DE19714679A1 - Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und Wärmepumpen - Google Patents
Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und WärmepumpenInfo
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Description
Die Erfindung 1 betrifft eine Heizanlage, bei der die zum Heizen erforderliche Energie durch
eine Wärmepumpe und durch Sonnenkollektoren zur Verfügung gestellt wird.
Als Wärmequelle zur Heizung von Wohnräumen und gewerblich genutzten Räumen kommen
neben befeuerten Heizkesseln auch Wärmepumpen und Solarkollektoren in Frage. Bei
Solarkollektoren besteht aber - insbesondere bei kalter Witterung - immer das Problem, daß
der Wirkungsgrad des Kollektors bei den erforderlichen Temperaturen von Heizwasser bzw.
Brauchwasser geringer wird. Ebenso nimmt der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe mit der
Differenz zwischen unterer und oberer Reservoirtemperatur ab.
Die Erfindung besteht nun zum einen darin, daß Kollektoren und Wärmepumpe gegen ein
gemeinsames Reservoir arbeiten, das auf einer Temperatur TS betrieben wird, die die zum
Betrieb der Wärmepumpe benötigte elektrische Energie minimiert.
Zum anderen regelt eine regelbare Umwälzpumpe den Durchfluß der Wärmeträgeflüssigkeit
durch die Kollektoren so, daß die gewünschte Temperatur TS am Ausgang der Kollektoren
erreicht wird.
TS wird aus der Außentemperatur, der Temperatur des Erdreiches, der Temperatur der in die
Kollektoren eintretenden Flüssigkeit sowie den im Monatsmittel benötigten Mengen an
Warmwasser und Heizenergie berechnet.
Im folgenden wird die Ursache für die Energieeinsparung erläutert. Sei die benötigte
Temperatur des Wärmeträgers TH und sei die monatlich benötigte Menge des Wärmeträgers
mit dieser Temperatur MH, das von einer Ausgangstemperatur TE erwärmt wird. Die
Kollektoren werden nun monatlich von Menge MS des Wärmeträgers durchströmt, der die
Temperatur TS am Ausgang des Kollektors und die Temperatur TA am Eingang des Kollektors
hat. Der korrespondierende Energiegewinn der Flüssigkeit beim Durchlaufen des Kollektors ist
ES = η . cw . MS . (TS - TA) (η ist der Kollektorwirkungsgrad und cw ist spezifische
Wärmekapazität der Wärmeträgers). In Bild 2 werden die zur Erwärmung des Brauchwassers
benötigten Energien dargestellt. EE,1 ist die elektrische Energie, die die Wärmepumpe
benötigt, um das Brauch- bzw. Heizwasser mit der von den Kollektoren gelieferten Energie ES
von TE auf TH zu erwärmen. EE,2 ist die elektrische Energie, die die Wärmepumpe benötigt,
um die Differenz zum Monatsverbrauch an Brauch- bzw. Heizwasser zu erwärmen.
Je kleiner die Differenz TS - TA ist, umso größer ist die von den Kollektoren gelieferte
Energiemenge, da η mit wachsender Temperaturdifferenz abnimmt. Auf der anderen Seite
sinkt aber der Wirkungsgrad der Wärmepumpe (Quotient aus gelieferter Wärmeenergie und
eingesetzter elektrischer Energie), die zwischen einem Wärmereservoir der Temperatur TS und
einem Reservoir der Temperatur TH arbeitet, mit sinkendem TS. Daher existiert stets eine
optimale Temperatur TS, bei der Kollektor und Wärmepumpe optimal zusammenarbeiten und
die Summe der Energien EE,1 und EE,2 minimal wird.
Die dem Puffersspeicher entzogene Wärme wird entweder einem Warmwasserspeicher
zugeführt oder heizt über einen Wärmetauscher (19) die Flüssigkeit des Heizkreislaufes oder
direkt die Raumluft.
1
Eingang Kollektoren
2
Ausgang Kollektoren
3
Ausgang Primärseite Speicher
1
(Pufferspeicher)
4
Eingang Primärseite Speicher
1
5
Ausgang Sekundärseite Speicher
1
6
Eingang Sekundärseite Speicher
1
7
Eingang Primärseite Wärmepumpe
8
Ausgang Primärseite Wärmepumpe
9
Ausgang Sekundärseite Wärmepumpe
10
Eingang Sekundärseite Wärmepumpe
11
Eingang Primärseite Speicher
2
(Warmwasserspeicher)
12
Ausgang Primärseite Speicher
2
13
Ausgang Warmwasser
14
Eingang Primärseite Heizungswärmetauscher
15
Ausgang Primärseite Heizungswärmetauscher
16
Eingang Sekundärseite Heizungswärmetauscher (Rücklauf)
17
Ausgang Sekundärseite Heizungswärmetauscher (Vorlauf)
18
Regelbare Umwälzpumpe für Kollektoren
19
Heizungswärmetauscher
20
Dreiwegeventil
21
Dreiwegeventil
22
Dreiwegeventil
TA
TA
Außenlufttemperatur
TS
TS
Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit hinter Kollektor
TE
TE
Erdreichtemperatur
TH
TH
Brauchwassertemperatur
TS
TS
Kollektor-Ausgangstemperatur
TE
TE
Erdreichtemperatur
ES
ES
Energiemenge, die von Kollektor geliefert wird
ER
ER
Wärmemenge, die von Wärmepumpe an Brauch- bzw. Heizwasser übertragen wird
EE.1
EE.1
Elektrische Energie, die von Wärmepumpe benötigt wird, um die Energiemenge ES
und
das Brauch- und Heizwasserreservoir zu übertragen
EE,2
EE,2
Elektrische Energie, die von Wärmepumpe benötigt wird, um das restliche Brauch- bzw.
Heizwasser von TE
auf TS
zu erwärmen
EH
EH
Insgesamt benötigte Wärmeenergie
Claims (2)
1. Die nicht innovativen Bestandteile der Anlage sind dadurch gekennzeichnet,
- a. daß ein Erdkollektor und Solarkollektoren zur Gewinnung von Wärmeenergie sind;
b. daß eine Wärmepumpe vorgesehen ist, die mittels des Erdkollektors dem Erdreich oder einem Pufferspeicher (Speicher 1) Energie entzieht; - c. daß der primärseitige Ausgang (3) des Pufferspeichers mit dem Eingang (1) eines Kollektorfeldes verbunden ist;
- d. daß der Ausgang des Kollektorfeldes (2) mit dem primärseitigen Eingang (4) des Pufferspeichers verbunden ist;
- e. daß der sekundärseitige Ausgang (9) der Wärmepumpe mit dem primärseitigen Eingang (11) des Warmwasserspeichers verbunden ist und der sekundärseitige Eingang (10) der Wärmepumpe mit dem primärseitigen Ausgang (12) des Warmwasserspeichers;
- f. daß der Heizungskreislauf über einen Wärmetauscher (19) von der Sekundärseite der Wärmepumpe wahlweise über ein Dreiwegeventil (20) erwärmt wird;
- g. daß durch eine Umschaltung der Wärmepumpe die Flüssigkeit im Heizkreislauf über den Wärmetauscher (19) abgekühlt werden kann;h. daß die der Raumluft entzogene Wärme dem Speicher 1 oder dem Erdreich übertragen werden kann, wobei die Umschaltung zwischen dem Erkollektor und dem Speicher 1 durch die Dreiwegeventile 21 und 22 erfolgt.
2. Die eigentlichen Innovationen der Anlage bestehen darin,
- a. daß die Pumpe, die die Wärmeträgerflüssigkeit durch den Solarkollektor (Pumpe 18) pumpt, regelbar ist;
- b. daß die Umwälzgeschwindigkeit der Wärmeträgerflüssigkeit in den Kollektoren aus der
Erdreichtemperatur TE, den Temperaturen in den Speichern 1 und 2, der Temperatur TS am
Ausgang (2) des Sonnenkollektors, und der Außentemperatur TA berechnet wird;
c. daß die Wärmepumpe wahlweise als Niedertemperarturreservoir das Erdreich oder den Pufferspeicher 1 verwendet, wobei die Umschaltung durch die Dreiwegeventile 21 und 22 erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19714679A DE19714679A1 (de) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und Wärmepumpen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19714679A DE19714679A1 (de) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und Wärmepumpen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19714679A1 true DE19714679A1 (de) | 1998-10-08 |
Family
ID=7825929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19714679A Withdrawn DE19714679A1 (de) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und Wärmepumpen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19714679A1 (de) |
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