DE19824315A1 - Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung mit integrierter Primärenergie-Wärmequelle zur kontrollierten Lüftung und Wärmeenergieversorgung von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusern sowie Verfahren hierzu - Google Patents

Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung mit integrierter Primärenergie-Wärmequelle zur kontrollierten Lüftung und Wärmeenergieversorgung von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusern sowie Verfahren hierzu

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung zur gere­ gelten Lüftung und Wärmeenergieversorgung von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusern, in die ein Außenluft- und ein Gebäudeabluftstrom einströmt und ver­ mittels Wärmerückgewinnung aus dem zugeführten Gebäudeabluftstrom die einge­ strömte Außenluft erwärmt und als ausströmende Gebäudezuluft dem Gebäude zu­ geführt wird, mit mindestens einem Wärmetauscher, der der Gebäudeabluft Wär­ meenergie entzieht und an die Gebäudezuluft abgibt und mindestens einer dem Wärmetauscher nachgeschalteten Wärmepumpe, die durch weitere Entwärmung der den Wärmetauscher durchströmten Gebäudeabluft eine zusätzliche Erwärmung der Gebäudezuluft bewirkt oder einer Brauchwassererwärmung oder beidem dient.
Stand der Technik
Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Gattung dienen einer geregelten Lüf­ tung mit Wärmerückgewinnung, der Brauchwassererwärmung und der Heizung von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusern.
In Deutschland wird ein Drittel der Primärenergie für die Bereitstellung von Raum­ wärme und Warmwasser in den privaten Haushalten eingesetzt. Die Ressourcen der überwiegend eingesetzten fossilen Energieträger sind begrenzt. Die Aufnahmefähig­ keit der Atmosphäre für das bei Verbrennungsprozessen freiwerdende CO2 zeigt Grenzen. Die Bundesregierung hat das Ziel der Senkung des CO2-Ausstoßes um ein Viertel bis zum Jahre 2005 gesetzt. Zur Umsetzung dieses Vorhabens ist es von großer Bedeutung, die nachgewiesenermaßen hohen Einsparpotentiale im Wohnbe­ reich zu erschließen.
Der Heizenergiebedarf liegt im Wohnungsbestand bei Werten von 250 bis 300 kWh/(m2a). Dieser Wert soll zum Ende des Jahrzehnts im Rahmen der Energiespar­ verordnung auf 40 bis 70 kWh/(m2a) gesenkt werden. Darüber hinaus gehende Maß­ nahmen zur Senkung des Heizenergiebedarfs lassen sich meist nicht mehr aus den eingesparten Energiebezugskosten refinanzieren. Hierfür ist eine Einsparung im Be­ reich der Investitionskosten notwendig.
Mit dem Konzept der Passivhäuser wird dieser Weg eingeschlagen. Sie zeichnen sich durch eine sehr gute Dämmung und hohe passive Solargewinne aus. Sie haben stets eine kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung. Der Heizenergiebedarf wird bis zu dem Punkt gesenkt, an dem deutliche Vereinfachungen in der Haustech­ nik der Gebäude möglich werden. Diese Gebäude stellen stark veränderte Anforde­ rungen an das System zur Restwärmebereitstellung. Die benötigten Jahres­ energiemengen sind ebenso wie die Heizleistung für den Auslegungsfall gering. Gute Wärmedämmung des Gebäudes führt zu einem trägen thermischen Verhalten. Der Leistungsbedarf für die Brauchwassererwärmung und ein eventuelles Aufheizen des Gebäudes nach einer Abkühlphase bestimmen das Heizsystem. Bei einem Jahre­ restheizwärmebedarf unter 15 kWh/m2 und einer maximalen Heizlast von 10 W/m2 kann auf ein konventionelles Heizsystem verzichtet werden. Solarsysteme mit Puf­ ferspeichern bieten gute Möglichkeiten zur Kopplung leistungsschwacher Wärme­ quellen mit höheren Bereitstellungsleistungen.
Durch die Entwicklung hierauf abgestimmter, kostengünstiger Systeme können Inve­ stitionskosten aus dem Bereich der Haustechnik in die Verbesserung der Gebäude­ hülle verlagert werden. Dadurch werden die investiven Mehrkosten des verbesserten Baustandards zum Teil ausgeglichen. Damit ergibt sich ein kostengünstiges Ge­ samtkonzept bei hoher Primärenergieeinsparung.
Im Rahmen von Forschungsprojekten wurde gezeigt daß unter mitteleuropäischen Rahmenbedingungen mit vorhandener Technik Gebäude gebaut werden können, die einen Restheizwärmebedarf von 10 bis 20 kWh/(m2a) haben. Aufgrund dieses, ge­ genüber mit konventioneller Bauweise errichteten Gebäuden, deutlich reduzierten Energiebedarfs von Passivhäusern oder Niedrig-Energie-Gebäuden werden erfolg­ reich Lüftungs- und Heizsysteme eingesetzt, die die in der Gebäudeabluft gespei­ cherte Wärmeenergie durch Wärmerückgewinnung nutzen, um bspw. die Gebäude­ zuluft zu heizen, das Brauchwasser zu erwärmen und darüber hinaus durch Verwen­ dung und Integration von Solaranlagen in den Wärmekreislauf des Gebäudes und/oder durch zusätzliche Nutzung von Erdwärme weitere natürliche Wärmequellen zur Wärmeversorgung nutzbar machen.
Mit diesen Maßnahmen kann ein konventionelles Heizsystem, das im wesentlichen auf der Basis von Primär- und Sekundärenergie arbeitet, weitgehend überflüssig ge­ macht werden.
Maßgeblich für die Auslegung derartiger Lüftungs- und Heizsysteme für Gebäude ist der Leistungsbedarf, der für die Brauchwassererwärmung sowie für die Gebäudehei­ zung nach einer Abkühlphase erforderlich ist.
Die heute bekannten Lüftungs- und Heizsysteme für Passivhäuser bestehen aus ei­ nem Kompaktgerät, das der Lüftung des Gebäudes, der Brauchwassererwärmung sowie der Gebäudeheizung dient. Dem Kompaktgerät ist in der Regel ein Erdreichwärmetauscher vorgeschaltet. Überdies weisen Lüftungs- und Heizsysteme einen Brauchwasserwärmespeicher und vorzugsweise eine thermische Solaranlage auf, wodurch die Energieeffizienz der Systeme weiter gesteigert werden kann.
Dem, aus einem Plattenwärmetauscher sowie einer Wärmepumpe bestehenden Kompaktgerät wird zum einen die Gebäudeabluft sowie frische Außenluft, die vor­ zugsweise über eine Erdwärmetauscher geleitet wird, zugeführt. Der Erdwärmetau­ scher dient der Vorwärmung der Frischluft in der Heizperiode und glättet darüber hinaus extreme Kältespitzen. Der Plattenwärmetauscher, der eine hohe Rückwärme­ zahl aufweisen sollte, überträgt einen Teil der Wärmeenergie der Gebäudeabluft auf die zugeführte Frischluft. Die dem Plattenwärmetauscher nachgeschaltete Wärme­ pumpe nutzt die in der, den Wärmetauscher verlassene Gebäudeabluft noch enthal­ tene sensible sowie einen großen Teil der latenten Restwärmeenergie durch Ent­ wärmung dieser Abluft bis hin zur Vereisungsgrenze des Verdampfers, um die den Wärmetauscher bereits durchströmte frische Zuluft und gegebenenfalls Brauchwas­ ser innerhalb des Brauchwasserwärmespeicher weiter zu erwärmen. Vorzugsweise weist die Wärmepumpe zwei Kondensatoren auf, von denen der erste der Gebäude­ zulufterwärmung und der zweite der Brauchwassererwärmung dient.
Die auf diese Weise erwärmte frische Zuluft verläßt als Gebäudezuluft das Kompakt­ gerät und gelangt direkt in das Gebäude.
Die thermische Solaranlage erwärmt das im Brauchwasserwärmespeicher enthaltene Brauchwasser und vermag im Sommer den Betrieb der Wärmepumpe vollständig zu ersetzen. Der Brauchwasserwärmespeicher dient dabei der Speicherung von Wär­ meenergie, die von der Wärmepumpe und zusätzlich von der Solaranlage geliefert wird und besitzt darüber hinaus einen Heizstab, mit dem eine elektrische Wärmeauf­ bereitung des Speichermediums möglich ist. Das beschriebene Lüftungs- und Heiz­ system ermöglicht eine automatisch geregelte Lüftung der Gebäude typischerweise mit 0.4 bis 0.5 Luftwechseln pro Stunde.
Am Frauenhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE wurden mit dem Simulati­ onsprogramm TRNSYS Untersuchungen zur Jahreswärmebilanz am Beispiel eines als Passivhaus ausgeführten Reihenmittelhauses unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Lüftungs- und Heizungssystems und unter Zugrundelegung eines bestimmten Nutzerverhaltens, das während der Heizperiode nach Möglichkeit keine oder nur seltene Lüftungen bei offenem Fenster vorsehen sollte, durchgeführt. Dabei gelten folgende Rahmenbedingungen. Das betrachtete Reihenmittelhaus weist eine Wohnfläche von 121 m2 auf und wird von 4 Personen bewohnt. Die inneren Wärme­ quellen betragen 3.35 W/m2. Die Feuchteproduktion beträgt 120 g/(h Person). Die Lüftungsanlage ist auf einen Volumenstrom von 125 m3/h eingestellt. Die Infiltration verursacht einen Luftwechsel von 0.05 pro Stunde.
Fig. 2 veranschaulicht in einer Diagrammdarstellung diesbezügliche Untersu­ chungsergebnisse. Entlang der Ordinate ist der Energiebedarf des betrachteten Hauses für Lüften, Warmwasserbereitung und für die Heizung inklusive aller Hilfsag­ gregate pro Woche in Einheiten kWh/w aufgetragen. Entlang der Abszisse ist die Monatsabfolge mit einer Diskretisierung von jeweils einer Woche aufgetragen.
Die im Diagramm eingetragenen, unterschiedlich markierten Säulen pro Woche ent­ sprechen dem wochenweisen Energiebedarf und setzen sich jeweils zusammen aus den entsprechend gekennzeichneten Beiträgen des Solareintrags (S), der Wärme­ pumpe (W) und des Heizstabs (H). Die Kurve (G) beschreibt die Einhüllende der Ge­ samt-Wochenenergiewerte. Dadurch wird deutlich, daß der wochenweise Energie­ bedarf in den Sommermonaten (Juni bis August) ca. 50 kWh/w beträgt wohingegen in den Wintermonaten (Dezember bis Februar) ein im Vergleich zu den Sommermo­ naten dreifacher Wert, nämlich ca. 150 kWh/w angenommen wird. Während in den Sommermonaten der Energiebedarf ausschließlich aus dem Solareintrag (S) gedeckt werden kann, wird der Solarbeitrag in den Wintermonaten verschwindend gering. Der in der Winterszeit deutlich erhöhte Wärme wird zum überwiegenden Anteil durch die Wärmepumpe (W) gedeckt, der verbleibende Anteil durch den elektrischen Heizstab (H) im Brauchwasserspeicher. Das Integral der Kurve (G) über das ganze Jahr liefert den jährlichen Gesamtenergiebedarf für Rest-Heizung und Warmwasseraufbereitung und beträgt im untersuchten Fall 4.097 kWh/a. Das Integral über die Einzelenergie­ beiträge S, W, H über das Jahr, liefert deren jeweiligen Beitrag zum jährlichen Ge­ samtenergiebedarf, diese liegen für den Solareintrag bei 1.494 kWh/a, für die Wär­ mepumpe bei 2.287 kWh/a und für den Heizstab bei 316 kWh/a.
Die Kurve (B) stellt den jährlichen Verlauf des Energiebedarfs für die Brauchwas­ sererwärmung sowie die Energieverluste dar, die über das gesamte Jahr einen an­ nähernd konstanten Energiebedarf von ca. 50 kWh/w ausmachen. Bildet man das Integral der Kurve (B) über das Jahr, so beträgt der jährliche Gesamtenergiebedarf für Warmwasseraufbereitung und Verluste 2.757 kWh/a. Aus der Differenz der jewei­ ligen Integrale von G und B über das Jahr ergibt sich der jährliche Gesamtenergie­ aufwand für die Rest-Heizung, der 1.340 kWh/a beträgt.
Weitergehende Auswertungen zeigen überdies, daß der jährliche Gesamtenergiebe­ darf inkl. Speicherverlusten zu 67% von der Brauchwassererwärmung verursacht wird. Die Solaranlage trägt mit 36%, die Wärmepumpe mit 56% und der Heizstab im Brauchwasserwärmespeicher mit 8% zur Deckung des jährlichen Gesamtwärmebe­ darfs bei. Der Jahresstrombedarf für Lüftung, Brauchwassererwärmung und Heizung liegt bei ca. 1 kWh/m2 und unter 10 kWh/m2. Dies entspricht mit dem Primärenergie­ faktor für bundesdeutschen Netzmix für Haushaltskunden nach GEMIS 3.01 dem Einsatz von 29.7 kWhPE/(m2a). Dies liegt deutlich unter der Anforderung von maximal 60 kWhPE/(m2a) für Passivhäuser.
Weicht das Nutzverhalten jedoch von dem vorgesehenen ab, kann der Gesamtwär­ mebedarf zum Beheizen von Passivhäusern stark ansteigen. Besonders kritisch ist dies beim Lüftungsverhalten. Während der Heizperiode sollte in einem Passivhaus nach Möglichkeit nicht oder nur selten über die Fenster gelüftet werden, da die durch die Fenster weggelüftete Abwärme nicht zurückgewonnen werden kann und die Frischluft mit Außentemperatur in die Wohnräume gerät und somit zu einem starken Ansteigen des Wärmebedarfs führt.
Fig. 3 veranschaulicht die Simulationsergebnisse bei einem relativ starken zusätzli­ chen Luftwechsels von 0.6 h-1 durch die Fensterlüftung des vorstehend betrachteten Reihenmittelhauses. Die Graphik ist analog der in Fig. 2 aufgebaut und beschriftet. Deutlich erkennbar ist der durch das zusätzliche Lüften hervorgerufene Mehrener­ giebedarf für Heizung H. Der Gesamtenergiebedarf für Heizung und Warmwasser beträgt nun 8.172 kWh/a, während der Energieaufwand für die Brauchwassererwär­ mung sich annähernd unverändert zu 2.699 kWh/a bestimmt. Der Beitrag der ver­ schiedenen Energiequellen zu dem jährlichen Gesamtenergiebedarf beträgt für den Solareintrag 1.531 kWh/a, für die Wärmepumpe 4.527 kWh/a und für den Heizstab 2.115 kWh/a. Der Gesamt-Jahresstrombedarf liegt bei 29.7 kWh/m2.
Der zusätzlich erforderliche Heizbedarf kann nur zu einem geringen Teil von der Wärmepumpe abgedeckt werden. Fast die gesamte zusätzliche Wärmeanforderung muß direktelektrisch abgedeckt werden. Der Strombedarf wie auch der Primärener­ gieeinsatz verdreifacht sich dadurch und liegt mit fast 90 kWhPE/(m2a) deutlich über der Forderung für Passivhäuser.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine energetisch effizientere und ko­ stengünstigere Deckung der erforderlichen Zusatzheizleistung möglich wird. Insbe­ sondere soll das Heizsystem dem Nutzer eine direkte Möglichkeit bieten, die Auswir­ kungen unökonomischen Nutzerverhaltens unmittelbar zu erfahren. Ferner soll der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert, der für die Zusatzheizleistung erforderliche Primärenergieeinsatz reduziert und eine unmittelbare Rückkoppelung zwischen Nut­ zerverhalten in Bezug auf Lüftung und Wärmeenergieverbrauch und den damit zu­ sammenhängenden Kosten erreicht werden.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des An­ spruchs 1. Gegenstand des Anspruchs 11 ist ein Verfahren zum Betrieb der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Un­ teransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung zur geregelten Lüf­ tung und Wärmeenergieversorgung von Gebäuden, vorzugsweise von Niedrig- Energie-Gebäuden und Passivhäusern, in die ein Außenluft- und ein Gebäudeabluft­ strom einströmt und vermittels Wärmerückgewinnung aus dem Gebäudeabluftstrom die eingeströmte Außenluft erwärmt und als Gebäudezuluft dem Gebäude wieder zugeführt wird und/oder zur Erwärmung einer Brauchwasserspeichereinheit dient, mit mindestens einem Wärmetauscher, der dem Gebäudeabluftstrom Wärmeenergie entzieht und an den Gebäudezuluftstrom abgibt und mindestens einer dem Wärme­ tauscher nachgeschalteten Wärmepumpe, die durch weitere Entwärmung der den Wärmetauscher durchströmten Gebäudeabluft eine zusätzliche Erwärmung der Ge­ bäudezuluft bewirkt oder der Brauchwassererwärmung oder beidem dient, derart ausgebildet, daß mindestens eine Primärenergie-Wärmequelle, vorzugsweise ein Gasbrenner vorgesehen ist, der derart thermisch mit der Wärmepumpen-Kom­ paktvorrichtung gekoppelt ist, daß die Wärmequelle indirekt, durch Vorschaltung im Gebäudeabluftstrom vor dem Wärmetauscher, direkt der Erwärmung der Gebäu­ dezuluft und/oder der Brauchwassererwärmung dient.
Durch die Integration einer Primärenergie-Wärmequelle, vorzugsweise eines Flüs­ siggasbrenner, in die Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung vorzugsweise derart, daß der Flüssiggasbrenner im Gebäudeabluftstrom dem Wärmetauscher vorgeschaltet ist, sind eine Reihe von Vorteilen verbunden:
  • - Es steht eine leistungsstarke, kurzfristig verfügbare Wärmequelle zur Verfügung, die über den Plattenwärmetauscher einen großen Teil der Brennstoffenergie an die Gebäudezuluft abgeben kann und durch die Erhöhung des Temperaturni­ veaus und des Feuchtegehalts das sensible und latente Wärmepotential der Wärmequelle der Wärmepumpe erhöht und so eine effektive Brennwertnutzung des Flüssiggases ermöglicht.
  • - Durch diese Wärmequelle kann die Spitzenanforderung des Wärmebedarfs im Winter bei weitgehendem Ersatz des elektrischen Heizbedarfs gedeckt werden. Dies steigert die Energieeffizienz des Gesamtsystems.
  • - Es vereinfachen sich die Sicherheitsanforderungen an den Brenner, da entste­ hendes Abgas nicht in die Wohnräume gelangen kann.
  • - Die Wärmeenergie der Flüssiggasbrennersabgase können auch für das Abtauen des Verdampfers der Wärmepumpe verwendet werden, wodurch der große ener­ getische Aufwand für die Heißgasabtauung überflüssig wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll insbesondere mit handelsüblichen Flüssig­ gasflaschen zur Versorgung des Brenners betrieben werden, zumal bei dem projek­ tierten Wärmeverbrauch eines Passivhauses zur Deckung der Spitzenlast der Wär­ meenergie der Energieinhalt einer handelsüblichen 33 kg Flasche Flüssiggas aus­ reicht. Damit wird eine unmittelbare Rückkoppelung zwischen dem Nutzverhalten in Bezug auf Lüftung und Wärmeenergieverbrauch und der Notwendigkeit der Bestel­ lung einer neuen Flasche bzw. den damit verbundenen Kosten erreicht.
Es ist auch vorteilhaft den Küchenherd an die Flüssiggasversorgung anzuschließen um so eine weitere Energiedienstleistung im Haushalt primärenergetisch effizient zu erbringen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge­ dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Integration eines Flüssiggasbren­ ners in das Wärmepumpen-Kompaktgerät,
Fig. 2 Jahreswärmebilanz in Wochenwerten für ein typisches Passivhaus mit Kom­ paktgerät und Solaranlage bei vorteilhaftem Nutzerverhalten und
Fig. 3 Jahreswärmebilanz in Wochenwerten für ein typisches Passivhaus mit Kom­ paktgerät und Solaranlage bei zusätzlicher Fensterlüftung mit 0.6-fachem Luftwechsel pro Stunde.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Prinzip der Integration einer Primärener­ gie-Wärmequelle in das Wärmepumpen-Kompaktgerät (16) am Beispiel eines Flüssig­ gasbrenners (7) dargestellt.
Das Wärmepumpen-Kompaktgerät mit Flüssiggasbrenner (16) dient der geregelten Lüftung und Heizung des dargestellten Passivhauses (15), indem es die in der Ge­ bäudeabluft (2) enthaltene Wärmeenergie sowie die durch den Flüssiggasbrenner (7) erzeugte Wärmeenergie einerseits zur Erwärmung der einströmenden Außenluft (1), die das Gerät als Gebäudezuluft (3) wieder verläßt und andererseits zur Brauchwas­ sererwärmung (4) nutzt. Das dargestellte Wärmepumpen-Kompaktgerät (16) besteht aus einem Wärmetauscher (5), einer Wärmepumpe (6) sowie dem Flüssiggasbren­ ner (7).
Die Gebäudeabluft (2) wird zunächst durch den Flüssiggasbrenner (7) stark erwärmt, indem die Verbrennungsabgase des Flüssiggasbrenners in die Gebäudeabluft ein­ gespeist werde, wodurch die sensible Wärmeenergie der Gebäudeabluft (2) stark erhöht wird. Durch die Verbrennungsabgase wird der Feuchtegehalt ebenfalls erhöht, was zu einer Erhöhung der latenten Wärmeenergie im Gebäudeabluftstrom nach dem Flüssiggasbrenner (7) führt. In dem nachfolgend durchströmten Wärmetauscher (5) wird ein großer Anteil der sensiblen Wärmeenergie auf die dem Wärmepum­ pen-Kompaktgerät (16) zugeführte Außenluft übertragen. Nach Verlassen des Wärme­ tauschers (5) wird die Gebäudeabluft (2) zur Nutzung der darin noch enthaltenen Restwärmeenergie als Wärmequelle einer Wärmepumpe (6) zugeführt, bevor sie als Fortluft (17) in die freie Atmosphäre strömt. Das sensible und latente Wärmepotential der Gebäudeabluft (2) vor der Wärmepumpe (6) ist, im Vergleich zum Wärmepum­ pen-Kompaktgerät ohne Flüssiggasbrenner deutlich größer. Dies bewirkt eine effizi­ entere Energieumsetzung in der Wärmepumpe (6) und eine zusätzliche Wärmerück­ gewinnung mit Brennwertnutzung aus dem Abgas des Flüssiggasbrenners (7). Die Wärmepumpe (6) kann eine Entwärmung der Gebäudeabluft (2) bzw. Fortluft (17) bis zur Vereisungsgrenze des integrierten Verdampfers erreichen. Die Wärmepumpe (6) weist zwei Kondensatoren auf, von denen einer für die Gebäudezulufterwärmung bei Heizbedarf sorgt und der zweite der Brauchwassererwärmung (4) dient. Zwischen beiden Kondensatoren kann mit Hilfe von Magnetventilen entsprechend umgeschal­ tet werden.
Dem Wärmepumpen-Kompaktgerät (16) ist ein Erdwärmetauscher (9) vorgeschaltet durch den die Außenluft während der Heizperiode erwärmt wird und der so extreme Kältespitzen der Außenluft glättet.
Zur Speicherung von Wärmeenergie und zur Aufbereitung des Brauchwassers ist eine Brauchwasserspeichereinheit (10) vorgesehen. Das Brauchwasserspeichervo­ lumen wird an der tiefsten Stelle mit einströmenden Kaltwasser (13) versorgt. Über die Brauchwassererwärmung (4) der Wärmepumpe (6) wird das Kaltwasser im Brauchwasserspeicher erwärmt. Als weitere Wärmequelle ist ein Elektroheizstab (12) im Brauchwasserspeicher (10) vorgesehen. Die Warmwasserversorgung (14) des Hauses wird im oberen Teil des Brauchwasserspeichers abgenommen.
Die Energieeffizienz des Systems kann durch die Kombination mit einer thermischen Solaranlage (11) weiter gesteigert werden. Dieses System nutzt die direkte Solare­ nergie und dient ebenfalls der Brauchwassererwärmung (4). Durch entsprechende Auslegung kann im Sommer dadurch der Betrieb der Wärmepumpe (6) überflüssig gemacht werden.
Grundsätzlich läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur geregelten Lüftung und Wärmeenergieversorgung in allen Gebäuden zur Reduzierung des Primärener­ giebedarfs einsetzten. Besonders hohe Einsparungen an Primärenergie werden je­ doch in Gebäuden mit guter Wärmedämmung und hohen Solarenergiegewinnen, sogenannten Passiv- oder Niedrig-Energie-Häusern erreicht. Für Passivhäuser und sehr gute Niedrigenergiehäuser kann mit dem Gerät die gesamte Wärmeversorgung gedeckt werden.
Die erfindungsgemäße Integration einer Primärenergie-Wärmequelle in ein Wärme­ pumpen-Kompaktgerät, vorzugsweise eines Flüssiggasbrenners, der mit konventio­ nellen Flüssiggasflaschen betrieben wird, eignet sich zur unmittelbaren Rückkoppe­ lung zwischen Nutzerverhalten in Bezug auf Gebäudelüftung und Wärmeenergiever­ brauch und den damit in Zusammenhang stehenden Aufwendungen.
Bezugszeichenliste
1
Außenluftstrom
2
Gebäudeabluftstrom
3
Gebäudezuluftstrom
3
' Zuluftstrom
4
Brauchwassererwärmung
5
Wärmetauscher
6
Wärmepumpe
7
Flüssiggasbrenner
8
Flüssiggasflasche
9
Erdwärmetauscher
10
Brauchwasserspeichereinheit
11
Thermische Solaranlage
12
Elektroheizstab
13
Kaltwasserzufluß
14
Warmwasserabfluß
15
Passivhaus
16
Wärmepumpen-Kompaktgerät
17
Fortluft
S Energiebeitrag durch thermische Solarenergie
W Energiebeitrag durch die Wärmepumpe
H Energiebeitrag durch den Elektroheizstab
G Gesamtenergiebedarf für Heizung und Warmwasseraufbereitung
B Gesamtenergiebedarf für Warmwasseraufbereitung inklusive der Verluste

Claims (12)

1. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung (16) zur geregelten Lüftung und Wär­ meenergieversorgung von Gebäuden (15), vorzugsweise von Niedrig-Energie-Ge­ bäuden oder Passivhäusern, mit
  • - mindestens einem Wärmetauscher (5),
  • - mindestens einer dem Wärmetauscher (5) nachgeschalteten Wärmepumpe (6),
  • - einem Außenluft- (1) sowie einem Gebäudeabluftstrom (2), die in den Wär­ metauscher (5) einströmen,
  • - einem Fortluft- (17) sowie einem Zuluftstrom (3'), die aus dem Wärmetauscher (5) austreten und in die Wärmepumpe (6) einmünden, aus der ein Gebäudezuluftstrom (3), der in das Gebäude (15) mündet, sowie der Fortluft­ strom (17) austreten
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Primärenergie-Wärmequelle (7) vorgesehen ist, die den Gebäudeabluftstrom (2) vor Eintritt in den Wärmetauscher (5) erwärmt.
2. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Primärenergie-Wärmequelle (7) vorgesehen ist, die den Zuluft- (3') und/oder den Gebäudezuluftstrom (3) erwärmt.
3. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder dem Ober­ begriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Primärenergie-Wärmequelle (7) vorgesehen ist, die eine Brauchwasserspeichereinheit (10) erwärmt.
4. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Primärenergie-Wärmequelle ein Gasbrenner (7), vorzugsweise ein Flüssiggasbrenner ist, der mit handelsüblichen Flüssiggasflaschen (8) betreibbar ist.
5. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (5) ein Plattenwärmetauscher ist.
6. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenluftstrom (1) über einen Erdwärmertau­ scher (9) dem Wärmetauscher (5) zuführbar ist.
7. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung thermischer Energie eine Brauch­ wasserspeichereinheit (10) vorgesehen ist, zu deren Erwärmung Verbindungsleitun­ gen zur Wärmepumpe (6) vorgesehen sind.
8. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Solarkollektor (11) zur Brauchwassererwärmung (4) vorgesehen ist.
9. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauchwasserspeichereinheit (10) einen Elektro­ heizstab (12) als zusätzliche Wärmequelle vorsieht.
10. Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsabgase des Gasbrenners (7) in den Gebäudeabluftstrom einmünden.
11. Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpen-Kompaktvorrichtung zur gere­ gelten Lüftung und Wärmeenergieversorgung von Gebäuden (15), vorzugsweise von Niedrig-Energie-Gebäuden oder Passivhäusern nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebäudeabluftstrom (2) vor Eintritt in den Wär­ metauscher (5) erwärmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wärmeenergie des Gebäudeabluftstro­ mes (2) innerhalb des Wärmetauschers (5) an den Außenluftstrom (1) im Wege ei­ nes Wärmeübertrages abgegeben wird und der übrige Teil an Wärmeenergie zur Anhebung des Temperaturniveaus und des Feuchtegehaltes der Fortluft (17) dient.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10058273A1 (de) * 2000-11-23 2002-05-29 Woelfle Gmbh Vorrichtung zur Lüftung von Gebäuden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
DE10302217A1 (de) * 2003-01-20 2004-07-29 Joachim Falkenhagen Luftheizung mit integrierter Wärmeübertragung aus Abluft und Brenner
WO2008034561A2 (de) * 2006-09-18 2008-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Adsorptionswärmepumpe mit wärmespeicher
DE102007063009A1 (de) 2007-12-21 2009-07-16 Boehringer Ingelheim Pharma Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Belüftung von Objekten und Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage
FR2941521A1 (fr) * 2009-01-28 2010-07-30 Atlantic Climatisation Ventila Installation combinee de ventilation d'un local et de chauffe-eau et procede de regulation d'une telle installation

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4049404A (en) * 1975-07-31 1977-09-20 Combustion Research Corporation Ventilation system with thermal energy recovery
DE9411683U1 (de) * 1994-07-19 1994-09-15 Elco Kloeckner Heiztech Gmbh Solarheizanlage
FI100132B (fi) * 1995-03-03 1997-09-30 Abb Installaatiot Oy Sovitelma ilmankäsittelykoneen yhteydessä

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10058273A1 (de) * 2000-11-23 2002-05-29 Woelfle Gmbh Vorrichtung zur Lüftung von Gebäuden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
DE10302217A1 (de) * 2003-01-20 2004-07-29 Joachim Falkenhagen Luftheizung mit integrierter Wärmeübertragung aus Abluft und Brenner
DE10302217B4 (de) * 2003-01-20 2007-06-06 Joachim Falkenhagen Luftheizung mit integrierter Wärmeübertragung aus Abluft und Brenner
WO2008034561A2 (de) * 2006-09-18 2008-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Adsorptionswärmepumpe mit wärmespeicher
WO2008034561A3 (de) * 2006-09-18 2008-05-08 Fraunhofer Ges Forschung Adsorptionswärmepumpe mit wärmespeicher
JP2010503823A (ja) * 2006-09-18 2010-02-04 フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ 吸着式ヒートポンプ
US8631667B2 (en) 2006-09-18 2014-01-21 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Adsorption heat pump with heat accumulator
DE102007063009A1 (de) 2007-12-21 2009-07-16 Boehringer Ingelheim Pharma Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Belüftung von Objekten und Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage
DE102007063009B4 (de) * 2007-12-21 2016-02-04 Boehringer Ingelheim Pharma Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Belüftung von Objekten und Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage
FR2941521A1 (fr) * 2009-01-28 2010-07-30 Atlantic Climatisation Ventila Installation combinee de ventilation d'un local et de chauffe-eau et procede de regulation d'une telle installation

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