DE2624147A1 - Compact wall element heating system with heat pump - has heat absorber, insulator and heat emitting surface - Google Patents
Compact wall element heating system with heat pump - has heat absorber, insulator and heat emitting surfaceInfo
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Abstract
Description
Licht, Schmidt, Hansmann & Herrmann PatentanwälteLicht, Schmidt, Hansmann & Herrmann patent attorneys
J München: Dipl.-Ing. MaftifrLfchT ' v 'J Munich: Dipl.-Ing. MaftifrLfchT ' v '
^ Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann^ Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann
Dipl.-Phys Sebastian HerrmannDipl.-Phys Sebastian Herrmann
' Patentanwälte Licht, Hansmann. Herrmann-8München2 Theresienstr.33 ' OppenaUI Dr. Reinhold Schmidt'Patent Attorneys Licht, Hansmann. Herrmann-8München2 Theresienstr. 33 'OppenaUI Dr. Reinhold Schmidt
8 München 2 Theresienstraße 338 Munich 2 Theresienstraße 33
28. Mai 1976May 28, 1976
Ha/zHa / z
DIETER OHRENDORFDIETER OHRENDORF
Scheidweg 1
5900 Siegen 1Scheidweg 1
5900 victories 1
11 Warmepumpenhei ζ vor richtung" 11 heat pump heat ζ before direction "
Die Erfindung betrifft eine Warmepumpenheizvorrichtung.The invention relates to a heat pump heating device.
Es ist seit langem allgemeines Fachwissen in der Wärmetechnik, daß man mittels eines thermodynamischen Kreisprozesses Wärme hoher Temperatur aus Wärme niederer Temperatur erzeugen kann, indem man beispielsweise der ein Gebäude umgebenden Außenluft Wärme entzieht und in das Gebäude hineinpumpt. Dazu wird beispielsweise verwiesen auf Meyers Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, Stichwort "Wärmepumpe".It has long been general knowledge in thermal engineering that one can use a thermodynamic cycle High-temperature heat can be generated from lower-temperature heat, for example by using the a building extracts heat from the outside air and pumps it into the building. Reference is made to this, for example on Meyer's lexicon of technology and the exact natural sciences, Keyword "heat pump".
In der einschlägigen Fachliteratur findet sich der Hinweis, daß man für eine Wärmepumpenheizung für Gebäude beispiels-In the relevant specialist literature there is a note that that for a heat pump heating system for buildings, for example
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Telefon (089) 281202 Telegramm: Lipatli München Bayer Vereinsbank München, Kto.-Nr. 882495 Postscheck München Nr 163397-802Telephone (089) 281202 Telegram: Lipatli Munich Bayer Vereinsbank Munich, account no. 882495 Postscheck Munich No. 163397-802
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
weise unter dem Gebäude in den Boden eine große Wärmeaustauschfläche anbringen könne, die den Verdampfer der Wärmepumpe aufnimmt. Abgesehen von dem großen Flächenbedarf ergeben sich bei einer solchen Anordnung oder einer entsprechenden Anordnung eines Wärmetauschers in der Außenluft unerwünscht lange und komplizierte Leitungsverbindungen zu den "übrigen Bestandteilen der Wärmepumpe, und das mag einer der Gründe dafür gewesen sein, daß eine allgemeine Durchsetzung des Wärmepumpenprinzips auch für Gebäudeheizungen bisher noch nicht erfolgt ist.wise a large heat exchange surface in the ground under the building can attach, which houses the evaporator of the heat pump. Apart from the large space requirement arise with such an arrangement or a corresponding arrangement of a heat exchanger in the Outside air undesirably long and complicated pipe connections to the "other components of the heat pump, and That may have been one of the reasons why the heat pump principle should also be generally implemented for building heating has not yet taken place.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenheizvorrichtung so kompakt und mit günstig angeordneten Wärmeaustauschflächen zu gestalten, daß sie insbesondere auch als Gebäudeheizung besser als bisher geeignet ist.The present invention is based on the object of making a heat pump heating device so compact and inexpensive to make arranged heat exchange surfaces that they are particularly suitable as a building heating system better than before is.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß die wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Teile der Wärmepumpenheizvorrichtung jeweils auf der Innen- bzw. Außenseite eines einheitlichen Einbau-Wandelementes angeordnet sind.According to the invention, the arrangement is used to achieve this object taken so that the heat-emitting and heat-absorbing parts of the heat pump heater each on the Inside and outside of a uniform built-in wall element are arranged.
Dabei läßt sich eine solche Wärmepumpenheizvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise auch so gestalten, daß das Einbau-Wandelement ein dreischichtiges Gebäude-Mauerbauteil mit Mauerwerks-Anschlußmaßen bildet, wobei die Außenschicht von dem Wärme aufnehmenden Verdampfer, die Mittelschicht von einer Isolierung und die Innenschicht von den Wärme abgebenden Teilen der Wärmepumpe gebildet wird.Such a heat pump heating device can also be designed in a particularly advantageous manner so that the Built-in wall element forms a three-layer building wall component with masonry connection dimensions, the outer layer from the heat-absorbing evaporator, the middle layer is formed by insulation and the inner layer is formed by the heat-emitting parts of the heat pump.
Man könnte im übrigen ein solches Einbau-Wandelement aber auch für Temperierbehälter oder ähnliche Anwendungszwecke heranziehen. Es hat den großen Vorteil, daß es fabrikmäßig vorgefertigt werden kann, so daß der Einbau an der Anwendungs·However, such a built-in wall element could also be used also for temperature control tanks or similar purposes draw in. It has the great advantage that it can be prefabricated in the factory so that it can be installed at the application
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stelle auf einfachste Weise durch übliche mechanische und elektrische Verbindungs- und Anschlußtechniken erfolgen kann, ohne daß es dazu eines Wärmepumpenfachmannes bedürfte. Auch zeichnet sich ein solches Einbau-Wandelement im Gegensatz zu bekannten Wärmepumpenheizvorrichtungen durch einfache, unkomplizierte und gefällige Formgebung aus, so daß eine günstige Raumausnutzung erfolgen kann und kein besonderer Platzbedarf erforderlich ist.place in the simplest possible way by the usual mechanical and electrical connection and connection techniques can without the need for a heat pump specialist. Such a built-in wall element also stands out in contrast to known heat pump heating devices by simple, uncomplicated and pleasing shape, so that a favorable utilization of space can take place and no special space requirement is required.
Bei Ausgestaltung der Wärmepumpenheizvorrichtung als Gebäude-Mauerbauteil wird vorzugsweise der Verdampfer mit einer Ventilationsvorrichtung für die Außenluft ausgestattet. Man kann dann auf vergleichsweise geringer Grundfläche eine vollständig ausreichende Wärmeaustauschfläche unterbringen.When designing the heat pump heating device as a building wall component the evaporator is preferably equipped with a ventilation device equipped for the outside air. You can then do one completely on a comparatively small area accommodate sufficient heat exchange surface.
Bei Ausführung der Wärmepumpenheizvorrichtung als Absorptionswärmepumpe werden vorzugsweise der Austreiber mit Druckbegrenzungsventil, der Kondensator mit Druckbegrenzungsventil und der Absorber alle auf der Gebäudeinnenseite angeordnet und durch isolierende Zwischenstücke voneinander und von den anschließenden Mauerteilen getrennt.When the heat pump heating device is designed as an absorption heat pump preferably the expeller with pressure relief valve, the condenser with pressure relief valve and the absorber are all arranged on the inside of the building and by insulating spacers from each other and from the subsequent parts of the wall separately.
Von besonderem Vorteil ist die Ausgestaltung der Wärmepumpenheizvorrichtung als komplette Fensterbrüstung.The design of the heat pump heating device is particularly advantageous as a complete window parapet.
Selbst bei Vorhandensein anderer Heizanlagen kann man eine Wärmepumpenheizvorrichtung gemäß der vorliegenden ErfindungEven in the presence of other heating systems, a heat pump heating device according to the present invention can be used
2 mit Vorteil als Zusatzheizung mit etwa 1m Wandoberfläche und einer Heizleistung von ca. 1,5 KW bei 0,3 KW elektrischem Anschlußwert ausgestalten.2 with advantage as additional heating with about 1m wall surface and a heating power of approx. 1.5 KW with 0.3 KW electrical connection value.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von Skizzen.A description of embodiments of the invention follows based on sketches.
Skizze 1 zeigt einen Querschnitt durch eine als Mauerbau-Sketch 1 shows a cross section through a wall construction
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teil ausgestaltete Wärmepumpenheizvorrichtung, die nach dem Kompressionsverfahren arbeitet.partially configured heat pump heating device, which works according to the compression method.
Skizze 2 zeigt einen Querschnitt durch eine als Mauerbauteil ausgestaltete Wärmepumpenheizvorrichtung, die nach dem Absorptionsverfahren arbeitet.Sketch 2 shows a cross section through a heat pump heating device designed as a wall component, which works according to the absorption process.
Skizze 3 zeigt eine Ansicht der Außenwandseite einer praktischen Ausführungsform von Wärmepumpenheizvorrichtungen nach Skizze 1 oder Skizze 2.Sketch 3 shows a view of the outer wall side of a practical embodiment of heat pump heating devices according to sketch 1 or sketch 2.
Skizze 4 zeigt einen längs der Linie A-B der Skizze 3 gelegten Schnitt für eine nach dem Kompressionsprinzip arbeitende Wärmepumpenheizvorrichtung. Sketch 4 shows a section along the line A-B of Sketch 3 for a heat pump heating device operating according to the compression principle.
Skizze 5 zeigt einen längs der Linie C-D der Skizze 3 gelegten Schnitt durch eine nach dem Kompressionsprinzip arbeitende Wärmepumpenheizvorrichtung. Sketch 5 shows a section along the line C-D of Sketch 3 through a heat pump heating device operating according to the compression principle.
Skizze 6 zeigt einen gemäß der Linie C-D der Skizze 3 gelegten Schnitt für eine nach dem Absorptionsverfahren arbeitende Wärmepumpenheizvorrichtung.Sketch 6 shows a section along the line C-D of Sketch 3 for a section using the absorption method working heat pump heater.
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Nachstehend sei im einzelnen die Arbeitsweise der nach dem Absorptionsverfahren arbeitenden Wärmepumpenheizvorrichtung gemäß Skizze 2 erläutert:The following is a detailed description of the mode of operation of the heat pump heating device operating according to the absorption method explained according to sketch 2:
In einem Austreiber wird einer Lösung von Kältemittel in Wasser unter erhöhtem Druck mittels elektrischer Energie Wärme zugeführt. Das vorwiegend ausgetriebene Kältemittel gelangt in dampfförmigem Zustand in einen Kondensator, in dem es unter Abgabe von Wärme verflüssigt. Diese Flüssigkeit wird über ein Druckbegrenzungsventil auf einen niedrigen Druck gebracht und einem Verdampfer zugeführt. Im Verdampfer verdampft die Flüssigkeit unter Aufnahme von Wärme. Dieser Dampf wird nun im Absorber von der mageren Lösung, welche ebenfalls über ein Druckbegrenzungsventil dem Absorber zugeführt wird, gelöst. Die dabei frei werdende Wärme wird dem Innenraum zugeführt. Diese fette Lösung wird nunmehr mittels einer Pumpe auf den höheren Austreiberdruck gebracht und dem Austreiber zugeführt.In an expeller, a solution of refrigerant in water is generated under increased pressure by means of electrical energy Heat supplied. The predominantly expelled refrigerant enters a condenser in a vaporous state, in which it liquefies with the release of heat. This liquid is released through a pressure relief valve brought to a low pressure and fed to an evaporator. In the evaporator, the liquid evaporates underneath Absorption of heat. This steam is now in the absorber of the lean solution, which is also via a pressure relief valve is fed to the absorber, dissolved. The heat released in the process is fed into the interior. This fatty solution is now pumped up brought the higher expeller pressure and fed to the expeller.
Die Anordnung der Aggregate ist nun dergestalt, daß der Verdampfer sich an der Außenseite des Wandelementes befindet. Die Außenluft wird mittels eines Ventilators durch den Verdampfer angesaugt und ins Freie zurückgeblasen. Bei einer Temperaturdifferenz von 5°C zwischen Kältemittel undThe arrangement of the units is now such that the evaporator is located on the outside of the wall element. The outside air is sucked in through the evaporator by means of a fan and blown back into the open air. at a temperature difference of 5 ° C between refrigerant and
2 Außenluft können über eine Verdampferoberfläche von 8m etwa 1,2 KW an Wärme dem Kältemittel zugeführt werden. Diese Wärmemenge wird nun über Absorber- und Kondensatoroberflächen, welche eine Gesamtoberfli an den zu beheizenden Raum abgeführt.2 outside air can pass through an evaporator surface of 8m about 1.2 KW of heat can be added to the refrigerant. This amount of heat is now transferred to the absorber and condenser surfaces, which dissipates a total surface to the room to be heated.
2 oberflächen, welche eine Gesamtoberfläche von 5m haben,2 surfaces, which have a total surface of 5m,
Ein Wandheizelement dieser Art, mit einer Heizleistung von etwa 1,5 KW einschließlich der eingebrachten Energie vonA wall heating element of this type, with a heating power of about 1.5 KW including the energy introduced by
ca. 0,3 KW, würde etwa eine Wandoberfläche von 1m beanspruchen. Es läßt sich also ohne weiteres als kompletteapprox. 0.3 KW, would require a wall surface of 1m. It can easily be described as a complete
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FensterbrUstung ausbilden.Form window parapets.
Bei den nach dem Kompressionsverfahren arbeitenden Ausführungsbeispiel gemäß Skizze 1 ist die Anordnung entsprechend getroffen. Bei diesem System ist der Verdampfer an der Außenseite des Bauelementes angeordnet, während Verdichter, Kondensator und Druckbegrenzungsventil sich auf der Innenseite des Bauelementes befinden.In the embodiment working according to the compression method according to sketch 1 the arrangement is made accordingly. In this system is the evaporator arranged on the outside of the component, while the compressor, condenser and pressure relief valve are on are located on the inside of the component.
Während die Skizzen 1 und 2 die als Einbau-Wandelement ausgebildete Wärmepumpenheizvorrichtung im Prinzip veranschaulichen, zeigen die Skizzen 3 bis 6 die Ausgestaltung des Einbau-Wandelementes mit mehr Einzelheiten.While the sketches 1 and 2 illustrate the heat pump heating device designed as a built-in wall element in principle, the sketches 3 to 6 show the design of the built-in wall element in more detail.
Die Skizze 3 zeigt die Ansicht der Außenwandseite des Einbau-Wandelementes. Die Außenwandseite ist für beide Arten von Wärmepumpenheizvorrichtungen (Absorptionsprinzip oder Kompressionsprinzip) die gleiche. Dabei wird die äußere Umgrenzung von einem Blechrahmen gebildet, der beispielsweise als Flansch zur Befestigung in einer Maueröffnung ausgebildet sein kann. Mittels geeigneter Befestigungselemente ist an dem Blechrahmen der Verdampfer mit zentral darin angeordnetem Ventilator befestigt. Die Umwälzung der Luft durch den Verdampfer mittels des Ventilators ist durch die Pfeile in Skizze 4 veranschaulicht.Sketch 3 shows the view of the outer wall side of the built-in wall element. The outside wall side is for both types of heat pump heating devices (absorption principle or Compression principle) the same. The outer boundary is formed by a sheet metal frame, for example can be designed as a flange for fastening in a wall opening. Using suitable fasteners is on attached to the sheet metal frame of the evaporator with a fan arranged centrally in it. The circulation of air through the evaporator by means of the fan is illustrated by the arrows in sketch 4.
Die Skizzen 4 und 5 zeigen zwei rechtwinklig zueinander gelegte Schnitte durch das in Skizze 3 in Ansicht gezeigte Einbau-Wandelement, und zwar für die nach dem Kompressionsprinzip arbeitende Ausführungsform. Dabei veranschaulicht Skizze 4 insbesondere auch die Trennung des auf der Innenwandseite liegenden Kondensators von dem auf der Außenwandseite liegenden Verdampfer durch eine Isolierungs-Schicht. Mit dem zentral angeordneten Ventilator, der die angesaugteThe sketches 4 and 5 show two mutually perpendicular sections through the one shown in sketch 3 in view Built-in wall element, specifically for the embodiment that works according to the compression principle. Illustrated thereby Sketch 4 in particular also shows the separation of the capacitor located on the inner wall side from that on the outer wall side lying evaporator through an insulation layer. With the centrally located fan that draws in
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Luft durch die Zwischenräume des aus Plattenelementen bestehenden Verdampfers bläst, ist bei der nach dem Kompressionsprinzip arbeitenden Ausführungsform auch der Verdichter gekoppelt. Der Antrieb erfolgt mittels eines Außenläufermotors .Air blows through the interstices of the evaporator consisting of plate elements, is also the compressor in the embodiment which works according to the compression principle coupled. It is driven by an external rotor motor.
Bei der in Skizze 6 veranschaulichten praktischen Ausführung einer nach dem Absorptionsprinzip arbeitenden Wärmepumpenheizvorrichtung ist auf der Außenwand-Seite mit dem Außenläufer-Motor und Ventilatorrad die erforderliche Pumpe gekoppelt.In the practical embodiment of a heat pump heating device that works according to the absorption principle, illustrated in sketch 6 the required pump is on the outer wall side with the external rotor motor and fan wheel coupled.
Die Skizzen 4 und 5 veranschaulichen, wie der Kondensator der nach dem Kompressionsprinzip arbeitenden Ausführungsform innerhalb des Blechrahmens untergebracht werden kann, und in entsprechender Weise ist der Skizze 6 zu entnehmen, wie man bei der nach dem Absorptionsprinzip arbeitenden Ausführungsform den Austreiber mit Druckbegrenzungsventil, Kondensator mit Druckbegrenzungsventil und den Absorber alle auf der Innenwandseite innerhalb des Blechrahmens unterbringen kann.The sketches 4 and 5 illustrate how the condenser works according to the compression principle can be accommodated within the sheet metal frame, and in a corresponding manner, sketch 6 shows how in the embodiment that works according to the absorption principle, the expeller with pressure relief valve, condenser with pressure relief valve and the absorber all on the inner wall side within the sheet metal frame can.
Aus den Skizzen ist auch die Leitungsanordnung zwischen den einzelnen Elementen der Wärmepumpen ersichtlich. Sie bedarf hier keiner näheren Erläuterung, da die einzelnen Bestandteile von Wärmepumpen und ihre notwendigen Verbindungen an sich bekannt sind. Für die vorliegende Beschreibung kommt es vielmehr auf die beschriebene und dargestellte Verteilung der einzelnen Bestandteile auf die Innenwandseite und Außenwandseite und die Anordnung innerhalb des einheitlichen Einbau-Wandbauelementes an. Dabei ist auch ersichtlich, daß das Einbau-Wandelement als komplette Fensterbrüstung ausgestaltet sein kann.The line arrangement between the individual elements of the heat pumps. It does not need any further explanation here, as the individual components of heat pumps and their necessary connections are known per se. For the present description it comes rather, on the described and illustrated distribution of the individual components on the inner wall side and outer wall side and the arrangement within the unitary built-in wall element at. It can also be seen that the built-in wall element is designed as a complete window parapet can be.
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Hinsichtlich der Luftführung durch den Verdampfer ist aus Skizze 4 erkenntlich, daß diese auf einem gewundenen Weg erfolgt. Zu diesem Zweck bilden sowohl die Umgrenzung der den Ventilator aufnehmenden zentralen Ausnehmung als auch der äußere Umfang des Einbau-Wandelementes geschlossene Flächen, an denen die einzelnen Plattenelemente des Verdampfers abwechselnd befestigt sind. Die zentral eingesaugte Luft wird somit gezwungen, dem durch die Pfeile angedeuteten gewundenen Weg durch die Verdampfer-Plattenelemente zu folgen, bevor sie an den Luftaustritt gelangt.With regard to the air flow through the evaporator it can be seen from sketch 4 that this is on a winding path he follows. For this purpose, both form the boundary of the central recess receiving the fan and the outer circumference of the built-in wall element is a closed surface on which the individual plate elements of the evaporator are alternately attached. The air sucked in centrally is thus forced, as indicated by the arrows to follow the winding path through the evaporator plate elements before it reaches the air outlet.
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