DE2704857C2

DE2704857C2 - Verfahren und Einrichtung zur Kühlung und Heizung von Gebäuden mit Zweirohr-Wassernetzen mittels Kältemaschinen mit wassergekühlten Kondensatoren und Warmwasser-Heizregistern

Info

Publication number: DE2704857C2
Application number: DE2704857A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Dr. 6310 Gruenberg Amberg
Original assignee: KARL WEISS GIESSEN FABRIK ELEKTROPHYSIKAL GERAETE WERK LINDENSTRUTH 6301 REISKIRCHEN
Current assignee: Weiss Technik GmbH
Priority date: 1977-02-05
Filing date: 1977-02-05
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2704857B1; DE2704857A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung und Heizung von Gebäuden mit Zweirohr-Wassernetzen mittels Kältemaschinen mit wassergekühlten Kondensatoren und Warmwasser-Heizregistern.

Es ist bekannt an einem Zweirohr-Wassernetz sogenannte Kleinwärmepumpengeräte zu betreiben, die einen kältemittelseitig umschaltbaren Kältekreislauf beinhalten, der je nach Anforderung des Temperaturreglers im Raum kühlt und dabei auf der Kondensatorseite Wärme an das Netz abgibt oder im Raum heizt und dabei Wärme dem Netz entzieht. Hiermit kann ein Energieaustausch innerhalb des Gebäudes zwischen verschieden belasteten Gebäudezonen des gleichen Objektes erfolgen. Besonders in der Übergangszeit ist ein Energietransport von der Sonnenseite auf die Schattenseite möglich. Der Nachteil dieser Kleinwärmepumpengeräte ist jedoch, daß im Heizbetrieb (während der gesamten Winterzeit) die Kältemaschinen laufen müssen und hierbei kein Energiegewinn eintritt, sondern teuerere, in der Spitzenzeit extrem teuere Elektroenergie zum Heizen herangezogen wird und zusätzlich die Lebenserwartung der Geräte wegen der hohen Betriebsstundenzahl pro Jahr auf etwa V₅ bis ¹Ao herabgesetzt wird.

Es ist weiterhin bekannt, daß ein Zweirohr-Wassernetz zum Energieaustausch im Gebäude herangezogen wird, wobei in den einzelnen Klimageräten am Wasservorlauf zunächst eine Förderpumpe und ein Filter angeordnet sind. Im Heizbetrieb wird über ein Magnetventil ein Heizregister freigegeben, beim Kühlen wird über ein Magnetventil der wassergekühlte Kondensator einer Kältemaschine rückgekfihlt gespeist aus dem gleichen Wasservorlauf über die gleiche eingebaute Pumpe und Filter. Der Nachteil dieses Systems sind die höheren Betriebskosten für die sowohl für Heizen als auch für Kühlen erforderliche Pumpe und die nach oben hin begrenzte Vorlauftemperatur des Netzes, da bei z. B. 45° C Vorlauftemperatur zwar die Heizregister günstige, d. h. hohe Vorlauftemperaturen bekommen, gleichzeitig aber auch der Kondensator die gleichen Vorlauftemperaturen um 45° C bekommt und damit die Kondensationstemperatur auf 60⁰C steigen würde. Bei dieser Temperatur können normale Klimageräte nicht mehr betrieben werden, und Sonderkonstruktionen mit anderen Kältemitteln haben höheren spezifischen Bauaufwand und geringere Betriebssicherheit durch die hohen Kondensationsdrücke und -temperaturen und die damit im Zusammenhang stehenden hohen Verdichtungs-Endtemperaturen, die die Lebensdauer der Kompressoren wesentlich herabsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beliebige Heizregister in Klimageräten oder Konvektoren im Verbundbetrieb mit wassergekühlten Kondensatoren von Kälteanlagen am gleichen Zweirohr-Wassernetz zu betreiben, um hierdurch einen echten Energieaustausch innerhalb eines Gebäudesystems zu erzielen. Dabei soll die Vorlauftemperatur für die Heizregister in jedem Betriebsfall so hoch wie möglich, die Wasserzulauftemperatur zu den wassergekühlten Kondensatoren der Kälteanlagen zu jeder Jahreszeit so tief wie möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die Kondensatoren stets aus der kälteren Leitung des Zweirohr-Wassernetzes (Vorlauf oder Rücklauf) versorgt werden. Die witterungsbedingte Umschaltung von der einen auf die andere Leitung kann

■w durch Vergleich der Temperaturdifferenz in Wasservorlauf und Wasserrücklauf des Netzes erfolgen oder durch Vergleich der Temperatur in der Vorlaufleitung mit einem Temperatur-Sollwert, der gleich der mittleren Rücklauf temperatur gewählt ist.

4¹· Während die eingangs geschilderten bekannten Systeme einen echten Verbundbetrieb nicht ermöglichen, kann mit dem System nach der Erfindung mit der höchstmöglichen Temperatur geheizt und gleichzeitig durch Umschaltung auf den Rücklauf mit der tiefstmögliehen Temperatur gekühlt werden. Die gesamte Kondensatorwärme bleibt im System. Durch das erfindungsgemäße Umschalten der Strömungsrichtung in den Kondensatoren können diese jeweils aus der kälteren Leitung (Vorlauf oder Rücklauf) gespeist werden. Unter Beibehaltung eines möglichst tiefen Temperaturniveaus von ca. 30 bis 35° im Wasservorlauf der Kondensatoren können die üblichen Kältemaschinen eingesetzt werden. Gleichzeitig erhält das Wassernetz im Winterbetrieb ausreichend hohe Temperaturen (mindestens 45° C) für den wirtschaftlichen Betrieb von Heizregistern in Klimageräten oder Konvektoren.

Eine bevorzugte Einrichtung zur kombinierten Kühlung und Heizung an Zweirohr-Wassernetzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dadurch gekenn-

^b5 zeichnet, daß die Kondensatoren in Reihe mit zwei gegensinnig geschalteten Pumpen und einem Ventil in einem an das Wassernetz angeschlossenen Strang installiert sind und daß ein von einem Raumthermosta-

ten angesteuerter Raumtemperaturregler das Ventil öffnet und einen Umschaltregler einschaltet, der seinerseits, von einem Anlegethermostaten am Vorlauf- «tnschluß des Stranges gesteuert, je nach Vorlauftemperatur die eine oder andere Pumpe einschaltet

In einer vereinfachten Ausführungsform der Einrichtung ist anstelle der aus dem Vorlauf speisenden Pumpe ein Umkehr-Vierwegeventil vorgesehen, das, vom Umschaltregler geschaltet, die Wasserflußrichtung bestimmt

Im folgenden wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein mit Einrichtungen zur Heizung bzw. Kühlung versehenes Gebäude;

F i g. 2 das Betriebsschaltbild einer an das Zweirohr-Wassernetz des Gebäudes angeschlossenen Einrichtung zur wahlweisen Kühlung oder Heizung;

Fig.3 das Betriebsschaltbild einer abgewandelten Einrichtung nach F i g. 2.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Gebäude mit zwei Räumen 21, 22 zu beiden Seiten eines Flures 23. Dieser Raum 21 liegt auf der Schatten-, der Raum 22 liegt auf der Sonnenseite. Für die Wärmeübertragung ist in jedem der beiden Räume 21,22 ein Deckenklimagerät 24 eingebaut Zur Ausstattung des Gebäudes gehören ferner ein Heizkessel 25, ein Kühlturm 26, eine Förderpumpe 27 in der Vorlaufleitung des Wassernetzes, Ventile 28 und ein Mischer 29.

Das mit 24 gekennzeichnete Gerät ist im Detail in F i g. 2 und in einer Abwandlung in F i g. 3 dargestellt Es kann in der Heizphase Warmluft, in der Kühlphase kühlere Luft als Raumluft ausblasen.

Die F i g. 2 und 3 zeigen das Deckenklimagerät für den Betrieb am Zweirohrnetz mit seinen wesentlichen Bauelementen: Heizregister 1, Direktverdampfer 2, Kompressor 12 und wassergekühlter Kondensator 3. Der Raumtemperaturregler 10 öffnet beim Befehl »Heizen« das Heizventil 6, beim Befehl »Kühlen« das Kühlventil 7 und schaltet den Kompressor J2 und eine der beiden Pumpen 4 oder 5, die mit dem Kondensator 3 und dem Kühlventil 7 in Reihe in einem aus dem Wassernetz abgezweigten Strang liegen.

In der Ausführung nach Fig.2 entscheidet der Umschaltregler 8 je nach der vom Anlegethermostaten 11 gemessenen Temperatur am Vorlauf, ob die Pumpe 5 oder die Pumpe 4 eingeschaltet wird. Im Sommer, bei

ίο nisdrigeren Vorlauftemperaturen als 35°C, wird Pumpe 5 eingeschaltet, im Winter, bei Vorlauftemperaturen über 35⁰C, wird Pumpe 4 eingeschaltet und fördert das Wasser aus dem Rücklauf durch den wassergekühlten Kondensator 3 und drückt das hier erwärmte Wasser in den Vorlauf hinein. Im ersteren Fall hat die Pumpe 5 bei Speisung aus dem Vorlauf einen Gesamtdruck gleich Kondensator-Druckabfall minus Netzdruck, im letzteren Fall hat die Pumpe 4, die aus dem Rücklauf speist einen Gesamtdruck gleich Kondensator-Druckabfall plus Netzdruck.

In der Ausführung nach F i g. 3 ist anstelle der zwei Pumpen nur eine Pumpe 4 eingesetzt Der Umschaltregler 8' mit dem Anlegethermostaten 11 am Vorlauf steuert in diesem Falle ein Umschaltventil 9 im Winter so, daß aus dem Rücklauf in den Kondensator 3 gespeist wird, und im Sommer so, daß aus dem Vorlauf in den Kondensator 3 gespeist wird.

Je nach örtlichen Gegebenheiten und Ausführung des Heizungssystems kann die Einrichtung in Einzelheiten abgeändert werden. So kann, wenn der Vordruck im Wassernetz ausreicht, die Heizregister ohne zusätzliche Pumpen zu betreiben, also etwa 0,05 bis 0,2 bar beträgt in der Ausführung nach F i g. 2 die Pumpe 5 eingespart werden; es wird nur die Pumpe 4 benötigt um im Winterbetrieb das Kühlwasser aus dem Rücklauf anzusaugen und durch den Kondensator 3 in den • Vorlauf zu fördern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kühlung und Heizung von Gebäuden mit Zweirohr-Wassernetzen mittels Kältemaschinen mit wassergekühlten Kondensatoren und Warmwasser-Heizregistern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (3) stets aus der kälteren Leitung des Zweirohr-Wassernetzes (Vorlauf oder Rücklauf) versorgt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung durch Vergleich der Temperaturdifferenz in Wasservorlauf und Wasserrücklauf des Netzes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung durch Vergleich der Temperatur in der Vorlaufleitung mit einem Temperatursollwert (gleich der mittleren Rücklauftemperatur) erfolgt

4. Einrichtung zur kombinierten Kühlung und Heizung an Zweirohr-Wassernetzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (3) in Reihe mit zwei gegensinnig geschalteten Pumpen (4,5) und einem Ventil (7) in einem an das Wassernetz angeschlossenen Strang installiert sind und daß ein von einem Raumthermostaten (T) angesteuerter Raumtemperaturregler (10) das Ventil (7) öffnet und einen Umschaltregler (6) einschaltet, der seinerseits von einem Anlegethermostaten (11) am Vorlaufanschluß des Stranges gesteuert je nach Vorlauftemperatur die eine oder andere Pumpe einschaltet

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der aus dem Vorlauf speisenden Pumpe (5) ein Umkehr-Vierwegeventil (9), vom Umschaltregler (8') geschaltet, die Wassernußrichtung in den Kondensatoren (3) bestimmt.