DE2626468B2 - Heizungsanlage zur Raumbeheizung und/oder Warmwasserbereitung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage zur Raumbeheizung und/oder Warmwasserbereitung mit einer Wärmepumpe, bei der die Wärme zur Verfiampfung des Kältemittels über einen Zwischenwärmeträger dem Erdboden entnommen wird.

Es ist bereits eine Heizanlage zur Raumbeheizung mit einer Wärmepumpe bekannt (s. Zeitschrift IKZ 1975, Heft 21, Seite 40 »Hauswärmepumpen« von H. L i η d η er), bei der die Wärme zur Verdampfung des Kältemittels über einen Zwischenwärmeträger dem Erdboden entnommen wird, wobei als Zwischenwärmeträger Wasser verwendet wird, das als Grundwasser aus Tiefbrunnen abgezogen und über Sicker- oder Schluckbrunnen wieder abgeführt wird. Grundwasser weist wohl den Vorteil auf, daß es das ganze Jahr über eine ^o konstante Temperatur im günstigen Temperaturbereich von ca. +10⁰C aufweist und es somit als konstanter Energieträger anzusehen ist, es weist jedoch den Nachteil auf, daß kostenaufwendige Tiefbrunnen erforderlich sind, die selbst bei hohem Grundwasserstand ^J3 unter Berücksichtigung von sich ergebenden Grundwasserspiegelsenkungen mindestens 15 m tief sein sollten, und auch kostenaufwendige Sickerbrunnen erstellt werden müssen, so daß Grundwasser als Wärmequelle für eine derartige Vorrichtung in den meisten Fällen zu ^4U unwirtschaftlich ist.

Es ist auch schon bekannt. Erdwärme zu verwenden, wobei als Zwischenwärmeträger in einem im Erdreich verlegten geschlossenen Rohrschlangensystem enthaltendes Wasser verwendet wird. ^V}

Die Verwendung von Erdwärme weist jedoch den Nachteil auf, daß meistenteils nicht zur Verfügung stehende sehr große Grundstücksflächen erforderlich sind, die das Zweifache der Heizfläche betragen müssen, wobei auch durch die großen erforderlichen, im Erdreich zu verlegenden Rohrschlangen die Anlagekosten der gesamten Anlage derart verteuert werden, daß die Verwendung von Erdwärme unwirtschaftlich ist. Auch sind hierbei erforderlich werdende Reparaturen der im Erdreich verlegten Rohrschlangen fast unmöglieh.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bei . ieizungsanlagen zur Raumbeheizung und/oder Warmwasserbereitung mit einer Wärmepumpe die Wärme zur Verdampfung des Kältemittels der Außenluft ^bü entnommen.

Eine derartige Heizungsanlage weist jedoch den Nachteil auf, daß in unseren europäischen Breitengraden die Temperatur der Außenluft im Winter und oft auch im Herbst und Frühjahr in einer sich oft über Wochen erstreckenden Zeitperiode zu niedrig liegt, um eine derartige Wärmeausnutzung bei einem sich dann ergebenden äußerst ungünstigen Leistungsfaktor noch sinnvoll erscheinen zu lassen.

Die Leistungsziffer, nämlich das Verhältnis von erhaltener zu aufgewendeter Energie, ist bei Verwendung von Wärmepumpen sehr stark von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizungsvorlaiif abhängig. Je größer diese Differenz ist, desto mehr Energie ist aufzuwenden, um die Wärme zu transportieren, das heißt, desto schlechter ist der Wirkungsgrad.

Die Kompensationstemperatur f* liegt etwa bei 2° C über der Heizungs-Vorlauftemperatur. Die Verdampfungstemperatur to ist abhängig von der zur Verfügung stehenden Wärmequelle. Bei der Projektierung von Wärmeanlagen ist stets darauf zu achten, daß diese beiden Temperaturen möglichst nahe beieinander liegen, um die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anordnung nicht in Frage zu stellen.

Wird als Raumbeheizung eine Heizungsart gewählt, die eine geringe Vorlauftemperatur benötigt, wie das beispielsweise bei Fußbodenheizungen von Räumen der Fall ist, so reicht eine Vorlauf temperatur des Wärmeträgers von ca. 40 bis 50⁰C aus.

Soll einer Außenluft mit Wintertemperaturen von — 10" C und darunter mittels einer Wärmepumpe Wärme entzogen werden, so ist der erzielbare Wirkungsgrad nicht mehr wirtschaftlich.

Eine Wirtschaftlichkeit kann höchstens noch bei unter 0⁰C liegenden Temperaturen von —2°C bis minimal —5° C erreicht werden.

Noch günstige Voraussetzungen für die Verwendung von Wärmepumpen ergeben sich, sofern die Temperatur der Wärmequelle in Grenzen von +5⁰C bis —5° C liegt.

Da jedoch solche Voraussetzungen bei Verwendung von Außenluft als Wärmequelle bei den in der Bundesrepublik Deutschland herrschenden klimatischen Bedingungen nicht über den Verlauf des ganzen Jahres vorliegen und über einen längeren Zeitraum Außentemperaturen von unter —5°C vorherrschen, bei denen die Verwendung von Wärmepumpen nicht mehr wirtschaftlich ist, ist auch die Verwendung von Außenluft als Wärmequelle unwirtschaftlich, da hierbei in den angegebenen Zeiträumen, in welchen die Temperatur der Außenluft unter —5°C liegt, unwirtschaftliche Heizbedingungen vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Heizungsanlage zur Raumbeheizung und/oder Warmwasserbereitung mit einer Wärmepumpe, bei der die Wärme zur Verdampfung des Kältemittels über einen Zwischenwärmeträger dem Erdboden entnommen wird, einen derartigen Zwischenwärmeträger zu verwenden, welcher das ganze Jahr über bei annähernd gleichen Temperaturbedingungen auf wirtschaftliche Weise zur Verfügung steht, ohne für die Gewinnung der Wärme über den Zwischenwärmeträger kostenaufwendige Anlagen erstellen zu müssen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zwischenwärmeträger Luft ist, die aus in Erdreich verlegten bestehenden Kanälen, wie Abwasser-, Abluft-, Heizungs- oder Kabelkanälen, abgezogen wird.

Erfindungsgemäß ergibt sich der Vorteil, daß ohne Erfordernis der Erstellung zusätzlicher kostenaufwendiger Bauten, das ganze Jahr hindurch für den Zwischenwärmeträger eine Wärmequelle mit einer minimalen über dem Gefrierpunkt liegenden, annähernd konstanten Temperatur im Bereich von etwa +5° C bis + 10⁰C zur Verfügung steht, wodurch das erforderliche Verhältnis der Verdampfertemperatur zur Kondensationstemperatur erzielbar ist, welches insbesondere bei

der Verwendung von Fußbodenraumheizungen keine zu hohen Werte erreicht so daß bei der Verwendung von Wärmepumpen das ganze Jahr hindurch ein günstiger Wirkungsgrad derselben gewährleistet ist

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der Heizungsanlage für Raumheizung und/oder Warmwasserbereitung mit einer Wärmepumpe unter Verwendung von Luf i als Zwischenwärmeträger, die aus im Erdreich verlegten, bestehender Kanälen abgezogen wird.

Dem Verdampfer der Wärmepumpe 1 wird die zur Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme über einen Zwischenwärmeträger zugeführt wobei als Zwischenwärmeträger Luft dient die bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus im Erdreich verlegten bestehenden Kanälen, wie Abwasser-, Abluft-, Heizungs- oder Kabelkanälen abgezogen wird. Der Dampf wird dann in einem mechanischen Verdichter verdichtet wobei sich seine Temperatur sehr stark erhöht. Dieses Heißgas gibt seine Wärmeenergie im Verflüssiger (Kondensator) an den in Form von Heizungswasser verwendeten Wärmeträger ab und wird flüssig. In einem als Expansionsventil wirkenden Drosselorgan entspannt sich das Kältemittel und gelangt dann wieder in den Verdampfer, wo der Kreislauf von neuem beginnt.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, wird als Zwischenwärmeträger der Wärmequelle die Luft eines im Erdreich 10 liegenden bestehenden Kanales 11 verwendet, wobei diese Luft 6 mittels einer elektrischen Zwangskonvektionseinrichtung 12, die in Form eines Ventilators oder Exhausters gestaltet sein kann, aus dem Kanal 11 in den Verdampfer der Wärmepumpe 1 eingespeist wird, in welchem die etwa +5° C bis +10° C betragende Zuluft dieses Kanales ihre Wärme auf etwa + 2°C aufweisende Kältemittel des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpe abgibt. Die dem Verflüssiger vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpe zugeführte Wärme wird mittels eines Wärmeaustauschers auf den Wärmeträger des Heißwasservorlaufes übertragen, welcher auf etwa 40—55°C erwärmt wird, wobei diese Wärme einer Raumbeheisungseinrichtung zugeführt wird, welche zweckmäßigerweise, um die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Heizungsvorlauf nicht so groß zu halten und um dadurch eine in günstigen Grenzen liegende Leistungsziffer zu erhalten, als Fußbodenheizung 8 gestaltet ist. Gleichzeitig kann der Heißwasservorlauf einer Einrichtung 13 zur Warmwasserbereitung zugeleitet werden.

Die der Wärmepumpe 1 als Zwischenwärmeträger zugeführte Luft 6 des Kanales 11 wird nach entsprechender Abgabe ihrer Wärme in der Wärmepumpe 1 durch einen Abluftstutzen 14 in die Atmosphäre abgelassen, wobei die aus dem Kanal 11 abgesaugte Luft 6 im Kanal durch das gesamte verzweigte Kanalsystem laufend aufgefüllt wird. Der Bedarf von Luft wird durch die in verschiedenen bestimmten Abständen angeordneten Kontrollschächte 15 wieder aufgefüllt Da das gesamte Kanalsystem üblicherweise weit verzweigt ist, stehen große Mengen an Luft mit einer normalerweise recht konstanten Temperatur von ca. 5 bis 10⁰C als Zwischenwärmeträger zur Verfügung, um die Wärmepumpe dauernd mit der erforderlichen warmen Luft versorgen zu können.

An warmen Tagen ist es möglich, die Luluftieitungen 16 mittels eines bei 12 angeordneten Schiebers zu

ίο schließen und dafür einen Außenluftansaugstutzen 17 mittels eines Schiebers zu öffnen, so daß als Zwischenwärmeträger Außenluft der Wärmepumpe 1 zugeführt wird.
Die Wärmepumpe ergibt selbst dann noch günstige Ergebnisse, falls die Temperatur des Zwischenwärmeträger bis zu minimal —5°C absinkt bzw. sich in Grenzen von —5°C bis +5"C hält, was im im Erdreich verlegten bestehenden Kanälen ungünstigstenfalls bei selten auftretenden Außentemperaturen von bis zu —30°C der Fall sein kann, bei welchem eine direkte Einspeisung von Außenluft schon bei weitem zu nicht mehr auswertbaren Verhältnissen zum Betrieb der Wärmepumpe führen würde.

Da jedoch die durchschnittliche Temperatur der von Kanälen als Zwischenwärmeträger zu entnehmenden Luft üblicherweise höher sein wird als der Bereich von —5° C bis +5° C, ist die Verwendung von derartiger aus Kanälen stammender Luft für den Betrieb der Wärmepumpe das ganze Jahr hindurch unter günstigen Bedingungen gewährleistet, insbesondere da derartige, im Erdreich verlegte Kanäle meistenteils ein zusammenhängendes langes Kanalsystem bilden, so daß auch bei laufender ständiger Entnahme von als Zwischenwärmeträger dienender Luft die vorhandene warme Zuluftmenge nicht leicht ausgeschöpft werden kann, insbesondere da die aus dem in gewissen Zwischenräumen angeordneten Kontrollschächten zuströmende Außenluft sich mit der in den Kanälen enthaltenen Luft vermischt und dort auf die durchschnittliche, im Kanal

•40 herrschende Temperatur angehoben wird. Es ist auch vorteilhaft wenn Luft aus bestehenden Abwasserkanälen als Zwischenwärmeträger verwendet wird, da hierbei wünschenswerterweise ein übermäßig hoher Anstieg der im Kanal herrschenden Temperatur beschränkt wird, wodurch seinerseits wiederum die Entstehung von Fäulnisgasen aus den Abwässern eingedämmt wird, welche sich bei niederen Temperaturen in nicht so großem Maße entwickeln können. Eine derartige Eindämmung der Entstehung von Fäulnisgasen in Abwasserkanälen ist jedoch von kanalbautechnischen Gesichtspunkten her gesehen erwünscht

Es ergibt sich somit die günstige Nebenwirkung, daß die Kanäle, aus denen auf derartige Weise als Zwischenwärmeträger Luft für Heizzwecke entnommen wird, auf wünschenswerte Weise belüftet werden, wobei für Heizzwecke das ganze Jahr hindurch ausreichende Mengen an im Kanal enthaltener Warmluft zur Verfügung stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Heizungsanlage zur Raumbeheizung und/oder Warmwasserbereitung mit einer Wärmepumpe, bei der die Wärme zur Verdampfung des Kältemittels Ober einen Zwischenwärmeträger dem Erdboden entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwärmeträger Luft ist, die aus im Erdreich verlegten bestehenden Kanälen, wie Abvyasrer-, Abluft-, Heizungs- oder Kabelkanälen, abgezogen wird.