DE202008006026U1

DE202008006026U1 - Heizvorrichtung

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Publication number: DE202008006026U1
Application number: DE202008006026U
Authority: DE
Original assignee: Wisag Gebaeude- und Industrieservice Nord-West & Co KG GmbH; WISAG GEBAEUDE und INDUSTRIESE; Wisag Gebaeude und Industrieservice Nord West GmbH and Co KG
Current assignee: Wisag Gebaeude und Industrieservice Nord West GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: DE202008008054U1; DE102008021804A1

Abstract

Heizvorrichtung (1) mit einer Brauchwasserbereitungseinrichtung (2) zur Erzeugung und Speicherung von heißem Brauchwasser (3) mit einem Brauchwassertank (4) für Brauchwasser (3) und einer zur Beheizung des Brauchwassers (3) mittels eines Kältemittels (6) zugeordneten Wärmepumpe (5), dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung (7) mit wenigstens einem Heizungswasser-Wärmetauscher (8) für Heizungswasser (9) zur Raumbeheizung vorgesehen ist und daß die Wärmepumpe (5) auch mit dem Heizungswasser-Wärmetauscher (8) zur Beheizung des Heizungswassers (9) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einer Brauchwasserbereitungseinrichtung zur Erzeugung und Speicherung von heißem Brauchwasser mit einem Brauchwassertank für Brauchwasser und einer zur Beheizung des Brauchwassers mittels eines Kältemittels zugeordneten Wärmepumpe.
Die Warmwasserbereitung für Haushalte kann grundsätzlich über verschiedene Systeme erfolgen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Warmwasserbereitung mit einer gekoppelten Wärmepumpe, da solche Systeme einen deutlich besseren Wirkungsgrad als andere bekannte Systeme haben. Neben einer Brauchwasserbereitung bzw. einer Heizvorrichtung der eingangs genannten Art verfügen Haushalte in der Regel auch über Heizungssysteme, um eine Raumbeheizung der einzelnen Räume über entsprechende Raumheizungen zu ermöglichen. Bei den üblichen Heizungssystemen handelt es sich um solche, die zur Beheizung fossile Rohstoffe verbrennen, wie Kohle, Öl oder Erdgas. Darüber hinaus sind auch Luft/Wasser-Wärmepumpen als Heizungssysteme bekannt. Auch bei den Heizungssystemen ist es so, daß auf Luft/Wasser-Wärmepumpen basierende Anlagen gegenüber den ansonsten bekannten Heizungssystemen nicht nur den besten Wirkungsgrad haben, sondern sich unter Kostengesichtspunkten (Verbrauchs-, Betriebs- und Investkosten) am günstigsten auswirken.
Da die Brauchwasserbereitung einerseits und der Heizungsbetrieb andererseits nicht nur unterschiedliche Anforderungen haben, sondern es sich hierbei auch um gänzlich voneinander getrennte Systeme und Kreisläufe handelt, werden für die beiden Systeme unterschiedliche Geräte und Anlagen eingesetzt. Hierdurch ergeben sich für die Brauchwasserbereitung einerseits und das Heizungssystem andererseits nicht unerhebliche Investitionskosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die nicht nur höchst effizient arbeitet und kostengünstig ist, sondern die auch einen erweiterten Anwendungsbereich hat.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist es bei der Heizvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß nun so, daß zusätzlich zu der Brauchwasserbereitungseinrichtung eine Heizungseinrichtung mit wenigstens einem Heizungswasser-Wärmetauscher mit einem geschlossenen Heizkreislauf für Heizungswasser zur Raumbeheizung vorgesehen ist, wobei die Wärmepumpe auch mit dem Heizungswasser-Wärmetauscher zur Beheizung des Heizungswassers gekoppelt ist.
In Abkehr von bekannten Systemen ist es bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung also so, daß diese nicht nur eine Brauchwasserbereitungseinrichtung umfaßt, sondern auch eine Heizungseinrichtung zur Raumbeheizung. Die Erfindung kombiniert also die beiden an sich voneinander unabhängigen Systeme. Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, daß die Wärmepumpe, die zur Beheizung des Brauchwassers dient, auch zur Beheizung des Heizungswassers vorgesehen ist. Hierzu ist die Wärmepumpe mit dem Heizungswasser-Wärmetauscher gekoppelt. Da die Wärmepumpe sowohl der Beheizung des Brauchwassers als auch der Beheizung des Heizungswasser dient, ist nur eine einzige Wärmepumpe erforderlich, was sich erheblich bei den Investitionskosten auswirkt. Aber auch die Folgekosten sind verringert, da letztlich nur ein Gerät statt bisher zwei gewartet werden müssen.
Bisher war man davon ausgegangen, daß aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen der Brauchwasserbereitung einerseits und des Heizsystems andererseits völlig getrennte Anlagen erforderlich sind. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist es jedoch überraschenderweise festgestellt worden, daß Wärmepumpen in kurzer Zeit selbst große Brauchwasserspeicher mit entsprechend temperiertem Brauchwasser laden können und anschließend problemlos zur Beheizung von Heizungswasser für eine Raumheizung eingesetzt werden können. Der Umstand, daß für eine kurze Zeit während des Ladens des Brauchwassertanks keine Energiezufuhr zur Heizungseinrichtung erfolgt, hat sich im Hinblick auf die Trägheit der Heizungseinrichtung nicht als nachteilig oder überhaupt auffällig erwiesen.
Zur Erwärmung bzw. Beheizung des Brauchwassers ist dem Brauchwassertank wenigstens ein mit der Wärmepumpe gekoppelter Brauchwasser-Wärmetauscher zugeordnet. Um in diesem Zusammenhang eine möglichst schnelle und gleichzeitig effektive Erwärmung des Brauchwassers zu gewährleisten, ist der Brauchwasser-Wärmetauscher als Röhrenwärmetauscher, insbesondere als Ko- oder Triaxialwärmetauscher, zur Erwärmung des Brauchwassers im Gegenstrom ausgebildet. Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, daß der Brauchwasser-Wärmetauscher um den Brauchwassertank herum angeordnet ist, wobei die Brauchwasserleitung des Brauchwasser-Wärmetauschers den unteren Endbereich des Brauchwassertanks mit dem oberen Endbereich verbindet. Die außenliegende Wärmetauscheranordnung um den Brauchwassertank herum hat auch zur Folge, daß sich nur eine sehr geringe Kalksteinbildung ergibt, da jedes Wassermolekül letztlich nur ein einziges Mal den Tauscher bei der Erwärmung durchläuft und sich durch die Gegenstromführung letztlich nur über eine geringe Verweildauer im Wärmetauscher befindet.
Im Hinblick auf die Vorteile, die sich durch einen Ko- oder Triaxialwärmetauscher ergeben, bietet es sich an, auch den Heizungswasser-Wärmetauscher als einen derartigen, im Gegenstrom arbeitenden Wärmetauscher auszubilden.
Die Dimensionierung der jeweiligen Wärmetauscher, das heißt die Anzahl der Windungen, hängt von der notwendigen Leistung des jeweiligen Systems und den Einsatzbedingungen ab. In diesem Zusammenhang ist es im übrigen vorteilhaft, die Windungen der Wärmetauscher jeweils stetig steigend anzuordnen. Dies hat den Vorteil, daß sich eine optimale Bewegung des sich in den Röhren des Wärmetauschers befindenden Wassers, das sich bei der Aufwärtsbewegung durch die Röhren hindurch erhitzt, ergibt.
Dabei ist es in der Regel so, daß der Brauchwasser-Wärmetauscher eine höhere Anzahl an Windungen aufweist als der Heizungswasser-Wärmetauscher, da üblicherweise größere Mengen an Brauchwasser in kürzerer Zeit und auf höhere Temperaturen erwärmt werden müssen als das Heizungswasser.
In jedem Falle hat es sich bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gezeigt, daß gerade bei dem System Röhrenwärmetauscher/Wärmepumpe weder erforderlich ist, im Heizkreislauf vor den eigentlichen Raumheizungen einen Temperaturmischer vorzusehen, noch einen Heizungswasserpuffer zu realisieren. Die Wärmepumpe in Verbindung mit dem Röhrenwärmetauscher ist, wie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung festgestellt worden ist, ohne weiteres in der Lage, die notwendigen Temperaturen des Heizungswassers zur Raum beheizung ausschließlich durch entsprechende Energiezufuhr über die Wärmepumpe zu realisieren, ohne daß ein Temperaturmischer oder ein Heizungswasserpuffer notwendig wäre. Allerdings versteht es sich, daß es dennoch natürlich möglich ist, derartige Einrichtungen bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung vorzusehen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Brauchwassertank mit dem zugeordneten Brauchwasser-Wärmetauscher einerseits und der Heizungswasser-Wärmetauscher andererseits in einem gemeinsamen, insbesondere zylindrischen Gehäuse angeordnet sind. Durch die Anordnung beider Baugruppen in einem gemeinsamen Gehäuse verringert sich der notwendige Platzbedarf, so daß die erfindungsgemäße Heizvorrichtung relativ platzsparend ausgebildet ist. Darüber hinaus hat das gemeinsame Gehäuse, insbesondere wenn es wärmedämmend ausgelegt ist, den Vorteil, daß es nur geringe Wärmeverluste an die Umgebung gibt.
Eine besonders platzsparende Ausbildung ergibt sich dann, wenn der Brauchwassertank und der Heizungswasser-Wärmetauscher übereinander angeordnet sind, wobei der Heizungswasser-Wärmetauscher zweckmäßigerweise oberhalb des Brauchwassertanks angeordnet sein sollte.
Zur weiteren optimalen Raumausnutzung ist im übrigen vorgesehen, daß sowohl der Brauchwassertank mit dem Brauchwasser-Wärmetauscher und auch der Heizungswasser-Wärmetauscher zumindest im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. Jedenfalls sollte der Heizungswasser-Wärmetauscher keinen größeren Durchmesser als der Brauchwasser-Wärmetauscher aufweisen, damit das gemeinsame Gehäuse nicht unnötigerweise einen zu großen Durchmesser haben muß.
Um die erfindungsgemäße Heizvorrichtung so einfach und kostengünstig wie möglich auszubilden, ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die Luftwärmepumpe derart ausgebildet ist, daß Brauchwassertemperaturen von mehr als 60°C ausschließlich durch die Wärmepumpe erzielbar sind. Durch eine derartige Wärmepumpe läßt sich zum einen die Brauchwasserbereitung aber auch die Beheizung des Heizungswassers realisieren. Darüber hinaus hat eine Wärmepumpe mit einer derartigen Leistung den Vorteil, daß innerhalb des Brauchwassertanks keine ergänzende Heizeinrichtung realisiert werden muß, um die notwendigen Temperaturen auch zum Abtöten von Legionellen zu erzielen. Allerdings darf darauf hingewiesen werden, daß es dennoch natürlich grundsätzlich möglich ist, eine ergänzende elektrisch Heizeinrichtung im Brauchwassertank vorzusehen.
Da bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung sowohl für das Heizungs- als auch für das Brauchwassersystem nur eine Wärmepumpe vorgesehen ist, sieht die Erfindung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung der Leitung des Kältemittels entweder zum Brauchwasser-Wärmetauscher und/oder zum Heizungswasser-Wärmetauscher vor.
Wenngleich es grundsätzlich möglich ist, die beiden Wärmetauscher für das Brauchwasser und das Heizungswasser in Reihe zu schalten, ist die bevorzugte Anordnung und daher auch die Ausbildung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung derart, daß das Kältemittel entweder zum Brauchwasser-Wärmetauscher oder zum Heizungswasser-Wärmetauscher geleitet wird. Bei einer Schaltung der Wärmetauscher in Reihe besteht die Gefahr der Überhitzung des Kältemittels, was zu einem Ausfällen von Kalk in den Wasserleitungen führen könnte. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird dies weitgehend vermieden.
Um einen hohen Bedienungskomfort zu bieten, ist bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung eine insbesondere zeitgesteuerte Legionellen-Schaltung, eine Brauchwasser-Vorrangschaltung, eine Heizungswassertemperaturregelung und/oder eine Brauchwassertemperaturregelung aufweist. Darüber hinaus können alternativ oder in Kombination natürlich weitere Funktionen vorgesehen sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die Wärmepumpe reversibel und damit als Kältemaschine ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, das Heizungswasser zu kühlen, statt dieses zu beheizen. Die Heizungseinrichtung wirkt in diesem Fall dann als Kühleinrichtung.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß es günstig ist, das Kältemittel R410A im Wärmepumpenkreislauf zu verwenden. Hierbei handelt es sich um ein nahezu azeotropes Kältemittelgemisch, das in der Regel aus 50% R32 (Difluormethan) und R125 (Pentafluorethan) besteht. Dieses Kältemittel weist im Vergleich zu anderen Kältemittelgemischen einen nahezu vernachlässigbaren Temperaturgleit auf. Es hat im übrigen aufgrund des vergleichsweise hohen Dampfdruckes eine sehr hohe volumetrische Kälteleistung.
Im übrigen ist festgestellt worden, daß in der Außeneinheit, das heißt der Wärmepumpe, kein Einsatz von Frostschutzmittel nötig ist. Im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe befindet sich auch bei niedrigen Außentemperaturen lediglich das Kältemittel R410A, jedoch kein Frostschutzmittel.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1, die beispielsweise in einem Heizungsraum eines nicht dargestellten Gebäudes angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 1 weist eine Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 zur Erzeugung und Speicherung von heißem Brauchwasser 3 auf. Die Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 weist einen Brauchwassertank 4 für das Brauchwasser 3 und eine zugeordnete Wärmepumpe 5 zur Beheizung des Brauchwassers 3 mittels eines Kältemittels 6 auf. Das Brauchwasser 3 wird den einzelnen Abnahmestellen bzw. Warmwasseranschlüssen des Gebäudes zugeführt. Die Wärmepumpe 5 befindet sich im übrigen nicht innerhalb sondern außerhalb des Gebäudes. Es handelt sich also um ein Außengerät.
Vorgesehen ist nun, daß die Heizvorrichtung 1 ergänzend zu der Brauchwasserbereitungseinheit 2 eine Heizungseinrichtung 7 mit wenigstens einem Heizungswasser-Wärmetauscher 8 für Heizungswasser 9 zur Raumheizung aufweist. Ausgangsseitig ist die Heizungseinrichtung 7 also mit nicht dargestellten Heizkörpern bzw. Fußbodenheizungen verbunden, wobei das Heizungswasser 9 in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Wärmepumpe 5 nicht nur mit der Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 sondern zur Beheizung des Heizungswassers 9 mit dem Heizungswasser-Wärmetauscher 8 gekoppelt ist. Somit sind bei der Heizvorrichtung 1 nicht nur die Brauchwasserbe reitungseinrichtung 2 und die Heizungseinrichtung 7 zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefaßt, es ist auch nur eine einzige Wärmepumpe 5 vorgesehen.
Zur Bereitung des Brauchwassers 3 im Brauchwassertank 4 weist die Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 einen Brauchwasser-Wärmetauscher 10 auf, der mit der Wärmepumpe 5 gekoppelt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Brauchwasser-Wärmetauscher 10 als Röhrenwärmetauscher, vorliegend als Koaxial-Wärmetauscher, zur Erwärmung des Brauchwassers 3 im Gegenstrom ausgebildet. Dabei ist der Brauchwasser-Wärmetauscher 10 um den Brauchwassertank 4 herum angeordnet, wobei die Brauchwasserleitung 11 des Brauchwasserwärmetauschers 10 den unteren Endbereich 12 des Brauchwassertanks 4 mit dem oberen Endbereich 13 verbindet.
Der Heizungswasser-Wärmetauscher 8 ist, wie der Brauchwasser-Wärmetauscher 10 auch, als Röhrenwärmetauscher, vorliegend als Koaxial-Wärmetauscher ausgebildet, der das Heizungswasser 9 im Gegenstrom erwärmt. Bei beiden Wärmetauschern 8, 10 sind die einzelnen Windungen stetig steigend angeordnet, so daß der thermische Auftrieb bei Erwärmung des Brauchwassers 3 bzw. des Heizungswassers 9 effektiv ausgenutzt wird.
Wie sich aus der Figur ergibt, sind der Brauchwassertank 4 mit den Brauchwasser-Wärmetauscher 10 und der Heizungswasser-Wärmetauscher 8 in einem gemeinsamen, insbesondere zylindrischen Gehäuse 14 angeordnet. Auch wenn sich dies aus der Figur nicht ergibt, ist der Innendurchmesser des Gehäuses 14 nur geringfügig größer als der Durchmesser der darin befindlichen Einrichtungen 2, 7, so daß das Gehäuse 14 nur einen geringen Platzbedarf hat. Die in der Figur dargestellte Größe des Gehäuses 14 ist nicht maßstabsgerecht und nur aus zeichnerischen Gründen gewählt worden, um darzustellen, daß der überwiegende Teil der Leitungen, auf die nachfolgend noch später eingegangen wird, sich innerhalb des Gehäuses 14 befindet.
Im übrigen ist es bei der dargestellten Ausführungsform so, daß die Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 und die Heizungseinrichtung 7 übereinander angeordnet sind, wobei sich der Heizungswasserwärmetauscher 8 vorliegend oberhalb des Brauchwassertanks 4 befindet. Zur optimalen Raumausnutzung weisen der Brauchwassertank 4 mit dem Brauchwasser-Wärmetauscher 10 und der Hei zungswasser-Wärmetauscher 8 zumindest im wesentlichen den gleichen Durchmesser auf.
Bei der Wärmepumpe 5 kann es sich grundsätzlich um eine übliche Luft/Wasser-Wärmepumpe handeln, die unter Zufuhr von technischer Arbeit Wärme von einem niedrigeren zu einem höheren Temperaturniveau pumpt. Bei der Wärmepumpe 5 wird die auf dem hohen Temperaturniveau anfallende Verflüssigungswärme zum Heizen genutzt. Grundsätzlich kann die Wärmepumpe aber auch als Kältemaschine ausgebildet sein, wobei die Abkühlung des Kältemittels 6 beim Entspannen und Verdampfen genutzt wird, um das Heizungswasser 9 abzukühlen.
Die Wärmepumpe 5, bei der es sich im konkreten Fall um eine DC-invertergeregelte Außeneinheit handelt, weist einen nicht dargestellten Verdichter auf, der elektrisch oder durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Der Verdichter komprimiert das Kältemittel 6. Hierbei handelt es sich um das Kältemittelgemisch R410A. Das Kältemittel 6 wird dann über die Leitung 15 von der Wärmepumpe 5 abgegeben. Die Leitung 15 endet an einer Ventilanordnung 16, die das Kältemittel entweder über eine Leitung 17 dem Brauchwasser-Wärmetauscher 10 oder über eine Leitung 18 dem Heizungswasser-Wärmetauscher 8 zuführt. Hinzuweisen ist darauf, daß in der Außeneinheit kein Frostschutzmittel, wie beispielsweise Glykol eingesetzt wird.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Ventilanordnung 16 so auszubilden, daß das Kältemittel teilweise der Leitung 17 und teilweise der Leitung 18 zugeführt wird.
Das heiße Kältemittel 6 wird den Wärmetauschern 8, 10 jeweils von oben her zugeführt, durchläuft den jeweiligen Wärmetauscher 8, 10 von oben nach unten und fließt aus den Wärmetauschern 8, 10 unten wieder ab. Dazu ist im Anschluß an den Brauchwasser-Wärmetauscher 10 eine Leitung 19 vorgesehen, während beim Heizungswasser-Wärmetauscher 8 eine Leitung 20 diesen Zweck erfüllt. Die Leitungen 19, 20 enden an einer Ventilanordnung 21, die mit einer Leitung 22 verbunden ist, die das abgekühlte Kältemittel 6 an die Wärmepumpe 5 zurückführt.
Durch die zuvor beschriebene Auslegung des Wärmetauschers 10 wird eine sehr lange Überhitzungsstrecke, nämlich bis zu 30 K Überhitzung erreicht. Durch die gleichzeitige Nutzung der Schwerkraft wird eine außergewöhnlich gute Schichtung im Wärmetauscher 10 erzielt und insgesamt ergibt sich dadurch ein hohes ΔT zwischen Wassereingang und -ausgang am Wärmetauscher 10. Damit wird eine Wassertemperatur erreicht, die mehr als 10°C über der Kondensationstemperatur des Kältemittels 6 liegt.
Die Ansteuerung der Ventilanordnungen 16, 21 erfolgt über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 23, die mit den Ventilanordnungen 16, 21 gekoppelt ist.
Die Wärmepumpe 5, die als Außengerät außerhalb des Gebäudes, in dem sich das Gehäuse 14 mit der Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 und der Heizungseinrichtung 7 befindet, angeordnet ist, ist jedenfalls derart ausgebildet und weist dementsprechende Komponenten auf, daß Brauchwassertemperaturen von mehr als 60°C ausschließlich durch die Wärmepumpe 5 erzielbar sind, wobei innerhalb des Brauchwassertanks 4 keine ergänzende elektrische Heizeinrichtung notwendig und vorliegend auch nicht vorgesehen ist.
Die Brauchwasserbereitung erfolgt in der Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 derart, daß der Brauchwassertank 4 einen Kaltwasseranschluß 24 im unteren Endbereich 12 aufweist, über den Kaltwasser zugeführt wird. Während des Betriebs ist der Brauchwassertank 4 permanent vollständig mit Wasser befüllt. Im oberen Endbereich 13 befindet sich der Brauchwasserausgang 25, über den heißes Brauchwasser, in der Regel mit 65°C bis 70°C abgeführt wird.
Der Brauchwassertank 4 selbst ist an seiner Innenseite derart ausgeführt, daß keine Spalten, Nischen, Rippen oder dergleichen vorgesehen sind, an denen sich Bakterien (Legionellen) festsetzen könnten. Bevorzugt ist der Brauchwassertank 4 innenseitig glatt emailliert.
Aufgrund der Kopplung des Brauchwasser-Wärmetauschers 10 bzw. der Brauchwasserleitung 11 mit dem unteren und oberen Endbereich 12, 13 wird bei Betrieb des Brauchwasser-Wärmetauschers 10 das darin befindliche Brauchwasser 3 erwärmt und erfährt einen Auftrieb, wodurch das in der Brauchwasserlei tung 11 befindliche Brauchwasser 3 über die Brauchwasserleitung 11 in den oberen Endbereich 13 des Brauchwassertanks 4 geführt wird. Bei einem dauerhaften Betrieb des Brauchwasserwärmetauschers 10 wird das im Brauchwassertank 4 befindliche Brauchwasser 3 von oben her nach unten hin schichtweise auf die über die Steuer- und Regeleinrichtung 23 einstellbare oder eine vorgegebene Brauchwassertemperatur aufgeheizt.
Im Brauchwassertank 4 befindet sich vorliegend ein Temperatursensor, der die Temperatur des Brauchwassers 3 mißt. Bevorzugt ist der Temperatursensor im unteren Drittel des Brauchwassertanks 4 angeordnet. Sobald zumindest der obere Schichtbereich des Brauchwassers 3 im Brauchwassertank 4 die vorgegebene Brauchwassertemperatur erreicht hat, ist eine weitere Beheizung des Brauchwassers 3 im Brauchwassertank 4 nicht erforderlich.
Über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 23 erfolgt eine Ansteuerung der Ventilanordnungen 16, 21, so daß das aufgeheizte Kältemittel nicht mehr der Brauchwasserbereitungseinrichtung 2 sondern dem Heizungswasser-Wärmetauscher 8 zugeführt wird. Je nach gewünschte Heiztemperatur bzw. der Temperatur des Heizwassers 9 kann es dann erforderlich sein, daß die Einrichtung 23 die Wärmepumpe 5 ansteuert, so daß eine verringerte Heizleistung geliefert wird. Das Heizungswasser 9 wird jedenfalls im Heizungswasser-Wärmetauscher 8 in gleicher Weise erwärmt wie das Brauchwasser 4 im Brauchwasser-Wärmetauscher 10.
Der Heizungswasser-Wärmetauscher 8 weist in seinem unteren Bereich einen Rücklaufanschluß 26 auf, über den abgekühltes Heizungswasser 9 zurückgeführt wird. Im oberen Bereich befindet sich ein Vorlaufanschluß 27, über den heißes Heizungswasser 9 abgegeben wird.
Der Betrieb des Heizungswasser-Wärmetauschers 8 kann solange erfolgen, bis beispielsweise eine bestimmte Raumtemperatur in einem Masterraum des Gebäudes erreicht ist. Hierzu sind entsprechende, mit der Einrichtung 23 gekoppelte Sensoren vorgesehen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Temperaturdifferenz des Heizungswassers 9 in den Anschlüssen 26, 27 zu messen und hierüber die Leistung zu steuern. In jedem Fall ist das System Wärmepumpe 5/Heizwasser-Wärmetauscher 8 derart ausgebildet, daß zwischen dem Vorlauf anschluß 27 und den nicht dargestellten Raumheizungen des Gebäudes kein Mischer oder kein Heizungswasserpuffer vorgesehen sein muß.
Die Heizvorrichtung 1 wird über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 23 derart gesteuert, daß Brauchwasser 3 und Heizungswasser 9 unabhängig voneinander erwärmt werden. Die jeweiligen Wärmetauscher 8, 10 sind dabei entsprechend dimensioniert, was von der Größe des Brauchwassertanks 4 bzw. des Heizungssystems abhängt. In jedem Falle sollte die Erwärmung von Brauchwasser 3 Vorrang gegenüber der Erwärmung von Heizungswasser 9 haben. Dies bedeutet beispielsweise bei laufendem Heizungsbetrieb, daß bei einem Abfallen der Brauchwassertemperatur im Brauchwassertank 4 unter einen unteren Grenzwert die Zufuhr von heißem Kältemittel zum Heißwasser-Wärmetauscher 8 unterbrochen wird, bis wieder eine hinreichende Menge an erwärmten Brauchwasser 3 mit vorgegebener Brauchwassertemperatur im Brauchwassertank 4 zur Verfügung steht. Erst nachdem dies passiert ist, wird der Heizungsbetrieb weiter fortgesetzt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß es durch das erfindungsgemäße System vergleichsweise leicht möglich ist, den Brauchwassertank 4 zu laden, das heißt mit Brauchwasser 3 vorgegebener Brauchwassertemperatur zu versorgen, wobei eine kurzzeitige Nichtversorgung der Heizungseinrichtung 7 mit erhitztem Kältemittel 6 aufgrund der Trägheit des Heizungssystems insgesamt keine relevanten oder überhaupt merkbaren Auswirkungen auf die Heizleistung der Heizeinrichtung 7 hat.
Natürlich versteht es sich, daß die Brauchwasser-Vorrangschaltung über die Einrichtung 23 auch deaktivierbar sein kann. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß über die Einrichtung 23 auch eine Legionellen-Schaltung über ein Zeitprogramm realisiert wird. So kann in zeitlich vorgegebenen Abständen, beispielsweise einmal pro Tag, eine vollständige Aufheizung des Brauchwassers 3 insbesondere im gesamten Brauchwassertank, vorgesehen werden, um etwaige Bakterien abzutöten.
Wenngleich die Einrichtung 23 innerhalb des Gehäuses 14 oder auch an anderer Stelle im Gebäude, in dem sich die Heizeinrichtung 1 befindet, angeordnet sein kann, bietet es sich an, wenn die Einrichtung 23 Teil eines Bedienteils ist, das sich außen am Gehäuse 14 befindet, wobei das Bedienteil dann ein Display und eine Tastatur aufweisen kann, um alle notwendigen Temperaturen und Regelprogramme frei wählbar einstellen zu können. Auch kann eine witterungsgeführte Außentemperatursteuerung vorgesehen sein. Günstig ist außerdem die Realisierung eines Touchscreens mit einer Echtzeit-Darstellung. Desweiteren kann bei der Einrichtung 23 auch eine Zugangsberechtigung, beispielsweise mit PIN, vorgesehen sein. Auch können die Brauchwasser-Ladezeiten mit Zeitsteuerung regulierbar sein, was insbesondere für die Sommerzeit wichtig ist, wenn auch Kühlung abgefragt wird. Desweiteren kann eine Energieeingangs- und Ausgangsmessung integriert sein, so daß die Leistungszahl der Heizungseinrichtung 1 jederzeit abgelesen werden kann.

1: Heizvorrichtung
2: Brauchwasserbereitungseinrichtung
3: Brauchwasser
4: Brauchwassertank
5: Wärmepumpe
6: Kältemittel
7: Heizungseinrichtung
8: Heizungswasser-Wärmetauscher
9: Heizungswasser
10: Brauchwasser-Wärmetauscher
11: Brauchwasser-Leitung
12: unterer Endbereich
13: oberer Endbereich
14: Gehäuse
15: Leitung
16: Ventilanordnung
17: Leitung
18: Leitung
19: Leitung
20: Leitung
21: Ventilanordnung
22: Leitung
23: Steuer- und/oder Regeleinrichtung
24: Kaltwasseranschluß
25: Brauchwasserausgang
26: Rücklaufanschluß
27: Vorlaufanschluß

Claims

Heizvorrichtung (1) mit einer Brauchwasserbereitungseinrichtung (2) zur Erzeugung und Speicherung von heißem Brauchwasser (3) mit einem Brauchwassertank (4) für Brauchwasser (3) und einer zur Beheizung des Brauchwassers (3) mittels eines Kältemittels (6) zugeordneten Wärmepumpe (5), dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizeinrichtung (7) mit wenigstens einem Heizungswasser-Wärmetauscher (8) für Heizungswasser (9) zur Raumbeheizung vorgesehen ist und daß die Wärmepumpe (5) auch mit dem Heizungswasser-Wärmetauscher (8) zur Beheizung des Heizungswassers (9) gekoppelt ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brauchwassertank (4) wenigstens ein mit der Wärmepumpe (5) gekoppelter Brauchwasser-Wärmetauscher (10) zugeordnet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasser-Wärmetauscher (10) als Röhrenwärmetauscher, insbesondere Ko- oder Triaxialwärmetauscher, zur Erwärmung des Brauchwassers (3) im Gegenstrom ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasser-Wärmetauscher (10) um den Brauchwassertank (4) herum angeordnet ist und daß die Brauchwasserleitung (11) des Brauchwasser-Wärmetauschers (10) den unteren Endbereich (12) des Brauchwassertanks (4) mit dem oberen Endbereich (13) verbindet.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungswasser-Wärmetauscher (8) als Röhrenwärmetauscher, insbesondere Ko- oder Triaxialwärmetauscher, zur Erwärmung des Heizungswassers (9) im Gegenstrom ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Windungen des Wärmetauschers (8, 10) von der zu erbringenden Leistung abhängig ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Wärmetauschers (8, 10) stetig steigend angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizvorrichtung (1) zwischen dem Heizungswasser-Wärmetauscher (8) und den Raumheizungen kein Temperaturmischer und/oder kein Heizungswasserpuffer zugeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassertank (4) mit Brauchwasser-Wärmetauscher (10) und der Heizungswasser-Wärmetauscher (8) in einem gemeinsamen, insbesondere zylindrischen Gehäuse (14) angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauchwasserbereitungseinrichtung (2) und die Heizungseinrichtung (7) übereinander angeordnet sind und daß, vorzugsweise, der Heizungswasser-Wärmetauscher (8) oberhalb des Brauchwassertanks (4) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassertank (4) mit Brauchwasser-Wärmetauscher (10) und der Heizungswasser-Wärmetauscher (8) zumindest im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (5) derart ausgebildet ist, daß Brauchwassertemperaturen von mehr als 60°C ausschließlich durch die Wärmepumpe (5) erzielbar sind und daß, vorzugsweise, innerhalb des Brauchwassertanks (4) keine ergänzende elektrische Heizeinrichtung vorgesehen ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (23) zur Steuerung des Kältemittels (6) zum Brauchwasser-Wärmetauscher (10) oder zum Heizungswasser-Wärmetauscher (8) vorgesehen ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (23) derart ausgebildet ist, daß das Kältemittel (6) entweder zum Brauchwasser-Wärmetauscher (10) oder zum Heizungswasser-Wärmetauscher (8) geleitet wird.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (23) eine insbesondere zeitgesteuerte Legionellenschaltung, eine Brauchwasser-Vorrangschaltung, eine Heizwasser-Temperaturregelung und/oder eine Brauchwasser-Temperaturregelung aufweist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (5) reversibel ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf der Wärmepumpe (5) das Kältemittel R410A vorgesehen ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf der Wärmepumpe (5) kein Frostschutzmittel vorgesehen ist.