DE2540143C3

DE2540143C3 -

Info

Publication number: DE2540143C3
Application number: DE2540143A
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing.(Grad.) 7500 Karlsruhe Kirn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-09
Filing date: 1975-09-09
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2540143B2; DE2540143A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspri .hs 1.

Es ist bereits eine Heizungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art bekannt, die jedoch keine Temperatursteuerung ihres Speichers aufweist (US-PS 3194303).

Bekannt sind auch Wärmepumpen, mit denen zwischen zwei Heizperioden oder an milden Wintertagen Wärme in einen Speicher eingebracht werden kann. Die Wärme wird hierbei immer dann an den Speicher abgegeben, wenn die Wärmepumpe mehr Wärme abgeben als die Heizungsanlage aufnehmen kann. Nachteilig dabei ist, daß durch eine mit namhaftem Aufwand an elektrischer Energie im späteren Frühjahr vorgenommene Wärmespeicherung die freie Kapazität des Speichers völlig oder nahezu völlig ausgenutzt wird, während im Hochsommer, wenn die Umweltwärme mit wesentlich geringerer Antriebsenergie für die Wärmepumpe gewonnen werden könnte, keine Speicherkapazität mehr frei ist. Bekannt ist ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Raumheizung mit Sonnenenergie unter Zuhilfenahme eines Speichers und einer Wärmepumpe. Bei diesem Verfahren wird dem Speicher im Laufe des Winters entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf des Gebäudes Wärme entzogen, wodurch die Temperatur des gewöhnlich mit Wasser als Speichermedium arbeitenden Speichers laufend absinkt. Tritt dann im Laufe z. B. der Monate Dezember oder Januar eine Kältewelle mit besonders tiefen Außentemperaturen auf, besitzt der Speicher längst nicht mehr seine maximale Temperatur und die Speicherwärme muß zu einem für die Versorgungsunternehmen ungünstigen Zeitpunkt, zu dem die Netze stark ausgelastet sind, unter Energieaufwand durch eine Wärmepumpe auf eine höhere Temperatur angehoben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Heizungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu betreiben, daß mit Hilfe einer geeigneten Regeleinrichtung und unter minimalem Einsatz der Wärmepumpe der in einer gegebenen Klimazone zu erwartende Wärmebedarf eines Gebäudes zu Beginn der Heizperiode im Speicher zur Verfügung steht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die Temperatursteuerung des Speichers wird erheblich Antriebsenergie für die Wärmepumpe eingespart.

Die Wärmegewinne aus der Umwelt oder der Sonnenenergie sind in der Regel im Monat April bereits so groß, daß der Speicher ab April meist nur noch zum Ausgleich des unterschiedlichen Wärmeanfalls am Tag und in der Nacht benötigt wird. Sein mittlerer Wärmevorrat könnte also nahe null sein. Damit jedoch die notwendige Wärme bis zum Beginn der Heizperiode gespeichert ist, sollten je nach Klimazone und Anlagenauslegung beispielsweise folgende Prozentsätze an Wärme gespeichert sein:

Ende Mai 15%

Ende Juni 35%

Ende Juli 60%

Ende August 85%

Ende September 100%.

Werden in einem kühlen Sommer jeweils zu den angegebenen Zeitpunkten diese Werte nicht erreicht, dann besteht die Gefahr, daß bis zum Beginn der Heizperiode der Speicher nicht voll aufgeheizt ist. Durch den Einsatz der Wärmepumpe läßt sich auch in diesem Falle noch während des Sommers der Umweit vermehrt Wärme entziehen und dem Speicher zuführen. Die Wärmepumpe arbeitet dabei mit einer günstigen Leistungsziffer ε, da die Temperaturdifferenz zwischen der Verdampfer- upd der Kondensatortemperatur klein ist.

Zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Die erfindungsgemäße Heizungsanlage ist in der Zeichnung beispielsweise und rein schema tisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Anlage, bei welcher der Sonnenkollektor direkt mit dem Speicher oder dem Verdampfer der Wärmepumpe verbindbar ist,

Fig. 2 eine Anlage, bei welcher der Sonncnkollcktor über einen Wärmetauscher mit dem Speicher oder der Wärmepumpe verbindbar ist,

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I wird die Sonnenenergie oder die Umweltwärme über einen Sonnenkollektor oder Wärmeaustauscher 1 gewonnen und über einen durch eine Pumpe 2 im Umlauf gehaltenen Kreislauf frostfester.Flüssigkeit mittels einer Rohrschlange 3 dem Speicher 10 zugeführt. Aus dem Speicher 10 fließt der Wärmeträger nach Maßgabe des Rücklaufbeimischventils 14 und auf Grund der Arbeit der Umwälzpumpe 13 dem Wärmevertoilungssystem z. B. einem Heizkörper 15 zu. Ein Wärmepumpenkompressor 4 mit Expansionsventil 7 und Wärmeaustauschern 9 (Verdmapfer) und 20 (Kondensator) kann die aus der Rohrschlange 3 kommende frostfeste Flüssigkeit, die etwa die Temperatur des Speichers 10 hat, weiter entwärmen, ehe sie dem Sonnenkollektor oder Außcnluftwiirmcaustauschcr 1 zufließt. Der Wirkungsgrad dieser Aggregate wird um

so besser, je tiefer ihre Temperatur im Verhältnis zur Umwelttemperatur liegt.

Der je nach Jahreszeit erforderliche Sollwert der Temperatur des Speichers 10 wird durch das Jahreszeitglied 25, das in der Zeichnung Fig. 1, als Motorpotentiometer dargestellt ist, vorgegeben. Dieses Motorpotentiometer befindet sich mit dem Temperaturfühler 26 sowie den Stellwiderständen 27 und 28 in einer Brückenschaltung, die an Spannung U liegt. Die Steller der Widerstände 27 und 28 dienen dazu, die Brücke einzujustieren. Entspricht die mit dem Temperaturfühler 26 gemessene Temperatur des Speichers nicht mindestens dem durch das Jahreszeitglied 25 vorgegebenen Sollwert, dann veranlaßt der Brükkenquerstrom über ein Steuergerät 29, daß der Wärmepumpenkompressor 4 in Betrieb geht; bei Sonnenenergieheizung ist diese Betriebszeit auf die Tagzeit beschränkt. Außerdem veranlaßt das Steuergerät über an sich bekannte Brücken- und Kippschaltungen, daß je nach der vom Sonnenkollektor 1 erreichten Temperatur tf_t die frostfeste Flüssigkeit ihre WS,-me unmittelbar in den Speicher 10 einbringt (wenn ü_k>&_s) und der Verdampfer 9 eine Nachentwärmung dieser Flüssigkeit bewirkt oder daß durch das Öffnen des Ventils k und das Schließen des Ventils Ii dem Verdampfer 9 der Wärmepumpe die frostfeste Flüssigkeit unmittelbar von 1 zufließt.

"> Die Steuerzuleitungen von Steuergerät 29 zu den einzelnen Ventilen wurden in die Zeichnung der klaren Übersicht wegen nicht eingetragen. An Steife der in der Zeichnung dargestellten Brückenschaltung kann z. B. auch eine Spannungsteilerschaltung verwendet werden.

Wird in die Verbindungsleitung der frostfesten Flüssigkeit zwischen Sonnenkollektor 1 und Speicher 10 ein Wärmetauscher 30 eingebracht, wie die Zeichnung, Fig. 2 zeigt, dann kann bei Wärmepumpenbe-

> trieb, wenn u_k < &_s, die Flüssigkeitswärme dem Speicher zugeführt werden. Die MeßsteHe tf_a stellt dabei die Temperatur der frostfesten Flüssigkeit vor dem Speicher fest und läßt über das Dreiwegeventil "Λ2 und den Wärmetauscher 30 nur so viel Flüssigkeit in die

-'» Rohrschlange 3 des Speichers 10 fifoßen, daß deren Temperatur #„> &_s ist. Der Rest der Flüssigkeil: fließt über das Ventil 32 unmittelbar dem Wärmetauscher 9 zu.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Heizungsanlage, die eine Wärmepumpe und einen von einem Sonnenkollektor aufladbaren Speicher aufweist, dadurch gekennzeichnet,

1.1 daß der Istwert der Speichertemperatur gemessen und mit einem zwischen zwei Heizperioden monatsweise ansteigenden Sollwert verglichen wird,

1.2 daß ab Erreichen des Sollwertes der Speicher (10) ausschließlich von einer den Sonnenkollektor (1) durchströmenden frostfesten Flüssigkeit aufgeheizt wird, und

1.3 daß unterhalb des Sollwertes die frostfeste Flüssigkeit ausschließlich dem Verdampfer (9) zugeführt und der Speicher (10) über die Wärmepumpe aufgeheizt wird.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert kontinuierlich durch ein Motorpotentiometer (25) verstellbar ist.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Speicher (10) zufließende, aus dem Sonnenkollektor (1) kommende, frostfeste Flüssigkeit über einen Wärmetauscher (30) geführt wird, der zwischen dem Kondensator (20) und dem Expansionsventil (7) angeordnet ist.