DE2355167C3 - Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe - Google Patents

Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer aufweist sowie 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 w*'=kt beim Kühlvorgang als Verdampfer und der von der Umgebungsluft beaufschlagte 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 'ritt 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 Zusammenfassens mit der Wärmepumpe kaum oder gar nicht in normal großen 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 (DEOS 18 13 528).
Es ist auch eine Wärmepumpenanlage bekannt, bei welcher ein Wärmeträger im Gegenstrom an der Kühlseite eines Kondensators entlang geführt ist. Die bekannte Anlage arbeitet jedoch ohne Gebläse und weist keine zusätzliche Wärmequelle auf» Ferner ist bei der bekannten Anlage weder ein Warmwasserspeicher noch eine BraüchwasserbereitUng vorgesehen (CH-PS 2 23 901).
Die der Erfindung Zugrunde 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 Oberhitzungskühlung des Kondensators zur Heizungs- '5 anlage abzweigt, während der restliche Teilstrom des Wärmeträgers auch vom Bereich der Oberhitzungskühlung dos Kondensators und nachfolgend wahlweise von der zusätzlichen Wärmequelle beaufschlagt der Heizungsanlage und/oder dem mit der Heizungsanlage verbundenen Warmwasserspeicher und/oder einem Brauchwasserbereiter zugeführt ist.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den angefügten Ansprüchen 2 bis ti angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung rein schematisch im Aufriß dargestellt.
Die Heizungsvorrichtung besitzt eine Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses 1 von der bmgebungsluft beaufschlagten Verdampfer 2 aufweist, einen Kompressor 3 und einen Kondensator 4. Im Kreislanf der Wärmepumpe ist in üblicher Weise ein Drosselventil 5 vorgesehen. Die Wärmepumpe kann in bekannter Weise mit Sauggasüberhitzung am Kompressor 3 und weiterer Sauggasüberhitzung durch Kondensatunterkühlungarbeiten.
Der Kondensator 4 ist zum Aufheizen eines flüssigen Wärmeträgers, vorzugsweise Wasser, ausgebildet Der Wärmeträger ist einer nicht dargestellten Heizüngsan- ίο lage (vorzugsweise einer Fußbodenheizung od. dgl.) zuführbar und wahlweise von einer zusätzlichen Wärmequelle, im dargestellten Beispiel einer Gastherme 6, beaufschlagbar. Die Gastherme 6 wird in der Regel nur eingeschaltet, wenn die Leistung der Wärmepumpe nicht mehr ausreich·.
Der Wärmeträger ist in einer Leitung 7 ίτι 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 Überhitzungskühlung a des Kondensators 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 II zugeführt. Die Vorläufleitung 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 Brauchwasser^ bereiter 9 geführt Die Verbrennungsluft der Gastherms 6 ist in schornsieihlosef Ausführung über eine Luftführung 10 einerlr Kanal Il zugeführt, der zur Führung der den Verdampfer 2 beaufschlagenden Umgebungsluft 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 eingeseut werden.
Die Wärmepumpe ist so ausgelegt, daß sie etwa '/3 des bei der tiefsten Außentemperatur erforderlichen Wärmebedarfs decken kann Auf diese Weise werden über 90% des Jahreswärmebedarfs über die Wärmepumpe erbracht Ferner setzt bei dieser Auslegung die Gastherme 6 dann ein, wenn Vereisungsgefahr für den Verdampfer 2 besteht
Um eine Vereisung des Verdampfers 2 zu vermeiden, ist die vom Gebläse 1 angesaugte Limgebungsluft aus einem Dachraum oder einem Wandspalt eines mit der Heizungsvorrichtung zu beheizenden Gebäudes entnommen, wozu der Kanal 11 in geeigneter, nicht dargestellter Weise ausgebildet ist.
Der Verdampfer 2 kann a . -.ι in Form einer Rohrschlange \r. der Außenseite einer Außenwand des zu beheizenden Gebäudes angeordnet sein und der Kondensator 4 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 gar nicht vorhanden, so daß es zu keiner Vereisung kommen kann. Ferner wird ein Minimum an Temperaturspreizung zwischen Verdampfer 2 und Kondensator 4 erreicht und damit ein optimaler thermischer Wirkungsgrad.
Dem restlichen Teilstrom des Wärmeträgers kann hinter dem Überhitzungsbereich des Kondensators 4 die Verlustwärm'.· des Kompressoraggregates 3 zugeführt werden (nicht dargestellt).
Wirkungsweise
Durch den Verdampfer 2 wird der durch das Gebläse 1 herangeführten Umgebungsluft Wärme bei niedriger lemperatur entzogen. Die gewonnene Wärme wird über den Kompressor 3 dem Kondensator 4 zugeführt. Der Kondensator 4 gibt die V/ärme 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 Ablauf der Wvnepumpe mit bis auf etwa 400C aufgeheiztem Wasser beaufschlagt werden.
Für die Deckung eines höheren Wärme- und Temperaturbedarfs wird der restliche, in der Leitung 7 geführte Teibtrom im Überhitzungsbereich a des Kondensators 4 weiter aufgeheizt. Der restliche Teilstrom wiru sodann bei nicht eingeschalteter Gastherine 6 über die Kurzschlußleitung 22 der Vorlaufleitung II zugeführt. Der durch die Kijrzschlußleitung 22 fließende Wärmeträger wird durch ein thermostatisches Drosselorgan 23 auf einer für die Brauchwasserbereitung und eine wirtschaftliche Speicherung geeignete hohen Temperatur gehalten, beispielsweise gleich oder größer 600C
Bei Bedarf kann ein weitere Aufheizung in der
Gastherme 6 erfolgen. Mit dem Einschalten der Gastherme 6 wird die Kurzschlußleitung 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, ζ B. 900C. Durch die Anordnung der thermostatischen Drosselorgane 23, 25 und des Magnetventils 24 wird ein Wärmeverlust in der Gastherme 6 verhindert, wenn diese nicht eingeschaltet ist Der die Gastherme 6 oder die Kurzschlußleitung 22 verlassende Teilstrom des Wärmeträgers wird über die IVorlaufrichtung Il und das Verteilerstück 15 dem iHeizungs-Mischer 13, dem Warmwasserspeicher 8 und/oder dem Brauchwasserbereiter 9 zugeführt Von 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 Äusdehnungsgefäü ί5 angeschlossen und die zur Leitung 7 führende Rücklaufleitung 12. Vom Verteilerstück 17 besteht ferner eine Verbindung zum unteren Anschlußstutzen des Warmwasserspeichers 8.
Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil,
daß sofort nach Anfahren der Wärmepumpe der Heizungsanlage über die Vorlaufleitung I ein etwa bis 40°C oder nach Bedarf über die Vorlaufleitung Il und die Gastherme 6 ein über 400C heißer Wärmeträger zugeführt werden kann.
In der Regel kann beim Anlauf der Heizungsvorrichtung der Wärmebedarf über die Vorlaufleitung I gedeckt werden. Die zur Deckung des Heizurigswärmebedarfs nicht benötigte Wärme wird dem Speicherbehalter 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 hochge^ heizt werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Verbrennungsluft der Gästherme 6 dem Verdampfer 2 als Nutzwärme zugeführt wird.
Vorteilhaft ist auch, daß mit der Verbrennungsluft der Verdampfer 2 in Stillstandszeiten der Wärmepumpe abtaubar isi und daß ein Vereisen des Verdampfers 2 weitgehend verhindert ist durch die Beaufschlagung mit angewärmter Umgebungsluft höherer Temperatur und damit geringerer relativer Feuchte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Heizungsvorrichtung mit einem Warmwasserspeicher und einer Wärmepumpe, die einen mittels eines Gebläses von der Umgebungsluft beaufschlagten Verdampfer aufweist sowie 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 (4) entlang geführt ist und daß ein Teilstrom des Wärmeträgers am Ende des Bereiches (a) der Oberhitzungskühlung des Kondensators (4) zur Heizungsanlage abzweigt, während der restliche Teilstrom des Wärmeträgers auch vom Bereich (a) der Oberhitzungskühlung des Kondensators (4) und nachfolgend wahlweise von der zusätzlichen Wärmequelle beaufschlagt der Heizungsanlage und/oder dem 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) od. dgl. ist
3. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Oberhitzungsbereich des Kondensators (4) verlassende restliche Teilstrom des Wärmeträgers bei unmittelbarem Zufluß zur Heizungsanlage und/oder dem Warmwasserspeicher (8) jnd/od <· dem Brauchwasserbereiter (9) über ein tliermostatisches Drosselorgan (23) geführt ist.
4. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Gastherme (6) hinter dem Gasthermenausgang ein thermostatisches Drosselorgan (25) angeordnet ist und hinter dem thermostatischen Drosselorgan (23) in einer Kurzschlußleitung (22) ein Magnetventil (24).
5. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bib 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft der Gastherme (6) in einen Kanal (11) mündet, der zur Führung der Umgebungsluft ausgebildet ist, die den Verdampfer (2) beaufschlagt.
6. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft der Gastherme (6) aus dem Kanal (11) entnommen ist.
7. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Stillstandszeiten der Wärmepumpe die Verbrennungsluft der Gastherme (6) zum Abtauen des Verdampfers (2) eingesetzt ist.
8. Heizungsvorrichtung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe auf eine Wärmemenge ausgelegt ist, die etwa '/) des bei der tiefsten Außentemperatur erforderlichen Wärmebedarfs entspricht.
9. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Gebläse (1) angesaugte Umgebungsluft aus einem Dachraum oder einem Wandspalt eines mit der Heizungsvor^ richtung zu beheizenden Gebäudes entnommen ist,
10. HeizungsVörrichtunig 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 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem restlichen Teilstrom des Wärmeträgers die Verlustwärme des Kompressor-Aggregates direkt hinter dem Oberhitzungsbereich des Kondensators (4) zugeführt ist
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