DE102007047667A1

DE102007047667A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern der Kondensation von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen

Info

Publication number: DE102007047667A1
Application number: DE102007047667A
Authority: DE
Inventors: Marco Cattarius; Ulrich Schehl; Fritz Spiess
Original assignee: Watts Industries Deutschland GmbH
Current assignee: Watts Industries Deutschland GmbH
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-09

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen zum Verhindern der Kondensation von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen einer Leitungsbaugruppe (10) in einer Vorrichtung zum Betreiben eines Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage.
Die Leitungsbaugruppe (10) umfasst Rohrleitungen (11, 12, 13, 14, 16), Armaturen (17) und eine Solepumpe (15) und ist in eine wasserdampfdichte Schutz- und Isolierbox (1, 2) eingedichtet. Dadurch wird das Eindrigen von Luftfeuchtigkeit in die Box (1, 2) verhindert. Das Innere der Box (1, 2) wird durch die Verlustwärme der Pumpe (15) aufgeheizt. Dadurch wird die Kondensation der Luftfeuchtigkeit, die während der Herstellung in der Box (1, 2) verblieben ist, sicher verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verhindern der Kondensation von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen einer Leitungsbaugruppe in einer Vorrichtung zum Betreiben eines Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage, z. B. für die Warmwasserheizung, die Brauchwasserbereitung oder dergleichen, gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 bzw. 2.
Die Installation von Wärmepumpenanlagen umfasst neben diversen Rohrleitungen und Armaturen auch eine Umwälzpumpe. Um die zeit- und kostenaufwändige Einzelinstallation der Rohrleitungen und Aggregate zu umgehen, ist es bekannt, die immer wiederkehrenden und gleichbleibenden Bauelemente zu einer sogenannten Leitungsbaugruppe zusammenzufassen, die werksseitig vormontiert wird. Werden solche Leitungsbaugruppen in Anlagen für Heizung und Warmwasserbereitung eingesetzt, so müssen sie gegen Wärmeverlust isoliert werden. Um diese Wärmeisolierung zu vereinfachen, kann eine Isolierschale verwendet werden, wie sie beispielsweise in der EP 0 561 037 B1 offenbart ist. Diese Isolierschale besteht aus zwei Teilen, hergestellt aus geschäumtem Kunststoff. Sie bietet nicht nur eine ausreichende Wärmeisolierung sondern auch einen sauberen Anblick.
Wärmepumpenanlagen unterscheiden sich von gewöhnlichen Heizungsanlagen unter anderem dadurch, dass in ihren Rohrleitungen nicht nur warme sondern auch kalte Fluide umlaufen. Ein derartiges kaltes Fluid ist beispielsweise die Sole, die mit Hilfe einer Solepumpe im Kreislauf zwischen Umweltwärmespeicher, beispielsweise Erdreich, und dem Verdampfer der Wärmepumpe zirkuliert wird.
Werden diese kalten Soleleitungen ungeschützt durch Räume und dergleichen geführt, so kondensiert an ihrer Außenseite die Luftfeuchtigkeit. Das Kondensat tropft auf den Boden des Heizraums, wo es unschöne Flecken und dergleichen verursacht. Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird versucht, die Kondensation dadurch zu verhindern, dass die kalten Rohrleitungen, die Armaturen und das Pumpengehäuse mit einer dicken Isolierung aus geschlossenporigem und diffusionshemmendem Schaumstoff eingepackt werden. Dabei darf auch nicht die kleinste Öffnung zurückbleiben. Andernfalls dringt die Luftfeuchtigkeit ein, kondensiert aus, durchnässt die Isolierschicht, worauf diese ihre Isolierfähigkeit verliert und tropft schließlich wieder auf den Boden des Heizraums.
Auch wenn die Isolierung ursprünglich korrekt angebracht worden war, können durch Alterung oder unvorsichtiges Hantieren Beschädigungen auftreten. Im übrigen ist auch bei sorgfältigster Durchführung der Isolierarbeiten nie ganz auszuschließen, dass nicht doch feinste Spalte oder Öffnungen verbleiben.
Es versteht sich, dass diese nachteiligen Effekte auch bei werksseitig gefertigten Isoliergehäusen auftreten können.
Außerdem müssen einige der in der Leitungsbaugruppe vorhandenen Komponenten, z. B. Schmutzfänger, periodisch gewartet oder infolge Verschleiß ausgetauscht werden, z. B. Pumpe. Ferner müssen die Absperr- und Einregulierventile trotz der Isolation bedienbar bleiben und die Anzeigen von Durchflussmesser und Thermometer müssen ablesbar sein. Desgleichen müssen vorhandene Füll-, Spül- und Entleerventile ebenfalls zugänglich bleiben.
Um die oben aufgeführten Punkte erfüllen zu können, muss die herkömmliche Kälteisolation teilweise zuerst entfernt werden und dann anschließend wieder angebracht werden, was umständlich und teuer ist, da all diese Arbeiten bauseits vorgenommen werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe es gelingt, die Kondensation von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen einer Leitungsbaugruppe einer Wärmepumpenanlage zu verhindern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung setzt eine dampfdichte Box ein, geht jedoch davon aus, dass es letztlich nicht möglich ist, die Isolierbox selbst und die Durchführungen der diversen, die Box durchdringenden Rohrleitungen hundertprozentig und dauerhaft abzudichten. Um das Eindringen von Feuchtigkeit, die an den kalten Rohrleitungen und Armaturen kondensieren könnte, zu verhindern, wird das Innere der Isolierbox erwärmt, wodurch die relative Luftfeuchte absinkt und ebenfalls die Temperatur der Rohrleitungen und Armaturen ansteigt, was wiederum hilft, dass die kalten Rohrteile weniger mit Feuchte beschlagen werden. Dabei bietet es sich an, zum Erwärmen der Box, die Verlustwärme der vorhandenen Solepumpe einzusetzen, so dass auf zusätzliche Heizelemente, die ebenfalls vorstellbar sind, verzichtet werden kann. Außerdem wird so ein Teil der Verlustwärme, über die sich in der Isolierbox befindlichen Rohre und Armaturen, dem Verdampfer der Wärmepumpe zur Nutzung angeboten.
Durch etwaige Ritzen eindringende Luftfeuchtigkeit, infolge freier Konvektion der Umgebungsluft um die Isolierbox, ist im Verhältnis des in der Box eingeschlossenen Luftvolumens klein. Außerdem ändert im jahreszeitlichem Rhythmus die absolute Feuchte der Umgebungsluft ca. um den Faktor 3. Beispiel: absolute Feuchte im Juli 15 mbar (feuchte Luft) und 5 mbar im Januar (trockene Luft). So folgt einer möglichen periodischen Anreicherung der absoluten Luftfeuchte in der Isolierbox wieder eine entsprechende Abmagerung, was im Effekt dazu führt, dass keine fortschreitende Anreicherung der absoluten Luftfeuchte stattfinden kann.
Etwaige durch das Kunststoffgehäuse eindiffundierende Luftfeuchtigkeit würde den absoluten Feuchtigkeitsgehalt in der Box ebenfalls ansteigen lassen, bis der Dampfdruck in der Isolierbox das gleiche Druckniveau, wie außerhalb der Isolierbox vorhanden, erreicht. Die Richtung der Dampfdiffusion durch das Gehäuse weist immer vom höheren zum tieferen Dampfdruck p_Dampf. Wegen den jahreszeitlichen und betriebsbedingten Schwankungen des Dampfdruckes in und außerhalb der Isolierbox, findet auch in diesem Fall keine fortschreitende Anreicherung der absoluten Luftfeuchte statt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung in Form einer Isolierbox gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2.
Auch bei der Konzeption der Schutz- und Isolierbox selbst wurde die Erkenntnis berücksichtigt, dass minimale Spalte und Undichtigkeiten zwischen den Leitungen und der Box und zwischen Wanne und Deckel unvermeidlich sein dürften, weshalb auch hier in die Box eine Wärmequelle eingesetzt wird, die den Dampfdruck der in der Box enthaltenen Feuchtigkeit, die beispielsweise während der Werksmontage oder auf der Baustelle in die Box gelangt, so weit erhöht, dass die in der die Vorrichtung umgebenden Atmosphäre enthaltene Feuchtigkeit nicht eindringen kann. Dabei wird auch hier der Einfachheit halber die Verlustwärme der Solepumpe verwendet.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Box aus Kunststoff tiefgezogen. Diese einfache und preiswerte Fertigung ist möglich, weil keine besondere Isolierung benötigt wird. Außerdem ist diese Box leicht und korrosionsfest.
Vorzugsweise besteht die Box aus einer Wanne und einem Deckel, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung zwischen Wanne und Deckel eine Formdichtung besteht. Dank der Formdichtung lassen sich die beiden Boxteile zeitsparend montieren bzw. demontieren.
Formdichtungen bestehen vorteilhafterweise auch zwischen der Box und den Rohrleitungen.
Um zu verhindern, dass in die Box eindringende Feuchtigkeit auskondensieren kann, kann die Box mit einem Depot von Silicagel ausgerüstet sein.
Auf Silicagel kann gegebenenfalls verzichtet werden, wenn zur Unterstützung der Solepumpe in der Box ein Zusatzheizelement vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise liegt die Trennebene zwischen Wanne und Deckel in der Ebene der Rohrleitungsachsen. Dies vereinfacht die Montage der Leitungsbaugruppe.
Es versteht sich, dass zur Pumpe und/oder Regelelektronik elektrische Verbindungskabel nötig sind. Diese sind gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung mittels Kabeldurchführungen dampfdicht durch die Wanne geführt.
Zur Befestigung an einer Gebäudewand ist die Wanne vorteilhafterweise rückseitig mit Haltevorrichtungen versehen.
Vorteilhafterweise besitzt die Wanne auch an der Vorderseite Fixiervorrichtungen zum Anbringen an den Leitungen der Leitungsbaugruppe.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Die Figur zeigt eine Leitungsbaugruppe 10 für den Solekreislauf einer Wärmepumpenanlage, wie sie für die Warmwasserheizung, die Brauchwasserbereitung oder dergleichen verwendet wird. Die Leitungsbaugruppe 10 umfasst eine Solevorlaufleitung 11 vom Umweltwärmespeicher, beispielsweise Erdreich, eine Soleweiterleitung 12 zur Wärmepumpe, eine Solerücklaufleitung 13 von der Wärmepumpe, eine Soleweiterleitung 14 zum Umweltwärmespeicher und eine Solepumpe 15. Ferner ist vorgesehen eine Abzweigleitung 16 zu einem Ausdehnungsgefäß (nicht dargestellt). Sämtliche Rohrleitungen 11, 12, 13, 14, 16 sind thermisch isoliert, wobei die Isolierung wie oben erwähnt gasdicht sein muss, um das Eindringen von Luftfeuchtigkeit mit nachfolgender Auskondensation an den kalten Rohrleitungen zu vermeiden.
Die Leitungsbaugruppe 10 ist werksseitig vormontiert und enthält somit alle Aggregate, die für die Funktion des Sohlekreislaufes erforderlich sind. Dies sind neben den schon erwähnten Aggregaten auch noch zwei Temperaturanzeigen 17, Schmutzfänger, Füll- und Entleerventile sowie eine elektronische Steuerung für die Solepumpe 15.
Die thermische Isolierung der Leitungsbaugruppe 10 geschieht mit einer zweiteiligen Schutz- und Isolierbox 1, 2. Diese besteht aus einer Wanne 1 und einem Deckel 2, beide aus Kunststofffolie tiefgezogen. Wanne 1 und Deckel 2 können mit Hilfe einer Formdichtung zusammengerastet und bei Bedarf auch wieder gelöst werden. Die Abdichtung zwischen der Box 1, 2 und den Rohrleitungen 11, 12, 13, 14, 16 erfolgt mit Hilfe von Formdichtungen 3.
Eine thermische Isolierung der Boxwände ist nicht nötig.
Fenster 4, 5 im Deckel 2 der Isolierbox ermöglichen den Blick auf die Temperaturanzeige 17, die Pumpensteuerung usw.
Die Leitungsbaugruppe 10 und die Isolierbox 1, 2 werden werksseitig fertiggestellt und geschlossen. Hat die Box 1, 2 beispielsweise ein Volumen von ca. 35 l und erfolgt die Montage bei einer Raumtemperatur von 25°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 70%, so sind in der Box 1, 2 ca. 0,6 g Wasser in Form von Dampf vorhanden. Wird diese eingeschlossene Luft beim Betrieb des Solekreislaufes auf etwa 18°C abgekühlt, so kondensiert der vorhandene Wasserdampf zu 0,6 g Kondensat. Diese Wassermenge wäre unproblematisch. Wenn jedoch durch Spalte in der Isolierbox 1, 2 weiterhin Luftfeuchtigkeit aus der die Box umgebenden Atmosphäre in die Box eindringen und an den Rohrleitungen kondensieren könnte, würde sich die Wassermenge in der Box 1, 2 ständig weiter vermehren. Dies wird jedoch bei der erfindungsgemäßen Box dadurch verhindert, dass der durchschnittliche Dampfdruck in der Box im jahreszeitlichen Verlauf in der Regel größer ist aus jener der die Box umgebenden Luft. Dies ist auch damit begründet, dass die Box vorwiegend bei Wärmepumpen eingesetzt wird, welche zur Raumheizung verwendet werden, während der kalten Jahreszeit. Etwaig angereicherte Luftfeuchte wird während der Heizperiode wieder abgemagert, da der Dampfdruck der die Box umgebenden Luft in dieser Zeit statistisch am tiefsten ist. Dieser Effekt trifft beidermaßen sowohl auf die durch Ritzen in die Box infiltrierten Luft, als auch die durch das Gehäuse diffundierenden Luftfeuchte zu.
Während den Sommermonaten, wenn die Wärmepumpe außer Betrieb ist, wird sich innerhalb und außerhalb der Box die gleiche Temperatur einstellen und somit besteht auch keine Kondensationsgefahr mehr.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0561037 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Verhindern der Kondensation von Luftfeuchtigkeit an kalten Soleleitungen (13, 14) einer Leitungsbaugruppe (10) in einer Vorrichtung zum Betreiben eines Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage, z. B. für die Warmwasserheizung, die Brauchwasserbereitung oder dergleichen, wobei die Leitungsbaugruppe (10) Rohrleitungen (11, 12, 13, 14, 16), Armaturen (17) und eine Solepumpe (15) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbaugruppe (10) in eine dampfdichte Schutz- und Isolierbox (1, 2) eingedichtet und das Innere der Box (1, 2) durch die Verlustwärme der Pumpe (15) aufgeheizt wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Solekreislaufs einer Wärmepumpenanlage, z. B. für die Warmwasserheizung, die Brauchwasserbereitung oder dergleichen, umfassend: – eine Leitungsbaugruppe (10) mit – einer Solevorlaufleitung (11) vom Umweltwärmespeicher, – einer Soleweiterleitung (12) zur Wärmepumpe, – einer Solerücklaufleitung (13) von der Wärmepumpe, – einer Soleweiterleitung (14) zum Umweltwärmespeicher – und einer Solepumpe (15), – und eine die komplette Baugruppe (10) aufnehmende Schutz- und Isolierbox (1, 2), gekennzeichnet durch die Merkmale: – die Box (1, 2) ist – dampfdicht, – dampfdicht zu den Leitungen (11, 12, 13, 14) abgedichtet – und beinhaltet die Solepumpe (15) als Wärmequelle.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Box (1, 2) ist aus Kunststoff tiefgezogen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Box besteht aus einer Wanne (1) und einem Deckel (2).
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwischen Wanne (1) und Deckel (2) besteht eine Formdichtung (6).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwischen der Box (1, 2) und den Leitungen (11, 12, 13, 14) bestehen Formdichtungen (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: – in der Box (1, 2) befindet sich ein Depot mit Silicagel.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – in der Box (1, 2) ist ein Zusatzheizelement vorgesehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Trennebene zwischen Wanne (1) und Deckel (2) liegt in der Ebene der Rohrleitungsachsen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal: – elektrische Verbindungskabel für Pumpe (15) und/oder Regelelektronik sind mittels Kabeldurchführungen dampfdicht durch die Wanne (1) geführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Wanne (1) besitzt rückseitig Haltevorrichtungen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Wanne (1) besitzt vorderseitig Fixiervorrichtungen zum Fixieren der Leitungsbaugruppe (10).