DE2819962A1 - Heizanlage mit luft/wasser-waermepumpe fuer raumheizung und/oder brauchwasserbereitung, mit einem luftkkollektor zur umwandlung der sonnenenergie in waerme - Google Patents

Heizanlage mit luft/wasser-waermepumpe fuer raumheizung und/oder brauchwasserbereitung, mit einem luftkkollektor zur umwandlung der sonnenenergie in waerme

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Description

Heizanlage mit Luft/Wasser-Wärmepumpe für Raumheizung und/oder Brauchwasserbereitung, mit einem Luftkollektor zur Umwandlung der Sonnenenergie In Wärme
Stand der Technik
Zum Stande der Technik zählen Luft/Wasser-Wärmepumpen für Raumheizungen, die bis zu etwa 2 bis 3 Grad Celsius Außenlufttemperatur oder darunter betrieben werden. Die normale Verdampfungstemperatur liegt im Bereich von etwa -5 Grad Celsius. Babel besteht die Gefahr der Vereisung des Verdampfers am unteren Einsatzpunkt der Wärmepumpe. Man hat schon versucht, diesem Nachteil dadurch entgegenzuwirken, daß «an den Verdampfer durch Zuführung elektrischer Energie zumindest periodisch abgetaut hat. Diese Maßnahme ist jedoch technisch aufwendig JHMMMiilB und der Wirkungsgrad solcher Anlagen, insbesondere die Leistungszahl für die Wärmepumpe, d. k. das Verhältnis von Heizleistung (Kondensatorleistung) zur zugeführten Leistung (Verdichterlelstung)l· ist relativ schlecht.
Ein Abtauen des Verdampfers ist auch dadurch möglich, daß man Verdampfer und Kondensator umschaltet. Diese Maßnahme ermöglicht ebenfalls keinen kontinuierlichen Betrieb solcher Anlagen mit einer gleichbleibend hohen Leistungszahl für die Wärmepumpe.
Zum Stande der Technik zählen auch Wärmepumpen mit in Fassaden eingebauten Verdampfern.
Weiterhin sind vorbekannt Wärmepumpen mit sogenannten Sole-Kollektoren, die das Dach eines Hauses bilden.
Auch die beiden letztgenannten, zum Stande der Technik zählenden Bauarten ermöglichen keinen zufriedenstellenden Betrieb.
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Insbesondere ist auch bei diesen vorbekannten Bauarten die Leistungszahl für die Wärmepumpe relativ niedrig.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Wirtschaftlichkeit einer Heizanlage mit Luft/Wasser-Wärmepumpe für Raumheizungen mit mindestens einem Luftkollektor zur Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme wesentlich zu erhöhen, und zwar vornehmlich dadurch, daß die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe in einer solchen Heizanlage erheblich verbessert wird. Diese Verbesserungen sollen durch relativ einfache konstruktive Mittel erzielbar sein.
Lösung
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.
Einige Vorteile
Die in einer erfindungsgemäßen Heizanlage verwendete Wärmepumpe läßt sich mit einer relativ hohen Leistungsziffer betreiben, die erheblich oberhalb der bisher bekannten Leistungszahlen für Wärmepumpen dieser Art liegt. Beispielsweise können erfindungsgemäß ausgebildete Wärmepumpen mit einer Leistungsziffer arbeiten, die bei Ausführungsformen im Mittel etwa 4.0 bis 5.0 betragen.
Dadurch, daß der Verdampfer in einem Luftkanal angeordnet ist, dem die von dem Sonnenkollektor aufgeheizte Luft im Kreislauf zwangsgeführt zuleitbar ist, besteht die Gefahr einer Vereisung nicht mehr. Insgesamt, läßt sich das Temperaturgefälle, bei dem die Wärmepumpe tätig sein kann, gegenüber vorbekannten Bauarten erheblich anheben.
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Weitere Ausführungsformen
Bei Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 ergibt sich der Vorteil, daß durch den im Luftkreislauf eingebauten Wärmespeicher z. Z. nicht benötigte Sonnenenergie gespeichert und bei Bedarf nutzbar gemacht werden kann.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 besteht die Möglichkeit, den Verdampfer der Wärmepumpe vom Luftkreislauf abzuschalten. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn die Heizanlage nicht betrieben wird. Dann besteht gemäß Anspruch 4 die Möglichkeit, die durch den Sonnenkollektor an die Luft abgegebene Wärme unter Umgehung des Verdampfers dem Wärmespeicher wieder zuzuführen und hier solange zu speichern, bis die Wärme benötigt wird (Anspruch 5). Die in Anspruch 5 beschriebene Ausgestaltung eröffnet aber auch die Möglichkeit, unter Umgehung des Verdampfers der Wärmepumpe die im Sonnenkollektor erwärmte Luft zunächst wieder im Kreislauf dem Sonnenkollektor zuzuführen, um sie anschließend durch den Wärmespeicher zu leiten.
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 6 besteht die Möglichkeit, in den Luftkanal Frischluft geregelt zuzuführen. Dadurch läßt sich die jeweils am Verdampfer der Wärmepumpe gewünschte Temperatur relativ feinfühlig bestimmen, so daß nicht die Gefahr einer zu hohen Verdampfertemperatur und damit einer Beschädigung des Verdichters besteht.
In Anspruch 7 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wird dem Wärmepumpenkreislauf ein Heizkreisspeicher zugeordnet, so besteht die Möglichkeit der Speicherung der Wärme in diesem Heizkreisspeicher. Dies kann beispielsweise dann geschehen, wenn dem Heizungsvorlauf keine Wärme entnommen wird, also Wärmeverbraucher abgeschaltet sind.
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Die in einer erfindungsgemäßen Heizanlage verwendeten Sonnenkollektoren können - wie an sich bekannt - als Dach- und/oder Fassadenelemente zur Anwendung gelangen.
In der Zeichnung ist die Erfindung - schematisch - an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist schematisch die Sonne veranschaulicht, deren auf einen Luft- bzw. Sonnenkollektor 2 auftreffende Wärmeenergie an die in einem praktisch geschlossenen Leitungssystem 3 in Richtung des Pfeiles X hindurchströmende Luft abgegeben wird. Die erwärmte Luft durchströmt einen Wärmespeicher 4, der in das Leitungssystem bzw. in die Leitung 3 eingeschaltet ist. Im Speicher 4 kann ein Teil der mit der erwärmten Luft transportierten Wärme gespeichert werden.
Die erwärmte Luft verläßt den Wärmespeicher 4 über die Leitung 5 und durchströmt bei der in Schließstellung gezeichneten Umsteuerklappe 6 in einen Leitungsabschnitt 7, der bei der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsform einen in seinen Querabmessungen vergrößerten Teil 8 aufweist* in welchem bei der dargestellten Ausführungsform ein Verdampfer 9 einer noch zu beschreibenden Wärmepumpe angeordnet ist, dessen Wärmeaustauscher-Lamellen von der erwärmten Luft umströmt werden.
In Strömungsrichtung nachgeschaltet ist dem Verdampfer 9 ein durch einen Motor 11 angetriebener Ventilator 10, der die erwärmte Luft an den Verdampfer 9 vorbeisaugt und bei geschlossener Umsteuerklappe 12 weiter in Richtung X zum Luftkollektor 2 fördert.
Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Bypass bezeichnet, der einerseits an die Leitung 5 und andererseits an das Teil 8, und zwar in Strömungsrichtung hinter dem Verdampfer 9»angeschlossen ist.
Auch mit dem Bezugszeichen 14 ist ein Bypass bezeichnet, der die Leitung 3 in Strömungsrichtung vor dem Kollektor 2 mit der
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Leitung zwischen dem Kollektor 2 und dem Speicher 4 verbindet, wenn die Umsteuerklappe 12 in der noch zu beschreibenden Art und Weise in deren Offenstellung gesteuert wird.
Mit der Leitung 5 ist eine Frischluftleitung 15 verbunden, die durch eine in teilweise Offenstellung dargestellte Drosselklappe 16 zwecks Zumischung von Frischluft mehr oder weniger weit geöffnet oder ganz in Schließstellung gebracht werden kann.
Mit dem Bezugszeichen 17 ist insgesamt die Wärmepumpe bezeichnet, die im wesentlichen aus den beiden Leitungen 18 und 19 besteht* In beiden Leitungen 18 und 19 ist ein geeignetes Wärmeträgermedium, beispielsweise Frigen, angeordnet, das in der Leitung in Richtung Y über den Verdichter 20 durch den Kondensator 21 und wieder zurück zum Verdampfer 9 transportiert wird. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein als Expansionsventil ausgebildetes Regelventil für den Verdampfer 20.
Die Leitung 19 ist in Strömungsrichtung Y dem Verdichter 20 nachgeschaltet und über ein Motorventil 23 mit der Leitung verbunden. Das Wärmeträgermedium durchströmt die Leitung 19 in Pfeilrichtung Z.
Wie die Zeichnung erkennen läßt, weist die Leitung 19 einen Wärmeaustauscher 24 auf, der lediglich schematisch angedeutet und in einem Heizkreisspeicher 25 angeordnet ist. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den Heizkreisspeicher 25 mit Wärme aufzuladen. Dieser Heizkreisspeicher 25 steht durch Leitungen 26 über ein Motorventil 28 mit einer Leitung 29 des sogenannten Heizungsvorlaufes in Verbindung, in der in Pfeilrichtung K Wasser strömt. 30 ist die Leitung des sogenannten Heizungsrücklaufes, der durch eine Leitung 31 ebenfalls mit dem Heizkreisspeicher 25 verbunden ist.
Die Wirkungsweise der aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsform ist folgende:
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Durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes, vorzugsweise wettergeführtes Zentralgerät werden der Antriebsmotor 11 des Ventilators 10 und der Antriebsmotor des Verdichters 20 gleichzeitig eingeschaltet. Dies geschieht/dann, wenn eine nicht dargestellte Heizung der Heizanlage Wärme entnimmt. Dann wird im Sonnenkollektor 2 aufgeheizte Luft durch den Speicher 4, durch die Leitung 5, den im Querschnitt vergrößerten Teil 8 über den Verdampfer 9 durch den Ventilator 10 angesaugt, so daß das Wärmeträgermedium in der Leitung 18 der Wärmepumpe 17 entsprechend erwärmt wird. Die vom Ventilator 10 angesaugte Luft wird über den Leitungsabschnitt 33 wieder in die Leitung 3 und damit in den Sonnenkollektor 2 gefördert, so daß sich der Kreislauf wiederholt. Die vom Wärmeträgermedium in der Leitung 18 transportierte Wärme wird im Kondensator 21 an das Wasser des Heizungsvorlaufes 29 abgegeben, so daß erhitztes Wasser zu der nicht dargestellten Heizung strömt und den zu heizenden Raum erwärmt.
Ist die vom Sonnenkollektor 2 über den Speicher 4 gelangende Luft zu heiß, so daß die Gefahr besteht, daß das Wärmeträger-■edium der Wärmepumpe 18, 19 zu stark erhitzt wird, wird die Drosselklappe 16 entsprechend weit in Offenstellung gesteuert, was durch einen elektrischen Impuls eines in dem Teil 8 vor dem Verdampfer 9 angeordneten Wärmefühlers geschehen kann, der über ein geeignetes Stellgerät die Drosselklappe 16 mehr oder weniger weit in Offen- bzw. Schließstellung bewegt. Auf diese Weise wird der erhitzten Luft Frischluft zugemischt, bis die am Verdampfer 9 gewünschte Lufttemperatur erreicht ist. Auch kann zusätzlich oder stattdessen die Umsteuerklappe 6 mehr oder weniger weit aufgeschwenkt werden, so daß ein Teil der erhitzten Luft durch den Bypass 13 am Verdampfer 9 vorbeiströmt und diesen nicht beaufschlagen kann.
Wird die Heizung abgeschaltet, so ist es möglich, den Speicher durch die im Sonnenkollektor 2 erhitzte Luft mit Wärme aufzuladen. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß die Umsteuerklappe
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so weit aufgesteuert wird, daß die Leitung 5 in Richtung zum Verdampfer 9 vollkommen abgesperrt ist. Auf diese Weise gelangt erhitzte Luft über den Bypass 13 hinter den Verdampfer 9 und von dort aus wieder zurück in die Leitung 3 zum Sonnenkollektor 2, so daß die erhitzte Luft gewissermaßen im Kreislauf durch den Wärmespeicher 4 transportiert wird.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Sonnenkollektor von dem Kreislauf abzuschalten. Dies geschieht bei der dargestellten Ausführungsform dadurch, daß die Umsteuerklappe 12 in deren Offenstellung gebracht wird, so daß der Weg zum Sonnenkollektor 2 in Strömungsrichtung X vollkommen blockiert ist. Der Ventilator 10 kann dann über den Wärmespeicher 4 Luft im Kreislauf ansaugen und entlädt diesen.
Die Zeichnung läßt außerdem erkennen, daß durch die Wärmepumpe 17 der Heizkreisspeicher 25 aufladbar iat. Auf diese Weise ist eine Abhebung des Temperaturniveaus durch die Wärmepumpe und eine Speicherung der Wärme im Heizkreisspeicher 25 möglich, der je nach Bedarf über die Ladepumpe 27 entladbar ist. Außerdem besteht natürlich die Möglichkeit, das Temperaturniveau durch die Wärmepumpe 1? anzuheben und die Wärmeabgabe über den Kondensator 21 direkt an den Heizungsvorlauf 29 in der beschriebenen Art und Weise zu bewirken. Das Wasser des Heizungsvorlaufes 29 wird dabei durch die Umwälzpumpe 32 gefördert.
Die in der Beschreibung und in den Patentansprüchen beschriebenen und in der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung und in der Beschreibung beschriebene Anzahl von Sonnenkollektoren und Speichern beschränkt. Es können auch mehrere solcher Sonnenkollektoren und/oder Speicher und/oder Wärmepumpen parallel und/oder hintereinander geschaltet sein, wenn dies die Betriebsbedingungen erfordern.
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Claims (8)

  1. 30. April 1978 PZ 3127
    THYSSEN INDUSTRIE AG
    Am Thyssenhaus 1
    4300 Ess^n 1
    Patentansprüche
    Heizanlage mit Luft/Wasser-Wärmepumpe für Raumheizung und/ oder Brauchwasserbereitung, mit einem Luftkollektor (Sonnenkollektor) zur Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (9) der Wärmepumpe (17) in einem Luftkanal
    (8) angeordnet ist, dem die von dem Sonnenkollektor
    (2) aufgeheizte Luft vorzugsweise im Kreislauf zwangsgeführt zuleitbar ist.
  2. 2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (5) zwischen Sonnenkollektor (2) und Verdampfer
    (9) wenigstens ein Wärmespeicher (4) eingeschaltet ist.
  3. 3. Heizanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (9) der Wärmepumpe (17) vom Luftkreislauf abgeschaltet 1st.
  4. 4. Heizanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (5) in Strömungsrichtung (X) nach dem Wärmespeicher (4) durch einen Bypass (13) mit
    - 2 -dem Luftkanal (3) nach dem Verdampfer (9) verbunden 1st.
  5. 5. Heizanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (3) zwischen Sonnenkollektor (2) und dem Wärmespeicher (4) durch einen Bypass (14) mit
    dem Luftkanal (3) vor dem Sonnenkollektor (2) verbunden ist.
  6. 6. Heizanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luftkanal (5, 8) Frischluft geregelt zuführbar ist.
  7. 7. Heizanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sonnenkollektor (2) über den Wärmespeicher (4) und evtl. über den Verdampfer (9) und ggf. wieder zurück zum Sonnenkollektor (2) geförderte Luft im geschlossenen Kreislauf strömt.
  8. 8. Heizanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmepumpenkreislauf (17) ein Heizkrelsspeicher (25) zugeordnet ist, der über Leitungen (26, 31), einerseits mit einer Heizungevorlaufleitung (29) und andererseits mit einer Heizungsrücklaufleitung (30) verbunden ist, wobei in der die Heizungsvorlauf leitung (29)Mundr£entHeiZg>. kreisepeicher (25) verbundenen Leitung eiiiaxMtopMpi (■■) eingeschaltet ist.
    909846/0111
DE19782819962 1978-05-08 1978-05-08 Heizanlage mit luft/wasser-waermepumpe fuer raumheizung und/oder brauchwasserbereitung, mit einem luftkkollektor zur umwandlung der sonnenenergie in waerme Withdrawn DE2819962A1 (de)

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