DE2558511A1

DE2558511A1 - Zentralheizungsanlage mit einer waermepumpe

Info

Publication number: DE2558511A1
Application number: DE19752558511
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Ing Grad Bakos; Manfred Ing Grad Fischer; Hans Juergen Dipl Ing Kohnke
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1977-06-30
Also published as: DE2558511C2

Description

Stiebet Eltron ^Akte 387 Holzminden Dr.-SHebel-Straße Zentralheisuriffsanlage mit einer Wärmepumpe.

Die Erfindung betrifft eine Zentralheizungsanlage mit einer Wärmepumpe und insbesondere einem Warmwasserspeicher.

Dem praktischen Einsatz einer Wärmepumpe in einer Zentralheizungsanlage/ die den Wärmebedarf, beispielsweise eines Wohnhauses, ganzjährig decken soll, stehen verschiedene Schwierigkeiten im Wege. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit empfiehlt es sich nicht, die Wärmepumpe so groß zu dimensionieren, daß sie jeden Spitzen-Wärmebedarf decken kann. Es sollte deshalb eine zusätzliche Wärmequelle vorgesehen sein. "»

Weiterhin ist der wenig elastische Regelbereich einer Wärmepumpe ungünstig. Diese arbeitet wirtschaftlich nur zwischen relativ begrenzten Temperaturniveaus. Selbst eine Vergrößerung der Leistung der Wärmepumpe ändert hieran wenig.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Zentralheizungsanlage mit einer Wärmepumpe vorzuschlagen, bei der ein unwirtschaftlicher Betrieb der Wärmepumpe vermieden ist.

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Nach„der Erfindung ist dies dadurch erreicht, daß hinter die Wärmepumpe ein Durchlauferhitzer geschaltet ist, daß der Wärmepumpe eine Umgehungsleitung mit einem in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Wassers betätigten Ventil parallel geschaltet ist, das geöffnet ist, wenn die Rücklauftemperatur nur wenig unterhalb der mit der Wärmepumpe erreichbaren Vorlauftemperatur liegt, und daß bei geöffnetem Ventil die Wärmepumpe abgeschaltet ist. Die Wärmepumpe deckt in diesem Fall eine Grundlast. Der Durchlauferhitzer kann entweder ein Gas- oder Elektr©-Durchlauferhitzer sein. Letzterer arbeitet vorzugsweise in der Niedertarif zeit, wenn die Wärmelieferung der Wärmepumpe nicht zur gewünschten Beheizung der Räume oder des Warmwasserspeichers ausreicht. Durch die Umgehungsleitung ist erreicht, daß dann, wenn die Rücklauftemperatur so hoch ist, daß die Wärmepumpe wirtschaftlich praktisch keine weitere Erwärmung vornehmen kann, letztere außer Betrieb gesetzt und umgangen wird.. Dieser Fall kann insbesondere zur Niedertarif zeit dann auftreten, wenn der Warmwasserspeicher zwar weitgehend, aber noch nicht vollständig die gewünschte Temperatur angenommen hat. In diesem Fall erfolgt die Restaufladung des Warmwasserspeichers ausschließlich durch den Durchlauferhitzer. Insgesamt ist somit sowohl für den Fall des hohen Wärmebedarfs als auch für den Fall der hohen Rücklauftemperatur ein wirtschaftlicher Wärmepumpenbetrieb möglich. Beachtlich ist, daß hierbei nicht nur der Stromverbrauch, sondern entscheidend die Anlagekosten der

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Wärmepumpe und deren betriebsdauerabhängiger Verschleiß ins Gewicht fällt.

Die Rücklauftemperatur, bei der das Ventil geöffnet und die Wärmepumpe abgeschaltet ist, liegt vorzugsweise über 45 ° C.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Rücklauftemperatur von einem Temperaturfühler erfasst, der über ein Stellglied das Ventil öffnet, den Wärmepumpenzulauf sperrt und die Wärmepumpe abschaltet.

Bei einer Zentralheizungsanlage mit einem Brauchwasserbeheizer liegt auch dessen Rücklauf an der Umgehungsleitung. Dadurch ist erreicht, daß, wenn beispielsweise im Sommerbetrieb, bei dem die Raum-Heizung abgeschaltet ist, eine hohe* Rücklauf temperatur aus dem Brauchwasserbeheizer vorliegt, die Umgehungsleitung geöffnet und die Wärmepumpe abgeschaltet wird. Im Winterbetrieb, wenn auch die Raum-Heizungsanlage eingeschaltet ist, macht sich der Einfluß der Rücklauftemperatur aus dem Brauchwasserbeheizer weniger bemerkbar.

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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen. Die Figur zeigt schematisch das Leitungsnetz einer Zentralheizungsanlage mit Wärmepumpe.

Die Zentralheizungsanlage weist eine Heizeinheit 1 auf. Die Heizeinheit 1 umfasst eine Wärmepumpe 2 und einen dieser nachgeschalteten elektrischen Durchlauferhitzer 3* sowie eine Umwälzpumpe 4·

Die Wärmepumpe arbeitet - abgesehen von Sperrzeiten der Elektrizitätsversorgungsunternehmen - in der Hochtarifzeit und in der Niedertarifzeit. Sie heizt das ihr zugeführte Heizwasser auf ca. 60 ° C auf. Ist diese Temperatur für den jeweiligen Wärmebedarf zu gering, schaltet in der Niedertarifzeit der Durchlauferhitzer mit seiner halben oder der vollen Leistung ein, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Heizwassertemperatur führt. Sollte in der Hochtarifzeit eine zusätzliche Beheizung notwendig werden, schaltet eine Teilleistung des Durchlauferhitzers ein.

An die Heizeinheit 1 ist eine Vorlaufleitung 5 und eine Rücklaufleitung 6 angeschlossen. Über ein 3-Wege-Ventil 7 findet eine Verzweigung in einen Vorlaufzweig 8 zu der Raumheizungsanlage 9 und in einen Vorlaufzweig 10 zu einem Brauchwasserfeeheizer 11 statt. Das 3-Wege-Ventil 7 ist von einem Stell-

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motor 12 gesteuert, der in Wirkverbindung mit einem Temperaturfühler 13 im Brauchwasserbereiter 11 steht. Der Brauchwasserbeheiz er wird mit Heizwasser versorgt, sobald dessen Temperatur unter einen Sollxvert, beispielsweise 50 C, abgesunken ist. Die Beheizung des Brauchwassers hat somit Vorrang gegenüber der Heizungsanlage 9.

Parallel zur Wärmepumpe 2 liegt eine Umgehungsleitung 14. In diese ist ein Magnetventil 15 eingeschaltet. Dieses Magnetventil ist von einem Kaltwasser-Rücklauftemperaturbegrenzer l6 gesteuert, der der Wärmepumpe 2 vorgeschaltet ist. Sobald die Temperatur des Wassers in der Rücklaufleitung 6 einen Wert übersteigt, bei dem die Wärmepumpe nicht mehr wirtschaftlich arbeiten könnte, öffnet der Rücklauftemperaturbegrenzer l6 das Magnetventil 15 und sperrt die Rücklaufleitung 6. Die Temperatur, bei der dies erfolgt, liegt beispielsweise oberhalb 45 ° C. Hierdurch ist erreicht, daß bei höheren Rücklauftemperaturen die Wärmepumpe nicht läuft, wodurch einerseits der Verschleiß der Wärmepumpe 2 vermindert wird und andererseits die zum Betrieb der Wärmepumpe notwendige elektrische Energie gespart wird.

Zwischen den Vorlaufzweig 8 und die Rücklaufleitung 6 ist eine Speichereinheit 17 geschaltet, diese weist drei hintereinandergeschaltete Speicherbehälter 1$, 19 und 20 auf. Der

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Speicherbehälter 18 liegt über ein Magnetventil 21 an dem Vorlaufzweig 8. Der Speicherbehälter 20 liegt an der Rücklaufleitung 6. In einem Leitungszweig parallel zum Magnetventil 21 sind eine Beimischpumpe 22 und ein Rückschlagventil 23 vorgesehen. Zusätzlich ist der mittlere Speicherbehälter 19 an seinem in den Speicherbehälter 18 führenden Ende über ein Magnetventil 24 mit dem Vorlaufzweig 8 verbunden.

Das Magnetventil 21 ist geöffnet, wenn das Magnetventil 24 geschlossen ist und umgekehrt. Die Steuerung der Magnetventile 21 und 24 erfolgt über einen Temperaturregler 25* dessen Temperaturfühler im unteren Bereich des Speicherbehälters sitzt. Beim Laden der Speicherbehälter 18, 19 und 20 mit heißem Wasser aus der Heizeinheit 1 ist zunächst das Magnetventil 21 geöffnet. Das Magnetventil 24 ist geschlossen. Sobald die Wassertemperatur am Temperaturfühler des Temperaturreglers 25 beispielsweise 60 ° C erreicht hat, schließt das Magnetventil 21 und das Magnetventil 24 öffnet. Es werden jetzt die Speicherbehälter 19 und 20 geladen. Dieses stufenweise Laden der Speicherbehälter wirkt sich besonders im Fall der Nachladung der Speicherbehälter günstig aus. Beim Entladen der Speicherbehälter wird das Wasser durch die Beimischpumpe 22 gefördert. Das nachfliessende kalte Wasser gelangt zuerst in den Behälter 20, dann in den Behälter 19 und erst zum Schluß in den Behälter 18. Erfolgt keine vollständige Entladung sämtlicher Speicherbehälter, dann wird

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in dem Behälter X8 warmes Wasser verbleiben, so daß dieser nicht nachgeladen werden muß. In diesem Fall werden beim Nachladevorgang über das Magnetventil 24 lediglich die Speicherbehälter 19 und 20 mit heißem Wasser gefüllt. Hierdurch ist die zum Laden der Speicherbehälter notwendige Pumparbeit wesentlich verringert, da das Heizwasser des Speicherbehälters 18 nicht in den Speicherbehälter 19 bzw. 20 gepumpt werden muß.

Vor der Heizungsanlage 9 liegt eine Hauspumpe 26 und ein 3-Wege-Mischventil 27* An dieses ist der Vorlaufzweig 8 und über einen Rücklaufbegrenzer 28 eine Querleitung 29 angeschlossen. Wie üblich wird über den Rücklaufbegrenzer 28 bzw. die Querleitung 29 das aus der Heizungsanlage 9 zurückfliessende Wasser über das Mischventil 27 teilweise wieder der Heizungsanlage 9 zugeführt, wenn die Rücklauftemperatur nicht ausreichend niedrig ist. Der Rücklaufbegrenzer 28 steuert hierfür das Mischventil 27 über einen Stellmotor 30.

Wenn der von der Heizungsanlage 9 geforderte Wärmebedarf groß ist, muß über den Vorlaufzweig 8 und das Mischventil 27 eine große Menge Heißwasser fließen. Dies ist insbesondere nach Beendigung der Niedertarifzeit (22 bis 6 Uhr) zu erwarten, da in der Niedertarifzeit die Heizungsanlage mit abgesenkter Wärmeabgabe arbeitet. Sobald das Mischventil etwa 2/3 geöffnet ist, schließt sich ein elektrischer Schaltkontakt 31.

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Hierdurch wird die Beimischpumpe 22 eingeschaltet und fördert zusätzlich zu der Wärmepumpe 2 Heißwasser zur Heizungsanlage Hierdurch ist erreicht, daß die Solltemperatur in den mit der Heizungsanlage 9 zu beheizenden Räumen schnell erreicht wird. Sobald sie erreicht ist, verkleinert sich der Öffnungsquerschnitt des Mischventils 27. Ist das Mischventil 27 nur mehr weniger als 2/3 geöffnet, dann wird die Beimischpumpe 22 wieder abgeschaltet und die weitere Beheizung erfolgt nur über die Wärmepumpe 2.

Weiterhin arbeitet die Beimischpumpe 22 auch, wenn, beispielsweise in Sperrzeiten, die Wärmepumpe 2 abgeschaltet ist.

Auf das Mischventil 27 wirkt zusätzlich ein Witterungsfühler ein. Durch diesen wird die gewünschte Vorlauftemperatur je nach der Außentemperatur bei beispielsweise 50, 60, 70 oder 80 C eingestellt. Im Vergleich zu der tatsächlich gegebenen Vorlauftemperatur wird das Mischventil 27 dann mehr oder weniger geöffnet.

Im Sommer ist eine Beheizung der Speicherbehälter l8, 19 und 20 und der Heizungsanlage 9 überflüssig. Es muß lediglich der Brauchwasserbeheizer 11 arbeiten. Da dessen Volumen im Vergldclt zu dem der Speicherbehälter niedrig ist, kann mehrfache Brauchwasserentnahme zu einem häufigen_s kurzfristigen

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Einschalten der Wärmepumpe 2 führen. Um dies zu vermeiden, ist ein im Sommerbetrieb wirksames Zextschaltwerk vorgesehen, das die Wärmepumpe nur an wenigen Stunden zum Einschalten freigibt. Beispielsweise ist das Zeitschaltwerk 32 so eingestellt, daß die Wärmepumpe zwischen 5»00 - 6.00 Uhr und 14·00 - 15.00 Uhr einschalten kann. Im Bedarfsfalle kann die Wirkung des Zeitschaltwerks auch abgeschaltet werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die Nachheizung des Brauchwasser* beheizers 11 erst dann erfolgt, wenn dessen Rücklauftemperatür 45 ° C unterschritten hat. Es ist damit erreicht, daß die Wärmepumpe in ihrem wirtschaftlichen Arbeitsbereich arbeitet und ein Einschalten des Durchlauferhitzers weitgehend vermieden ist.

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Claims

Akte 387

Patentansprüche

{ 1. JZentralheizungsanlage mit einer Wärmepumpe und insbesondere einem Warmwasserspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß hinter die Wärmepumpe (2) ein Durchlauferhitzer (3) geschaltet ist, daß der Wärmepumpe (2) eine Umgehungsleitung (l4) mit einem in Abhängigkeit von der Rücklaufteraperatur des Wassers betätigten Ventil (15) parallel geschaltet ist, das geöffnet ist, wenn die Rücklauftemperatur nur wenig unterhalb der mit der Wärmepumpe (2) erreichbaren Vorlauftemperatur liegt, und daß bei geöffnetem Ventil (15) die Wärmepumpe (2) abgeschaltet ist.
2. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlauferhitzer (3) das Wasser auf die notwendige Vorlauftemperatür bringt.
3. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) b'ei einer Rücklauft emper at ur größer al« 45 ° C geöffnet ist.
4· Zentralheizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauftemperatur von einem Temperaturfühler (l6) erfasst ist, der über ein Stellglied (16) das Ventil (15) öffnet, den Wärmepumpenzulauf (l6) sperrt und die Wärmepumpe (2) abschaltet.

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5. Zentralheizungsanlage mit einem Brauchwasserbeheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf des Brauchwasserbeheizers (ll) an der Umgehungsleitung (14) liegt.

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