DE2402703A1

DE2402703A1 - Verfahren zur beheizung eines gebaeudes und heizungsanlage

Info

Publication number: DE2402703A1
Application number: DE2402703A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Kohnke
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1974-01-21
Filing date: 1974-01-21
Publication date: 1975-07-31
Also published as: DE2402703B2; FR2258595A1; FR2258595B1; AT334022B; ATA37375A

Description

STIEBEL ELTROIM GmbH & Co. KG 9 Λ Π "? 7 Π

3450 Holzminden / Weser £ H U £ / V

17.1.1974 - ZE 6 - Akte 329

Verfahren zur Beheizung eines Gebäudes und Heizungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung von Räumen eines Gebäudes, mittels einer Wärmepumpe/ die von einem Umgebungsmedium gespeist wird, wobei ein Heizmedium erwärmt wird, dem zusätzlich Wärme zugeführt wird.

Das Beheizen von Räumen eines Gebäudes mittels einer Wärmepumpe ist seit langem bekannt (vgl. Heiz.-Luft.-Haustechnik 15, 1964, Nr. 11, Seite 386 - 390). Bei einer bekannten Wärmepumpe wird deren Verdampfer aus einem Umgebungsmedium Wärme zugeführt. Dadurch verdampft das in diesem enthaltene Kühlmittel. Der Kühlmitteldampf wird in einem Verdichter komprimiert, wodurch er eine Temperaturerhöhung erfährt. Der Kühlmitteldampf wird in einem Kondensator niedergeschlagen und das Kondensat über ein Drosselventil in den Verdampfer zurückgeführt. Über einen Wärmeaustauscher wird die bei der Kondensation frei werdende Wärme an einen Heizmedium-Kreislauf abgegeben. Das Heizmedium durchströmt in den zu beheizenden Räumen vorgesehene Radiatoren und erwärmt dadurch die zu beheizenden Räume. Eine derartige Heizungsanlage arbeitet· zufriedenstellend, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Temperatur des Heizmediums und der Temperatur des zur Verfügung stehenden Umgebungsmediums nicht allzu groß ist. Falls jedoch

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diese Temperaturdifferenz Werte annimmt, wie sie bei einem ganzjährigen Betrieb, insbesondere an kalten Wintertagen, zu erwarten sind, ist eine ausreichende Raumbeheizung mit einer derartigen Anlage wirtschaftlich nicht möglich.

Es kamen deshalb bisher elektrische Zusatz-Heizeinrichtungen in den zu beheizenden Räumen zur Verwendung, die den Spitzen-Wärmebedarf decken.

Aus der deutschen Patentschrift 372 897 ist ein Heizverfahren bekannt, bei dem die Wärme von Abwässern ausgenutzt wird. Hierzu wird die Wärmepumpe in zwei Stufen aufgeteilt, die über das Heizmedium verbunden sind, und es wird das warme Abwasser dem Heizmedium zwischen den beiden Stufen zugeführt . Ein derartiges Verfahren eignet sich nicht für Zentralheizungsanlagen, da dort im Falle erhöhten Wärmebedarfs kein Abwasser zur Verfügung steht, das zu einer verstärkten Aufheizung des Heizmediums führen könnte. Vielmehr ist im Falle verstärkten Wärmebedarfs mit besonders kaltem Rücklaufwasser zu rechnen.

Aufgrund dieses Standes der Technik geht die Erfindung von einem Verfahren der eingangs genannten Art aus. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Räume sich auch bei erhöhtem Wärmebedarf zentral ausreichend beheizen lassen, ohne daß die Wärmepumpe auf die zu erwartende niedrigste Temperatur ausgelegt werden muß und ohne daß in den einzelnen zu beheizenden Räumen Zusatz-Heizeinrichtungen vorgesehen wer-

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß durch die Wärmepumpe ein Grundstrom des Heizmediums auf eine Temperatur erwärmt .wird, die unterhalb der maximal für eine ganzjährige Heizung erforderlichen Temperatur liegt, daß ein Impfstrom des Heizmediums auf eine Temperatur erhitzt wird, die über der Temperatur des Grundstromes liegt, und daß der Impfstrom dem Grundstrom in einem Verhältnis beigemischt wird, durch das die · Temperatur des Heizmediums auf den jeweils erforderlichen Wert gebracht wird. Bei Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, die Wärmepumpe so zu dimensionieren, daß sie nur an durchschnittlich kalten Wintertagen den Wärmebedarf der Zentralheizung deckt. Das Heizmedium wird den Raum-Heizkörpern, die beispielsweise aus Gebläsekonvektoren, Klimatruhen und/ oder Fußbodenheizungen bestehen können, zugeführt. Zu besonders kalten Zeiten wird dem Grundstrom des Heizmediums an zentraler Stelle ein Impfstrom beigemischt, der eine höhere Temperatur als der von der Wärmepumpe erwärmte Grundstrom hat. Durch entsprechende Regelung läßt sich die Temperatur des den Raum-Heizkörpern zugeführten Heizmediums auf den gewünschten Wert bringen. Zusätzliche, nicht von der Zentralheizung gespeiste Raum-Heizkörper erübrigen sich. Ein vorteilhafter weiterer Verfahrensschritt besteht darin, daß der Impfstrom elektrisch in Abhängigkeit von der Außentemperatur in einer Niedertarifzeit erhitzt und gespeichert wird und dem Grundstrom in Hochtarifzeiten zugeführt wird. Der Vorteil

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hierbei ist, daß die zur Erhitzung des ImpfStroms notwendige elektrische Leistung zu Zeiten eines preisgünstigen Tarifs verbraucht wird und der Impfstrom für die zusätzliche Erwärmung des Grundstroms in Hochtarifzeiten bereitgehalten wird.

Durch die Aufheizung des Impfstromes zu Niedertarifzeiten ergibt sich ein weiterer Vorteil. Geht man davon aus, daß die Raum-Heizkörper, insbesondere als Wärmepumpen arbeitende Klimatruhen, ebenfalls elektrische Energie verbrauchen und berücksichtigt man, daß diese zu Niedertarifzeiten zumeist abgeschaltet sind, dann muß die Gesamtanschlußleistung der Zentralheizungsanlage trotz der zusätzlichen elektrischen Erwärmung des Impfstromes nicht größer gewählt werden.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe über einen Wärmetauscher an den Grundstrom angeschaltet ist, der Impfstrom der Vorlaufleitung des Grundstroms über ein Mischventil zuführbar und von der Rücklaufleitung des Grundstroms abgezweigt ist und daß der Impfstrom von einer elektrischen Zusatz-Heizeinrichtung erwärmbar ist.

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In bevorzugter Weiterbildung ist in die Rücklaufleitung zwischen den Wärmetauscher und die Abzweigung des Impfstroms ein Rücklauftemperaturbegrenzer eingeschaltet, und vor der Abzweigung liegt in der Rücklaufleitung eine Umlaufpumpe .

Im folgenden ist an Hand der Figur ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zentralheizungsanlage beschrieben.

Eine Wärmepumpe 1 ist in einem zentralen Heizungsraum untergebracht. Die Wärmepumpe besteht aus einem Verdampfer 2, einem Verdichter 3, einem Kondensator 4 und einem Drosselventil 5. Der Verdampfer ist von einem Umgebungsmedium, beispielsweise Luft, Grundwasser oder Wasser aus dem Wasserrohrnetz, beaufschlagt. Das hierdurch in dem Verdampfer verdampfte Kühlmittel kondensiert nach einer Kompression im Kondensator. 4. Die Kondensationswärme wird über einen Wärmetauscher 6 an das Heizmedium abgegeben, das aus einer Rücklaufleitung 7 in eine Vorlaufleitung 8 fließt.

Zwischen die Vorlaufleitung 8 und die Rücklaufleitung 7 ist eine Impfstromleitung 9 geschaltet. Diese mündet über ein Mischventil 10 in die Vorlaufleitung 8. In die Impfstromleitung 9 sind beispielsweise drei Heißwasserspeicher 11 parallel eingeschaltet. In den Speichern 11 sind elektrische Heizkörper 12 angeordnet. Die Speicher 11 und das

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Mischventil 10 befinden sich ebenfalls in dem Heizungsraum.

An das Mischventil 10 sind über eine Verrohrung die
in den zu beheizenden Räumen vorgesehenen Raum-Heizkörper 13, 14 und 15 angeschaltet. Beispielsweise ist der Raum-Heizkörper 13 ein Gebläsekonvektor, der Raum-Heizkörger 14 eine Klimatruhe, die zur Temperaturerhöhung in dem ihr zugeordneten Raum als Wärmepumpe arbeitet, und der Raum-Heizkörper 15 eine Fußbodenheizung.

Die Raum-Heizkörper sind an die Rücklaufleitung 7 angeschlossen. In der Rücklaufleitung 7 ist vor der Abzweigung der Impfstromleitung 9 eine Umlaufpumpe 16 vorgesehen.
Zwischen der Abzweigung der Impfstromleitung 9 und dem Wärmetauscher 6 ist ein Rücklauftemperaturbegrenzer 17
vorgesehen, der das Heizmedium, insbesondere Wasser,aus der Rücklauf leitung 7 nur zu dem Wärmetauscher 6 durchläßt,-wenn dieses eine bestimmte Temperatur unterschreitet.

Die Wirkungsweise der Anlage für den Fall, daß die Temperatur des Umgebungsmediums größer als 0 C ist, ist
folgende:

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Der in der Vorlaufleitung 8 fließende Grundstrom des Wassers wird über den Wärmetauscher 6 beispielsweise auf eine Temperatur von 40 C gebracht. Über das Mischventil 10 ist die Impfstromleitung 9 abgesperrt und nur der Grundstrom gelangt unter der Wirkung der Pumpe 16 in die Raum-Heizkörper 13, 14 und 15. Durch die Rücklaufleitung 7 und den Rücklauftemperaturbegrenzer 17 gelangt der Grundstrom zurück zu dem Wärmetauscher 6.

Sinkt nun die Außentemperatur unter 0 ⁰C ab, dann wird über eine nicht dargestellte Steuerung die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingeschaltet. Durch das Einschalten des bzw. der Heizkörper 12 wird das in den Behältern 11 befindliche Wasser erhitzt. Die Maximaltemperatur beträgt beispielsweise 90 C.

Tritt anschließend bei unter 0 ⁰C liegender Temperatur des die Wärmepumpe 1 beaufschlagenden Umgebungsmediums in den zu beheizenden Räumen ein erhöhter Wärmebedarf auf und reicht die Leistung der Wärmepumpe 1 zu dessen Deckung nicht aus, dann wird über eine weitere Steuerschaltung das Mischventil 10 geöffnet. Dadurch wird dem in der Vorlaufleitung 8 fließenden Grundstrom über die Impfstromleitung 9 aus den Speichern 11 ein Impfstrom beigemischt. Die Temperatur des das Mischventil verlassenden Wassers wird hierdurch erhöht. Das Verhältnis der Beimischung von Impfstrom wird über das

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Mischventil 10 jeweils so eingestellt, daß das Heizmedium die erforderliche Temperatur erreicht.

Aus der Rücklaufleitung 7 wird die dem Speicherbehälter 11 über die Impfstromleitung 9 entnommene Wassermenge nachgefüllt.

Die Zuimpfung des Impfstromes in dem Mischventil 10 wird dann unterstützt, wenn der Rücklauftemperaturbegrenzer, beispielsweise unterhalb von 20 C nicht mehr voll geöffnet ist, da dann mittels der Pumpe 16 verstärkt Wasser aus dem Speicherbehälter 11 in das Mischventil gedrückt wird.

Anstelle der Speicherbehälter 11 und der Heizkörper 12 kann im Bedarfsfalle ein Elektro-Durchlauferhitzer oder ein Gasdurchlauferhitzer vorgesehen sein.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Beheizung von Räumen eines Gebäudes mittels einer Wärmepumpe, die von einem Umgebungsmedium gespeist wird, wodurch ein Heizmedium erwärmt wird, dem zusätzlich Wärme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß durch die Wärmepumpe ein Grundstrom des Heizmediums auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb der maximal für eine ganzjährige Heizung erforderlichen Temperatur liegt, daß ein Impfstrom des Heizmediums auf eine Temperatur erhitzt wird, die über der Temperatur des Grundstroms liegt und daß der Impfstrom dem Grundstrom in einem Verhältnis beigemischt wird, durch das die Temperatur des Heizmediums auf den erforderlichen Wert gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfstrom elektrisch in Abhängigkeit von der Außentemperatur in einer Niedertarifzeit erhitzt und gespeichert wird und dem Grundstrom in Hochtarifzeiten zugeführt wird.

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3. Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmepumpe (1) über einen Wärmetauscher (6) an den Grundstrom angeschaltet ist, der Impfstrom der Vorlaufleitung (8) des Grundstroms über ein Mischventil (10) zuführbar und von der Rücklaufleitung (7) des Grundstroms abgezweigt ist und daß der Impfstrom von einer elektrischen Zusatz-Heizeinrichtung (11, 12) erwärmbar ist.

4. Heizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß in die Rücklaufleitung(7) zwischen den Wärmetauscher (6) und die Abzweigung des Impfstromes ein Rücklauftemperaturbegrenzer (17) eingeschaltet ist und vor der Abzweigung in der Rücklaufleitung eine Umlaufpumpe (16) liegt.

5. Heizungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung ein Durchlauferhitzer ist.

6. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung ein Heißwasserspeicher (11, 12) ist.

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7. Heizungsanlage nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß mehrere Heißwasserspeicher (11/ 12) parallel geschaltet sind.

8. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e ke nnzeichnet , daß eine Steuerung vorgesehen ist, die die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung (11>12) in Abhängigkeit von der Außentemperatur betätigt.

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