DE2712110A1

DE2712110A1 - Anlage zum heizen und/oder kuehlen

Info

Publication number: DE2712110A1
Application number: DE19772712110
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hoener; Wernt Irion
Original assignee: BBC YORK KAELTE KLIMA; BROWN BOVERI-YORK KAELTE- und KLIMATECHNIK GmbH
Current assignee: York Deutschland GmbH
Priority date: 1977-03-19
Filing date: 1977-03-19
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2712110C2

Description

Kälte- und Klimatechnik GmbH

Mp.-Nr, 532/77 Mannheim, den 16. März 1977

ZFE/P1-Wg/Bt

Anlage zum Heizen und/oder Kühlen.

Die Erfindung "betrifft eine Anlage zum Heizen und/oder Kühlen mit jeweils wenigstens einem Heiz- und Kältekreislauf, wobei der Heizkreislauf zur Wärme aufnahme über mindestens einen Kondensator des Kältekreislaufs führbar ist.

Bei gleichzeitigem Bedarf von Kälte und Wärme ist es bekannt, den Heizkreislauf über den Kondensators des Kältekreislaufs zu führen und so die im Kältekreislauf anfallende Kondensation? wärme als Heizwärme auszunutzen. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache und somit kostengünstige Koppelungsmöglichkeit zwischen Heiz- und Kältekreislauf anzugeben, die den Erfordernissen des Heizungs- und Kühlbetriebes Rechnung trägt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß der Heizungsrücklauf über den Kondensator mit einem Mehrwegeventil verbunden ist, dessen übrige Anschlüsse mit dem Heizungsvorlauf und wenigstens einer zusätzlichen Wärmequelle derart verbunden sind, daß wahlweise der Kondensator oder der Kondensator und die Wärmequelle in den Heizkreislauf einschaltbar sind, und daß im Kältekreislauf mindestens.ein Zusatzkondensator vorgesehen ist, der beim Überschreiten eines

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vorwählbaren Kältemitteldruckes im Kondensator oder beim Überschreiten einer entsprechenden Kältemitteltemperatur selbsttätig mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist.

Die Einspeisung der Kondensationswärme in den Heizkreislauf über das Mehrwegeventil ist einfach und erfordert keinen zusätzlichen Bauaufwand, da Heizkreisläufe ohnehin mit Mehrwegeventilen zur Regelung der Heizungs-Vorlauftemperatur ausgerüstet sind. Bei dieser Regelungsart übernimmt das Mehrwegeventil ohne zusätzlichen Aufwand die Einschaltung der Wärmequelle in den Heizkreislauf, falls die Kondensationswärme für die Heizung nicht ausreichen sollte. Da im Kältekreislauf ein Zusatzkondensator vorgesehen ist, der beim Überschreiten eines vorwählbaren Kältemitteldruckes oder beim Überschreiten einer entsprechenden Kältemitteltemperatur die Abfuhr der Kondensationswärme übernimmt, ist ein störungsfreier Kühlbetrieb unabhängig vom Heizbetrieb möglich gemacht, genau wie die Verwendung einer» zusätzlichen Wärmequelle einen selbständigen Betrieb der Heizanlage gestattet. Da für die Inbetriebnahme des Zusatzkondensators lediglich das Kühlmedium zugeführt werden muß, sind keinerlei Eingriffe im Kältekreislauf erforderlich.

Um die Erwärmung des Heizungsrücklaufes im Kondensator auf ein möglichst hohes Temperaturniveau sicherzustellen, bewährte es sich, zwischen Kondensator und Mehrwegeventil ein den Durchfluß auf eine voreinstellbare Wärmeträgertemperatur regelndes thermostatisches Regelorgan anzuordnen. Dieses Regelorgan erfaßt die Temperatur des durchfließenden Wärmeträgers und beeinflußt die Wärmeträgerdurchflußmenge derart, daß die voreingestellte Temperatur eingehalten wird.

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Hierbei ist es günstig, wenn eine den Kondensator und das Regelorgan überbrückende Bypaßleitung im Heizkreislauf angeordnet ist, die ein Überströmventil aufweist, das beim Überschreiten eines voreinstellbaren Differenzdruckes öffnet. Auf diese Weise ist eine Blockierung des Heiskreislaufes für den Fall vermieden, daß das Regelorgan sehr stark drosselt.

Der Zusatzkondensator kann beliebig angeordnet sein, besonders einfach ist es jedoch, wenn der Zusatzkondensator dem Kondensator kältemittelseitig nachgeschaltet ist. Hierbei ist es günstig, wenn der Zusatzkondensator luftgekühlt und mittels eines Ventilators mit Kühlluft beaufschlagbar ist.

Der Heizungsrücklauf im Sinne der Anmeldung kann z.B. im Falle mehrerer Heizkreise, mehrere Rücklaufe und Mehrwegeventile aufweisen. Diese Rückläufe werden dann jeweils einzeln über separate Kondensatoren geführt oder zu einem gemeinsamen Rücklauf zusammengefaßt und über einen einzigen Kondensator geführt. Entsprechendes gilt auch für die Heizungs vorlaufe.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine kombinierte Heiz-Kühlanlage mit einem Vierwegeventil und
Fig. 2 den Gegenstand der "Fig. 1 mit einem Dreiwegeventil.

Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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Gemäß Figur 1 ist der Heizkreislauf mit einem ölbefeuerten Heizkessel 8 als Wärmequelle 10 versehen. Selbstverständlich ist jede andere Art der Wärmeerzeugung oder der Anschluß an ein Fernheizungsnetz durchführbar. Vom Heizkessel 8 führt der Keeselvorlauf 12 zum Vierwegeventil 14 und der Kesselrücklauf 16 vom Vierwegeventil 14 zum Heizkessel 8 zurück, wobei am Zesse!rücklauf 16 ein geschlossenes Ausdehnungsgefäß 18 angeschlossen ist. Anstelle eines Mehrwegeventils kann selbstverständlich auch ein Mehrwegehahn oder eine andere Vorrichtung mit gleicher Wirkungsweise eingesetzt werden, für die Erfindung ist dies unwesentlich.

Von einem weiteren Ausgang des Vierwegeventils 14 führt der Heizungsvorlauf 20 unter Zwischenschaltung einer Umwälzpumpe 22 zu den durch zwei Heizkörper 24 angedeuteten Wärmeverbrauchern. Der von den Wärmeverbrauchern ausgehende Heizungsrücklauf 26 ist an die Sekundärseite des als Oberflächen-Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators 28 angeschlossen, dessen Primärseite in den Kältekreislauf eingeschaltet ist. Vom Kondensator 28 führt der Heizungsrücklauf 26 zum Vierwegeventil 14 zurück. Hierbei ist ein thermostatisches Regelorgan 30 in Form eines sogenannten thermostatischen Wasserventils zwischengeschaltet.

Um auch bei starker Drosselung des Regelorgans 30 den Heizkreislauf in Gang zu halten, ist eine den Kondensator 28 und das Regelorgan 30 überbrückende Bypaßleitung 58 vorgesehen, in die ein Überströmventil 57 eingeschaltet ist. Dieses Überströmventil öffnet, falls ein voreingestellter Differenzdruck überschritten wird.

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Der Kältekreislauf weist mindestens einen Kältemittelverdichter 32 auf, dessen Druckseite über eine Leitung 34 an die Primärseite des Kondensators 28 angeschlossen ist. Von hier führt eine Verbindungsleitung 36 zum luftgekühlten Zusatzkondensator 38. Dieser ist schließlich über die Leitung 40 unter Zwischenschaltung des Expansionsventils 42 mit mindeste4s einem Verdampfer 44 verbunden, der zur Schließung des Kältekreislaufs über die Leitung 46 an die Saugseite des Verdichters 32 angeschlossen ist. Der Verdampfer 44 ist hierbei für die Abgabe von Nutzkälte z.B. an einen Kühlraum oder eine Klimaanlage vorgesehen.

FfIr die Beaufschlagung des ^usatzkondensators 38 mit Kühlluft dient ein elektrisch angetriebener Ventilator 48, der mit einer Steuerleitung 50 an einen Druckregler oder -schalter angeschlossen ist.Dieser Druckregler .52 erfaßt den Kältemitteldruck in der Leitung 34 und ist so ausgebildet, daß beim Überschreiten eines voreinstellbaren Druckes des Kältemittels der Ventilator 48 eingeschaltet, beim Unterschreiten des Druckes dagegen ausgeschaltet wird. Die Funktion des Druckreglers kann auch von einem Thermostaten übernommen werden, der die Temperatur des Kältemittels in der Leitung erfaßt und den Ventilator beim Überschreiten einer voreingestellten Grenztemperatur ein- und beim Unterschreiten ausschaltet .

Vorteilhaft ist, den Kondensator 38 von mehreren bzw. polumschaltbaren Lüftern 48 beaufschlagen zu lassen, welche über die gleiche Anzahl Druckregler 52 nacheinander zugeschaltet werden, um auch einen Teillastbetrieb zu ermöglichen.

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Zur Regelung der Vorlauftemperatur ist im Heizungsvorlauf 20 ein Temperaturfühler 54 angeordnet, der auf den Stellmotor 56 des Vierwegeventils derart einwirkt, daß eine am Temperaturfühler 54 vorgewählte Heizungs-Vorlauftemperatur eingehalten wird. Das Vierwegeventil 14 verbindet hierbei in seiner einen Endstellung den Kesselvorlauf 12 mit dem Heizungsvorlauf 20 und den Heizungsrücklauf 26 mi1j6.em Kesselrücklauf 16 und in seiner anderen Endstellung den Kesselvorlauf 12 mit dem Kesselrücklauf 16 und den Heizungsrücklauf 26 mit dem Heizungsvorlauf 20. In den Zwischenstellungen wird der Kesselvorlauf 12 gleichzeitig mit dem Heizungsvorlauf 20 und dem Kesselrücklauf 16, der Heizungsrücklauf 26 gleichzeitig mit dem Heizungsvorlauf 20 und dem Kesselrücklauf 16 verbunden, wobei die Intensität der Verbindung von einer zur anderen Endstellun^; des Vierwegeventils sich kontinuierlich ändert. In den Endstellungen des Vierwegeventils 14 ist also entweder der Heizkessel 8 oder der Kondensator 28 in den Heizkreislauf eingeschaltet, in den Zwischenstellungen ist immer der Kondensator 28 und der Heizkessel 8 in den Kreislauf eingefügt.

Während des Betriebs der Anlage wird im Kondensator 28 der Wärmeträger, im vorliegenden Ausftihrungsbeispiel das im Heizungsrücklauf 26 fließende Heizwasser, durch die aus dem Kältekreislauf abzuführende Kondensationswärme aufgeheizt und dem Vierwegeventil 14 zugeleitet. Hierbei wird der Durchfluß durch das thermostatische Regelorgan 30 derart beeinflußt, daß eine am Regelorgan voreingestellte Mindesttemperatur nicht unterschritten wird.

der Kondensator 28 und der

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In der Heizungsanlage wird die am Temperaturfühler 54 vorgewählte Heizungsvorlauftemperatur durch das vom Stellmotor betätigte Vierwegeventil 14 eingeregelt. Sind die Heizungsvorlauftemperaturen z.B. zwischen 40° und 90⁰C vorwählbar, so ist die Regelung des Heizkessels 8 so vorzunehmen, daß im Kesselvorlauf 12 eine Kesselvorlauftemperatur von wenigstens 90°C erzielbar ist.

Reicht die vom Kondensator 28 an den Heizkreislauf abgegebene Wärmemenge für die Beheizung aus, so veranlaßt der Temperaturfühler 54» um einen Anstieg der Heizungsvorlauftemperatur zu verhindern, das Vierwegeventil in jene Endstellung zu laufen, bei der der Kesselkreislauf 8, 12, 16 vom Heizkreislauf getrennt ist. Das heißt, die gesamte Wärmeversorgung wird vom Kondensator 28 übernommen. Steigt der Wärmebedarf und reicht daher die Wärmelieferung des Kondensators 28 nicht mehr aus, was sich durch ein Absinken der Heizungsvorlauftemperatur bemerkbar macht, so veranlaßt der Temperaturfühler 54 das Vierwegeventil 14 in Richtung der anderen Endstellung zu laufen, d.h. der Heizkessel 8 wird zur zusätzlichen Wärmelieferung herangezogen und zusätzlich in den Heizkreislauf einbezogen. Steigt der Wärmebedarf weiter an und läuft somit das Vierwegeventil 14 in die andere Endstellung weiter, so sind Heizkessel 8 und Kondensator 28 wärmeträgerseitig in Serie geschaltet, d.h. der Kondensator wärmt den dem Heizkessel 8 zuströmenden Wärmeträger vor.

Wird schließlich keine Heizwärme, sondern nur Kälte benötigt", so daß über den Kondensator 28 keine Wärmeabfuhr erfolgt, so erhöht sich der Druck des Kältemittels, der Druckregler 52 spricht an und schaltet den Ventilator 48 ein. In diesem

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Falle nimmt jetzt der vom Ventilator 48 beaufschlagte luftgekühlte Zusatzkondensator 38 die Verflüssigung des Kältemittels, so daß ein Kühlbetrieb unabhängig vom Heizbetrieb möglich ist. Während des Kühl-Heizbetriebes, bei dem der Ventilator 48 nicht in Betrieb ist, ist der Zusatzkondensator 38 weitgehend wirkungslos, er ist lediglich vom verflüssigten Kältemittel durchströmt.

Ist reiner Heizbetrieb ohne Kühlbetrieb gefordert, so liefert der Heizkessel 8 die gesamte Heizwärme, der Kondensator 28 ist wirkungslos, er wird lediglich vom Wärmeträger durchströmt .

Um möglichst hohe Kondensationstemperaturen im Kondensator und somit eine starke Erwärmung des Wärmeträgers zu erreichen, ist der Druckregler 52 bei Bedarf an Nutzwärme, z.B. im Winterbetrieb auf einen hohen Ansprechdruck eingestellt. Wird nur Nutzkälte, z.B. im Sommerbetrieb benötigt, wird der Druckregler auf einen niedrigeren Ansprechdruck eingestellt, so daß die Kondensationstemperaturen niedrig sind. Hierdurch sinkt die Energieaufnahme des Verdichters 32. Anstelle des Druckreglers kann selbstverständlich auch ein Temperaturregler verwendet werden, ohne hierbei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso können zwei Druckregler benutzt werden, die auf verschieden hohe Ansprechdrücke eingestellt sind und die je nach Betriebsart die Steuerung des Ventilators 48 wechselweise übernehmen.

In Figur 2 ist eine Anlage mit einem Dreiwegeventil 64 dargestellt, das an den Kesselvorlauf 12 und den Heizungsvorlauf angeschlossen und über eine Beimischleitung 62 mit dem Heizungsrücklauf 26 verbunden ist.

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In der einen Endstellung verbindet das Dreiwegeventil 64 den Heizungsvorlauf 20 mit dem Kesselvorlauf 12 und sperrt die Beimischleitung 62 ab, so daß der gesamte im Kondensator 28 vorgewärmte Wärmeträger dem Heizkessel 8 zuströmt. In der anderen Endstellung dagegen ist der Kesselvorlauf 12 abgesperrt und der Heizungsvorlauf 20 mit der Beimischldtung 62 verbunden, so daß lediglich der Kondensator 28 zur Wärmelieferung herangezogen werden kann.

In allen Zwischenstellungen des Dreiwegeventils 64 ist der Heizungsvorlauf 20 gleichzeitig mit dem Kesselvorlauf 12 und der Beimischleitung 62 verbunden. Der im Rücklauf 26 strömende Wärmeträger teilt sich im Punkt 66 auf, ein Teilstrom fließt über den Heizkessel 8 und ein anderer Teilstrom fließt über die Beimischleitung 62 zum Dreiwegeventil 64. Hier mischen sich die Teilströme und treten in den Heizungsvorlauf 20 ein.

Die Anlage nach Figur 2 wird genauso betrieben und geregelt wie die Anlage nach Figur 1, so daß die dort gegebenen Erläuterungen weitgehend auf die Anlage gemäß Figur 1 übertragbar sind. Schließlich kann in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante der Anlage gemäß Figur 2 das Dreiwegeventil im Punkt 66 angeordnet sein. Hierbei sind Kesselvorlauf 12, Heizungsvorlauf 20 und Beimischleitung 62 an ihrem Schnittpunkt 68 miteinander verbunden. In der einen Endstellung leitet das Dreiwegeventil den Wärmeträger des Heizungsrücklaufs 26 über die Beimischleitung 62 zum Schnittpunkt 68 und somit zum Heizungsvorlauf 20, in der anderen Endstellung wird der Wärmeträger des Heizungsrücklaufs 26 dem Heizkessel 8 zugeleitet und über den Kesselvorlauf 12 dem Schnittpunkt 68 und somit dem Heizungsvorlauf 20 zugeführt

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In den Zwischenstellungen des Dreiwegeventils wird der Wärmeträger des Heizungsrücklaufs 26 dem Schnittpunkt 68 sov/ohl durch die Beimischleitung 62 äLs auch durch den Heizkessel 8 zugeleitet. Das im Punkt 66 angeordnete Dreiwegeventil übernimmt sozusagen die Verteilung des Wärmeträgers, wobei das Teilungsverhältnis von der Stellung des Ventils abhängt. Die Regelung der Anlage wird wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 durchgeführt, so daß das dort gesagte auch hier gültig ist.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Anlage zum Heizen und/oder Kühlen mit jeweils wenigstens einem Heiz- und Kältekreislauf, wobei der Heizkreislauf zur Wärmeaufnahme über mindestens einen Kondensator des Kältekreislaufs führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungsrücklauf (26) über den Kondensator (28) mit einem Mehrwegeventil (14* 64) verbunden ist, dessen übrige Anschlüsse mit dem Heizungsvorlauf (20) und wenigstens einer zusätzlichen Wärmequelle (10) derart verbunden sind, daß wahlweise der Kondensator (28) oder der Kondensator (28) und die Wärmequelle (10) in den Heizkreislauf einschaltbar sind, und daß im Kältekreislauf mindestens ein Zusatzkondensator (3$,) vorgesehen ist, der beim Überschreiten eines vorwählbaren Kältemitteldruckes oder beim Überschreiten einer entsprechenden Kältemitteltemperatur selbsttätig mit einem Kühlmedium beaufschlagbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizungsrücklauf (26) zwischen Kondensator (28) und Mehrwegeventil (14; 64) ein den Durchfluß auf eine voreinstellbare Wärmeträgertemperatur regelndes thermoptatisches Regelorgan (30) angeordnet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Kondensator (28) und das Regelorgan (30) überbrückende Bypaßleitung (58) im Heizkreislauf angeordnet ist, die ein Überströmventil (57) aufweist, das beim Überschreiten eines voreinstellbaren Differenzdruckes öffnet.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil als Dreiwegeventil (64) ausgebildet ist. (Fig. 2)
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegeventil als Vierwegeventil (14) ausgebildet ist. (Fig. 1)
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkondensator (38) dem Kondensator (28) kältemittelseitig nachgeschaltet ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkondensator (38) luftgekühlt und mittels eines Ventilators (48) mit Kühlluft beaufschlägbar ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein vorzugsweise einstellbarer Druckregler (52) zur Steuerung des Kühlmediums im Kältemittelkreislauf angeordnet ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Druckregler vorgesehen sind, von denen der eine auf einen hohen Ansprechdruck eingestellt ist für die Steuerung bei Bedarf an Nutzwärme, wogegen der andere Druckregler auf einen niedrigeren Ansprechdruck eingestellt ist für die Steuerung bei Bedarf an Nutzkälte.

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