DE2355167A1 - Heizungsvorrichtung mit einer waermepumpe - Google Patents

Heizungsvorrichtung mit einer waermepumpe

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DE2355167A1 DE19732355167 DE2355167A DE2355167A1 DE 2355167 A1 DE2355167 A1 DE 2355167A1 DE 19732355167 DE19732355167 DE 19732355167 DE 2355167 A DE2355167 A DE 2355167A DE 2355167 A1 DE2355167 A1 DE 2355167A1
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Description

η MnU 1Q73
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den <" "u Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.
2355187
Unser Zeichen:
VPA 73/4067 Bec/Bes
Heizungsvorrichtung mit einer Wärmepumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsvorrichtung mit einer Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer aufweist, einen Kompressor und einen Kondensator, der zum Aufheizen eines einer Heizungsanlage zuführbaren, flüssigen Wärmeträgers ausgebildet ist, den wahlweise eine zusätzliche Wärmequelle beaufschlagt.
Es ist bereits eine Heizungsvorrichtung der vorstehenden* Art bekannt, bei welcher der Kondensator und die zusätzliche Wärmequelle in einem Speicherbehälter für den flüssigen Wärmeträger angeordnet sind. Die bekannte Einrichtung ist auch zum Kühlen des flüssigen Mediums im Speicher ausgebildet. Die Wärmepumpe arbeitet hierbei gegenüber dem Heizvorgang umgekehrt. Der im Speicherbehälter angeordnete Teil der Wärmepumpe wirkt beim KühlVorgang als Verdampfer und der von der Umgebungsluft beaufschlag-
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te Teil der Wärmepumpe als Kondensator^ Im Zusammenhang mit der Erfindung wird die bekannte Vorrichtung jedoch nur als Heizvorrichtung betrachtet. Der Speicherbehälter der bekannten Vorrichtung ist über eine Vorlaufleitung mit einer zum Heizen eines Raumes dienenden Anordnung verbunden, von der eine Rücklaufleitung zum Speicher geführt ist. Im Anlauf arbeitet die bekannte -Vorrichtung sehr träge, da der Wärmeträger im Speicherbehälter erst genügend aufgeheizt werden muß, um in dem zu temperierenden Raum wirksam werden zu können. Das Gleiche tritt dann ein, wenn im Betrieb die zusätzliche Wärmequelle zur Deckung eines erhöhten Wärmebedarfs eingeschaltet wird. Die Temperatur des Wärmeträgers im Speicherbehälter wird bestimmt durch den Aufheizgrad und durch den Abkühlungsgrad im Rücklauf, so daß im Vorlauf immer nur eine sogenannte Mischtemperatur herrscht. Der Wärmemengeninhalt wird bestimmt durch den Wasserinhalt und die Differenz zwischen Kondensatortemperatur und der Temperatur in der Rücklaufleitung. Das führt zu verhältnismäßig großen Speicherbehältern, die infolge des baulichen Zusaironenf assens mit der Wärmepumpe kaum oder gaifnicht in normalgrößen Kellerräumen untergebracht werden können. Die bekannte Vorrichtung gestattet auch nicht die Aufbereitung von Brauchwasser und eine erweiterte Verwendung ihrer zusätzlichen Wärmequelle. Schließlich kann der Verdampfer der bekannten Vorrichtung bei sehr tiefer Temperatur der Umgebungsluft vereisen (DT-OS 18 13 528).
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Heizungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung, die ohne Zeitverzögerung den jeweiligen "Wärmebedarf decken kann. Sie soll an beliebigen Orten aufstellbar sein. Ferner soll sie. einen· kleinen Speicherinhalt aufweisen und eine Brauchwasserbereitung ermöglichen, ohne den Wirkungsgrad der Wärmepumpe über die ganze Heizperiode gesehen zu mindern. Die zusätzliche Wärmequelle soll erweitert verwendet sein. Schließlich soll bei der zu" schaffenden Vorrichtung ein Vereisen des Verdampfers weitgehend vermieden werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wärmeträger im Gegenstrom an der Kühlseite des Kondensators entlang geführt ist, und daß ein Teilstrom des Wärmeträgers am Ende des Bereiches der Überhitzungskühlung des Kondensators zur Heizungsanlage abzweigt, während der restliche Teilström des Wärmeträgers auch vom Bereich der Überhitzungskühlung des Kondensators und nachfolgend wahlweise von der zusätzlichen Wärmequelle beaufschlagt der Heizungsanlage und/oder einem mit der Heizungsanlage verbundenen Warmwasserspeicher und/oder einem Brauchwasserbereiter zugeführt ist.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den angefügten Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist
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in der Zeichnung rein schematisch im Aufriß dargestellt.
Die Heizvorrichtung besitzt eine Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses 1 von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer 2 aufweist, einen Kompressor 3 und einen Kondensator 4. Im Kreislauf der Wärmepumpe ist in üblicher Weise ein Drosselventil 5 vorgesehen. Die Wärmepumpe kann in bekannter Weise mit Sauggasüberhitzung am Kompressor 3 land weiterer Sauggasüberhitzung durch Kondensatunterkühlung arbeiten.
Der Kondensator 4 ist zum Aufheizen eines flüssigen Wärmeträgers, vorzugsweise Wasser, ausgebildet. Der Wärmeträger ist einer nicht dargestellten Heizungsanlage (vorzugsweise einer Fußbodenheizung o.dgl.) zuführbar und wahlweise von einer zusätzlichen Wärmequelle, im dargestellten Beispiel einer Gastherme 6, beaufschlagbar. Die Gastherme wird in der Regel nur eingeschaltet, wenn die Leitung der Wärmepumpe nicht mehr ausreicht.
Der Wärmeträger ist in einer Leitung 7 im Gegenstrom an der Kühlseite des Kondensators 4 entlang geführt. Von der Leitung 7 ist am Ende des Überhitzungsbereichs a des Kondensators 4 ein Teilstrom des Wärmeträgers in eine Vorlaufleitung I abgezweigt, die zur Heizungsanlage führt.
Der restliche Teilstrom des Wärmeträgers in der Leitung 7 ist vom Bereich der Uberhitzungskühlung a des Konden-
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■ . :. : ~ ^" V- ν;"- . 2355.767
sators 4 beaufschlagt. Durch diese Beaufschlagung erhält der restliche,Teilstrom eine Austrittstemperatur, die höher ist als die Temperatur im Kondensationsbereich des Kondensators. Ferner wird der restliche Teilstrom entweder über die Gastherme 6 oder über eine Kurzschlußleitung 22 einer Vorlaufleitung TI zugeführt. Die Vorlaufleitung II führt zu einem Verteilerstück 15. Vom Verteilerstück 15 ist der restliche Teilstrom zu einem Mischventil 13 der Heizungsanlage und sodann wahlweise zu einem Warmwasserspeicher 8 und/oder einem Brauchwasserbereiter 9 geführt. Die Verbrennungsluft der Gastherme 6,in schornsteinloser Ausführung ist über eine Luftführung 1 ο einem Kanal 11. zugeführt, der zur Führung der den Verdampfer 2 beaufschlagenden,irmgebungsluft dient.
Die Zuluft der Gastherme 6 ist auf nicht dargestellte Weise aus dem Kanal 11 entnommen.
Die Verbrennungsluft der Gastherme 6 kann in Stillstandszeiten der Wärmepumpe zum Abtauen des Verdampfers 2 eingesetzt werden.
Die Wärmepumpe ist so ausgelegt, daß sie etwa 1/3 das bei der tiefsten Außentemperatur erforderlichen Wärmebedarfs decken kann. Auf diese Weise werden über 9o% des Jahreswärmebedarfs über die Wärmepumpe erbracht. Fernersetzt bei dieser Auslegung die Gastherme dann ein, wenn Vereisüngsgefahr für den Verdampfer besteht.
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Um eine Vereisung des Verdampfers 2 zu vermeiden, ist die vom Gebläse 1 angesaugte Umgebungsluft aus einem Dachraum oder einem Wandspalt eines mit der Heizungs-
• vorrichtung zu beheizenden Gebäudes entnommen, wozu der Kanal 11 in geeigneter, nicht dargestellter Weise ausgebildet ist.
Der Verdampfer 2 kann auch in Form einer Rohrschlange in der Außenseite einer Außenwand des zu beheizenden Gebäudes angeordnet sein und der Kondensator auf der Innenseite der Außenwand. Zwischen der Innen- und Außenseite der Außenwand ist zweckmäßig eine gute Wärmedämmung angeordnet. Hierbei findet der Hauptwärmeaustausch innerhalb der isolierten Wand statt. Der Wärmeaustausch zur Außenluft ist gering oder garnicht vorhanden sodaß es zu keiner Vereisung kommen kann. Ferner wird ein Minimum an Temperaturspreizung zwischen Verdampfer und Kondensator erreicht und damit ein optimaler thermischer Wirkungsgrad.
Dem restlichen Teilstrom des Wärmeträgers kann hinter dem Überhitzungsbereich des Kondensators 4 die Verlust-Wärme, des Kompressoraggregates zugeführt werden (nicht dargestellt.).
Wirkungsweise:
Durch den Verdampfer 2 wird der durch das Gebläse 1 herangeführten Umgebungsluft Wärme bei niedriger Temperatur
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entzogen. Die gewonnene Wärme wird über den Kompressor 3 dem Kondensator 4 zugeführt. Der Kondensator 4 gibt die Wärme bei höherer Temperatur an den in der Leitung 7 geführten Wärmeträger ab, der von einer Rücklaufleitung 12 in die Leitung 7 einströmt. :
Von der Leitung 7 ist ein Teilstrom· in die Vorlaufleitung I. abgezweigt,. die zu dem Dreiwege-Mischventil 13 führt, welche mit einem mit 14 bezeichneten,, eine Pumpe 21 enthaltenden Vorlauf der Heizungsanlage verbunden ist. Über die Vorlaufleitung I kann die Heizungsanlage sofort nach Anlauf der Wärmepumpe mit bis auf etwa 4o°C aufgeheiztem Wasser beaufschlagt werden.
Für die Deckung eines höheren Wärme- und Temperaturbedarfs wird der restliche, in der Leitung 7 geführte Teilstrom im überhitzungsbereich a des Kondensators 4 weiter aufgeheizt. Der restliche Teilstrom wird sodann entweder bei nicht eingeschalteter Gastherme 6 über die Kurzschlußleitung 22 der Vorlauf leitung II zugeführt. Der durch die Kurzschlußleitung 22 fließende Wärmeträger wird durch ein thermostatisches Drosselorgan 23 auf einer für die Brauchwasserbereitung und eine wirtschaftliche Speicherung geeignete hohenTemperatur gehalten, beispielsweise gleich oder größer 6o°C. ■""".'
Bei Bedarf kann eine weitere Aufheizung in der Gastherme 6 erfolgen. Mit dem Einschalten der Gastherme 6 wird die
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Kursschlußleitung 22 durch ein Magnetventil 24 geschloßen. Die Temperatur, des Wärmeträgers hinter der Gastherme 6 wird durch ein thermostatisches Drosselorgan 25 auf einer Höhe gehalten, welche über der vom Drosselorgan 23 bestimmten Temperatur liegt, z.B. 9o°Co Durch die Anordnung der thermostatischen Drosselorgane 23? 25 und des Magnetventils 24 wird ein Wärmeverlust in der Gastherme verhindert, wenn diese nicht eingeschaltet ist» Der die Gastherme 6 oder die Kurzschlußleitung 22 verlassende Teilstrom des Warmeträgers wird über die Vorlaufleitung II und das Verferteil er stück 15 dem Heizungs-Mischer 13? dem Warmwasserspeicher 8 und/oder dem Brauehwasserbereiter 9 zugeführt. ¥on dem Brauchwasserbereiter 9 führt eine untere Leitung 16 zu einem Verteilerstück 17, in das auch der aus der Heizungsanlage kommende;, mit 18 bezeichnete Rücklauf mündet. Am unteren Verteilerstück 17 ist ein Ausdehnungsgefäß 19 angeschlossen und die zur Leitung 7 führende Rücklaufleitung 12. Vom Verteilerstück 17 besteht ferner eine Verbindung zum unteren Anschluß stutz en des ¥armwasserspeichers 8.
Die beschriebene Ausbildung hat den Vorteils, daß sofort nach. Anfahren der Wärmepumpe der Heizungsanlage über die Vorlaufleitung I ein etwa bis 4o°G oder nach Bedarf über die Vorlaufleitung II und die Gastherme 6 ein über 4o°C heißer Wärmeträger zugeführt werden kann.
In der Regel .kann beim Anlauf der Heizungsvorrichtung
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der Wärmebedarf über die Vorlaufleitung I gedeckt werden. Die zur Deckung des Heizungswärmebedarfs nicht benötigte Wärme wird dem Speicherbehälter 8 und/oder dem Brauchwasserbereiter 9 zugeführt. Etwa nachfolgender, erhöhter Wärmebedarf kann aus dem Speicherbehälter 8 gedeckt werden, dessen Inhalt in Zeiten niedrigeren Bedarfs genügend hochgeheizt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Verbrennungsluft der Gastherme 6 dem Verdampfer 2 als Nutzwärme zugeführt wird.
Vorteilhaft ist auch, daß mit der Verbrennungsluft 6 der Verdampfer 2 in Stillstandszeiten der Wärmepumpe abtaubar ist und daß ein Vereisen des Verdampfers 2 weitgehend verhindert ist durch die Beaufschlagung mit angewärmter Umgebungsluft höherer Temperatur und damit geringerer relativer FeuchteV
11 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (1)

  1. TEA 73/4067
    Patentansprüche
    1.. Heizungsvorrichtung mit einer Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampf er aufweist, einen Kompressor und einen Kondensator, der zum Aufheizen eines einer Heizungsanlage zuführbaren, flüssigen Wärmeträgers ausgebildet ist, den wahlweise eine zusätzliche Wärmequelle beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger im Gegenstrom an der Kühlseite des Kondensators (2) entlang geführt ist und daß ein Teilstrom des Wärmeträgers am Ende des Bereiches (a) der Überhitzungskühlung des Kondensators (2) zur Heizungsanlage abzweigt, während der restliche Teilstrom des Wärmeträgers auch vom Bereich (a) der Überhitzungskühlung des Kondensators (2) und nachfolgend wahlweise von der zusätzlichen Wärmequelle beaufschlagt der Heizungsanlage und/oder einem1 mit der Heizungsanlage verbundenen Warmwasserspeicher (8) und/oder einem Brauchwasserbereiter (9) zugeführt ist.
    2. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmequelle eine Gastherme (6) oder dergleichen ist.
    3. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Überhitzungsbereich des Kondensators (4) verlassende restliche
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    Teilstrom des Wärmeträgers bei unmittelbarem ZufluS zur Heizungsanlage und/oder dem Warmwasserspeicher (-8) und/oder dem Brauchwasserbereiter (9) über ein thermostatisches Drosselorgan (23) geführt ist.
    Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3» d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h ή e ts daß bei Verwendung der .Gastherme (6) hinter dem Gasthermeiiausgang ein thermostatisches Drosselorgan (25) angeordnet ist und hinter dem thermostatischen Drosselorgan (23) in einer Kurzschlußleitung (22) ein Magnetventil {
    5. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, d a — durch g e Js. e η η ζ e i c h η e t^ daß die ¥er~ brennaangsluft der Gastherme (61 in einen Kanal "(11) mündet;, 'deir zur Führung der Umgebungsluft ausgsMl-■det ist3 die den Yerdampfer (2) beaufschlagt.
    6. Heizumgsvoirriehibung nach Anspruch 1 bis 5* d a- "—
    d u r c k ' g e ik e η η. ζ e i c h η e t, daß die Zuluft der Sa stherme (6) aus dem Kanal (11) entnommen ist.
    7. Heizimgs^orrichtung nach Anspruch 1 bis 6S d a -
    d u r c -Jh g e k e al η ζ e i c h n e ts daß in ■ StIH-sitänäszelfen -dei* larimepumpe die Yerbrennuiigsliaft-€er ■Gastherme (6) zmn. Abtauen des ¥erdampfers {2) eingesetzt ist. SOS82D/0G94 .
    . .-.■"■■■ ■■' - .12 - ■■■*■-..
    TPA 75/4067
    8. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, d. a durch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe auf eine Wärmemenge ausgelegt ist, die etwa 1/3 des bei der tiefsten Außentemperatur erforderlichen Wärmebedarfs entspricht.
    9. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, da durchgekennz.e ichnet, daß die von dem Gebläse (1) angesaugte Umgebungsluft aus einem Dachraum oder einem Wandspalt eines mit der Heizungsvorrichtung zu beheizenden Gebäudes entnommen ist.
    10. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (2) auf der Außenseite und der Kondensator (4) an der Innenseite einer Außenwand des zu beheizenden Gebäudes angeordnet sind.
    11. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß dem restlichen Teilstrom des Wärmeträgers die Verlustwärme des Kompressor-Aggregates direkt hinter dem Überhitzungsbereich des Kondensators (4) zugeführt ist;
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