DE102014226355A1

DE102014226355A1 - Lüftungsgerät

Info

Publication number: DE102014226355A1
Application number: DE102014226355.7A
Authority: DE
Inventors: Ramon Billek
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-07-07

Abstract

Bei einem Lüftungsgerät (1) zur Übertragung von thermischer Energie zwischen einem Abluftstrom (2) und einen Frischluftstrom (3) mit einem Wärmeübertrager (4), einer Frischluftzuführung (5), einer Frischluftabführung (6), einer Abluftzuführung (7) und einer Abluftabführung (8), ist in der Abluftzuführung (7) stromauf des Wärmeübertragers (4) ein erstes Heizregister (9) angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belüftungsanlage zur kontrollierten Lüftung mit Wärmerückgewinnung von der Abluft auf die Zuluft.
Im Winter wird kalte Außenluft (beispielsweise –3°C) im Wärmeübertrager durch warme Abluft (beispielsweise 21°C) vorgewärmt. Die so erwärmte Außenluft wird als Zuluft (im oben genannten Fall mit etwa 18°C) den Zulufträumen zugeführt (im Falle einer Wohnungslüftung zumeist Wohn- und Schlafzimmer). Die Abluft der Ablufträume (zumeist Bad und Küche) wird durch Wärmeabgabe im Wärmeübertrager abgekühlt, wodurch die Luftfeuchte an den kalten Wärmeübertragerübertragerplatten auskondensieren kann. Die Abluft wird dann als Fortluft (im oben genannten Fall mit etwa +3...+6°C) in die Umgebung abgeführt.
Bei derartigen Geräten droht bei sehr niedrigen Außenlufttemperaturen ein Vereisen des Kondensats in der feuchten Abluft innerhalb des Wärmeübertragers. Die Raumtemperatur weist selbst bei einer niedrigen relativen Luftfeuchtigkeit eine absolute Feuchte auf, die deutlich über der Sättigung bei Außentemperatur liegt. Demzufolge kann es im Wärmetauscher zu einer Kondensation von Luftfeuchtigkeit im Abluftstrom kommen. Dieses Kondensat kann dann zu einem Verstopfen der Wärmeübertragerkanäle (Druckverlustanstieg) und zur Beschädigung des Wärmeübertragers führen (Leckagen).
Ein weiteres Problem sind die kühlen Zulufttemperaturen. Die Zuluft ist durch den begrenzten Wärmerückgewinnungsgrad des Wärmeübertragers immer kälter als die Raumluft, was unter Umständen als unbehaglich wahrgenommen werden kann.
Zur Lösung des Einfrierens des Wärmeübertragers und der zu kühlen Zuluft sind für diese Lüftungsanlagen als Zubehör Vor- und Nachheizregister erhältlich:

• Vorheizregister (Frostschutzregister) haben die Aufgabe, die Außenluft bei tiefen Frosttemperaturen so weit vorzuwärmen, dass auf der Fortluftseite des Wärmeübertragers das Kondensat nicht gefriert. Das Einfrieren würde ansonsten den Wärmeübertrager beschädigen und die Luftdurchströmung behindern.
• Nachheizregister (Luftheizungen) haben die Aufgabe, kalte Zuluft zu vermeiden und die Wohnräume zu beheizen. Bei sehr gut gedämmten Häusern, wie beispielsweise Passivhäusern, kann dann sogar auf weitere Heizsysteme wie Fußbodenheizung oder Radiatoren verzichtet werden.

Sind Nachheizregister hydraulisch betrieben, können sie im Sommer auch als Kühlregister betrieben werden.
Als eine besondere Luft-Luft-Wärmeübertragerart werden zur Feuchterückgewinnung Enthalpietauscher angeboten. Dies sind Plattenwärmeübertrager, deren „Platten“ Membranen sind. Die Membranen übertragen den Luftfeuchteüberschuss der Abluft auf die Zuluft. Die Zuluft wird also etwas befeuchtet, so dass im Winter die Wohnräume nicht zu sehr austrocknen. Der Feuchterückgewinnungsgrad beträgt üblicherweise 50 bis 60%, so dass die Räume auch nicht zu feucht werden und somit keine Schimmelgefahr besteht. Alternativ können Rotationswärmeübertrager diese Funktion übernehmen.
Die meisten Lüftungsanlagen sind mit einem Sommerbypass ausgestattet. Dieser öffnet sich beispielsweise in kühlen Sommernächten, um die heißen Wohnräume mit kühler Außenluft zu versorgen.
Auch bekannt sind Kombinationen aus Lüftungsgerät und Wärmepumpe, in denen die Wärmepumpe die noch relativ warme Fortluft oder direkt die Abluft als Quelle oder als Beimischung zur angesaugten Außenluft als Quelle nutzt.
Aus DE 10 2011 013 944 ist bekannt, ein Heizregister auf der Frischluftseite dem Lüftungsgerät vorzuschalten. Hierdurch wird die Außenluft derart vorgeheizt, dass auch die Platten eine ausreichend hohe Temperatur aufweisen, um ein Einfrieren des Wärmeübertragers auf der Abluftseite zu vermeiden. Auch DE 10 2007 041 041 zeigt ein Lüftungsgerät mit einer Luftvorwärmung auf der Frischluftseite.
Diese Geräte benötigen jedoch zwei Heizregister, eines in der Außenluft und eines in der Zuluft. Falls in derartigen Geräten auf das Frostschutzregister (Vorheizregister) verzichtet wird, besteht Einfriergefahr, oder das Gerät kann nicht bei Frosttemperaturen betrieben werden. Wird auf die Luftheizung (Nachheizregister) verzichtet, können unbehaglich kalte Zulufttemperaturen auftreten.
Der wesentliche Mangel beim Stand der Technik betrifft die Anzahl der benötigten Komponenten und die Energieeffizienz. Beim Stand der Technik, werden Vorheizregister zum Frostschutz und Nachheizregister als Luftheizung eingesetzt. Die Erfindung löst beide Aufgaben mit nur einem Register in der Abluft.
Energieeffizienz: Beim Stand der Technik werden Frostschutzregister (Vorheizregister, kurz VHR) so eingesetzt, dass die Außenluft bereits vor dem Wärmeübertrager vorgewärmt wird. Damit wird die Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Außenluft verringert. Der Wärmeübertrager hat einen relativ konstanten, relativ temperatur- und volumenstromunabhängigen Wärmerückgewinnungsgrad von ca. 80 bis 90% (bei Volumenstrombalance). Bei Einsatz des Frostschutzregister wird nun aber die vorliegende Temperaturdifferenz zwischen Ab- und Außenluft und damit auch die rückgewonnene Energie reduziert, denn das Vorheizregister (VHR) muss die Außenluft vor dem Wärmeübertrager vorwärmen:
Definition des Wärmerückgewinnungsgrades:
Rückgewonnene Leistung im Wärmeübertrager: P_WRG = c_p × ρ × V . × (T_ZU – T_AU)
bei Einsatz eines Vorheizregisters: P_WRG,VHR = c_p × ρ × V . × (T_ZU – T_AU – ∆T_VHR)
Beispiel:

∆T_VHR = –3°C – T_AU, wenn T_AU < –3°C; AU = außen, ZU = Zuluft, AB = Ab-, FORT = Fortluft

Zahlen-Beispiele für Temperaturen und rückgewonnene Leistungen: Annahmen: T_AU = –10°C, T_AU,VHR = –3°C, T_AB = 21°C, WRG = 80%, V . = 200m³/h
Ohne Vorheizregister würde hier der Wärmeübertrager eine Leistung von 1,7kW übertragen, da eine Temperaturdifferenz zwischen Ab- und Außenluft von 21°C – (–10°C) = 31K anläge.
Nach dem Stand der Technik ist allerdings der Wärmeübertrager vor Frost zu schützen, dies passiert meist durch Vorerwärmung der Luft auf mindestens –3°C. In diesem Beispiel muss das Vorheizregister daher mit 0,5kW betrieben werden, um die Luft von –10°C auf –3°C zu erwärmen.
Die anliegende Temperaturdifferenz reduziert sich dadurch allerdings von den o.g. 31K auf (21°C – (–3°C)) = 24K. Daher beträgt dann die rückgewonnene Leistung nur noch 1,3kW statt wie vorher 1,7kW. D.h., es werden 0,5kW aufgewendet für den Frostschutz, um dann auch noch 0,4kW weniger Wärmerückgewinnung zu haben.
Zusätzlich müssen dann noch einmal 2,4kW für eine Luftheizung (Nachheizregister, NHR) aufgebracht werden.
DE 10 2012 004 232 und DE 10 2005 002 282 zeigen die Kombination eines Lüftungsgerätes mit einer Wärmepumpe. Hierdurch können die Wärmeverluste eines Lüftungsgerätes reduziert werden. Diese Geräte benötigen jedoch zwei Heizregister, eines in der Außenluft und eines in der Zuluft. Falls in derartigen Geräten auf das Frostschutzregister (Vorheizregister) verzichtet wird, besteht Einfriergefahr, oder das Gerät kann nicht bei Frosttemperaturen betrieben werden. Wird auf die Luftheizung (Nachheizregister) verzichtet, können unbehaglich kalte Zulufttemperaturen auftreten.
DE 10302217 offenbart ein Lüftungsgerät, bei dem Abgase einer verbrennungstechnischen Anlage dem Abluftstrom zugemischt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass ein Übergang von Abgasen über Undichtigkeiten in die Frischluft unbedingt zu vermeiden ist.
Weiterhin ist bei Lüftungsgeräten nachteilig, dass mit der Abluft Feuchtigkeit aus Räumen abgeführt wird und die Frischluft sehr trocken ist. Hierunter leidet das Raumklima. DE 2013455 zeigt ein Lüftungsgerät mit Enthalpiewärmeübertrager, bei dem Feuchtigkeit aus dem Abluftstrom auf die Frischluft übertragen wird. WO 2014/094986 zeigt einen für den gleichen Zweck geeigneten Wärmeübertrager mit einer wasserdampfdurchlässigen Membran.
Aufgabe der Erfindung ist, die Wärmeverluste bei einem Lüftungsgerät mit Heizregister zu mindern, für eine behagliche Zuluft zu sorgen und zugleich ein Vereisen zu vermeiden und gleichzeitig die Zahl der Komponenten zu reduzieren.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Heizregister auf der Abluftseite vor Eintritt in den Wärmeübertrager angeordnet wird. Das Heizregister kann im Lüftungsgerät integriert oder diesem vorgeschaltet sein. Die Abluft wird dabei soweit vorgewärmt, dass sie auch noch relativ warm aus dem Wärmetauscher als Fortluft herausströmt, um Vereisung zu vermeiden. Ein Großteil der Wärme der Abluft wird dabei auf die Zuluft übertragen, so dass gleichzeitig mit einem Bauteil der Frostschutz und indirekt eine Zuluftheizung realisiert ist. In weiteren Ansprüchen werden Möglichkeiten der Nutzung der noch relativ warmen Fortluft genannt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Ist das Heizregister elektrisch beheizt, so lässt es sich leicht installieren und es entstehen keine abzuführenden Abgase.
Ein zweites, zusätzliches Heizregister in der Frischluftzuführung stromauf des Wärmetauschers kann sicherstellen, dass auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen ein Vereisen ausgeschlossen ist. Ist im Gegensatz zum Stand der Technik in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Abluft-Zuführung im unteren Bereich und die Abluft-Abführung (Fortluft) im oberen Bereich des als Gegenstromwärmeübertragers ausgeführten Wärmeübertrager angeordnet, so fließt Kondensat von der Fortluft in den warmen Bereich der Abluft, so dass ein Vereisen vermieden wird.
Ist dem Wärmeübertrager stromab der Abluftabführung (Fortluft) ein Verdampfer einer Wärmepumpe oder die Verbrennungsluftzuführung eines Heizgerätes nachgeschaltet, so kann dort die noch relativ hohe thermische Energie der Fortluft genutzt werden. Ein erster Bypass um den Wärmeübertrager herum zwischen Abluftzuführung und Abluftabführung, vorzugsweise mit Mitteln zur Verstellung des Bypassstroms kann hierbei genutzt werden, um die Verdampfer- oder Verbrennungsluft-Eingangstemperatur anzuheben.
Ein zweiter Bypass zur Führung der Abluft um den Verdampfer der Wärmepumpe herum von der Abluftabführung zur Umgebung, vorzugsweise mit Mitteln zur Verstellung des zweiten Bypassstroms kann genutzt werden, um den Volumenstrom durch den Verdampfer zu reduzieren.
Ist im Wärmeübertrager der Abluftstrom vom Frischluftstrom durch eine wasserdampfdurchgängige Membran getrennt, so kann Feuchtigkeit von der Abluft auf die Frischluft übertragen werden, wodurch ein Austrocknen der Raumluft vermieden wird und die Kondensatmenge reduziert wird. Die Membran besitzt bevorzugt eine trennaktive Schicht, welche eine kristalline Verbindung aus einem natürlichen und/oder synthetischem Zeolith, einem Alumosilikat, einem Alumophosphat und/oder einem Metallalumophosphat aufweist.
1 zeigt ein Lüftungsgerät 1 zur Übertragung von thermischer Energie zwischen einem Abluftstrom 2 und einen Frischluftstrom 3 gemäß dem Stand der Technik. In einem als Gegenstromwärmeübertragers ausgeführten Wärmeübertrager 4 wird thermische Energie von dem warmen Abluftstrom 2 auf den kalten Frischluftstrom 3 übertragen. Das Lüftungsgerät 1 verfügt über diverse Anschlüsse. Über eine Abluftzuführung 7 wird der Abluftstrom 2 angesaugt, in den Wärmeübertrager 4 geleitet und über einen Fortluftventilator 19 und die Abluftabführung 8 in die Umgebung geleitet. Aus der Umgebung wird über eine Frischluftzuführung 5 der Frischluftstrom 3 angesaugt, dem Wärmeübertrager zugeführt und über Zuluftventilator 18 und eine Frischluftabführung 6 den zu belüftenden Räumen zugeführt. Der Kondensatablauf befindet sich auf der Fortluftseite hinter dem Wärmeübertrager (4) im unteren Bereich des Lüftungsgerätes 1.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Lüftungsgerät 1 zur Übertragung von thermischer Energie zwischen einem Abluftstrom 2 und einen Frischluftstrom 3 mit einem als Gegenstromwärmeübertragers ausgeführten Wärmeübertrager 4.
Eine Frischluftzuführung 5 führt zur Primärseite eines Wärmeübertragers 4 und von diesem über einen Zuluftventilator 18 in eine Frischluftabführung 6. Eine Abluftzuführung 7 führt zur Sekundärseite des Wärmeübertragers 4 und von diesem über ein einen Fortluftventilator 19 zu einer Fortluftführung 8. In der Abluftzuführung 7 stromauf des Wärmeübertragers 4 ist ein erstes Heizregister 9 angeordnet. Das Heizregister 9 wird bevorzugt elektrisch betrieben und bewirkt eine Temperaturanhebung des ansonsten unveränderten Abluftstroms.
Ein erster Bypass 12 um den Wärmeübertrager 4 ist zwischen Abluftzuführung 7 und Abluftabführung 8 (Fortluft) angeordnet. Eine verstellbare Klappe 13 dient als Mittel zur Verstellung des Bypassstroms. Alternativ ist ein Bypass von der Außenluft in die Zuluft möglich.
Dem Wärmeübertrager 4 ist in einer Ausgestaltung der Erfindung stromab der Abluftabführung 8 (Fortluft) ein Verdampfer 11 einer Wärmepumpe 10 nachgeschaltet. Durch den Verdampfer wird die Mischung von Außenluft mit der Fortluft des Lüftungsgerätes geführt. Die Wärmepumpe 10 verfügt über die üblichen Komponenten einer Kompressionswärmepumpe, nämlich einen Kondensator 15, einen Kompressor 16 sowie ein Expansionsventil 17 und weitere übliche Bauteile.
Ein zweiter Bypass 14 ist parallel zum Verdampfer 11 der Wärmepumpe 10 zu dessen Umgehung angeordnet, so dass die Fortluft stromab des Fortluftventilators 19 direkt in die Umgebung geleitet werden kann. Auch hier können optional Mittel zur Verstellung des Bypassstroms vorhanden sein. Der Kondensator 15 ist mit einem Warmwasserspeicher 20 und einem Raumheizungskreislauf 21 verbunden.
Um einerseits ein Austrocknen der Raumluft zu vermeiden, jedoch auch zur Verringerung der Kondensatmenge und damit der Einfriergefahr auf der Abluftseite ist optional im Wärmeübertrager 4 der Abluftstrom 2 vom Frischluftstrom 3 durch wasserdampfdurchgängige Membranen getrennt. Diese ermöglicht einerseits den Übergang thermischer Energie. Andererseits kann Feuchte von der warmen und feuchten Raumluft auf die kältere und trockenere Frischluft übertragen werden, so dass in dem Teil des Wärmeübertragers 4, in dem üblicherweise Kondensation und Vereisung droht, die Feuchte der Abluft derart niedrig ist, dass das Problem reduziert wird. Die Membran kann bevorzugt eine trennaktive Schicht besitzen, welche eine kristalline Verbindung aus einem natürlichen und/oder synthetischem Zeolith, einem Alumosilikat, einem Alumophosphat und / oder einem Metallalumophosphat aufweist.
Die Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Komponentenanzahl: Der Frostschutz durch das Vorheizregister und die Zuluftheizung durch das Nachheizregister werden mit Hilfe der Erfindung mit nur einem neu positionierten Heizregister 9 ermöglicht. Dies geschieht durch die Anordnung eines einzigen Heizregisters 9 in der Abluft vor dem Wärmeübertrager 4. Die Abluft wird von beispielsweise 21°C mittels des Heizregisters 9 auf max. 65°C aufgewärmt. Durch diese Aufwärmung kühlt die Abluft im Wärmeübertrager 4 nicht mehr auf so tiefe Fortlufttemperaturen herunter, wie dies ohne Heizregisters 9 der Fall wäre: Statt auf 3°C kühlt sich die Abluft nun nur noch bis auf 9°C ab, wodurch weniger Kondensat entsteht und die Einfrierneigung stark reduziert wird. Der Frostschutz ist gewährleistet.
Gleichzeitig wird ein Großteil der Abluftwärme auf die Zuluft übertragen. Diese erwärmt sich dadurch auf bis zu 50°C. Die Funktion einer Zuluftheizung ist somit ebenfalls erfüllt.
Beide Funktionen – sowohl Frostschutz als auch Luftheizung – sind somit mit einem einzigen Heizregister 9 erfüllt.
Die Energieeffizienz wird erhöht: Bei den beispielhaft genannten Bedingungen würde ein Heizregister 9 die Abluft beispielsweise mit einer Heizleistung von 3,1 kW von 21°C auf 65°C erwärmen. Die Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Außenluft steigt somit von 24K (21°C–-3°C) mit Vorheizregister auf 75K (65°C–-10°C) mit Abluft-Heizregister 9. Die Übertragene Leistung im Wärmeübertrager 4 steigt dadurch von 1,3 auf 4,2kW an. Für die Wärmerückgewinnung muss lediglich etwas elektrische Energie für die Lüftung aufgewandt werden (70W), so dass der COP (Coefficient of Performance für den Wärmeübertrager, hier: rückgewonnene Wärmeleistung dividiert durch die aufgewandte Lüfterleistung) des Wärmeübertragers 4 mit Abluft-Heizregister 9 bei 58 liegt – bei Einsatz eines Vorheizregisters im Stand der Technik liegt er lediglich bei 19.
Die Fortlufttemperatur ist bewusst bei einer relativ hohen Temperatur eingestellt, hier: 9°C, damit der Wärmeübertrager nicht einfriert. Sie ist damit noch 19 K höher als die Außentemperatur. Immerhin entsprechen diese 19 K ca. 1,3 kW Wärmeleistung. Um dies zu nutzen, ist das Lüftungsgerät 1 in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe 10 kombiniert. Es hängt dann vom Wärmepumpentyp ab, wieviel Wärme diese dann noch von den 1,3 kW als nutzbare Heizleistung umsetzt und wieviel Leistung beim elektrischen Zusatzheizstab (Backupheater) der Wärmepumpe eingespart wird. Hier werden 30% angenommen; 0,4 kW bei Einsatz eines Abluftregisters und 0,1kW bei Einsatz eines Vorheizregisters.
In Summe werden beim Abluftregisterfall 3,2 kW aufgewandt und 4,6kW zurückgewonnen. Beim Vorheizregisterfall mit Nachheizregister werden 2,9 kW aufgewandt und 4,3 kW zurückgewonnen.
Die Erfindung ermöglicht die komplette Beheizung eines Gebäudes mit hohem Dämmstandard alleine über die Luft. Wird die Erfindung mit einer Fortluft-Wasser-Wärmepumpe kombiniert, kann bedarfsgerecht über Messung von Raumtemperaturen, Außen- und Ablufttemperatur ermittelt werden, welcher Anteil über die Luft geheizt werden soll und wieviel über die Fußbodenheizung. Bei einer solchen Kombination bietet sich ein hydraulisches Abluftregister an, d.h. die Wärmepumpe versorgt das Abluftregister mit der benötigten Energie. Sollte das Temperaturniveau der Wärmepumpe nicht ausreichen, muss ein zweites Heizregister in der Abluft platziert werden, zum Beispiel elektrisch oder es wird ein einziges elektrisches Abluftregister verwendet.
Bei der Installation eines hydraulischen Heizregisters in der Zuluft nach Stand der Technik könnte durch einen Fehler im System das Heizregister einfrieren. Dies ist beim Abluftheizregister nicht möglich, da dies immer mit Raumtemperatur durchströmt wird.
Das Abluftheizregister kann alternativ mit Wasser durchströmt werden. Dies ist auch ein Vorteil gegenüber herkömmlichen Vorheizregistern: diese müssen mit Sole/ Kältemittel durchströmt werden, um nicht einzufrieren oder müssen elektrisch ausgeführt sein.
Da auf der Abluftseite ohnehin ein Kondensatablauf vorliegt, kann bei Verwendung eines hydraulischen Abluftregisters im Sommer die Abluft auch unter den Taupunkt heruntergekühlt werden. Entstehendes Kondensat wird durch den vorhandenen Kondensatablauf einfach abgeführt werden. Zudem wäre dieses Kondensat nur auf der Abluftseite, was einwandfreie Hygiene auf der Zuluftseite garantiert. Die Kälte wird dann über den Wärmeübertrager 4 von der Abluft auf die Zuluft übertragen. Wird die Erfindung mit einem Enthalpietauscher kombiniert, kann durch die beschriebene Entfeuchtung die Feuchteaufnahmekapazität der Abluft noch weiter gesteigert werden. Somit kann der Enthalpietauscher bei schwülem Sommerwetter noch mehr zur Entfeuchtung der Außenluft/ Zuluft beitragen.
Der optionale erste Bypass 12 leitet die Abluft um den Wärmeübertrager 4 herum. Wird nun die Erfindung des Abluft-Heizregisters 9 eingesetzt, kann der Bypass 12 nun bedarfsgerecht in Stufen oder stufenlos so geregelt oder gesteuert werden, dass Zulufttemperatur und Quellentemperatur für die Wärmepumpe 10 im optimalen Bereich liegen. Wird eine Fortluft-Wasser-Wärmepumpe 10 mit dem Abluft-Heizregister-Lüftungsgerät 1 kombiniert, kann der Bypass 12 auch zur Enteisung des Verdampfers 11 der Wärmepumpe 10 genutzt werden beziehungsweise zumindest dazu beitragen: Auf der Grundlage obiger Berechnungsbeispiele kann die Quellentemperatur bei 31 % geöffnetem Bypass von –10°C auf +2°C angehoben werden, wenn die auf 65°C erwärmte Abluft (200 m³/h) mit der –10°C kalten Außenluft (800m³/h) vermischt wird.
Die Auftauung kann gegebenenfalls beschleunigt werden, wenn der Bypass zu ca. 31% geöffnet wird und nur die Abluft 65°C oder Fortluft 50°C durch den Verdampfer 11 der Wärmepumpe 10 geleitet wird, ohne dass die Wärmepumpe 10 kalte Außenluft ansaugt. Wichtig ist, dass die Enteisung schnell erfolgt, denn während des Öffnens des Bypasses kühlt die Zuluft auf 9°C herunter.
Alternativ kann auch ein Zuluftbypass zum Einsatz kommen.
Durch die erhöhte Ab- und Fortlufttemperatur bei Einsatz eines Abluft-Heizregisters entsteht weniger Kondensat. Kondensatabfuhr und Kondensatdichtheit sind bekannte Schwierigkeiten bei Lüftungsgeräten. Je nach Bedingungen können beispielsweise in der Wohnungslüftung über 1 l/h Kondensat anfallen. Durch die Temperaturerhöhung mit Heizregister 9 in der Abluft entsteht weniger Kondensat, somit wird auch das Risiko von fehlerhafter Kondensatabfuhr und mangelnder Kondensatdichtheit gesenkt.
Dass die Abluft wie oben gezeigt, auf bis zu 65°C erhitzt werden muss, kann zu Staubverschwelungen führen. Das Heizregister muss daher durch einen Filter geschützt werden. Sollten trotzdem kleinste Staubmengen „verschwelen“, ist dies für den Nutzer nicht wahrnehmbar, da etwaige Gerüche dann ja auf der Abluftseite vorlägen. Ähnliches gilt für die Sicherheit: falls durch Installationsfehler oder Verschmutzungen Verschwelungen auftreten, werden diese nicht in die Wohnung geführt, sondern nach draußen – also ein weiterer Vorteil für die Anordnung des Registers in der Abluft.
Dies gilt auch für Keime, die in herkömmlichen Systemen von der Abluft u.U. in die Zuluft durch fehlerhafte Dichtungen übertragen werden könnten. Mit Abluftregister würden diese Keime bei 65°C nahezu vollständig abgetötet werden. Durch Wärmeübertragung hätte die Zuluft eine Temperatur von 50°C, so dass dort ebenfalls ein Großteil der Keime abgetötet würde.
Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ergibt sich eine 6K höhere Fortlufttemperatur, die im o.gen. Rechenbeispiel zu einer 1 K höheren Quellentemperatur der Wärmepumpe führt (im Vergleich mit einem Lüftungsgerät mit herkömmlichem Vorheizregister kombiniert mit einer Wärmepumpe).
Diese Temperaturdifferenz (1 K) kann dann einerseits zur Heizenergiebereitstellung genutzt werden und andererseits damit der Bivalenzpunkt gesenkt werden, das heißt der Zusatzheizer (Backupheater) der Wärmepumpe 10 wird weniger betrieben.
Statt mit einer Fortluft-Wasser-Wärmepumpe 10 kann die Erfindung auch mit einem Brennwertgerät kombiniert werden. Der Fortluftvolumenstrom des Lüftungsgerätes 1 dient dem Brennwertgerät als Luftquelle: Vorteil ist die höhere Temperatur, +8,8°C statt –10,0°C (s. Bsp. oben). Die genannten 1,3kW in der Fortluft würden somit vollständig für das Heizsystem/ Warmwasserbereitung genutzt. Problem: ein Brennwertgerät für die im Beispiel genannte Applikation benötigt nur einen Teil (max. 50 m³/h) der 200 m³/h als Frischluftzufuhr. Somit werden dann im Bsp. nur max. 25% der 1,3 kW genutzt. Der andere nicht genutzte Teil der Fortluft würde in die Umgebung abgeführt.
In einem derartigen System würde das Brennwertgerät die o.g. 65°C für das Abluft-Heizregister 9 hydraulisch übertragen.
Möglicherweise ist ein weiterer Vorteil, dass das Lüftungsgerät 1 den Lüfter im Brennwertgerät unterstützen bzw. ersetzen könnte.
Je nach Luftfeuchtebedarf für den optimalen Betrieb des Brennwertgerätes kann die gegenüber der Außenluft feuchtere Fortluft vor der Zuführung zum Brennwertgerät vorher über einen Enthalpietauscher entfeuchtet werden oder direkt dem Brennwertgerät zugeführt werden.
Ein Teil der Brennerenergie wird also dem Abluft-Heizregister 9 zugeführt, was wiederum als Zuluftheizung verwendet wird, der andere Teil kann dann für das Heizsystem und die Warmwasserbereitung genutzt werden. Bei gut gedämmten Häusern kann auf Radiatoren/ Fußbodenheizung ganz verzichtet werden, die Beheizung könnte dann allein über das Abluftregister erfolgen.
Alternativ zu einem Brennwertgerät ist auch eine Kombination mit anderen Geräten wie beispielsweise Pelletkesseln denkbar, die auf Außenluftansaugung angewiesen sind und die einen Vorteil aus einer wärmeren Außenluftquellentemperatur durch Fortluftnutzung ziehen können. Die Nennung des Brennwertgeräts und der Wärmepumpe ist hier exemplarisch zu verstehen.
Ein niedriger Wärmerückgewinnungsgrad hat in einem System mit Abluft-Heizregister 9 sogar den positiven Effekt, dass der Frostschutz gefördert und weniger Kondensat entsteht. Somit ist auch der Einsatz kleinerer und/ oder druckverlustärmerer Wärmeübertrager möglich. Zugleich geht die nicht zurückgewonnene Energie nicht verloren, denn sie wird bei Kombination mit Wärmepumpe oder Brennwertgerät dort zu einem guten Teil zurückgewonnen.
Die Erfindung des Abluft-Heizregisters 9 soll gleichzeitig Luftheizung und Frostschutz gewährleisten. Kondensat und möglicherweise Eis entstehen auf der Abluft/ Fortluftseite. Wie zu erkennen, sind die Ablufttemperaturen zwar so warm, dass auf den ersten Blick ein Einfrieren unmöglich erscheint, aber: die gezeigten Temperaturen sind nur mittlere Mischtemperaturen. Direkt an der Wärmeübertragerplatte ist die Fortlufttemperatur deutlich kälter als die 9°C, da auf der Gegenseite die kalte Außenluft zB –10°C anliegt. Hier wird also zumindest im Endbereich des Wärmeübertragers Kondensat entstehen. Um nun Eisbildung sicher zu vermeiden und um das Lüftungsgerät bei noch tieferen Temperaturen betreiben zu können, wird vorgeschlagen, die Abluft im Gegensatz zum Stand der Technik im Gerät unten anzuordnen, so dass das anfallende Kondensat rückwärts gegen die Abluftströmungsrichtung nach unten in den warmen Wärmeübertragerbereich fließt, wo es nicht einfrieren kann. Da die Abluft durch das Abluftregister Temperaturen von +9...65°C aufweist, ist mit so wenig Kondensat zu rechnen, dass dieses die Luftströmung kaum behindern wird. Um für dieses Restrisiko aber noch mehr Sicherheit zu schaffen, sollte der Wärmeübertrager als Enthalpietauscher ausgeführt sein: damit wird die Abluftfeuchte noch weiter gesenkt und somit auch der Taupunkt noch weiter gesenkt und damit auch die Kondensatmenge.
Der Kondensatablauf ist dann nicht wie beim Stand der Technik auf der Fortluftseite sondern auf der Abluftseite vorzusehen.
Da das Abluft-Heizregister 9 auch für den Frostschutz des Lüftungsgerätes verwendet wird und das Lüftungsgerät ständig (24/7) betrieben werden muss, müssen auch Brennwertgerät bzw. Wärmepumpe bei Außentemperaturen < –3°C ständig laufen, wenn sie mit dem Lüftungsgerät und dem Abluft-Heizregister 9 kombiniert werden. Bei derartig kalten Außentemperaturen ist aber auch ein Wärmebedarf für das zu heizende Objekt vorhanden, so dass das „Problem“ des kontinuierlichen Betriebs nur ein scheinbares Problem ist. Eine Wärmepumpe müsste dafür mit einem modulierenden Kompressor ausgestattet sein.
Um das Abluft-Heizregister 9 vor Verschmutzung zu schützen, muss der Abluftfilter, der sich im Stand der Technik direkt vor Wärmeübertrager befindet vor das Abluftregister versetzt werden. Der Filter ist regelmäßig zu wechseln.
Die benötigten maximalen 65°C kann die Wärmepumpe 10 nicht effizient bereitstellen. Daher muss die Erwärmung der Abluft entweder in zwei Stufen (1: z.B. 21–> 45°C mit Wärmepumpe, 2: 45–> 65°C elektrisch) erfolgen oder rein elektrisch. Oder das System wird durch Brenner/ Brennwertsystem unterstützt oder es erfolgt statt mit der Wärmepumpe eine Kombination mit einem Brennwertgerät.
Der Vorteil des Abluft-Heizregisters 9 der möglichen Taupunktunterschreitung kommt bei Kombination mit einem Brennwertgerät nur zur Geltung, wenn zusätzlich zum Brennwertgerät noch ein Klimagerät vorgesehen wird.
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung: Das Abluft-Heizregister 9 kann in das Lüftungsmodul integriert werden oder extern angeschlossen werden
Die Kombination eines gedrehten Wärmeübertragers 4, in dem die Abluft nach unten strömt und der Wärmeübertragertyp ein Feuchterückgewinner ist, bieten den Vorteil, dass ein Vereisen vermieden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011013944 [0010]
DE 102007041041 [0010]
DE 102012004232 [0019]
DE 102005002282 [0019]
DE 10302217 [0020]
DE 2013455 [0021]
WO 2014/094986 [0021]

Claims

Lüftungsgerät (1) zur Übertragung von thermischer Energie zwischen einem Abluftstrom (2) und einen Frischluftstrom (3) mit einem Wärmeübertrager (4), einer Frischluftzuführung (5), einer Frischluftabführung (6), einer Abluftzuführung (7) und einer Abluftabführung (8), dadurch gekennzeichnet, dass in der Abluftzuführung (7) stromauf des Wärmeübertragers (4) ein erstes Heizregister (9) angeordnet ist.
Lüftungsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in der Frischluftzuführung (5) stromauf des Wärmetauschers (4) ein zweites Heizregister angeordnet ist.
Lüftungsgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftzuführung (7) im unteren Bereich und die Abluftabführung (8) im oberen Bereich des als Gegenstromwärmeübertrager ausgeführten Wärmeübertrager (4) angeordnet ist und der Kondensatablauf auf der Abluftseite (7) vor dem Wärmeübertrager (4) angeordnet ist.
Lüftungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmeübertrager (4) stromab der Abluftabführung (8) ein Verdampfer (11) einer Wärmepumpe (10) oder die Verbrennungsluftzuführung eines Heizgerätes nachgeschaltet ist.
Lüftungsgerät (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bypass (12) um den Wärmeübertrager (4) herum zwischen Abluftführung (7) und Abluftabführung (8) angeordnet ist, wobei vorzugsweise Mittel zur Verstellung des Bypassstroms (13) vorhanden sind.
Lüftungsgerät (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Bypass (14) zur Führung der Fortluft um den Verdampfer (11) der Wärmepumpe (10) herum von der Abluftabführung (8) zur Umgebung angeordnet ist, wobei vorzugsweise Mittel zur Verstellung des zweiten Bypassstroms vorhanden sind.
Lüftungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeübertrager (4) der Abluftstrom (2) vom Frischluftstrom (3) durch eine wasserdampfdurchgängige Membran getrennt ist.
Lüftungsgerät (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) eine trennaktive Schicht besitzt, welche eine kristalline Verbindung aus einem natürlichen und/oder synthetischem Zeolith, einem Alumosilikat, einem Alumophosphat und/oder einem Metallalumophosphat aufweist.
Lüftungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizregister (9) elektrisch beheizt ist.