DE2447505A1

DE2447505A1 - Waermepumpenanlage fuer die raumheizung mit warmwasser

Info

Publication number: DE2447505A1
Application number: DE19742447505
Authority: DE
Inventors: Hugo Ledermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-16
Filing date: 1974-10-04
Publication date: 1975-06-05
Also published as: SE391801B; CH560360A5; SE7412916L; GB1490202A; NL7413534A; AT342818B; US3959986A; FR2247679A1; BE821136A; ATA829774A; FR2247679B3

Description

Hugo Ledermann, Stäfa (Schweiz)

G-lärnischstr. 30

Wärmepumpenanlage für die Raumheizung mit Warmwasser

Raumheizungen mit Warmwasser, das durch Wärmepumpen erwärmt wird, nutzen die Wärme von Quell-Fluss-oder Seewasser des Erdreichs oder der Luft. Von diesen Wärmequellen steht nur Aussenluft überall und in unbegrenzter Menge zur Verfügung. Ihre Temperatur ist sehr veränderlich und fällt im Winter stark ab, zugleich nimmt der Wärmebedarf der Raumheizung zu. Dies ist mit einer entsprechenden Steigerung der Warmwassertemperatur verbunden.

Eine tiefe Temperatur der Aussenluft bedingt eine noch etwas tiefere Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer der Wärmepumpe, eine hohe Warmwassertemperatur eine noch etwas höhere Kondensationstemperatur in deren Kondensator. Die Temperaturspanne, welche durch die Wärmepumpe bewältigt werden muss, nimmt demnach mit fallender Aussentemperatur stark zu. Das Verdichtungsverhältnis, das sich aus den der Verdampfungs-und Kondensationstemperatur entsprechenden Dampfdrücken des Kältemittels ergibt, wächst an. Es kann Werte annehmen, die mit marktgängigen, einstufigen Verdichtern nicht mehr bewältigt werden oder nur mit einer sehr hohen Einbusse an Leistung. Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck diese Leistungseinbusse zu mindern und den Einsatz marktgängiger, einstufiger VerdichiB? zu begünstigen und betrifft eine Wärmepumpenanlage für die Raumheizung mit Warmwasser unter Nutzung der Aussenluft als Wärmequelle, mit einem als Verdampfer wirkenden Luftkühler, einem Verdichter und einem Kondensator für die Erwärmung des Wassers.

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Die erfindungsgemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Warmwasserspeicher und ein aus diesem gespeister Wasserkühler vorhanden sind. Durch diese Massnahme ist es möglich, den Wärmepumpenbetrieb in zwei Temperaturstufen durchzuführen, wenn tiefe Aussentemperaturen vorliegen. Mit der Aufteilung der dann vorliegenden, grossen Temperaturspanne in zwei Teilspannen von geringerer Weite, kann das Verdichtungsverhältnis für die beiden Teilspannen so gemindert werden, dass bei tiefen Aussentemperaturen die Verdichterleistung ein Mehrfaches gegenüber der einstufigen Betriebsweise erreichen kann. Zudem liegen die Verdichtungsverhältnisse für beide Teilspannen im normalen Bereich marktgängiger, einstufiger Verdichter.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Ein Ventilator 1 fördert Aussenluft durch einen Verdampfer 2 , in dessen berippten Rohren Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus der Luft verdampft. Der Kältemitteldampf wird von einem Verdichter 3 angesaugt und unter erhöhtem Druck in einen Kondensator 4 gefördert, wo er, unter Wärmeabgabe an das diesen durch fliessende Wasser, verflüssigt wird. Das verflüssigte Kältemittel strömt über ein Magnetventil 5 und ein Drosselorgan 6 wiederum dem Verdampfer 2 zu.

Bei tieferen Aussentemperaturen wird das im Kondensator 4- erwärmte Wasser über das, von einem Aussentemperaturfühler 7 und einem Steuergerät 8 in Ablenkstellung gesteuerte Dreiwegventil 9 einem Warmwasserspeicher 10 in annähernd halber Höhe zugeführt, während das dem Kondensator 4 zufliessende Wasser dem Speicher 10 unten durch die Pumpe 11 entnommen wird. Solange sich unten im Speicher 10 Warmwasser niederiger Temperatur befindet, ist auch die Temperatur des aus dem Kondensator 4 austretenden Warmwassers niedrig, entsprechend auch die Kondensationstemperatur des Kältemitteldampfes und trotz tiefer Aussenlufttemperatur sowie Verdampfungstemperatur, auch das Verdichtungsverhältnis. Die durch die tiefe Verdampfungstemperatur verursachte Leistungseinbusse des Verdichters wird mit

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der Minderung des Verdichtungsverhältnisses teilweise kompensiert.

Ist der Inhalt des Speichers 10 in dessen unterem Bereich auf die Temperatur des aus dem Kondensator 4 zufliessenden Warm wassers erwärmt, wird durch einen Temperaturfühler 12 und das Steuergerät 8 der Ventilator 1 stillgesetzt und das Magnetventil 5 geschlossen; der Verdampfer 2 ist dadurch ausser Betrieb. Gleichzeitig erfolgt die Oeffnung des Magnetventils 13j welches über das Drosselorgan 14 Kältemittel in einen zusätzlichen, als Wasserkühler wirkenden Verdampfer 15 strömen lässt Diesem wird aus annähernd halber Höhe des Speichers 10 niedrig erwärmtes Wasser zugeführt und fliesst durch eine ebenfalls vom Steuergerät 8 in Betrieb gesetzte Pumpe 16 unten in diesen zurück. Durch Wärmeabgabe aus dem Warmwasser verdampft im Verdampfer 15 Kältemittel, der Kältemitteldampf wird vom Verdichter 3 angesaugt und unter erhöhtem Druck dem Kondensator 4 zugeführt, wo er unter Wärmeabgabe an. das durchfliessende Wasser verflüssigt wird. Das Dreiwegventil 9 ist nun durch den Temperaturfühler 12 und das Steuergerät 8 auf Durchgang gesteuert, und das Warmwasser strömt aus dem Kondensator 4 dem Speicher 10 oben zu. Die Warmwassertemperatur wird durch den Temperaturfühler 17 erfasster regelt über das Steuergerät das Mischventil .18 so, dass sie der durch den Aussentemperaturfühler 7 verlangten Vorlauftemperatur der Raumheizung entspricht.

Ist der Wärmebedarf der Raumheizung geringer als die Wärmeproduktion der Wärmepumpe, wird der Ueberschuss im Speicher aufgenommen. Dehnt sich die Speicherung von Warmwasser von Vorlauftemperatur in den unteren Speicherbereich aus, so wirkt der Temperaturfühler 19 in der Weise auf das Mischventil 20 ein, dass das Wasser dennoch nur mit minimaler Temperatur aus dem Verdampfer 15 austritt. Der Speicher 10 kann derart über seinen ganzen Inhalt auf die.durch den Aussentemperaturfühler festgelegte Warmwassertemperatur gebracht werden.

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Ist die Aussentemperatur weniger tief, so dass der Verdichter 3 die der Temperaturspanne zwischen Verdampfungs-und Kondensationstemperatur entsprechende Verdichtung ohne nachteilige Leistungseinbusse bewältigt, steuert der Aussentemperaturfühler 7 über das Steuergerät 8 das Dreiwegventil 9 auf Durchgang, zugleich werden auch der Temperaturfühler 17 und das Mischventil 18 in Funktion gesetzt, so dass das den Kondensator verlassende Warmwasser die vom Aussentemperaturfühler 7 verlangte Vorlauftemperatur direkt erreicht.

Der Uebergang von Verdampfer 2 auf den Verdampfer 15 kann auch durch Ausbildung von Reif auf dem Verdampfer 2 als Folge der aus der Aussenluft ausgeschiedenen Feuchtigkeit ausgelöst werden. Die Auslösung erfolgt durch den Abtauregler 21 und bewirkt dieselbe Umstellung des Betriebes der Wärmepumpe wie der Temperaturfühler 12, jedoch zusätzlich die Oeffnung des Magnetventils 22 zur Abtauung des Verdampfers 2 durch verdichteten, heissen Kältemitteldampf.

Nähert sich die Aussentemperatur der Heizgrenze, so fällt der Wärmebedarf der Raumheizung auf seinen kleinsten Wert, gleichzeitig erreich die Wärmepumpe ihr höchste Leistung, sie arbeitet im Aussetzbetrieb. Um eine für den Verdichtermotor schädlich hohe Schalthäufigkeit zu vermeiden, wird der Warmwasserspeicher 10 mit Vorteil so gross bemessen, dass er den sich bei der zulässigen Schalthäufigkeit ergebenden Produktionsüberschusses aufzunehmen vermag.

Oft ist der Bezug elektrischer Energie für Heizzwecke, also auch für den Motor einer Wärmepumpe, durch das energieliefernde Werk für mehrere Tagesstunden gesperrt. Der Inhalt des Speichers 10 wird dann nach dem in der Sperrzeit anfallenden Wärmebedarf bemessen.

Ist der Energiebezug auch tagsüber möglich, jedoch zu erhöhtem Tarif, kann der Speicher mit Vorteil so bemessen werden, dass er bis zu Aussemtemperaturen von 0 C mit Aufheizung während der Zeit des niedrigen Tarifes den täglichen Wärmebedarf zu decken vermag, bei tieferen Aussentemperaturen durch volle

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Entladung über dert Verdampfer 15 und Bezug von Energie zum höheren Tarif den gesteigerten Wärmebedarf der Raumheizung deckt. Erfahrungsgemäss ist die Zahl der Heiztage mit tiefen Aussentemperaturen gering, entsprechend der Verbrauch an teurerer Energie.

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Claims

Patentansprüche

/ l.yWärmepumpenanlage für die Raumheizung mit Warmwasser unterstützung der Aussenluft als Wärmequelle, mit einem als Verdampfer wirkenden Luftkühler, einem Verdichter und einem Kondensator für die Erwärmung des Wassers, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Warmwasserspreicher und ein aus diesem gespeister Wasserkühler vorhanden sind.
2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenr zeichnet, dass bei Aussentemperaturen unter 0 C die durch den Luftkühler der Aussenluft entzogene Wärme einschliesslich dem Wärmeaequivalent der Verdichterarbeit über den Kondensator dem Warmwasserspeicher in annähernd halber Höhe zugeführt wird.
3. Wärmepumpenanlage gemäss Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des dem Speicher zugeführten Warmwassers 30 C nicht übersteigt.
H. Wärmepumpenanlage nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler intermittierend stillgesetzt wird und während der Stillstandszeit der Wasserkühler als Verdampfer wirkt, mit der Zufuhr von Warmwasser aus annähernd mittlerer Höhe des Warmwasserspeichers, die dem Wasser entzogene Wärme einschliesslich dem Wärmeaequivalent der Verdichterarbeit über den Kondensator mit dem in diesem erwärmten Wasser dem Warmwasserspeicher oben zugeführt wird mit einer Temperatur, die zumindest der von der Raumheizung benötigten Vorlauftemperatur entspricht.
5. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung von Reif auf dem Luftkühler dieser ausser Betrieb gesetzt wird und der Luftkühler mittels verdichteten, heissen Kältemitteln abgetaut wird.
6. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt des Warmwasserspeichers ausreichend bemessen ist, um in der Uebergangszeit den Ueber-

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schuss an Wärmeproduktion gegenüber dem Wärmebedarf zur Vermeidung einer nachteiligen Schalthäufigkeit des Verdichtermotors aufzunehmen.
7. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt des Warmwasserspeichers ausreichend bemessen ist, um den Wärmebedarf der Raumheizung während der Sperrzeit für den Bezug elektrischer Energie zum Betrieb des Verdichtermotors zu decken.

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8. Wärmepumpenanlage nach den Ansprüchen Ibis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt des Warmwasserspeichers ausreichend bemessen ist, um bei tiefen Aussentemperaturen nach voller Aufheizung in der Niedertarifzeit auf eine, der Aussentemperatür zumindest entsprechende Vorlauftemperatur und voller Entladung über den Wasserkühler während der Hochtarifzeit, den ganztägigen Wärmebedarf der Raumheizung zu decken.

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