DE102019004677A1

DE102019004677A1 - Zentralheizungselement mit wenigstens einem Wärmepumpenmodul und wenigstens einer elektrischen Widerstansheizeinrichtung

Info

Publication number: DE102019004677A1
Application number: DE102019004677.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Löwens; Michael Schaumlöffel
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Eine Zentralheizungseinheit (100) umfasst wenigstens ein Wärmepumpenmodul (1) und wenigstens eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung (10) mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsheizmodul (12, 13, 14).Das Wärmepumpenmodul (1) und die elektrische Widerstandsheizeinrichtung (10) sind mit je einer Phase und je einem Neutralleiter an eine Anschlussleiste (20) für die Verbindung mit einem wenigstens einphasigen Wechselspannungsnetz oder einer Unterverteilung angeschlossen. Die Anschlussleiste (20) weist wenigstens einen Phasenanschluss (L, L', L'') und einen Neutralleiteranschluss (N, N', N'') auf. Die Anschlussleiste (20) weist wenigstens einen Phasenanschluss (L, L', L'') und einen Neutralleiteranschluss (N, N', N'') auf. Das Wärmepumpenmodul (1) und das erste Widerstandsheizmodul (11) sind zusammen an einen gemeinsamen Neutralleiteranschluss (N) der Anschlussleiste (20) angeschlossen.Wenigstens ein Phasenanschluss (L) der Anschlussleiste (20) ist mit einer durch eine Steuerungseinrichtung (2) steuerbaren Umschalteinrichtung (3) verbunden, dessen ausgangsseitigen Pole (3.1, 3.2) mit dem Wärmepumpenmodul (1) und dem wenigstens einen Widerstandsheizmodul (12) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentralheizungseinheit mit wenigstens einem Wärmepumpenmodul und wenigstens einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsheizmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine Zentralheizungseinheit mit wenigstens einem Wärmepumpenmodul, wie beispielsweise einer Sole-Wasser-Wärmepumpe, wird üblicherweise mit wenigstens einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung ergänzt, um bei Ausfall oder Störung der Wärmepumpe dennoch Wärme in den Heizkreislauf einbringen zu können. Je nach der elektrischen Nennleistung der Widerstandsheizeinrichtung müssen bei den in einer Gebäudeinstallation üblichen, begrenzten Leitungsquerschnitten und den versorgerseitig ebenfalls begrenzten Stromstärken des Hausanschlusses mehrere getrennt abgesicherte einphasige Zuleitungen zu der Zentralheizungseinheit gelegt werden, um die Wärmepumpe einerseits und die eine oder mehreren Widerstandsheizeinrichtung(en) andererseits betreiben zu können. Gerade bei einer Nachrüstung eines Gebäudes ist es oftmals nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich, zusätzliche Anschlussleitungen zu verlegen, um weitere Widerstandsheizstufen betreiben zu können.
Wird die Zentralheizungseinheit an einen Mehrphasenanschluss angeschlossen, z.B. den in Westeuropa üblichen 3-Phasenanschluss, wird eine Phase für die Wärmepumpe benötigt, so dass mit den beiden weiteren Phasen nur zwei Widerstandsheizstufen genutzt werden können. Dies hat mitunter zur Folge, dass die Widerstandsheizstufen beim Ausfall der Wärmepumpe die benötigte Leistung nicht ausreichend kompensieren können.
Außerdem muss die Zentralheizungseinheit je in einer einphasigen und einer mehrphasigen Variante angeboten werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht zum einen darin, eine Zentralheizungseinheit sowohl mit Dreiphasen- als auch mit Einphasenstrom betreiben zu können, um zwei verschiedene Gerätetypen zu vermeiden. Unabhängig davon, welche Anschlussart gewählt worden ist, sollen außerdem im Notbetrieb alle Widerstandsheizstufen, also je eine pro angeschlossener Phase, zur Verfügung stehen.
Außerdem soll es bei der mehrphasigen Betriebsart möglich sein, die Wärmepumpe mit nur einem mehradrigen Kabel anschließen zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine Zentralheizungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die nach der Erfindung vorgesehene Umschalteinrichtung kann eine Phase eines mehradrigen Kabels bzw. die Phase eines von mehreren einphasigen Anschlusskabeln entweder von der Wärmepumpe genutzt werden oder von der Widerstandsheizeinrichtung. Die gleichzeitige Nutzung ist nach der Erfindung technisch ausgeschlossen, so dass eine zu hohe Strombelastung der Anschlussleitung vermieden wird. Die gleichzeitige Nutzung derselben Phase wird aber auch nicht benötigt, da der Betrieb einer oder mehrerer Widerstandsheizeinrichtungen nur zur Überbrückung eines temporären Störungszustands an der Wärmepumpe dient, so dass diese vorübergehend vollständig abgeschaltet werden kann. Im sogenannten bivalenten Betrieb, wo Heizleistungsspitzen dadurch aufgefangen werden, dass neben der Wärmepumpe auch noch mindestens eine elektrische Widerstandsheizung betrieben wird, kann letztere über eine andere Phase betrieben werden. Neben dem daraus entstehenden Vorteil für den Anwender, die maximal verfügbare Anschlussleistung im Notheizbetrieb nutzen zu können, ergibt sich für Hersteller und Installateur der Vorteil, nicht mehr zwischen ein- und mehrphasig en Zentralheizungseinheit unterscheiden zu müssen.
Zur variablen Herstellung des elektrischen Anschlusses ist bevorzugt eine einheitliche Anschlussleiste an der Zentralheizungseinheit vorgesehen. Gerätseitig sind dabei insbesondere alle Neutralleiter-, Schutzleiter- und Phasenanschlüsse gruppenweise zusammengelegt, entweder nebeneinander oder übereinander.
Die gruppenweise Anordnung hat den Vorteil, dass die nebeneinander liegenden Neutralleiteranschlüsse und ggf. auch die Schutzleiteranschlüsse durch einsetzbare Brückenelemente leicht verbindbar sind, so dass ein Anschluss eines mehradrigen, insbesondere 5-adrigen Anschlusskabels mit drei Phasen und je einem Neutral- und Schutzleiter möglich ist.
Ebenso wie bei einer gruppenweisen Anordnung übereinander ist eine alternierende Anordnung von Phasenanschlüssen und Neutralleiteranschlüssen möglich, um den Anschluss mehrerer jeweils einphasiger Anschlusskabel zu erleichtern, da die Adern jedes Kabels zum Anschließen nur minimal voneinander abgespreizt werden müssen und eine übersichtliche Aufreihung der mehreren Anschlusskabel möglich ist.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Zentralheizungseinheit bildet Vorteile bei vielen verfügbaren Wechselspannungsnetzen, die länderspezifisch unterschiedlich ausfallen können:

- Bei einem nur einphasigen Netz bzw. Anschlusskabel ist es überhaupt erst möglich, eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung anstelle der Wärmepumpe über dasselbe Anschlusskabel zu betreiben.
- In Ländern mit 2-phasigen Netzen wird bei Verwendung zweier gleichartiger Widerstandsheizeinrichtungen die im Notheizbetrieb verfügbare elektrische Leistung verdoppelt.
- Bei den weit verbreiteten 3-phasigen Netzen wird die für den Notheizbetrieb verfügbare elektrische Leistung gegenüber dem Stand der Technik um 50% erhöht, ohne dass zusätzliche Anschlussleitungen erforderlich sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren zeigen jeweils ein Anschlussschema einer Zentralheizungseinheit:

1 zeigt einen 3-phasigen Anschluss mittels eines 5-adrigen Anschlusskabels;
2 zeigt einen 3-phasigen Anschluss über drei jeweils 1-adrige Anschlusskabel;
3 zeigt einen 2-phasigen Anschluss mittels eines 4-adrigen Anschlusskabels; und
4 zeigt einen 1-phasigen Anschluss mittels eines 1-adrigen Anschlusskabels.

Die 1 und 2 zeigen jeweils gleichartige Zentralheizungseinheiten 100. Diese umfassen zunächst ein Wärmepumpenmodul 1, das auch eine integrierte Regelungs- und Bedieneinheit umfassen kann. Im Normalbetrieb wird die Heizleistung über das Wärmepumpenmodul 1 generiert, wobei die Fluidleitungen hier wie in den folgenden Figuren nicht dargestellt sind. Nach der Erfindung ist das Wärmepumpenmodul 1 mit einer Steuerungseinrichtung 2 für eine fernsteuerbare Umschalteinrichtung 3 gekoppelt. Die Kopplung dient dazu, einen von der Regelungseinrichtung der Wärmepumpenmoduls 1 ausgegebenen Fehlermodus aufzunehmen und die Umschaltung der Umschalteinrichtung 3 auszulösen.
Außerdem umfasst die Zentralheizungseinheit 100 eine Widerstandsheizeinrichtung 10, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei elektrische Widerstandsheizmodule 12, 13, 14 umfasst. Diese sind direkt an eine weitere Anschlussleiste 11 angeschlossen, um die Verbindung mit der Anschlussleiste 20 für den externen Anschluss zu erleichtern und ggf. eine von dem Wärmepumpenmodul 1 räumlich abgesetzte Anordnung des Widerstandsheizeinrichtung 10 zu ermöglichen.
Wesentlich für die praktische Umsetzung der Erfindung ist eine Anschlussleiste 20, die mehrere Phasenanschlüsse L, L', L'' und Neutralleiteranschlüsse N, N', N'' für den geräteinternen Anschluss der Wärmepumpe 1 und der Widerstandsheizeinrichtung 10 umfasst. Dazu korrespondierende Anschlussklemmen 21, 22, 23, 24, 25 und 26 bestehen an der Anschlussleiste 20 für den externen Anschluss, der in 1 über ein 5-adriges Mehrphasenkabel 30 erfolgt ist. Zusätzlich besitzt die Anschlussleiste 20 Klemmen 27 für den sog. PE- oder Schutzleiteranschluss.
Die erste Phase L1 des Anschlusskabels 30 wird an Klemme 21 angeschlossen und entspricht der internen Phase L, die vorrangig für den Betrieb der Wärmepumpe 1 vorgesehen ist, die aber über die zweipolige Umschalteinrichtung 3 geführt ist. Bei der Umschalteinrichtung 3 kann es sich z. B. um ein Relais handeln. Ein ausgangsseitiger Pol 3.1 ist mit der Wärmepumpe 1 verbunden, ein anderer Pol 3.2 mit einem Widerstandsheizmodul 12 innerhalb der Widerstandsheizeinrichtung 10.
Weitere Phasenanschlüsse L', L'' sind mit den Klemmen 22, 23 für die Phasen L2 und L3 verbunden. Diese sind ausschließlich für zwei weitere Widerstandsheizstufen bestimmt, die durch Widerstandsheizmodule 13, 14 gebildet sind. Sollte das Wärmepumpenmodul 1 z. B. aufgrund eines allgemeinen Notbetriebs ausfallen oder wegen des Quellenschutzes vorübergehend abgeschaltet werden müssen, so wird die L1-Phase über die Umschalteinrichtung 3 auf die Widerstandsheizstufe 12 geschaltet.
Die Neutralleiter N, N', N'' sind zu einem einheitlichen Neutralleiteranschluss N bei den Klemmen 24, 25 und 26 gebrückt, um eine Überlastung im einphasigen Betrieb zu vermeiden. Die Brückenelemente 29 sitzen an der Anschlussleiste 20 und können vom Installateur entfernt werden, wenn die einphasige Betriebsart gewählt worden ist.
Die einphasige Betriebsart zeigt 2. Der Anschluss an die Anschlussleiste 20 erfolgt über drei jeweils einphasige Kabel 31, 32, 33 mit je drei Adern. Die Brückenelemente 29 sind im Vergleich zu 1 entfernt, so dass drei voneinander getrennte Stromkreise ausgebildet sind, von denen zwei dauerhaft den Widerstandsheizmodulen 13, 14 zugeordnet sind und einer wechselweise entweder dem Wärmepumpenmodul 1 oder dem Widerstandsheizmodul 12.
In 3 ist ein zu 2 ähnlicher Anschluss über ein mehrphasiges Anschlusskabel 30' an eine Zentralheizungseinheit 100' abgebildet, und zwar für ein 2-phasiges Netz oder für den Fall, dass bei der Nachrüstung ein nur vieradriges Anschlusskabel 30' zur Verfügung steht.
Der Unterschied zu der Zentralheizungseinheit 100 nach den 1, 2 liegt darin, dass in einer Widerstandsheizeinrichtung 10' nur zwei Widerstandsheizmodule 12, 13 eingebaut sind. Entsprechend werden nur zwei Phasenanschlüsse L1 / L bzw. L2 / L' genutzt und an Klemmen 21, 22 mit dem Kabel 30' verbunden. Davon ist eine Phase L1 / L dauerhaft dem Widerstandsheizmodul 13 zugeordnet und die andere Phase L2 / L' wechselweise dem Wärmepumpenmodul 1 oder dem anderen Widerstandsheizmodul 12.
4 zeigt eine Zentralheizungseinheit 100", die mit einem Einphasenanschluss über ein einfaches dreiadriges Anschlusskabel 30" betrieben werden kann und dennoch einen Notheizbetrieb ermöglicht, weil die Phase L1 anstelle der Verbindung mit dem Wärmepumpenmodul 1 auf das einzige Widerstandsheizmodul 12 umgelegt werden kann.

Claims

Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100") mit wenigstens einem Wärmepumpenmodul (1) und wenigstens einer elektrischen Widerstandsheizeinrichtung (10; 10'; 10") mit wenigstens einem elektrischen Widerstandsheizmodul (12, 13, 14), wobei das Wärmepumpenmodul (1) und die elektrische Widerstandsheizeinrichtung (10; 10'; 10") mit je einer Phase und je einem Neutralleiter an eine Anschlussleiste (20; 20'; 20") für die Verbindung mit einem wenigstens einphasigen Wechselspannungsnetz oder einer Unterverteilung angeschlossen sind, und wobei die Anschlussleiste (20; 20'; 20") wenigstens einen Phasenanschluss (L, L', L'') und einen Neutralleiteranschluss (N, N', N'') aufweist; dadurch gekennzeichnet, - dass das Wärmepumpenmodul (1) und das erste Widerstandsheizmodul (11) zusammen an einen gemeinsamen Neutralleiteranschluss (N) der Anschlussleiste (20; 20'; 20'') angeschlossen sind und - dass wenigstens ein Phasenanschluss (L) der Anschlussleiste (20; 20'; 20'') mit einer durch eine Steuerungseinrichtung (2) steuerbaren Umschalteinrichtung (3) verbunden ist, dessen ausgangsseitigen Pole (3.1, 3.2) mit dem Wärmepumpenmodul (1) und dem Widerstandsheizmodul (12) verbunden sind.
Zentralheizungseinheit (100') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Anschlussleiste (20') für die Verbindung mit einem zweiphasigen Wechselspannungsnetz zwei separate Phasenanschlüsse (L, L') und zwei voneinander getrennte oder trennbare Neutralleiteranschlüsse (N, N') aufweist; - dass in der elektrischen Widerstandsheizeinrichtung (10') ein zweites Widerstandsheizmodul (12) vorgesehen ist, das direkt mit einem weiteren Phasenanschluss (L') und einem weiteren Neutralleiteranschluss (N') an die Anschlussleiste (20') verbunden ist.
Zentralheizungseinheit (100'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Anschlussleiste (20'') für die Verbindung mit einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz drei separate Phasenanschlüsse (L, L', L'') und drei voneinander getrennte oder trennbare Neutralleiteranschlüsse (N, N', N'') aufweist; - dass die Widerstandsheizeinrichtung (10'') drei elektrische Widerstandsheizmodule (12, 13, 14) umfasst, - dass ein zweites und ein drittes Widerstandsheizmodul (13, 14) direkt mit je einem weiteren Phasenanschluss (L', L'') und je einem weiteren Neutralleiteranschluss (N', N'') an der Anschlussleiste (20'') verbunden sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100'') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschlüsse (L, L', L'') und die Neutralleiteranschlüsse (N, N', N'') jeweils gruppenweise nebeneinander an der Anschlussleiste (20; 20'; 20'') angeordnet sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100'') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschlüsse (L, L', L'') und die Neutralleiteranschlüsse (N, N', N'') jeweils gruppenweise übereinander an der Anschlussleiste (20; 20'; 20'') angeordnet sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100'') nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschlüsse (L, L', L'') und die Neutralleiteranschlüsse (N, N', N'') jeweils alternierend nebeneinander an der Anschlussleiste (20; 20'; 20'') angeordnet sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100'') nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralleiteranschlüsse (N, N', N'') der Anschlussleiste (20; 20'; 20'') über wenigstens ein entfernbares Brückenelement (29) untereinander verbunden sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100") nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass die Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100'') über eine zumindest der Anzahl von elektrischen Widerstandsheizmodulen (12, 13, 14) entsprechenden Anzahl von jeweils dreiadrigen Anschlussleitungen (31, 32, 33), welche jeweils eine Ader für eine Phase, für einen Neutralleiter und einen Schutzleiter aufweisen, mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist, und - dass die Adern für die Phasen und Neutralleiter jeweils einzeln an einen der Phasenanschlüsse (L, L', L") bzw. an einen der nicht gebrückten Neutralleiteranschlüsse (N, N', N") der Anschlussleiste (20; 20'; 20") angeschlossen sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100") nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100") über eine wenigstens vieradrige Anschlussleitung (30) mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist, welche Anschlussleitung (30) aufweist: - eine Ader für den Neutralleiter, die an einen der gebrückten Neutralleiteranschlüsse (N, N', N'') der Anschlussleiste (20'; 20'') angeschlossen ist; - eine Ader für einen Schutzleiter; - sowie je eine der Adern für jede Phase (L1, L2, L3), welche Adern jeweils einzeln an einen der Phasenanschlüsse (L, L', L'') der Anschlussleiste (20'; 20'') angeschlossen sind.
Zentralheizungseinheit (100; 100'; 100") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleiste (20; 20'; 20") wenigstens einen Schutzleiteranschluss (27) aufweist, an den die Wärmepumpe (1) und die Widerstandsheizeinrichtung (10; 10'; 10") gemeinsam angeschlossen sind.