größer ist als ein oberer Grenzwert (zum Beispiel 70°C) (Schritt 77b), wird der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur auf 70°C eingestellt (Schritt 77c).
Der Vorlauftemperatursteuerbetrieb wird in vorgegebenen Intervallen (zum Beispiel zehn Minuten) wiederholt und die Vorlauftemperatur dabei durch die Feststellung der Rücklauftemperatur aktualisiert, wodurch es möglich ist, immer eine Temperatursteuerung auszuführen, mit der die geeignete Temperatur erhalten bleibt, ein zusätzlicher Heizvorgang unnötig ist und ein kontinuierlicher Betrieb mit minimaler Niedrigtemperatur mit einem guten Leistungskoeffizienten (COP) möglich ist. Die untere Grenztemperatur und die obere Grenztemperatur sind kritische Werte, innerhalb denen die Temperatur festgelegt wird, wobei diese Grenztemperaturen nicht die Steuertemperaturen für die normale Fußbodenheizung sind, wodurch sich der Leistungskoeffizient (COP) bei der erfindungsgemäßen Niedrigtemperatursteuerung nicht verschlechtert.
Wenn durch einen Zeitgeber oder die Fernsteuerung ein Stoppsignal für den Betrieb der Fußbodenheizung ausgegeben wird (Schritt 78), wird die Umwälzpumpe 9 für die Fußboden heizung und der Betrieb der Wärmepumpe für die Fußbodenheizung angehalten und der Betrieb der Fußbodenheizung eingestellt (Schritt 79).
Es wird nun ein spezielles Beispiel für die Steuerung des Betriebs der Fußbodenheizung anhand des Flußdiagramms und der 1 und 3 beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Fußbodenheizungsvorlauftemperatur die Temperatur am Auslaß der Wärmeübertragungsleitung 8b für die Fußbodenheizung verwendet, die vom Vorlauftemperaturthermistor 8c erfaßt wird, und als Fußbodenheizungsrücklauftemperatur wird die Temperatur am Einlaß des Fußbodenheizungstanks verwendet, die vom Rücklauftemperaturthermistor 10a erfaßt wird.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt, sondern als Fußbodenheizungsvorlauftemperatur kann die Temperatur irgendwo zwischen dem Auslaß der Wärmeübertragungsleitung 8b für die Fußbodenheizung und dem Einlaß der Fußbodenheizungsplatten 35 und 36 verwendet werden und als Fußbodenheizungsrücklauftemperatur die Temperatur irgendwo zwischen dem Einlaß des Fußbodenheizungstanks 10 und dem Auslaß der Fußbodenheizungsplatten 35 und 36.
Die 3 zeigt ein Beispiel für die Fußbodenheizungsbetriebssteuerung, bei der an der horizontalen Achse der Verlauf der Zeit beim Fußbodenheizungsbetrieb und an der vertikalen Achse die Kompressordrehzahl und die Temperatur des Heizmediums angetragen sind.
Zuerst wird von der Fernsteuerung 57 für die Fußbodenheizung ein Einstellwert für die Temperatur des Heizmediums an der Einlaßseite des Fußbodenheizungstanks 10 im Fußbodenheizungskreis 50 (im folgenden als Einstellwert für die Rücklauftemperatur bezeichnet) vorgegeben und ein Anfangswert-Sollwert für die Temperatur des Heizmediums an der Abgabeseite des Wärmetauschers 8 für die Fußbodenheizung (im folgenden als Anfangs-Sollwert für die Vorlauftemperatur bezeichnet). Wenn zum Beispiel der Einstellwert für die Rücklauftemperatur die drei Auswahlmöglichkeiten hoher Wert (50°C), mittlerer Wert (40°C) und niedriger Wert (30°C) umfaßt, wird der Sollwert für die Vorlauftemperatur entsprechend der gewählten Möglichkeit festgelegt. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, daß der Einstellwert für die Rücklauftemperatur der mittlere Wert (40°C) ist der Anfangs-Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Betriebs der Steuervorrichtung 55 auf 60°C eingestellt wird.
Da zu Beginn des Betriebs für eine vorgegebene Zeit der Hochlaufbetrieb ausgeführt wird und dabei der Anfangs-Sollwert für die Vorlauftemperatur auf den hohen Wert von 60°C eingestellt ist, kann die Zeit zum Erhöhen der Temperatur verkürzt werden, und es ist möglich, früher einen stabilen Betrieb zu erreichen.
Wenn seit dem Beginn des Betriebs die festgelegte Zeit (zum Beispiel 30 Minuten) verstrichen ist, wird der Betrieb auf den Vorlauftemperatursteuerbetrieb für die Fußbodenheizungsplatten 35 und 36 umgeschaltet (Punkt A), und es wird durch Vergleichen des Einstellwertes für die Rücklauftemperatur mit der tatsächlichen Rücklauftemperatur des Heizmediums (im folgenden einfach als Rücklauftemperatur bezeichnet) ein neuer Sollwert für die Vorlauftemperatur festgelegt. Da im Punkt A die Rücklauftemperatur (50°C) höher ist als der Einstellwert für die Rücklauftemperatur (40°C), wird der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur durch den Ausdruck Anfangs-Sollwert für die Vorlauftemperatur (60°C) – [Rücklauftemperatur (50°C) – Einstellwert für die Rücklauftemperatur (40°C)] = 50°C angegeben.
Nach dem Punkt A (bei 30 Minuten) erfolgt der Vergleich zwischen der Rücklauftemperatur und dem Einstellwert für die Rücklauftemperatur (40°C) zum Beispiel alle 10 Minuten, und es werden nach 40, 50 und 60 Minuten auf der horizontalen Achse die Beziehungen Rücklauftemperatur < Einstellwert für die Rücklauftemperatur und Rücklauftemperatur ≥ [Einstellwert für die Rücklauftemperatur – 2°C] geprüft, und es wird angezeigt, wenn der Einstellwert in etwa mit der Temperatur des Heizmediums zusammenfällt. Entsprechend ist kontinuierlich ein stabiler Fußbodenheizungsbetrieb möglich, ohne zusätzliche Temperaturschaltoperationen auszuführen.
Wenn wie im Punkt B die Rücklauftemperatur (35°C) niedriger ist als der Wert, der durch den Ausdruck [Einstellwert für die Rücklauftemperatur (40°C) – 2°C] erhalten wird, wird der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur durch den Ausdruck vorheriger neuer Sollwert für die Vorlauftemperatur (50°C) + [Einstellwert für die Rücklauftemperatur (40°C) – Rücklauftemperatur (35°C)] = 55°C erhalten.
Tmin (30°C) und Tmax (70°C) zeigen die Grenzen für den Sollwert für die Vorlauftemperatur an, und wenn das Ergebnis des Berechnungsausdrucks für die Vorlauftemperatur diesen Bereich verläßt, wird der neue Sollwert für die Vorlauftemperatur auf 30°C oder 70°C eingestellt.
Die 3 zeigt dem Temperaturverlauf bei der Ausführungsform zur Erläuterung des Umschaltvorgangs für die Vorlauftemperatur. Die Inhalte der Graphik wie die Zeiten, die eingestellten Temperaturen, die Temperatur-Sollwerte und dergleichen ändern sich natürlich entsprechend den gegebenen Bedingungen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde zur leichteren Erläuterung angenommen, daß die an der Fernsteuerung eingestellte Temperatur der Einstellwert für die Rücklauftemperatur ist. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, und es kann als vorher eingestellte Temperatur etwa eine niedrige Temperatur (30°C), eine mittlere Temperatur (40°C), eine hohe Temperatur (50°C) oder die Temperatur an einer bestimmten Stelle des Flusses des Heizmediums durch den Wärmetauscher für die Fußbodenheizung eingestellt werden.
Es ist möglich, die Temperatursteuerung für die Fußbodenheizung entsprechend den Änderungen der tatsächlichen Last auszuführen, wozu fortlaufend in festgelegten Intervallen (zum Beispiel 10 Minuten) die tatsächliche Rücklauftemperatur erfaßt und der Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Vergleichs zwischen der Rücklauftemperatur und dem Einstellwert für die Rücklauftemperatur aktualisiert wird.
Es wird nun der sich im Fußbodenheizungsbetrieb ergebende Leistungskoeffizient (COP) anhand der 4 beschrieben.
Die 4 zeigt die Beziehung zwischen der Vorlauftemperatur und dem Leistungskoeffizienten, wobei auf der horizontalen Achse die Vorlauftemperatur (die Temperatur auf der Abgabeseite der Wärmeübertragungsleitung für die Fußbodenheizung) des Heizmediums im Fußbodenheizungsbetrieb angegeben ist und auf der vertikalen Achse der Leistungskoeffizient (COP). Wenn die Nutzungsbedingungen gleich bleiben, ist der Leistungskoeffizient im Fußbodenheizungsbetrieb nach 4 um so höher, je kleiner die Vorlauftemperatur ist.
Da bei der vorliegenden Erfindung der Sollwert für die Vorlauftemperatur zu Beginn des Fußbodenheizungsbetriebs etwas höher eingestellt wird (auf 50 bis 60°C), um die Hochlaufzeit zu verkürzen, ist dabei der Leistungskoeffizient etwas kleiner, etwa 2 bis 2,5. Der anfängliche Sollwert für die Vorlauftemperatur kann jedoch auch auf 30 bis 40°C eingestellt werden, nachdem die Temperatur stabil ist, so daß sich der Leistungskoeffizient auf etwa 3,5 bis 4,0 verbessert.
Es wird nun anhand der 5 der Warmwasserversorgungsbetrieb bei einer Entnahme von Warmwasser am Küchen-Wasserhahn beschrieben. Wenn durch Öffnen des Küchen-Wasserhahns 23 mit der Entnahme von Warmwasser begonnen wird (Schritt 81), stellt der Sensor 15 für die zugeführte Wassermenge die Durchflußmenge fest und damit, ob mit der Warmwasserversorgung zu beginnen ist (Schritt 82), wobei festgestellt wird, daß mit der Warmwasserversorgung zu beginnen ist, wenn die Durchflußmenge gleich oder größer einem festen Wert ist, woraufhin die Steuervorrichtung 55 die Kompressoren 1a und 1b anwirft und mit dem Betrieb der Wärmepumpe beginnt (Schritt 83) und im Warmwasserversorgungskreis mit dem Wasserzuführan schluß 13, dem Druckreduzierventil 14, dem Sensor 15 für die zugeführte Wassermenge, dem Wasserrückschlagventil 16, den Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite, dem Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung, dem Warmwasser-Mischventil 20, dem Durchflußmengen-Regulierventil 21, dem Küchen-Abgabeanschluß 22 für Warmwasser und dem Küchen-Wasserhahn 23 mit der Versorgung begonnen wird (Schritt 84).
Die Steuervorrichtung 55 öffnet nun das Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2a und das Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2c des Wärmequellenkreises 40 und schließt das Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventil 2b beim Betrieb der Kompressoren 1a und 1b mit einer Drehzahlsteuerung und läßt das komprimierte Arbeitsmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck zirkulieren, wodurch das Arbeitsmittel durch den Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung läuft, jedoch nicht durch den Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung. Die Steuervorrichtung 55 öffnet auch die Druckreduziervorrichtungen 4a und 4b und schließt die Druckreduziervorrichtung 4c.
Mit anderen Worten führt die Steuervorrichtung 55 das von den Kompressoren 1a und 1b komprimierte Arbeitsmittel mit hohem Druck und hoher Temperatur den Wärmeübertragungsleitungen 3a und 3b des Wärmetauschers 3 für die Warmwasserversorgung auf der Arbeitsmittelseite zu und heizt das durch die wasserzuführseitigen Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d fließende zugeführte Wasser auf, das dann zum Warmwasser-Wasser-Mischventil 20 fließt. Da jedoch unmittelbar nach Beginn des Betriebs das dem Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung zugeführte Arbeitsmittel nicht ausreichend auf hohe Temperaturen kommt und einen hohen Druck und eine niedrige Temperatur aufweist und der Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung insgesamt kalt ist, reicht die Heizkapazität nicht zum Aufheizen des Wassers aus. Mit der Zeit kommt dann das Arbeitsmittel auf hohe Temperatur und hohen Druck, die vom Arbeitsmittel abgegebene Wärmemenge steigt an, und die Wasser-Aufheizkapazität nimmt allmählich zu. Während der Hochlaufzeit, bis die Temperatur der Warmwasserversorgung nach dem Beginn des Betriebs eine geeignete Temperatur (etwa 40°C) erreicht, gibt die Steuervorrichtung 55 das vorher im Speichertank gespeicherte Warmwasser mit einer Temperatur (zum Beispiel 60 bis 65°C), die gleich oder höher ist als die geeignete Temperatur, aus und erzeugt durch Mischen mit dem warmen Wasser, das von den Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite kommt, im Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung warmes Wasser mit einer hohen Temperatur, die gleich oder höher wie die geeignete Temperatur ist, bringt durch Zumischen einer geeigneten Menge von kaltem Wasser von der Seite des Sensors 15 für die zugeführte Wassermenge im Warmwasser-Wasser-Mischventil 20 die Temperatur auf die gewünschte geeignete Temperatur und führt dann das warme Wasser über das Durchflußmengenregulierventil 21 und den Küchen-Warmwasserabgabeanschluß 22 dem Küchen-Wasserhahn 23 zu.
Bei diesem Warmwasserversorgungsvorgang sind sowohl der Wärmequellenkreis 41 für die Fußbodenheizung als auch der Wärmequellenkreis 42 für die Warmwasserversorgung der 1 in Betrieb, und die Drehzahl der Kompressoren 1a und 1b wird von der Steuervorrichtung gesteuert, wodurch die Drehzahl im Sommer geringer ist, wenn die Temperatur des aus der Wasserleitung oder dergleichen zugeführten Wassers hoch ist und nur wenig Wärmemenge erforderlich ist, und wodurch die Drehzahl im Winter höher ist, wenn die Temperatur des zugeführten Wassers niedrig und eine größere Wärmemenge zum Aufheizen erforderlich ist.
Bei der herkömmlichen Wärmepumpen-Warmwasserversorgung vom Warmwasserspeichertyp wird das Warmwasser hoher Temperatur durch Betreiben des Kompressors bei 3000 bis 4000 Umdrehungen/min gespeichert. Bei der Verwendung für die Fußbodenheizung schaltet sich der wie bei der Speicherung von Warmwasser mit 3000 bis 4000 Umdrehungen/min arbeitende Kompres sor häufig ab, da die Last im Fußbodenheizungsbetrieb geringer ist wie im Warmwasserversorgungsbetrieb.
Bei der erfindungsgemäßen direkten Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung wird der Kompressor mit einer Drehzahl betrieben, die der Last entspricht, um warmes Wasser dem Warmwasserheizer direkt zuzuführen. Im Unterschied zu der Wärmepumpen-Warmwasserversorgung vom Warmwasserspeichertyp wird im Fußbodenheizungsbetrieb kein intermittierender Betrieb ausgeführt, sondern der Kompressor kontinuierlich mit niedriger Drehzahl betrieben, wodurch der Leistungskoeffizient (COP) ansteigt.
Zurück zur 5. Nach dem Beginn der Warmwasserversorgung (Schritt 84) reguliert die Steuervorrichtung 55 die Temperatur des Warmwassers und die Durchflußmenge auf der Basis der am Sensor 15 für die zugeführte Wassermenge, dem Zulaufwasserthermistor 37, dem Warmwasserzulaufthermistor 38 und dergleichen erfaßten Daten (Schritt 85) und führt den Warmwasserversorgungsvorgang mit der geeigneten Temperatur und der geeigneten Durchflußmenge fort. Die Feststellung der Temperatur des Warmwassers und der Durchflußmenge erfolgt wiederholt (Schritt 86), und die Warmwasserversorgung wird weitergeführt, bis der Wasserhahn geschlossen wird (Schritt 87), solange sich die Temperatur des warmen Wassers und die Durchflußmenge innerhalb der Anforderungen befinden. Wenn der Küchen-Wasserhahn 23 geschlossen wird und die Abnahme von Warmwasser endet (Schritt 88), beendet die Steuervorrichtung 55 den Betrieb der Wärmepumpe (Schritt 89), und der Warmwasserversorgungsvorgang wird beendet (Schritt 80).
Es erfolgt nun anhand der 1 eine Beschreibung des Bad-Warmwasserversorgungskreises.
Der Badewannen-Füllvorgang mit warmem Wasser erfolgt im Bad-Warmwasserversorgungskreis in der Reihenfolge Wasserzuführanschluß 13 → Druckreduzierventil 14 → Sensor 15 für die zugeführte Wassermenge → Wasserrückschlagventil 16 → Wärmeübertragunqsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführsei te → Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung → Warmwasser-Wasser-Mischventil 20 → Durchflußmengenregulierventil 21 → Bad-Warmwasser-Füllventil 24 → Durchflußschalter 25 → Badumwälzpumpe 26 → Wasserpegelsensor 27 → Warmwassereingangs- und Ausgangsanschluß 28 → Badumlaufadapter 29 → Badewanne 30.
Beim Einfüllen des warmen Wassers in die Badewanne erfolgt parallel zur Warmwasserversorgung für das Bad durch den Wärmepumpenbetrieb eine Warmwasserversorgung für das Bad vom Warmwasserspeichertank in der Reihenfolge Wasserzuführanschluß 13 → Druckreduzierventil 14 → Sensor 15 für die zugeführte Wassermenge → Wasserspeichertank 17 → Mischventil 19 für die Warmwasserversorgung → Warmwasser-Wasser-Mischventil 20 → Durchflußmengenregulierventil 21 → Bad-Warmwasser-Füllventil 24 → Durchflußschalter 25 → Badumwälzpumpe 26 → Wasserpegelsensor 27 → Warmwassereingangs- und Ausgangsanschluß 28 → Badumlaufadapter 29 → Badewanne 30, wodurch die Füllzeit zum Füllen der Badewanne mit warmem Wasser verkürzt wird. Die Zuführmenge von warmem Wasser aus dem Warmwasser-Speichertank 17 ist in einem solchen Bereich festgelegt, daß nach dem Einfüllen des warmen Wasser in die Badewanne eine minimale Menge warmen Wassers für die Warmwasserversorgung im Warmwasser-Speichertank 17 bleibt.
Bei einem Bad-Zusatzheizvorgang wird das Bad durch einen Badewasserumlauf in der Reihenfolge Bad-Wärmeübertragungsleitung 6b → Bad-Warmwasser-Ausgangsanschluß 31 → Badumlaufadapter 29 → Badewanne 30 → Badumlaufadapter 29 → Warmwassereingangs- und Ausgangsanschluß 28 → Wasserpegelsensor 27 → Badumwälzpumpe 26 → Durchflußschalter → Bad-Wärmeübertragungsleitung 6b durch den Betrieb der Badumwälzpumpe 26 und Erwärmen des im Bad umlaufenden Wassers in der Bad-Wärmeübertragungsleitung 6b durch das sich auf höherer Temperatur befindliche Warmwasser in der Bad-Heizleitung 6a im Bad-Wärmetauscher 6 zusätzlich erwärmt, wenn das in den Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführsei te durch dem Wärmepumpenbetrieb erwärmte Wasser in der Reihenfolge Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite → Bad-Wärmetauscher-Öffnungs- und Schließventil 7 → Bad-Aufheizleitung 6a → innere Umwälzpumpe 18 → Wärmeübertragungsleitungen 3c und 3d auf der Wasserzuführseite durch den Betrieb der inneren Umwälzpumpe 18 umläuft.
Es wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Wärmepumpen-Warmwasserversorgungssystem ist jedoch nicht auf den direkten Typ beschränkt, sondern ist auch bei Warmwasserversorgungssystemen anwendbar. Die Hochlaufzeit der Fußbodenheizung kann verkürzt werden, und nach der Stabilisierung kann der Heizleistungskoeffizient dadurch verbessert werden, daß der Fußbodenheizungsvorgang zu Beginn mit einer etwas höheren Einstelltemperatur an der Fernbedienung, das heißt einem etwas höheren Sollwert für die Vorlauftemperatur des Heizmediums für die Fußbodenheizung erfolgt, wobei nach dem Verstreichen einer vorgegebenen Zeit der Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Unterschieds zwischen dem Einstellwert der Rücklauftemperatur des Heizmediums für die Fußbodenheizung an der Fernsteuerung und der tatsächlichen Rücklauftemperatur festgelegt wird.
Dadurch wird erfindungsgemäß bei der Festlegung des Sollwertes für die Vorlauftemperatur des Heizmediums für die Fußbodenheizung die Rücklauftemperatur berücksichtigt, wobei bei der erfindungsgemäßen Anordnung zusätzlich zu der Einstelltemperatur und der Rücklauftemperatur auch eine Berücksichtigung der Temperatur der Umgebungsluft möglich ist.
Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventile 2a und 2b zum Umschalten zwischen der Warmwasserversorgung und der Fußbodenheizung verwendet. Es können jedoch auch die Druckreduziervorrichtungen 4a und 4c mit einer vollständigen Schließfunktion versehen werden, die Arbeitsmittel-Öffnungs- und Schließventile 2a und 2b weggelassen werden, und nur mit den Druckreduziervorrichtungen 4a und 4c der Strömungsweg für das Arbeitsmittel ausgebildet werden. Damit in diesem Fall der nicht verwendete Wärmetauscher 3 für die Warmwasserversorgung oder Wärmetauscher 8 für die Fußbodenheizung nicht gekühlt wird und das Arbeitsmittel nicht kondensiert und sich nicht weiterbewegt, und damit das Arbeitsmittel im Wärmepumpenzyklus nicht ausgeht, kann durch geringes Öffnen der Druckreduziervorrichtung auf der Seite des unbenutzten Wärmetauschers ein Stehenbleiben des Arbeitsmittels verhindert werden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Wärmequellenkreis von der Fußbodenheizung auf eine teilweise Warmwasserversorgung umgeschaltet, die Anordnung ist darauf jedoch nicht beschränkt, und es können auch unabhängige Wärmequellenkreise vorgesehen werden.

Claims

Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung mit einem Wärmequellenkreis (42) für die Warmwasserversorgung, der einen Kompressor (1b), einen Wärmetauscher (3) für die Warmwasserversorgung, eine Druckreduziervorrichtung (4b) für die Warmwasserversorgung und einen Verdampfer (5b) umfaßt; einem Wärmequellenkreis (41) für die Fußbodenheizung, der einen Kompressor (1a), einen Wärmetauscher (8) für die Fußbodenheizung, eine Druckreduziervorrichtung (4c) für die Fußbodenheizung und einen Verdampfer (5a) umfaßt; einem Fußbodenheizungskreis (50), bei dem ein Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Wärmetauscher für die Fußbodenheizung und der thermischen Last der Fußbodenheizung zirkuliert; einer Umschalteinrichtung, die den Strömungsweg für ein Arbeitsmittel zwischen dem Wärmequellenkreis für die Warmwasserversorgung und dem Wärmequellenkreis für die Fußbodenheizung umschaltet; und mit einer Steuereinrichtung (55) für den Betrieb, wobei die Steuereinrichtung (55) den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums, das vom Wärmetauscher für die Fußbodenheizung der thermischen Last für die Fußbodenheizung zugeführt wird, auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur des zum Wärmetauscher für die Fußbodenheizung zurückkehrenden Wärmeübertragungsmediums und einem Einstellwert für die Temperaturwert des durch den Wärmetauscher für die Fußbodenheizung strömenden Wärmeübertragungsmediums festlegt und die Drehzahl des Kompressors derart steuert, daß die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums gleich dem Sollwert für die Vorlauftemperatur wird.
Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (55) unmittelbar nach dem Beginn des Betriebs des Wärmequellenkreises für die Fußbodenheizung einen ersten Sollwert für die Vorlauftemperatur entsprechend des Temperatur-Einstellwerts festlegt und nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeit seit Beginn des Betriebs einen zweiten Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur und dem Temperatur-Einstellwert ansteuert.
Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (55) den Sollwert für die Vorlauftemperatur auf der Basis des Unterschieds zwischen der Rücklauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums, dem Temperatur-Einstellwert und dem erfaßten Wert für die Luft-Außentemperatur vorgibt.
Wärmepumpen-Warmwasserversorgungs- und Fußbodenheizungsvorrichtung mit einer Anzahl von Wärmequellenkreisen (41, 42), die jeweils einen Kompressor (1a, 1b), einen Wärmetauscher (3, 8), eine Druckreduziervorrichtung (4a, 4b, 4c) und einen Verdampfer (5a, 5b) umfassen, wobei jeweils wenigstens der Wärmetauscher unabhängig vorgesehen ist; einem direkten Warmwasserversorgungskreis (45), der direkt vom Wärmetauscher in einem der Wärmequellenkreise erhitztes Wasser zu einem Anschluß führt; einem Fußbodenheizungskreis (50), bei dem ein Wärmeübertragungsmedium zwischen dem Wärmetauscher in einem anderen Wärmequellenkreis und der thermischen Last der Fußbodenheizung zirkuliert; und mit einer Steuereinrichtung (55) für den Betrieb, wobei die Steuereinrichtung (55) den Sollwert für die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums, das vom Wärmetauscher im anderen Wärmequellenkreis der thermischen Last für die Fußbodenheizung zugeführt wird, auf der Basis des Un terschieds zwischen der Rücklauftemperatur des zu dem Wärmetauscher im anderen Wärmequellenkreis zurückkehrenden Wärmeübertragungsmediums und einem Einstellwert für die Temperatur des durch den Wärmetauscher strömenden Wärmeübertragungsmediums festlegt und die Drehzahl des Kompressors derart steuert, daß die Vorlauftemperatur des Wärmeübertragungsmediums gleich dem Sollwert für die Vorlauftemperatur wird.