DE2643921C2 - Vorrichtung in einem Wärmepumpenkreislauf zur Beheizung von Räumen - Google Patents
Vorrichtung in einem Wärmepumpenkreislauf zur Beheizung von RäumenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einem Wärmepumpenkreislauf zur Beheizung von Räumen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits im Rahmen einer in der DE-OS 21 33 060 offenbarten Anlage zur Klimatisierung
eines Raumes bekannt Als funktionell nachteilig ist es dabei anzusehen, daß bei Auftreten einer
Vereisung am Verdampfer eine künstliche Erhöhung der Durchschnittstemperatur der Eintrittsluft am
Kondensator durch eine elektrische Aufheizung, eine ^-entsprechende Abzweigung von Außenluft oder eine
'' Rückführung des erwärmten Zuluftanteils vorgenommen wird, um die Temperatur der Abluft im Verdanipferbereich
zum Abtauen der Vereisung zu erhöhen. Hierdurch ergibt sich für die Klimatisierungsanlage ein
nicht ausreichend befriedigender Gesamtwirkungsgrad.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei
der durch Maßnahmen im Bereich der Verdampfereinheit der Wirkungsgrad bei der Beheizung von Räumen
verbessert wird
Erfindungsgemäß sind zur Lösung die im Patentanspruch i genannten Merkmale vorgesehen.
Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung zweckmäßig weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprüchen
enthalten.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung C sr Vorrichtung wird der Wirkungsgrad bei der Beheizung erheblich verbessert, weil zur Enteisung des jeweiligen Verdampfers vorteilhaft weder eine Unterbrechung oder Umkehr der Arbeitsweise des Wärmepumpenkreislaufs noch eine zusätzliche Energiezufuhr erforderüch ist Es werden zudem keine zusätzlichen energieverbrauchenden Ventilatoren zur Luftabzweigung oder Rückführung benötigt, weil allein durch das Vorsehen von zwei nacheinander angeordneten Verdampfern und einer annähernd gleichzeitig erfolgenden Umkehr der Strömungsrichtung der Abluft durch die Verdampfer sowie der Zuleitung des Kühlmittels zu dem in Strömungsrichtung der Abluft nachgeordneten Verdampfer mit einfachen Maßnahmen ein wirkungsvolles Enteisen des jeweilig vereisten Verdampfers erreicht wird. Hierdurch läßt sich die Energiebilanz und damit der Wirkungsgrad bei der Beheizung von Räumen deutlich verbessern.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung C sr Vorrichtung wird der Wirkungsgrad bei der Beheizung erheblich verbessert, weil zur Enteisung des jeweiligen Verdampfers vorteilhaft weder eine Unterbrechung oder Umkehr der Arbeitsweise des Wärmepumpenkreislaufs noch eine zusätzliche Energiezufuhr erforderüch ist Es werden zudem keine zusätzlichen energieverbrauchenden Ventilatoren zur Luftabzweigung oder Rückführung benötigt, weil allein durch das Vorsehen von zwei nacheinander angeordneten Verdampfern und einer annähernd gleichzeitig erfolgenden Umkehr der Strömungsrichtung der Abluft durch die Verdampfer sowie der Zuleitung des Kühlmittels zu dem in Strömungsrichtung der Abluft nachgeordneten Verdampfer mit einfachen Maßnahmen ein wirkungsvolles Enteisen des jeweilig vereisten Verdampfers erreicht wird. Hierdurch läßt sich die Energiebilanz und damit der Wirkungsgrad bei der Beheizung von Räumen deutlich verbessern.
In dem nachfolgenden Beschreibungsteil wird anhand der Figuren die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher
erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Umkehr des
Abluftstroms an den Verdampfer;
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten
Ausführungsform einer Einrichtung zur Umkehr des Luftstroms an den Verdampfern mittels eines zylindrischen
Absperrschiebers:
F i g. 3 eine schematische Darstellung des Einbaus eines Ausführungsbeispiels der Vornchtung gemäß der
Erfindung zur Beheizung von Räumen eines Gebäudes, wobei im oberen Teil der Figur eine Anlage gezeigt ist,
bei der die Vorrichtung der Erfindung allein für die Beheizung des Gebäudes genügt, während im unteren
Teil der Fig.3 eine Abwandlung gezeigt ist, bei der
außerdem eine elektrische Zusatzheizung vorgesehen ist; und
F i g. 4 eine schematische Darstellung des Einbaus einer Vorrichtung der Erfindung für die Beheizung einei
Gebäudes durch ein wärmeableitendes Medium mit Ansaugen von verbrauchter Luft wobei in dem oberen Teil
der Figur eine Anlage zur Beheizung des Bodens und in dem unteren Teil der Figur eine Anlage zur Beheizung
durch übliche Radiatoren gezeigt ist Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 2 ist der Verdämpfer
£1 der Wärmepumpe durch einen zweiten gleichen Verdampfer E 2 ergänzt Die beiden Verdampfer
sind in dem Abluftkanal eines Gebäudes angeordnet und werden aufeinanderfolgend (ζ. B. zuerst E1 und
dann E2) von der Durchsatzluft durchströmt. In den F i g. 1 und 2 wird nur dem zweiten durchströmten Verdampfer
El ein entspanntes Kühlmedium zugeführt Wenn sich nach einer bestimmten Zeit der Verdampfer
E2 mit Reif zu überziehen beginnt, wird die Durchlaufrichtung der Abluft von E2 und E1 umgekehrt Gleichzeitig
wird die Versorgung mit entspanntem Kühlmedi-' um vertauscht, wobei nur E1 versorgt wird und aktiv ist
Diese Vertauschung der Versorgung der beiden Verdampfer Ei und E2 kann mittels eines Steuerschiebers
31, 32 in Fig.2 erfolgen, die abwechselnd öffnen und
schließen. Die Umkehr der Durchlaufrichtung der Luft kann auch durch gleichzeitiges Schwenken zweier Klappen
101, 102 in F i g. 1 oder durch Drehen eines Absperrschiebers 4 in F i g. 2 erfolgen, der zwei Öffnungen
51,52 freigibt und zwei andere Öffnungen 61,62 sperrt
Wegen der Vertauschung wird der Verdampfer E 2,
der nicht mehr gespeist wird, von nun an zuerst von der Abluft des Gebäudes durchströmt, und das Eis, «las ihn
bedeckt, beginnt zu schmelzen, wobei er einen geringen Teil der beträchtlichen, in dieser Luft gespeicherten
Wärme entnimmt, deren Enthalpie folglich bei ihrem Durchgang durch den nachgeordneten Verdampfer E1,
der mit entspanntem Kühlmedium gespeist wird, stark verringert wird.
Sobald E1 wiederum zu voreisen beginnt, kehrt man
die Durchgangsjrichtung der Luft erneut um und vertauscht
die Speisung der Verdampfer mit entspanntem Kühlmedium, so daß man zu der anfänglichen Anordnung
zurückkehit.
Ein un'isr jsdi:ni der beiden Verdampfer Ei, E2 angeordneter,
nich t dargestellter Behälter nimmt .1Ie Kondensate
und das Schmelzwasser auf und führt sie z. B. durch Schwerkraft ab.
Während des gesamten Zyklus wird der Durchgang der Abluft über einen aktiven Verdampfer nicht unterbrochen
und es tritt daher keine Unterbrechung der Wärmeabgabe an den Kondensator auf.
Wie in den F i g. 3 und 4 schematisch gezeigt ist, wird durch den aktiven Verdampfer aus der dem Gebäude
mittels eines Ventilators 15 über Auslaßöffnungen 8 und Leitungen 7 entnommenen Abluft wiedergewonnene
Wärme zu dem Kondensator einer Wärmepumpe übertragen, wobei de:r größere Teil der Energie von einem
Kompressor 10 aufgenommen wird. Ein Ventilator 15 ist vor den beiden Verdampfern E angeordnet, um ebenfalls
einen Teil der Energie wiederzugewinnen, die er für den Luftabzug verbraucht
Diese Energie wird auf irgendein Heizmedium übertragen,
wobei man die üblichen Arten von Zentralheizungsanlagen verwenden kann, nämlich:
1. Warmluftheizungsanlagen (oberer Teil der F i g. 3),
bei denen die Warmluft aus Außenluft besteht, die zuvor durch einen Filter Il gefiltert durch den
Durchgang über einen Luftkoudensator 9 des
Kühlkrelses, der außerdem von dem Verdampfer E
und dein Kompressor <0 gebildet wird, erhitzt und
dann durch einen Ventilator 12 über Verteilerleitungen 13 durch Einlaßöffnungen 14 in die zu beheizenden
Räume geleitet wird.
2. Warnwasserheizungsanlagen (Fig.4), bei denen
das Rücklauifwasser der Anlagen in einem Wasserkondensatoir
16 erwärmt dann durch eine Pumpe 17 in Verteilerleitungen 18 zu Heizkörpern geleitet
v/ird, die z. B. Bodenheizplatten 19 sein können, wenn warmes Wasser mit niedriger Temperatur erzeugt
wird (F i g. 4 oben), oder Radiatoren 20 sein können, wenn das Wasser mit mittlerer Temperatur
erzeugt wird (F i g. 4 unten).
Die Steuerung des Betriebs der Wärmepumpe und der automatischen Anpassung der von dem Kompressor
l'O verbrauchten Leistung an die Heizerfordernisse des Gebäudes können entsprechend den bereits an diesen
Maschinen vorhandenen Systemen derart verwirklicht werden, daß am Anfang des Kondensators 9 ein
Heizmedium mit einer konstanten Temperatur abgegeben wird, die an einem Thermostaten angezeigt wird,
der in der Warmluftleitung 13 am Ausgang des Kondensators 9 oder in der Warmwasserleitung 18 am Ausgang
des Kondensators 16 angeordnet ist In diesem Falle muß die verwendete Heizungsanlage geeignete Einrichtungen
zur Regulierung in Abhängigkeit von der Außentemperatur haben, um in den beheizten Räumen eine
gleichmäßige Temperatur sicherzustellen. Diese Anordnung ist vor allem für komplexe Anlagen geeignet
ίο die mehrere verschiedene Kreise haben, die Gebäudeteile
mit unterschiedlichen Erfordernissen versorgen.
Wenn die verwendete Anlage einfach ist und nur einen einzigen Kreis oder einige Kreise hat, die Räume
mit den analogen Wärmeanforderungen versorgen, kann diese Steuerung des Betriebs und der automatischen
Regulierung der durch den Kompressor verbrauchten Leistung entsprechend allen bereits an diesen
Maschinen vorhandenen Systemen derart verwirklicht werden, daß am Ausgang des Kondensators ein Heizmedium
mit einer veränderbaren Temperatur abgegeben wird, die je nachdem von einem k- lermostaten gemessen
wird, der in der Warmluftleitung IS am Ausgang des Kondensators 9 oder an der Warmwasserleitung 18
am Ausgang des Kondensators 16 angeordnet und durch ein Programmiergerät eingestellt wird, das von
irgendeiner bekannten Art sein kann und das entsprechend
einer zuvor festgelegten Gesetzmäßigkeit in Abhängigkeit von der Außentemperatur den Arbeitspunkt
festlegt
Die Auslösung der Umkehr der Durchgangsrichtung der Abluft des Gebäudes über die beiden Verdampfer
und der Vertausch der Versorgung mit entspanntem Kühlmedium dieser beiden Verdampfer kann von einem
Zeitgeber in bestimmten Zeitintervallen gesteuert werden. Dieser Zeitgeber ist vorzugsweise steuerbar, um
die Dauer jedes Zyklus in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgrad der Luft einstellen zu können. Diese Steuerung
kann auch durch einen Meßgeber erfolgen, der eine für den Vereisungszustand des in Betrieb befmdlichen
Verdampfers charakteristischen Messung liefert (Dru kmesser am Verdampfer, Thermostat für die gekühlte
Luft usw.).
In der vorherigen Beschreibung wurde eine Anlage erläutert die nur eine einzige Kühlgruppe hat Selbstverständlich
kann in Abhängigkeit von Jer ges8mten umgesetzten thermischen Leistung die Anlage mehrere
Kompressoren, die eine Aufteilung der verbrauchten Leistung ermöglichen, oder nur einen einzigen Kompressor
mit mehreren Zylindern aufweisen. Außerdem kann das System mit allen Arten von vorhandenen
Kühlmaschinen betrieben werden, wobei das am besten für die Betriebsbedingungen, insbesondere die am Kondensato··
in Abhängigkeit von der angeschlossenen Heizungsanlage zu erzielende Temperatur, geeignete Kühlmedium
gewählt wird.
Der Hauptnutzen des beschriebenen Systems liegt in der Möglichkeit, das es die Abluft des Gebäudes mit
sehr niedrigen Temperaturen ausläßt, während es die vorhandenen Syste· .te nur ermöglichen, diese Luft mit
einer Temperatur auszulassen, die etwas höher als diejenige der Außenluft ist und/oder im besten Falle mit
einer Temperatur, die etwas über 00C liegt Difcs ermöglicht
es, eine Heizart zu verwirklichen, die für die gesamte Energie nur die elektrische Energie erfordert, die
von dem Kompressoi jjnd den Ventilatoren verbraucht
wird, wobei nur der Anteil der thermischen Verluste infolge der Erneuerung der Luft in der Gesamtwärmebilanz
des Gebäudes hinreichend groß ist, um zu ver-
meiden, Abzugsluft bzw. Abluft miteehr niedrigen Temperaturen
zuriickzuleiten bzw. aussulassen und die thermodynamische
Maschine mit einem sehr geringen Wirkungsgrad zu !betreiben. Dieser Anteil ist bereits erheblich
und kann sich in Zlukunft bei einer ständigen Verbesserung
der Wärmeisölation neiilier Gebäude nur erhöhen.
Es ist jedoclj erwünscht, die Vorrichtung für die Grundheizung: ieu verwenden, umiudie Leistung der installierten
Wärmepumpe zu verriiwgern und einen flexibleren
Betrieb in der Obergangiiuieit zu ermöglichen.
Die verwendete Zusatzheizung muß vorzugsweise an jeder Abstrahlsitelle regulierbar iiKiin, wie dies für die
elektrischen Heizgeräte 21 (F i g. IiI unten) oder die Radiatoren der Fall ist; die z. B. mit eimern von einem Ther- is
mostaten gesteuerten Ventil ausgestattet sind, um eine Einstellung der Temperatur in jecleim versorgten Raum
und einen individuellen Wärmevurbrauch durch jeden Benutzer zu ermöglichen.
Es ist offensichtlich,, daß die in Anwendung auf die
Beheizung eines Wohrtgebäudes beschriebene Vorrichtung auch auf die Beheizung andeircr Gebäudearten anwendbar
ist. Die in der Raumheiziuingsanlage eingesetzte
Enteisungsanlage kann an jeder Kühlmaschine verwendet werdem, dies füit irgendeinen anderen Zweck benutzt
wird, wobei nur· die Möglichkeit bestehen muß, über zwei Verdampfer Luft mit einer Temperatur wenigstens
etwas über 0° C umzuwälzen.
Hierzu A- Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Vorrichtung in einem Wärmepumpenkreislauf zur Be:heizung von Räumen mit einer enteisbaren
Verdampfereinheit zur Kühlung der aus den Räumen abgeführten, oberhalb einer Temperatur von
0"C liegenden Abluft und mit einem Kondensator für die Erwärmung eines für die Beheizung verwendeten
Mediums, gekennzeichnet durch eine Verdampfereinheit aus zwei Verdampfern (Ei, E 2),
die nacheinander kontinuierlich von der Abluft durchströmbar sind; einer Einrichtung (101, 102; 4,
51,52} zur Umkehr der Strömungsrichtung der Abluft durch die Verdampfer; einer Einrichtung (21,22;
31, 32), die das Kühlmittel nur dem in Strömungsrichtung der Abluft nachgeordneten Verdampfer
(E 1 bzw. E 2) zuleitet; und durch eine Steuereinrichtung
für die annähernd gleichzeitige Betätigung der Einricbtuifgfln bei Vereisung eines Verdampfers (E 1
bzw.fi 2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Umkehr der Strömungsrichtung der Abluft aus gleichzeitig schwenkbaren
Klappen (101,102) besteht
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Umkehr der Strömungsrichtung der Abluft aus einem zylindrischen
Absperrschieber (4) mit Öffnungen (51,52) besteht
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Enteisungszyklus
derart: steuerbar ist, d*ß die 7«leitung von entspanntem
Kühlmittel an den jeweiligen Verdampfer (E 1, E 2) der Umkehr der Ströinunrsrichtung der Abluft
an den beiden Verdampfern etwas vor- oder nacheilt
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Enteisungszyklus
in bestimmten Zeitintervallen von einem Zeitgeber steuerbar ist
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Enteisungszyklus von einem Meßgerät zur Messung einer physikalischen Größe steuerbar
ist, die sich auf den Vereisungszustand des mit entspanntem Kühlmittel gespeisten Verdampfers
(Et bzw.E2)bezieht
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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