DE19819639A1 - Beheizung von Passivhäusern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung und/oder Warmwasserversorgung von Passiv- oder Niedrigenergiehäusern. Dabei wird der Fortluft nach ihrem Wärmeaustausch mit der Frischluft weitere Wärme in einem Verdampfer entzogen und die Fortluft danach in einem zusätzlichen Erdwärmetauscher wieder erwärmt, so daß ihr anschließend in einem zusätzlichen Verdampfer nochmals Wärme entzogen werden kann, die als Wärmequelle zur Erwärmung von Frischluft und/oder Brauchwasser dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung und/oder Warmwas­ serversorgung von Passiv- oder Niedrigenergiehäusern, wobei Frischluft zumindest in einem Erdwärmetauscher und in einem von Fortluft durch­ strömten Wärmetauscher vorgewärmt wird und wobei der Fortluft weite­ re Wärme in einem Verdampfer entzogen wird.

Ein effizienter Primärenergieeinsatz erfordert, daß die Häuser und das Brauchwasser nicht direkt mit elektrischer Energie beheizt werden, son­ dern daß von der Wärmepumpentechnik Gebrauch gemacht wird. Vor­ aussetzung für den erfolgreichen Einsatz einer Wärmepumpe ist, daß eine ausreichende Wärmequelle bei nicht zu niedrigen Temperaturen zur Verfügung steht.

Es ist üblich, Frischluft mit Außentemperaturen von etwa - 12°C im Winter durch einen Erdwärmetauscher zu leiten und auf etwa + 8°C aufzuwärmen. Diese Luft wird dann in Wärmeaustausch mit der Fortluft gebracht und auf etwa + 17°C erwärmt. Fortluft wird dabei von + 22°C und 30% relativer Luftfeuchtigkeit auf etwa + 13°C abgekühlt. Hierbei wird nur die sensible Wärme übertragen, denn Raumluft ist relativ troc­ ken, das heißt, es wird kein Wasserdampf in Bad oder Küche an die Luft abgegeben. Diese Fortluft mit etwa + 13°C steht als Wärmequelle für eine Wärmepumpe zur Verfügung und kann bis etwa + 2°C im Ver­ dampfer abgekühlt werden.

Bei einem Luftvolumenstrom von 200 m³/h ergibt sich eine Verdampfer­ leistung von 854 Watt. Mit einer Motorleistung des Kompressors von 600 Watt ergibt sich eine Heizleistung von etwa 1470 Watt. Diese Heiz­ leistung reicht aus, um Frischluft nach dem Wärmeaustausch mit der Fortluft von + 17°C auf + 22°C zu erwärmen (334 Watt Heizleistung) und den Normheizbedarf von 1136 Watt (ca. 100m² Wohnfläche) zu decken.

Für die Erwärmung von Brauchwasser ist aber unter den angenomme­ nen Extrembedingungen mit einer Außenlufttemperatur von - 12°C kei­ ne Energie mehr vorhanden. Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf umweltfreundliche Weise eine zusätzliche Wärmequelle zu erschließen, um das vorgenannte Defizit weitestgehend zu beseitigen.

Bei der Aufgabenlösung geht die Erfindung von folgender Erkenntnis aus: Wenn Heißwasser benötigt wird, geht eine beträchtliche Wärme­ menge in Form von Wasserdampf in die Luft über, während etwa 50% der Wärme mit dem Abwasser verlorengehen. Nutzt man diese Wärme als Wärmequelle, so kann mit Hilfe einer Wärmepumpe der Brauchwas­ serspeicher wieder hochgeheizt werden. Schätzungen haben ergeben, daß bei einem Warmwasserverbrauch von 60 l in 20 min die relative Luftfeuchtigkeit in der Fortluft auf 60% bis 70% steigen kann. Diese Fortluft wird jetzt im Wärmetausch mit der Frischluft auf etwa + 14 bis + 17°C abgekühlt. Dabei wird von sensibler wie auch von latenter Wärme in der Fortluft Gebrauch gemacht. Wird die Fortluft im anschließenden Verdampfer wie bekannt auf etwa + 2°C abgekühlt, so ergibt sich, aus­ gehend von einer Fortlufttemperatur von + 15,5°C eine Verdampferlei­ stung von 1968 Watt. Mit einer Motorleistung des Kompressors von 1200 Watt ergibt sich eine Heizleistung von 3168 Watt. Diese Leistung reicht allerdings noch nicht aus, um den Brauchwasserheizbedarf zu decken.

Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Fortluft nach der Wärmeabgabe im Verdampfer in einem zusätzlichen Erdwärmetauscher wieder zu erwärmen und ihr anschließend in einem zusätzlichen Ver­ dampfer Wärme zu entziehen, die dann als Wärmequelle zur Erwärmung der Frischluft und/oder des Brauchwassers dient.

Die bisher nach dem ersten Verdampfer in die Atmosphäre entlassene Abluft wird also erfindungsgemäß in einem zweiten Erdwärmetauscher wieder auf etwa + 8°C erwärmt und sodann in dem genannten zusätzli­ chen Verdampfer wieder auf etwa + 2°C abgekühlt und sodann in die Atmosphäre entlassen. Dadurch gewinnt man noch einmal 700 Watt Wärmeleistung, so daß eine Gesamtwärmeleistung von 3870 Watt zur Verfügung steht. Diese Wärmeleistung ist ausreichend, um auch unter Extrembedingungen Brauchwasser mit etwa + 50°C zu erzeugen.

Aus Kostengründen empfiehlt es sich, die beiden genannten Verdampfer an einen gemeinsamen Kältemittel-Kreislauf anzuschließen, wobei die­ ser Kältemittelkreislauf einen Kondensator zur Frischluft-Erwärmung und einen Kondensator zur Brauchwassererwärmung enthält. Der Kom­ pressor und die beiden Verdampfer, vorzugsweise auch zumindest der eine Kondensator sind in einem Kompaktgerät kombiniert, während der Kondensator für die Brauchwassererwärmung im üblichen Brauchwas­ sertank angeordnet ist. Es liegt aber durchaus im Rahmen der Erfin­ dung, das Kompaktgerät mit dem Brauchwassertank zu kombinieren, wodurch das Gesamtsystem noch kompakter wird. Der zusätzliche Erd­ wärmetauscher erwärmt die Fortluft zweckmäßig auf etwa + 6°C bis et­ wa + 10°C, vorzugsweise auf etwa + 8°C, während die Fortluft in dem anschließenden zweiten Verdampfer auf etwa + 1°C bis etwa + 4°C, vorzugsweise bis etwa + 2°C abgekühlt wird.

Für extrem kalte Gebiete kann noch ein dritter Erdwärmetauscher und ein dritter Verdampfer eingesetzt werden.

Damit der bereits angesprochene Wärmerückgewinn bei der Verwen­ dung von Heißwasser zum Tragen kommt, empfiehlt es sich, daß zu­ mindest ein Erdwärmetauscher, vorzugsweise der zweite Erdwärmetau­ scher von der im Abwasser enthaltenen Wärme beaufschlagt wird. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Abwasserleitung in unmittelbarer Nähe, etwa direkt unterhalb des Erdwärmetauschers geführt wird oder der Erdwärmetauscher schraubengangförmig um die Abwasserleitung her­ umverläuft.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß der Erdwärmetauscher unmit­ telbar vom Abwasser durchströmt wird, so daß dessen Wärme direkt, ohne Umweg über die Erde, auf die Luft übertragen wird.

Falls die Außentemperaturen etwa 10°C überschreiten, ist die Durchleitung durch den ersten Erdwärmetauscher nicht mehr sinnvoll. Es empfiehlt sich dann, die Frischluft durch entsprechende Umschaltung direkt dem von der Fortluft durchströmten Wärmetauscher zuzuführen.

Für Räume, die auf niedrigerem Temperaturniveau liegen, insbesondere die Schlafzimmer, ist es zweckmäßig, einen Teil der Frischluft bereits hinter dem Fortluft-Wärmetauscher abzuzweigen und direkt diesen Räumen zuzuführen oder gegebenenfalls mit der von der Wärmepumpe weiter erwärmten Frischluft zu vermischen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Dabei zeigt

Fig. 1 den Luft- und Kältemittelkreislauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung.

Die kalte Umgebungsluft wird in an sich bekannter Weise in einem er­ sten Erdwärmetauscher 1 vorgewärmt, dann in einem Wärmetauscher 2 von der Abluft, vorzugsweise im Gegenstrom, weiter aufgewärmt, und schließlich in einem Kondensator 3 einer Wärmepumpe 4 auf eine zur Beheizung der Wohnräume geeignete Temperatur erwärmt.

Die Fortluft wird in ebenfalls bekannter Art und Weise zunächst dem Wärmetauscher 2 zugeführt, wo sie die vom Erdwärmetauscher 1 kom­ mende Frischluft erwärmt, und danach einem ersten Verdampfer 5 der Wärmepumpe 4, wo sie bis auf etwa + 2°C abgekühlt wird.

Danach wird sie jedoch nicht in die Atmosphäre entlassen, sondern ei­ nem zusätzlichen Erdwärmetauscher 6 zugeführt und die dort aufge­ nommene Wärme wird ihr in einem zusätzlichen Verdampfer 7 wieder entzogen. Der Verdampfer 7 gehört zu der Wärmepumpe 4 und ist dem Verdampfer 5 nachgeschaltet. Die in den Verdampfern 5 und 7 vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird über den Kompressor 8 einem zusätzlichen Kondensator 9 zugeführt, der in einem Brauchwassertank 10 angeordnet ist, und dient dort zur Erwärmung des Brauchwassers.

Anschließend strömt das Kältemittel zu dem bereits genannten Konden­ sator 3 und gibt dort seine restliche Wärme an die Frischluft ab. Von dort strömt das Kältemittel über die übliche Drossel 11 wieder zu den beiden Verdampfern.

Claims (13)

1. Verfahren zur Beheizung und/oder Warmwasserversorgung von Passiv- oder Niedrigenergiehäusern, wobei Frischluft in einem Erdwärmetauscher und in einem von Fortluft durchströmten Wärmetauscher vorgewärmt wird und wobei der Fortluft weitere Wärme in einem Verdampfer entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortluft nach dem Verdampfer in einem zusätzlichen Erdwärme­ tauscher wieder erwärmt wird und daß ihr anschließend in einem zusätzli­ chen Verdampfer Wärme entzogen wird, die zur Erwärmung der Frischluft und/oder des Brauchwassers dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Erdwärmetauscher für die Fortluft ein Verdampfer vorgeschaltet und ein Verdampfer nachgeschaltet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdampfer an einen gemeinsamen Kältemittel-Kreislauf angeschlossen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kältemittelkreislauf ein Kondensator zur Frischluft-Erwärmung und ein Kondensator zur Brauchwasser-Erwärmung angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortluft im zusätzlichen Erdwärmetauscher auf etwa + 6°C bis et­ wa + 10°C erwärmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortluft in den zusätzlichen Verdampfer auf etwa + 1°C bis etwa + 4°C abgekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Erdwärmetauscher, insbesondere der zusätzliche Erd­ wärmetauscher auch von der im Abwasser enthaltenen Wärme beauf­ schlagt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdwärmetauscher zusätzlich von Abwasser durchströmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Erdwärmetauscher und Verdampfer nachgeschaltet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft wahlweise unter Umgehung des ersten Erdwärmetau­ schers direkt dem vom Fortluft durchströmten Wärmetauscher zugeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für weniger warme Räume ein Teil der Frischluft hinter dem von Fort­ luft durchströmten Wärmetauscher abgezweigt und gegebenenfalls mit weiter erwärmter Frischluft vermischt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (8), beide Verdampfer (5, 7) und vorzugsweise ein Kondensator in einem Kompaktgerät kombiniert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompaktgerät mit einem Brauchwassertank (10) kombiniert ist.