DE2219208B2

DE2219208B2 - Anlage zum temperieren von raeumen mit einer umschaltbaren waermepumpe

Info

Publication number: DE2219208B2
Application number: DE19722219208
Authority: DE
Inventors: Josef lng.(grad.) 8500 Nürnberg Reil
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1977-12-08
Also published as: DE2219208C3; DE2219208A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Anlage dieser Art (Zeitschrift »Umschau« 1956, S. 745-750) ist ein einziger Innenwärmeübertrager primärseitig in den Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe und sekundärseitig in den Heizwasserkreislauf einer üblichen Warmwasser-Heizanlage eines Gebäudes geschaltet. Hierdurch wird die vom lnnenwärmeübertrager abgegebene Wärme- oder Kälteenergie auf den Wasserkreislauf der Heizanlage übertragen und so den einzelnen Räumen zugeführt. Von Nachteil ist hierbei, daß getrennte Rohrleitungssysteme für das Kältemittel und das Heizwasser vorgesehen werden müssen. Außerdem ergibt sich eine im Vergleich zur Vorlauftemperatur relativ hohe Rücklauftemperatur des Heizwassers, obwohl in einem Gebäude in aller Regel Räume mit recht unterschiedlichen Temperaturen vorhanden sind. So ist ein Aufenthaltsraum für Personen im allgemeinen auf eine wesentlich höhere Temperatur aufzuheizen als Toiletten, Archivräume od. dgl.. Je höher aber die Rücklauftemperatur und damit die Temperatur des Kältemittels nach dem lnnenwärmeübertrager noch ist, um so geringer wird die mit der Anlage erzielbare Leistungsziffer der Wärmepumpe.

Es ist auch eine Anlage mit einer Wärmepumpe bekannt (DT-OS 19 58 070), bei der ein Wärmeübertrager innerhalb des zu temperierenden Raumes angeordnet ist, wobei dem Wärmeübertrager ein Lüfter zugeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann jedoch nur ein Raum temperiert werden und der Wirkungsgrad bzw. die Leistungsziffer der Wärmepumpe hängt in starkem Maße von der Temperatur ab, auf die dieser Raum aufzuheizen ist, weil dadurch die Temperatur des zurückfließenden Kältemittels (Kondensationstemperatur) bestimmt ist.

Ferner ist bei einer bekannten Anlage (DT-OS 16 04 205) ein gemeinsamer Wasserkreislauf vorgesehen, der bei überwiegendem Heizbetrieb aus einem zentralen Warmwasser-Speicherbehälter bzw. bei überwiegendem Kühlbetrieb aus einer zentralen Kühleinrichtung gespeist wird, jedem zu klimatisierenden Raum ist dabei eine Kombination aus einem Direktheizkörper und einer lediglich Kälte an den Raum abgebenden Wärmepumpe zugeordnet. Bei Wärmebedarf in einem Raum wird der zugehörige Direktheizkörper unmittelbar an den Warmwasserkreislauf angeschaltet. Die Wärmepumpe bleibt dabei außer Betrieb. Bei Kaitebedarf wird der Direktheizkörper abgeschaltet und der Kondensator der Wärmepumpe an den Warmwasserkreislauf angekoppelt, um darüber die dem Raum entzogene Wärme abzuführen. Auch hierfür sind somit

ennte Rohrleitungssysteme für den Kältemittel- und

" W sserkreislauf erforderlich, wobei außerdem die

y⁶" hl _von Wärmepumpen einen hohen Installations-,

«/,nunes- und Kostenaufwand zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der

stehend genannten Art zu schaffen, mit der bei der

β heizung mehrerer unterschiedlich zu temperierender

aZme eine optimal niedrige Temperatur des Kältemit-

I nach der Verlassen des !nnenwärmeübertragers

¹ ■ , J₁₁₁₁₁Jt eine optimal hohe Leistungsziffer der

Wärmepumpe erziclbar ist.

Diese Aufgabe wire erfindungsgemaß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung ist es nicht nur möglich, mit einer Wärmepumpe mehrere Einzelräume zu temperieren, nd-rn beim Heizen auch die höchste Leistungsziffer ^s0 erreichen, weil einerseits das Temperaturgefälle vwischci) dem jeweiligen Einzel Wärmeübertrager und der Lufttemperatur des zugehörigen Teilraumes opti-I gestaltet werden kann und andererseits der dem kältesten Raum zugeordnete Einzelwärmeübertrager Ende der Serienschaltung liegt, wodurch das Kältemittel auf die jeweils niedrigste Temperatur trekühlt der Wärmeinhalt des Kältemittels also am besten ausgenutzt wird. Die Einzelwärmeübertrager können von der Serienschaltung bei Heizbetrieb unter Umkehrung des Kältemittelströmungskreislaufs in Parallelschaltung beim Kühlen des Raumes betrieben werden Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, ohne Magnetventile allein durch Rückschlagventile vom Serienbetrieb in den Parallelbetrieb umschulten zu

°Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipskizzen eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fs zeigt

Fig. 1 eine Anlage für Heizbetrieb mit in Serie geschalteten Einzelwärmeübertragern,

Fig. 2 diese Anlage für Kühlbetrieb mit parallel geschalteten Einzelwärmeübertragern.

Außerhalb von zu klimatisierenden Räumen, 1, 2, 3 befinden sich ein Kompressor 4, ein Vierwegeventil 5, ein kombinierter Flüssigkeitsabscheider und -sammler 6, ein Außenwärmeübertrager 7 mit zugeordnetem Ventilator 8 und die Parallelschaltung aus einem Rückschlagventil 9 mit einem Expansionsventil 10. Innerhalb der einzelnen Räume 1, 2, 3 ist jeweils ein Einzelwärmeübertrager 11 vorgesehen, dem ein vorzugsweise von der Raumtemperatur gesteuerter Lüfter 12 zugeordnet

^1S Wird die Anlage gemäß Fig. 1 im neizbetrieb gefahren, was im Jahresdurchschnitt während etwa 5000 Std erfolgt, dann wird das im Kompressor 4 verdichtete und erhitzte Kältemittel über das Vierwegeventil 5 in eine Leitung 13 geleitet, die zu dem im Raum angeordneten Einzelwärmeübertrager 11 führt. Der üblicherweise auf die höchste Solltemperatur aufzuheizende Raum 3, beispielsweise das Wohnzimmer einer Wohnung erhält somit das Kältemittel für seinen Einzelwärmeübertrager 11 mit der höchsten Temperatur Dadurch ist ein günstiges Wärmegefälle zwischen Kältemitteltemperatur und Raumlufttemperatur gewährleistet.

Nach dem Durchströmen des Einzelwärmeubertra-„_rs j« ,pp. Raum 3 Hießt das etwas abgekühlte Kältemitte'l'durch eine Leitung 14, ein in Flußrichtung eingeschaltetes Rückschlagventil 15 und eine Leitung zum Einzelwärmeübertrager 11 in Raum 2, der in iihlicher Weise auf eine geringere Solltemperatur als der Raum 3 aufzuheizen ist. beispielsweise eine Küche. Damit steht hier dem bereits etwas abgekühlten Kältemittel die verminderte Solltemperatur der Raumluft des Raumes 2 gegenüber, wodurch sich auch hier ein günstiges Wärmegefälle ergibt.

Schließlich gelangt das Kältemittel über eine Leitung 17, ein in Flußrichtung geschaltetes Rückschlagventil 18 und eine Leitung 19 zum Einzelwärmeübertrager 11 des Raumes 1, der allen übrigen Räumen 2, i gegenüber auf ίο die niedrigste Solltemperatur aufzuheizen ist, beispielsweise der Flur. Dem auf Kondensationstemperatur abgekühlten Kältemittel wird nun durch die relativ kalte Raumluft weitere Wärme entzogen und damit das Kältemittel im Heizbetrieb bei einer mehrere Räume aufweisenden Wohnung od. dgl. auf die niedrigstmögliche Temperatur heruntergekühlt.

Das Kältemittel strömt anschließend über ein in Flußrichtung eingeschaltetes Rückschlagventil 20 und eine Leitung 21 über das für Heizbetrieb gemeinsame Expansionsventil 10, den Außenwärmeübertrager 7, der in diesem Betriebsfall als Verdampfer zur Aufnahme von Wärme aus der vom Ventilator 8 geförderten Außenluft dient, über den zweiten Weg des Vierwegeventils 5 und den Sammler 6 zurück zur Saugseite des Kompressors 4.

Bei dieser bestimmten Zuordnung der in Serie liegenden Einzelwärmeübertrager 11. nämlich abhängig von ihrer strömungsmäßigen Nähe zur Druckseite des Kompressors und den unterschiedliche Solltemperaturen aufweisenden Räumen 1, 2, 3 wird somit eine optimale Ausnutzung des Kältemittel-Wärmeinhaltes erreicht und folglich die Leistungsziffer für die Anlage auf ihren Maximalwert gebracht.

Bei Kühlbetrieb der Klimaanlage gemäß Fig. 2, der j-j im Jahresdurchschnitt nur etwa 400 Std. nötig ist, wird das im Kompressor 4 verdichtete und auf ein erhöhtes Wärmeniveau angehobene Kältemittel nach Umschaltung des Vierwegeventils 5 über den Außenwärmeübertrager 7 und das jetzt in Durchlaßrichtung betriebene Rückschlagventil 9 in Gegenrichtung in die Leitung 21 gedrückt, an die die Einzelwärmeüberirager 11 jeweils über die Serien ichaltung eines Entspannungsventils und eines in Durchlaßrichtung betriebenen Rückschlagventils 23 über eine Leitung 24 parallel angeschlossen sind. Vom Einzelwärmeübertrager 11 des Raumes fließt das verdampfte Kältemittel über die Leitung und ein jetzt in Durchlaßrichtung betriebenes Rückschlagventil 25 in die Leitung 16, in die auch das Kältemittel aus dem Einzelwärmeübertrager U des Raumes 2 strömt. Von der Leitung 16 fließt das Kältemittel weiter über ein in Durchlaßrichtung betriebenes Rückschlagventil 26 und vereinigt sich in der Leitung 13 mit dem aus dem Einzelwärmeüberirager 11 des Raumes 3 zuströmenden Kältemittel. Die 55 Rückschlagventile 25 und 26 dienen dabei während des Heizbetriebes zur Verhinderung eines strömungsmäßigen Kurzschlusses der Einzelwärmeübertrager 11 in den Räumen 2, 3. Das Kältemittel gelangt dann über den v.erten Weg des Vierwegeventils 5 in den Sammler 60 zurück zur Saugseite des Kompressors 4.

Um dabei zu vermeiden, daß das entspannte Kältemittel durch die für Serienbetrieb (Heizen) notwendigen Leitungen 14 und 17 um die Einzelwärmeübertrager 11 der Räume 2 und 3 herumströmt, ohne t>5 z. B. Magnetventile verwenden zu müssen, ist jeweils die Zusammenführung der Leitungen 24 mit den Leitungen 14 bzw. 17 nach Art einer Wasserstrahlpumpe ausgebildet, die bestrebt ist. Kältemittel aus den

Leitungen 14 bzw. 17 herauszusaugen.

Der Parallelbetrieb der Einzelwärmeübertrager 11 ermöglicht eine gleichmäßige Kühlung aller Räume 1 bis 3, nachdem an jedem Entspannungsventil 22 das verflüssigte Kältemittel mit gleichem Druck ansteht. Vorzugsweise werden die Expansionsventile 22 als thermostatisch gesteuerte Ventile ausgebildet, die von der Temperatur des aus dem jeweiligen Einzelwärmeübertrager 11 ausströmenden Kältemittels beeinflußt werden. Dadurch regelt sich die Menge des zuströmenden Kältemittels selbsttätig in Abhängigkeit von der dem jeweiligen Einzelwärmeübertrager 11 entzogenen Kältemenge.

Die Wärme- bzw. Kälteentnahme von den Einzelwärmeübertragern 11 ist im übrigen auch durch entsprechende Steuerung der Lüfter 12 regelbar, die über einen Zweipunkttemperaturregler oder einen von der Raumtemperaturabweichung gesteuerten elektronischen Regler in der Drehzahl eingestellt werden können. Da sich durch die Änderung der Drehzahl die dem jeweiligen Einzelübertrager 11 entzogene Kälteenergie ändert, wird auch über das thermostatisch gesteuerte Expansionsventil automatisch die Durchflußmenge von Kältemittel geregelt. Im übrigen ist bei Serienschaltung der Einzelwärmeübertrager 11 ein gemeinsames Entspannungsventil 10 vor den Außenwärmeübertrager 7 geschaltet, dem das in Sperrichtung betriebene Rückschlagventil parallel geschaltet ist, welches erst bei Parallelbetrieb der Einzelwärmeübertrager 11 einen Umweg um das Entspannungsventil 10 freigibt. Dagegen ist im Parallelbetrieb der Einzelwärmeübertrager 11 jedem ein eigenes Entspannungsventil 22 zugeordnet, um eine maximale Ausnützung zu erzielen.
Durch diesen Aufbau der Anlage ist es außerdem auch möglich, wahlweise mit Hilfe des Lüfters 12 die Wärme- bzw. Kälteabgabe auf einen bestimmten Raum zu konzentrieren. Dadurch können mit einem Minimum an Leistung und finanziellem Aufwand wahlweise mehrere Räume temperiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zum Temperieren von Räumen '^7it einer umschaltbaren Wärmepumpe, deren Kt ; ssor außerhalb des zu temperierenden Raumes ,geordnet ist, mit einem Außenwärmeübertrager, und mit einem den zu temperierenden Räumen zugeordneten Innenwärmeübertrager, wobei der Kompressor und die Wärmeübertrager in einen gemeinsamen Kältemittelkreislauf eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwärmeübertrager aus mehreren Einzelwärmeübertragern (11) besteht, die im Heizbetrieb in Serie im Kältemittelkreislauf liegen und einzelnen selbständigen Räumen (1, 2, 3) zugeordnet sind und daß der jeweils der Druckseite des Kompressors (4) naheliegende Einzelwärmeiiberirager (11) dem Teilraum (1, 2, 3) zugeordnet ist. der auf eine höhere Solltemperatur aufzuheizen ist, als der Teilraum, dem der in Serie sirömungsmäßig nachfolgende Einzelwärmeübertrager zugeordnet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Umschaltvorrichtungen (5, 27), mit deren Hilfe bei Kühlbetrieb der Kältemittelkreislauf umgekehrt und die Einzelwärmeübertrager (11) parallel geschaltet werden.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Einzelwärmeübertragern (11) jeweils eine Serienschaltung, bestehend aus einem Entspannungsventil (22) und einem in Durchlaßrichtung geschalteten Rückschlagventil (23) vorgeschaltet ist, daß der Serienschaltung (22, 23) bei demjenigen Einzelwärmeübertrager (11), der in der Serienschaltung der Einzel värmeübertrager (11) der Druckseite des Kompressors (4) am fernsten liegt, ein entgegengerichtetes Rückschlagventil (20) parallel geschaltet ist und daß bei den übrigen Einzelwärmeübertragern (11) von der zwischen der Serienschaltung (22, 23) und dem entsprechenden Anschluß des jeweiligen Einzelwärmeübertragers (11) liegenden Leitung (24) eine Leitung (14, 17) mit zwei gleichsinnig in Durchlaßrichtung in Reihe geschalteten Durchlaßventilen (15, 26 bzw. 18, 25) zum zweiten Anschluß des jeweiligen Einzelwärmeübertragers (11) führt, wobei jeweils zwischen den beiden Rückschlagventilen (15, 26 bzw. 18, 25) eine bei Heizbetrieb zum nachfolgenden Einzelwärmeübertrager (11) führende Leitung (16, 19) abzweigt.

4. Anlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle (27) der von der Serienschaltung (22, 23) kommender. Leitung (24) mit der bei Heizbetrieb der Einzelwärmeübertragar (11) zur Kältemittelfortleitung dienenden Leitung (14, 17) nach Art einer Wasserstrahlpumpe ausgebildet ist, die bei Kühlbetrieb der Einzelwärmeübertrager (11) in der abzweigenden Leitung (14, 17) einen Unterdruck erzeugt.

5. Anlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Einzelwärmeübertrager (11) ein in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur des zu klimatisierenden Raumes (1, 2, 3) gesteuerter Lüfter (12) zugeordnet ist.

6. Anlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Serienschaltung der Einzelwärmeübertrager (11) ein gemeinsames Entspannungsventil ^0) vor den Außenwärmeübertrager (7) geschaltet ist, dem ein in Sperrichtung betriebenes Rückschlagventil (9) parallel geschaltet ist und daß bei Parallelbetrieb der Einzelwärmeübertrager (11) jedem ein eigenes Entspannungsventil (22) zugeordnet ist.

7. Anlage nach Anspruch ! oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (22) als thermostatisch gesteuertes Ventil ausgebildet ist, das von der Temperatur des aus dem zugehörigen Einzelwärmeübertrager (11) ausströmenden Kältemittels beeinflußt ist.