DE2558513C2 - Central heating system with heat pump and heating water storage tank - Google Patents
Central heating system with heat pump and heating water storage tankInfo
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Description
4040
Die Erfindung betrifft eine Zentralheirungsanlage mit einer Wärmepumpe, einer Umwälzpumpe, einem Heizwasserspeicher und einem Ventil vor der Raumheizungsanlage, dessen Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf der Raumheizungsanlage mittels eines Stellantriebs gesteuert ist.The invention relates to a central heating system a heat pump, a circulation pump, a heating water storage tank and a valve upstream of the space heating system, its opening cross-section depending on the heat demand of the space heating system is controlled by means of an actuator.
Eine derartige Zentralheizungsanlage ist in der DE-OS 23 55 167 beschrieben. Dort ist eine Vorlaufleitung vorgesehen, welche bei Wärmeanforderung der Heizungsanlage sofort, einen Teilstrom zuführt. Der restliche Teilstrom wird ebenfalls der Heizungsanlage und/oder einem mit der Heizungsanlage verbundenen Heizwasserspeicher zugeführt. Ist zu Beginn einer Heizphase eine große Wärmemenge erforderlich, dann kann die Wärmepumpe allein.diese in kurzer Zeit nicht aufbringen.Such a central heating system is described in DE-OS 23 55 167. There is a supply line there provided, which immediately supplies a partial flow when the heating system is required to heat. Of the the remaining partial flow is also connected to the heating system and / or one connected to the heating system Heating water storage tank supplied. If a large amount of heat is required at the beginning of a heating phase, then the heat pump alone cannot generate this in a short time.
In der DE-OS 20 07 149 ist eir.e Elektrospeicher-Zentralheizungsanlage beschrieben, öe mit einer Ladepumpe und einer Entladepumpe arbeitet Die Pumpen liegen bezogen auf den Raumheizungskreis in Reihe, so daß durch gleichzeitiges Einschalten beider Pumpen das Heizwasserangebot für die Raumheizungsanlage nicht vergrößert werden kann.In DE-OS 20 07 149 eir.e is an electric storage central heating system described, öe works with a charge pump and a discharge pump The pumps are lying related to the space heating circuit in series, so that by switching on both pumps at the same time, the The heating water supply for the space heating system cannot be increased.
Bei einer Zentralheizungsanlage mit einem Durchlauferhitzer lädt dieser in den Niedertarifzeiten einen Heizwasserspeicher. Zu Hochtarifzeiten wird das Heizwasser des Speichers zur Raumbeheizung eingesetzt. Bei einer solchen Anlage erfolgt die Raumbeheizung entweder direkt über den Durchlauferhitzer oder aus dem Heizwasserspeicher. Es muß demnach der Durchlauferhitzer als auch der Heizwasserspeicher so groß ausgelegt werden, daß sie den maximalen Wärmebedarf decken können. Besonders ungünstig ist dieses System beim Einsatz einer Wärmepumpe, die an sich geeignet ist, auch in der Hochtarifzeit eine Grundlast wirtschaftlich zu decken. Ein besonders großer Wärmebedarf tritt zu Beginn der Hochtarifzeit, beispielsweise um 6.00 Uhr, dann auf, wenn, wie üblich in der vorangegangenen Nachi die zu beheizenden Räume nur wenig erwärmt wurden. Diesen Wärmebedarf mit der Wärmepumpe allein in angemessen kurzer Zeit zu decken, würde eine unverhältnismäßig starke Dimensionierung der Wärmepumpe erfordern.In the case of a central heating system with a flow heater, this charges you during the low tariff periods Heating water storage tank. At high tariff times, the heating water in the storage tank is used for room heating. In such a system, the room is heated either directly via the water heater or from the heating water storage tank. The water heater as well as the heating water storage must therefore be like this be designed so that they can meet the maximum heat demand. Is particularly unfavorable this system when using a heat pump, which is suitable in itself, also in the high tariff period To cover the base load economically. A particularly large heat demand occurs at the beginning of the high tariff period, for example at 6:00 a.m., when, as usual in the previous night, the rooms to be heated were only slightly heated. This heat demand can be increased in a reasonably short time with the heat pump alone cover would require a disproportionately large dimensioning of the heat pump.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentralheizungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine schnelle Raumaufhdzung gestattet, ohne daß die Wärmepumpe oder der Heizwasserspeicher allein zur Deckung eines maximalen Wärmebedarfs angelegt ist.The object of the invention is to provide a central heating system of the type mentioned, which has a Fast room heating is possible without the heat pump or the heating water tank being used alone Coverage of a maximum heat demand is created.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Zentralheizungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß die Raumheizungsanlage bei großem Öffnungsquerschnitt des Ventils gleichzeitig mit von der Wärmepumpe erwärmtem Wasser und mit Heizwasser aus dem Heizwasserspeicher gespeist ist, daß dem Heizwasserspeicher eine Beimischpumpe vorgeschaltet ist, die ebenso wie die der Wärmepumpe vorgesciialtete Umwälzpumpe mit dem Ventil verbunden ist und daß die Beimischpumpe bei großem Öffnungsquerschnitt des Ventils gleichzeitig mit der Umwälzpumpe arbeitetAccording to the invention, the above object is in a central heating system of the type mentioned solved in that the space heating system at the same time with a large opening cross-section of the valve water heated by the heat pump and fed with heating water from the heating water storage tank, that the heating water storage tank is preceded by a mixing pump, which is just like that of the heat pump vorgesciialtete circulation pump is connected to the valve and that the admixing pump at large Opening cross-section of the valve works simultaneously with the circulation pump
In diesem Fall braucht die Wärmepumpe nicht auf einen maximalen Wärmebedarf ausgelegt zu sein, da sie in Fällen hohen Wärmebedarfs von dem Heizwasserspeicher unterstützt ist Die Erwärmung der Räume auf die gewünschte Solltemperatur erfolgt dadurch sehr schnell.In this case, the heat pump does not need to be designed for a maximum heat demand, as it In cases of high heat demand, the heating water storage tank supports the heating of the rooms the desired setpoint temperature is thereby achieved very quickly.
Vorzugsweise läuft die Beimischpumpe ab etwa 2Iy Öffnung des Ventils. Sobald durch die temperaturgesteuer'e öffnung des Ventils angezeigt wird, daß ein erhöhter Wärmebedarf vorliegt, wird die Raumbeheizungsanlage nicht nur durch die Wärmepumpe, sondern auch aus dem in der vorhergehenden Niedertarifzeit erhitzten Heizwasserspeicher gespeist. The admixing pump preferably runs from about 2 Iy opening of the valve. As soon as the temperature-controlled opening of the valve indicates that there is an increased demand for heat, the room heating system is not only fed by the heat pump, but also from the heating water storage tank that was heated in the previous low tariff period.
Vorzugsweise wird die Beimischpumpe von einem Kontakt geschaltet, der von dem Stellantrieb des Ventils betätigt ist. Sobald der Kontakt bei der beispielsweise 2/3-öffnung des Ventils schließt, wird zusätzlich zu dem Heizwasser der Wärmepumpe Heißwasser aus dem Heizwasserspeicher der Raumheizanlage zugeführt. Selbstverständlich arbeitet die Beimischpumpe auch dann, wenn in etwaigen Sperrzeiten die Wärmepumpe nicht eingeschaltet ist und ein Wärmebedarf vorliegt, der zu einer weitgehenden öffnung des Ventils führtThe admixing pump is preferably switched by a contact which is actuated by the actuator of the valve. Once the contact in the example, 2/3 of the valve opening closes, is fed in addition to the heating water of the heat pump hot water from the Heizwasserspeicher the space heating system. Of course, the admixing pump also works when the heat pump is not switched on during any blocking times and there is a need for heat that leads to the valve being largely opened
Auf den Stellantrieb des Ventils wirkt in Ausgestaltung der Erfindung einerseits die Vorlauftemperatur und andererseits die Außentemperatur ein. Hierbei wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur die zur Raumbeheizung notwendige Vorlauftemperatur eingestellt.In one embodiment of the invention, the flow temperature acts on the actuator of the valve and on the other hand the outside temperature. This depends on the respective outside temperature the flow temperature required for room heating is set.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem schematisch das Leitungsnetz einer Zentralheizungsanlage mit Wärmepumpe dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel wird nachfolgend näher erläutert.The figure shows an embodiment of the invention, in which, schematically, the line network of a Central heating system with heat pump is shown. This exemplary embodiment is explained in more detail below explained.
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.The central heating system has a heating unit 1. The heating unit 1 comprises a heat pump 2 and one of these downstream electrical water heaters 3 and a circulation pump 4.
Die Wärmepumpe arbeitet — abgesehen von Sperrzeiten der Elektrizitätsversorgungsunternehmen — in der Hochtarifzeit und in der Niedertarifzeit. Sie heizt das ihr zugeführte Heizwasser auf ca. 600C 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 Hochtarifzek eine zusätzliche Beheizung notwendig werden, schaltet eine Teilleistung des Durchlauferhitzers ein.The heat pump works - apart from the shutdown periods of the electricity supply companies - in the high tariff period and in the low tariff period. It heats the heating water supplied to it to approx. 60 ° C. If this temperature is too low for the respective heat requirement, the instantaneous water heater switches on at half or full output during the low tariff period, which leads to a corresponding increase in the heating water temperature.
An die Heizeinheit 1 ist eine Vorlaufleitung 5 und eine Rücklaufleitung 6 angeschlossen. Über ein Drei-Wege-Ventil 7 findet eine Verzweigung in einen Vorlaufzweig 8 zu der Raumheizungsanlage 9 und in einen Vorlaufzweig 10 zu einem Brauchwasse'beheizer 11 statt. Das Drei-Wege-Ventil 7 ist von einem Stellmotor 12 gesteuert, der in Wirkverbindung mit einem Temperaturfühler 13 im Brauchwasserbereiter 11 steht. Der Brauchwasserbeheizer wird mit Heizwasser versorgt, sobald dessen Temperatur unter einen Sollwert, beispielsweise 50° C, abgesunken ist. Die Beheizung des Brauchwassers hat somit Vorrang gegenüber der Heizungsanlage 9.To the heating unit 1 is a feed line 5 and a Return line 6 connected. Via a three-way valve 7 finds a branch into a flow branch 8 to the space heating system 9 and into one Flow branch 10 to a Brauchwasse'beheizer 11 instead. The three-way valve 7 is a servomotor 12 controlled, which is in operative connection with a temperature sensor 13 in the domestic water heater 11. The domestic water heater is supplied with heating water as soon as its temperature falls below a setpoint, for example 50 ° C, has dropped. The heating of the domestic water has priority over the Heating system 9.
Parallel zur Wärmepumpe 2 liegt eine Umgehungsleitung 14. In diese ist ein Magnetventil 15 eingeschaltet. Dieses Magnetventil ist von einem Kaltwasser-Rücklauftemperaturbegrenzer 16 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 16 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.A bypass line 14 is located parallel to the heat pump 2. A solenoid valve 15 is switched into this. This solenoid valve is controlled by a cold water return temperature limiter 16, that of the heat pump 2 is connected upstream As soon as the temperature of the water in the return line 6 exceeds a value, at which the heat pump could no longer work economically, the return temperature limiter opens 16 the solenoid valve 15 and blocks the return line 6. The temperature at which this takes place is for example above 45 ° C. This ensures that the heat pump at higher return temperatures not running, whereby on the one hand the wear and tear of the heat pump 2 is reduced and on the other hand the The electrical energy required to operate the heat pump is saved.
Zwischen den Vorlaufzweig 8 und die Rücklaufleitung 6 ist eine Speichereinheit 17 geschaltet, diese weist drei hintereinandergeschaltete Speicherbehälter 18, 19 und 20 auf. Der 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.A storage unit 17 is connected between the flow branch 8 and the return line 6; it has three storage containers 18, 19 and 20 connected in series. The storage container 18 is above a Solenoid valve 21 on the flow branch 8. The storage container 20 is located on the return line 6. In one Line branches parallel to the solenoid valve 21 are an admixing pump 22 and a check valve 23 intended. In addition, the middle storage container 19 is at its leading into the storage container 18 The end is connected to the flow branch 8 via a solenoid valve 24.
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 18 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 600C 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 in dem Bebälter 18 warmes '•ο 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.The solenoid valve 21 is open when the solenoid valve 24 is closed and vice versa. The solenoid valves 21 and 24 are controlled via a temperature controller 25, the temperature sensor of which is located in the lower region of the storage container 18. When loading the storage containers 18, 19 and 20 with hot water from the heating unit 1, the solenoid valve 21 is initially open. The solenoid valve 24 is closed. As soon as the water temperature at the temperature sensor of the temperature regulator 25 has reached 60 ° C., for example, the solenoid valve 21 closes and the solenoid valve 24 opens. The storage containers 19 and 20 are now loaded. This step-by-step loading of the storage container has a particularly favorable effect when the storage container is being recharged. When the storage tank is unloaded, the water is pumped through the admixing pump 22. The cold water flowing in goes first into the container 20, then into the container 19 and only finally into the container 18. If all storage containers are not completely discharged, then warm water will remain in the container 18 so that it cannot be reloaded must become. In this case, only the storage tanks 19 and 20 are filled with hot water during the reloading process via the solenoid valve 24.
Vor der Heizungsanlage 9 liegt eine Hauspumpe 26 und ein Drei-Wege-Mischventil 27. An dieses ist der Vorlaufzweig 8 und über einen Rücklaufbegrenzer 28 eine Querleitung 29 angeschlossen. Wie üblich wird über ein 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.A house pump 26 and a three-way mixing valve 27 are located in front of the heating system 9 Flow branch 8 and a cross line 29 connected via a return limiter 28. As usual it will be over a return limiter 28 or the cross line 29 overflows the water flowing back from the heating system 9 the mixing valve 27 is partially fed back to the heating system 9 when the return temperature is not The return limiter 28 controls the mixing valve 27 via a servomotor for this purpose 30th
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 2Iz geöffnet ist, schließt sich ein elektrischer Schaltkontakt 31.If the heat demand required by the heating system 9 is high, a large amount of hot water must flow through the flow branch 8 and the mixing valve 27. This is to be expected especially after the end of the low tariff period (10 p.m. to 6 a.m.), as the heating system works with reduced heat output during the low tariff period. As soon as the mixing valve is open for about 2 Iz , an electrical switching contact 31 closes.
Hierdurch wird die Beimischpumpe 22 eingeschaltet und fördert zusätzlich zu der Wärmepumpe 2 Heißwasser zur Heizungsanlage 9. 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 213 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.As a result, the admixing pump 22 is switched on and, in addition to the heat pump 2, conveys hot water to the heating system 9. This ensures that the target temperature in the rooms to be heated with the heating system 9 is reached quickly. Once it is reached, the opening cross section of the mixing valve downsized 27. If the mixing valve 27 only opened less than 2 13, the shunt 22 is switched off again and the further heating occurs only via the heat pump 2. Further, the mixing pump 22 also operates, if, for example, during blocking times, the heat pump 2 is switched off.
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 8O0C eingestellt. Im Vergleich zu der tatsächlich gegebenen Vorlauftemperatur wird das Mischventil 27 dann mehr oder weniger geöffnet.An outside sensor also acts on the mixing valve 27. By this the desired flow temperature is set depending on the outside temperature, for example at 50, 60, 70 or 8O 0 C. In comparison to the actual flow temperature, the mixing valve 27 is then opened to a greater or lesser extent.
Im Sommer ist eine Beheizung der Speicherbehälter 18, 19 und 20 und der Heizungsanlage 9 überflüssig. Es muß lediglich der Brauchwasserbeheizer 11 arbeilen. Da dessen Volumen im Vergleich zu dem der Speicherbehälter niedrig ist, kann mehrfache Brauchwasserentnahme zu einem häufigen, kurzfristigen Einschalten der Wärmepumpe 2 führen. Um dies zu vermeiden, ist ein im fc5 Sonrnerbetrieb wirksames Zeitschaltwerk vorgesehen, das die Wärmepumpe nur an wenigen Stunden zum Einschalten freigibt. Beispielsweise ist das Zeitschaltwerk 32 so eingestellt, daß die Wärmepumpe zwischenIn summer, the storage tanks 18, 19 and 20 and the heating system 9 do not need to be heated. It only the domestic water heater 11 has to work. There the volume of which is low compared to that of the storage tank, can be used multiple times lead to frequent, short-term switching on of heat pump 2. To avoid this, an im fc5 buzzer operation effective time switch provided, which only enables the heat pump to be switched on for a few hours. For example, is the timer 32 set so that the heat pump between
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 Brauchwasserbeheizers 11 erst dann erfolgt, wenn dessen Rücklauftemperatur5:00 a.m. to 6:00 p.m. and 2:00 p.m. to 3:00 p.m. If necessary, the time switch mechanism can also be switched off. It is also provided that after-heating of the domestic water heater 11 only takes place when its return temperature 45°C unterschritten hat Es ist damit erreicht, daß die Wärmepumpe in ihrem wirtschaftlichen Arbeitsbereich arbeitet und ein Einschalten des Durchlauferhitzers weitgehend vermieden ist.Has fallen below 45 ° C. This means that the The heat pump is working in its economic working range and the instantaneous water heater is switched on is largely avoided.
Claims (5)
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