DE2712110C2 - Anlage zum Heizen und/oder Kühlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Heizen und/ oder Kühlen mit jeweils wenigstens einem Heiz- und Kältekreislauf, wobei der Heizkreislauf zur Wärmeaufnahme über mindestens einen Kondensator des Kältekreislaufs geführt ist und ein Mehrwegeventil aufweist, das mit dem Heizungsrücklauf, und dessen übrige Anschlüsse mit dem temperaturgeregelten Heizungsvorlauf und wenigstens einer zusätzlichen Wärmequelle verbunden sind.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, einen Heizkreislauf mit einem Mehrwegeventil auszurüsten. Hierzu ist dieses mit dem Heizungsrücklauf, dem Heizungsvorlauf sowie mit einer Wärmequelle, z. B. einem Heizkessel, verbunden. Zur Ausnutzung der in einem Kältekreislauf anfallenden Abwärme ist es weiter bekannt, den Heizkreislauf über den Kondensator des Kältekreislaufs einer Kälteanlage zu führen (R. Plank, »Handbuch der Kältetechnik«, Band 6, Teil A, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg/New York, 1969, Seiten 535 und 536). Da diese Kälteanlage in erster Linie zur Kühlung eines Kühlhauses dient, sind die besonderen Belange des Heizbetriebes, wie ein Aufheizen des Heizkreislaufs auf eine möglichst hohe Temperatur, kaum berücksichtigt.

Auch ist es in Kälteanlagen bekannt, jeweils den Kondensator zur Nutzwarmeabgabe einzusetzen und bei einer Wärmeabgabc des Kondensators, die den Nutzwärmebedarf übersteigt, im Käliekreislaiif dem Kondensator einen Zusatzkondensator nachzuschauen (DK-PS 9 28 953 und 9 47 24b). Dies geschieht durch den Kai temittelstrom umleitende Ventile, die vom Druck des Kältemittels gesteuert sind. Neben dem Nachteil eines gesteigerten Bauaufwandes entsprechen solche Anlagen nicht der Forderung, aus Dichtheitsgründen in druckführenden Kältekreisläufen möglichst wenig Ventile oder Absperrorgane anzuordnen.

Des weiteren ist eine Wärmepumpenanlage mit einem Heißwasser-Druckspeicher bekanntgeworden, bei der der Kältemittelkondensator wasserseitig in zwei

ίο Kammern unterteilt ist, die gleichzeitig vom Kältemittel beaufschlagt werden. Hierbei dient die eine Kammer zur Nutzwärmeabgabe, wogegen die andere Kammer zur Abfuhr von Überschußwärme in Abhängigkeit vom Kältemitteldruck durch Wasser beaufschlagbar ist (DE-AS 10 19 792). Bei dieser Anordnung ist es nachteilig, daß das zu Kühlzwecken durch die eine Kammer fließende Wasser die andere Kammer mitkühlt. Hierdurch geht bereits gewonnene Nutzwärme verloren.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von zum Teil an sich bekannten Elementen eine einfache und somit kostengünstige Kopplungsmöglichkeit zwischen einem Heiz- und Kältekreislauf anzugeben, die den Erfordernissen des Heiz- und Kühlbetriebs Rechnung trägt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß in dem über den Kondensator geführten Heizungsrücklauf zwischen dem Kondensator und dem Mehrwegeventil ein den Durchfluß auf eine voreinstellbare Wärmeträgertemperatur regelndes thermostatisches Regelorgan angeordnet und eine den Kondensator und das Regelorgan überbrückende Bypassleitung im Heizungsrücklauf vorgesehen ist, die ein Überströmventil aufweist, das beim Überschreiten eines vorein-

J5 stellbaren Differenzdruckes öffnet, und daß dem Kondensator im Kältekreislauf mindestens ein mittels eines beim Überschreiten eines vorwählbaren Kältemitteldruckes durch einen Druckregler einschallbaren Ventilators durch Kühlluft beaufschlagbarer Zusatzkondensator nachgeschaltet ist.

Durcn die Anordnung des thermostatischen Regelorgans ist sichergestellt, daß die Erwärmung des Heizungsrücklaufes im Kondensator auf ein möglichst hohes Temperaturniveau durchgeführt wird. Denn dieses Regelorgan erfaßt die Temperatur des durchfließenden Wärmeträgers und beeinflußt die Wärmeträgerdurchflußmenge derart, daß die voreingestellt·,; Temperatur eingehalten wird. Die Überbrückung des Regelorgans durch die Bypassleitung mit eingefügtem Überströmventil stellt sicher, daß eine Blockierung des Heizkreislaufes vermieden ist, falls das Regelorgan sehr stark drosseln sollte. Die beiden vorgenannten Maßnahmen berücksichtigen die Forderung des Heizbetriebes nach möglichst starker Aufwärmung des Wärmeträgers bei störungsfreiem Heizbetrieb. Durch die Anordnung des Zusatzkondensators im Kältekreislauf, der beim Überschreiten eines vorwählbaren Kältemitteldruckes die Abfuhr von Kondensationswärme übernimmt, ist ein störungsfreier Kühlbetrieb unabhängig vom Heizbetrieb ermöglicht. Da für die Inbetriebnahme des Zusatzkondensators lediglich der Ventilator eingeschaltet werden muß, sind keinerlei Eingriffe im Kältemittelkreislauf erforderlich, wodurch die Betriebssicherheit der Kälteanlage wesentlich erhöht ist. Insgesamt gesehen ergibt

h5 sich somit eine Anlage, die sowohl Einzelbetrieb des Kälte- oder Heizkreislaufs sowie kombinierten Betrieb auf einfache Weise gestattet, wobei der Forderung nach Ausnutzung der anfallenden Abwärme des Kältekms-

laufs mit Vorrang Genüge geleistet wird.

Um den verschiedenen Betriebszuständen besser gerecht zu werden, kann eine empfehlenswerte Weiterbildung der Erfindung darin bestehen, daß zwei Druckregler vorgesehen sind, von denen der eine für die Steuerung bei Bedarf an Nutzwärme auf einen hohen Ansprechdruck und der andere für die Steuerung bei Bedarf an Nutzkälte auf einen niedrigeren Ansprechdruck eingestellt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeis-jielen im Zusammenhang mit schematischen Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine kombinierte Heiz-Kühlanlage mit einem Vierwegeventil und

F i g. 2 eine Ausführungsvariante des Gegenstands der F i g. 1 mit einem Dreiwegeventil.

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

Gemäß Fig. 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 Kesselvorlauf 12 zum Vierwegeventil 14 und der Kesselrücklauf 16 vom Vierwegeventil 14 zum Heizkessel 8 zurück, wobei am Kesselrücklauf 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 zwisrhengeschaltet.

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.

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 mindestens 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.

Für die Beaufschlagung des Zusatzkondensators 39 mit Kühlluft dient ein elektrisch angetriebener Ventilator 48. der mit einer Steuerleitung 50 an einen Druckregler oder -schalter 52 angeschlossen ist. Dieser Druckregler 52 erfaßt den Kältemitteldruck in der Leitung 34 und ist so ausgebildet, daß beim Überschreiten eines voreinstellbaren Druckes Jes 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 34 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.

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 mit dem Kesselrücklauf 16 und in seiner anderen Endstellung den Kesselvorlauf 12 mit dem Kesselrücklauf 16 und den Heizungsrücklauf 26 mit dem Heizungsvorlauf 20. In den Zwischensteüungen 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 Endstellung des Vierwegeventils sich kontinuierlich ändert.

In den Endstellungen des Vierwegeventils 14 ist also entweder der Kondensator 28 und 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 Ausführungsbeispiel 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.

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 Kesselvorlaufteniperatur von wenigstens 90°C erzielbar ist.

Reicht die vom Kondensator 28 an den Heizkreislauf abgegebene Wärmemenge für die Beheizung aus. so

ϊϊ veranlaßt der Temperaturfühler 54, um einen Anstieg der Heizungsvorlauftemperatur zu verhindern, das Vierwegeventil in jene Endstellung zu laufen, bei der der Kesselkreislauf8,12,16 vom Heizkreislauf getrennt ist. Das heißt, die gesamte Wärmeversorgung wird vom bo Kondensator 28 übernommen. Steigt der Wärmebedarf und reicht daher die Wärmelieierung des Kondensators 28 nicht mehr aus, was sich durch ein Absinken der Heizungsvorlauftemperatur bemerkbar macht, so veranlaßt der Temperaturfühler 54 das Vierwegeventil 14 t>-, in dichtung der anderen Endstellung zu laufen, d. h. der Heizkessel 8 wird zur zusätzlichen Wärmelieferung herangezogen und zusätzlich in den Heizkrcishuif 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 28 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 Falle nimmt jetzt der vom Ventilator 48 beaufschlagte luftgekühlte Zusatzkondensator 38 die Verflüssigung des Kältemittels vor, 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 28 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 F i g. 2 ist eine Anlage mit einem Dreiwegeventil 64 dargestellt, das an den Kesselvorlauf 12 und den Heizungsvorlauf 20 angeschlossen und über eine Beimischleitung 62 mit dem Heizungsrücklauf 26 verbunden ist.

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 Beimischleitung 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 22 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 F i g. 2 wird genauso betrieben und geregelt wie die Anlage nach Fig. 1, so daß die dort gegebenen Erläuterungen weitgehend auf die Anlage gemäß F i g. 2 übertragbar sind. Schließlich kann in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante der Anlage gemäß F i g. 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.

In den Zwischenstellungen des Dreiwegeventils wird der Wärmeträger des Heizungsrücklaufs 26 dem Schnittpunkt 68 sowohl durch die Beimischleitung 62 als 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 F i g. 1 durchgeführt, so daß das dort gesagte auch hier gültig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anlage zum Heizen und/oder Kühlen mit jeweils wenigstens einem Heiz- und Kähekreislauf. wobei der Heizkreislauf zur Wärmeaufnahme über mindestens einen Kondensator des Kältekreislaufs geführt ist und ein Mehrwegeventil aufweist, das mit dem Heizungsrücklauf, und dessen übrige Anschlüsse mit dem temperaturgeregelten Heizungsvorlauf und wenigstens einer zusätzlichen Wärmequelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem über den Kondensator (23) geführten Heizungsrücklaui (26) zwischen dem Kondensator (28) und dem Mehrwegeventil (14; 64) ein den Durchfluß auf eine voreinstellbare Wärmeträgertemperatur regelndes thermostatisches Regelorgan (30) angeordnet und eine den Kondensator (28) und das Regelorgan (30) überbrückende Bypassleitung (58) im Heizungsrücklauf (26) vorgesehen ist, die ein Überströmventil (57) aufweist, das beim Überschreiten eines voreinstellbaren Differenzdruckes öffnet, und daß dem Kondensator (28) im Kältekreislauf mindestens ein mittels eines beim Überschreiten eines vorwählbaren Kältemitteldruckes durch einen Druckregler (52) einschaltbaren Ventilators (48) durch Kühlluft beaufschlagbarer Zusatzkondensator (38) nachgeschaltet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Druckregler (52) vorgesehen sind, von denen der eine für die Steuerung bei Bedarf an Nutzwärme auf einen hohen Ansprechdruck und der andere für die Steuerung bei Bedarf an Nutzkälte auf einen niedrigeren Ansprechdruck eingestellt ist.