DE2915494C2

DE2915494C2 - Einrichtung zur Wärmerückgewinnung für eine mit einer Wärmepumpe betriebene Heizungsanlage

Info

Publication number: DE2915494C2
Application number: DE2915494A
Authority: DE
Inventors: Hans 8501 Burgthann Denzler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-17
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE2915494A1

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung für eine mit einer Wärmepumpe betriebene Heizungsanlage, bei der die Abwärme des beheizten Gebäudes dem Luftstrom zugeführt wird, der durch einen Spalt innerhalb der Gebäudewandung zu dem Verdampfer der Wärmepumpe geführt ist.

Aus DE-AS 26 02 479 ist eine Wärmerückgewinnungsanlage für eine Heizung bekannt, die von außen Frischluft durch einen Fensterzwischenraum in das Gebäudeinnere führt, welche in dem Zwischenraum Wärme aufnimmt. Die Abluft wird an anderer Stelle aus dem Raum entnommen und einem Verdampfer zugeführt, welcher ihr die Wärme entzieht und sie abgekühlt an die Atmosphäre abgibt. Darüber hinaus verwendet diese Anlage und ebenso die in DE-OS 05 117 offenbarte Heizungsanlage Wärmeaustauscher, die im Außenwandaufbau integriert sind. Beide Vorrichtungen arbeiten mit zwei voneinander getrennten Kreisläufen. Dabei muß jedoch, sofern nicht eine Zusatzheizung Verwendung findet, der äußere Kreislauf unterhalb der Außentemperatur gefahren werden, weil angesichts der besonderen Ausgestaltung dieser vorbekannten Heizungsanlagen nur auf diese Weise eine Wärmeabgabe nach außen vermieden werden kann. Daraus folgen drei entscheidene Nachteile:

1. besitzt die Wärmepumpe solcher Anlagen infolge der hohen Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite eine sehr schlechte Leistungszahl,

2. liegt der Taupunkt im Mauerwerk, so daß es dort zur Wasserbildung mit allen nachteiligen Folgen kommt, und

3. muß bei der Verwendung von üblichen Kunststoffrohren bereits nach etwa zehn Jahren mit alterungsbedingteß Schaden gerechnet weiden.

ίο Bei den vorbekannten Heizungsanlagen müßte bei einer beispielsweisen Außentemperatur von —16° C die Wärme mit einer Verdampfungstemperatur des Kältemittels von etwa —25° C gefahren werden. Um eine Heizwassertemperatur von +55⁰C zu erzielen, müßte

is .lie Temperatur des Kältemittels im Kondensator etwa +65⁰C betragen. Die Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite des Kältemittelkreislaufs von etwa 90 K hätte eine Leistungszahl von nur ca. 1,2 zur Folge. Dies ist jedoch unwirtschaftlich und steigert die Betriebskosten unangemessen. Die Heizungsanlage nach DE-OS 26 05 117 will diesem Mangel durch Einschaltung von Wärmespeichertanks zur Speicherung von Umweltwärme beheben, muß hierfür aber vornehmlich erheblich erhöhte Gestehungskosten in Kauf nehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, bei einer Einrichtung der eingangs bezeichneten Art mit einfachen baulichen Mitteln die Transmissionswärmeverluste weiter zu vermindern, wobei die Gefahr von Taupunktunterschreitungen innerhalb des Spaltes in der Gebäudewandung mit Sicherheit vermieden werden soll.

Die Erfindung löst dieses Problem in der Weise, daß der aus dem Verdampfer austretende, umgewälzte Luftstrom hinter dem Verdampfer in den Spalt innerhalb der Außenwand des Gebäudes eingeleitet ist. Beim Durchströmen dieses Spaltes nimmt der Luftstrom erneut Gebäudeabwärme auf. Die Verwendung des Wärmeträgers Luft brnsrt in mehrfacher Hinsicht Vorteile. So ist zunächst ein Einfrieren des Wärmerückgewinnungskreises mit den bei von einem flüssigen Wärmeträger durchströmten Anlagen bekannten Folgeschäden ausgeschlossen. Weiter wird eine Beeinträchtigung des Baukörpers durch Kondenswasser-Feuchtigkeit vermieden. Der in dem Spalt innerhalb der Gebäudewandung geführte Luftstrom bewirkt vielmehr das Gegenteil, indem er austrocknend wirkt. Wenn in der kalten Jahreszeit von der Raumseite her Feuchtigkeit in den Spalt eindiffundiert, wird diese darin vom Luftstrom aufgenommen, zur Wärmepumpe geführt und dort ausgeschieden. Die Gefahr des Vereisens des Verdampfers wird gegenüber den herkömmlichen Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen in einen wesentlich niedrigeren Bereich der Außentemperatur zurückgedrängt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermag die Luft die Verlustwärme flächendeckend und wesentlich günstiger aufzunehmen als ein in Rohren geführter flüssiger Wärmeträger, der dazu sehr viel kalter sein müßte. Dadurch wird eine bedeutend geringere Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite des Kältemittelkreises ermöglicht.

Der aus dem Verdampfer austretende, umgewälzte

und abgekühlte Luftstrom ist, wenn er in den Spalt wieder eingeleitet wird, im Winter immer noch weit wärmer als die Außenluft. Der hohe Wärmedurchlaßwiderstand der äußeren Schicht der Gebäudewandung verhindert ein abfließen der Wärme nach außen so weitgehend, daß die Temperatur im Wärmeriickgewin-

nungskreis auf jeden Fall über der Außentemperatur und auch über der Taupunktgrenze liegt Sie kann so hoch gehalten werden, daß die Temperaturdifferenz zwischen Heizungswasser und der Luft des Wärmerückgewinnungskreises gering ist. Aus diesem nach außen abwandernde Wärme wird durch die Antriebsenergie der Wärmepumpe ausgeglichen. Weiter ist es bei der Verwendung von Luft als Wärmeträger von Vorteil, daß der zur Umwälzung der Luft im Wärmeriickgewinnungskreis erforderliche Ventilator gleichzeitig zur Raumentlüftung und in Verbindung damit zur Nutzung der hierdurch anfallenden, in der Abluft enthaltenen Wärme verwendet werden kann. Ein der Abluftmenge entsprechender Anteil wird hinter dem Veidampfer als kalte Luft ins Freie geblasen.

Die Erfindung eröffnet verschiedene Möglichkeiten, den Luitkreislauf für die Transmissionswärmerückgewinnung in die Außenwand baulich zu integrieren. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Spalt für den umgewälzten Luftstrom zwischen der Gebäudeaußenwand und einer Vorsatzschaie ausgebildet ist

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Luftstrom von dem Spalt innerhalb der Außenwand oder zwischen Außenwand und Vorsatzschale durch einen Hohlraum unter der Decke zu einem Sammelschacht geführt werden. Auf diese Weise wird die Transmissionswärme sowohl im Wand- als auch im Deckenbereich zurückgewonnen, bevor die Luft durch den Sammelschacht zur Wärmepumpe geführt wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorsatzschale an der Innenseite der Außenwand angebracht ist und aus Gipskarton-Bauplatten mit einer Schaumstoffschicht an der der Außenwand zugekehrten Seite besteht und die Schaumstoffschicht an der Außenwand anliegende Hocker aufweist, wobei durch den dadurch entstehenden Zwischenhohlraum der Luftstrom geleitet ist. In diesem Hohlraum kann der Luftstrom in jeder beliebigen Richtung geführt werden. Eine an der Raumseite angebrachte Vorsatzschale hat den Vorteil, daß sie kostengünstiger zu erstellen ist als eine solche and der Außenseite. Sie ist jedoch weniger stabil als eine gemauerte Wand. In jeder von dem Luftstrom durchströmten Geschoßdecke müsr.en in regelmäßigen Abständen Aussparungen für den Luftdurchlaß vorgesehen werden, oder jedes Geschoß muß einen eigenen Wärmerückgewinnungskreis erhalten. Letzteres kann bei Mehrfamilienhäusern erwünscht und auch wirtschaftlichersein.

Bei außen angebrachten Vorsatzschalen werden Kältebrücken im Deckenbereich mit Sicherheit vermieden und gleichzeitig eventuelle Spannungen im Baukörper ausgeglichen. Dies gilt ebenfalls für Gebäude mit Verblendmauerwerk, wo der Luftspalt zwischen den beiden Mauern sowie den bei zu geringem Wärmedurchlaßwiderstand der Mauern nötigen Wärmedämmschichten liegt.

Schließlich sieht eine Alternative der Erfindung vor, daß anstelle des Spaltes Luftkanäle innerhalb der die Gebäudewandung bildenden Wandelemenie angeordnet sind. Durch entsprechende Zusammenführung können auf diese Weise durchgehende Luftkanäle über die ganze Wandfläche gebildet werden. Es kann genügen, wenn durch eine Mehrzahl dicht nebeneinander verlaufender Luffkanäle ein annähernd ebenso großer Anteil des Transmissionswärmeverlustes zurückgewonnen wird wie bei einem einzigen durchgehenden Spalt Dies ergibt sich jeweils aus einer Ermittlung der Wärmebilanz des Gebäudes, die gewährleisten muß, daß die Motorabwärme der Wärmepumpe in jedem Fall die gesamte endgültig verlorene Wärme ausgleicht Es könnten etwa auch die Mauersteine mit Kanälen versehen und so zusammengefügt sein, daß ein durchgehender Luftstrom von unten nach oben möglich ist Es können auch Betonwände u. dgL Kanäle enthalten, wobei in allen diesen Fällen zur Bildung der Kanäle weder außen- noch innenliegende Vorsatzschalen erforderlich sind.

Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Hierbei zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgestalteten Gebäudes;

Fig.2 eine Gipskarton-Bauplatte in Draufsicht mit einer mit Höckern versehenen Schaumstoffbeschicntung;

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie HI — I". in F i g. 2;

F i g. 4 einen Schnitt nach Linie IV—IV in F i g. 2;

F i g. 5 die Ansicht einer gemauerten Außenwand mit ausmündenden Kanälen;
F i g 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in F i g. 5 und

F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VlI in F i g. 5.

Das in F i g. 1 schematisch wiedergegebene Haus steht mit den Außenwänden 1 auf der Grundplatte 2, die selbstverständlich auch die Decke eines unbeheizten Kellergeschosses oder eines selbständig beheizten unteren Geschosses sein kann. Die beiden Geschoßdekken sind mit 3 und 4 bezeichnet. Die Außenwände 1 weisen eine außenseitig vorgesetzte Vorsatzschale 5 auf, die durch an sich bekannte Abstandhalter o. dgl. an der Gebäudewand 1 so befestigt ist, daß zwischen Außenwand 1 und Vorsatzschaie 5 ein spaltförmiger Hohlraum 6 entsteht. Das untere Ende 7 dieses Spaltes 6 ist an die Rohre 8 angeschlossen, die bei der wiedergegebenen Ausführungsform in der Grundplatte ■»ο 2 verlegt sind und den Spalt 6 in Abständen von 1,5 bis 2 nt zwischeneinander erreichen. Unter der oberen Geschoßdecke 4 ist eine weitere Decke 9 abgehängt, so daß sich auch hier ein spaltförmiger Hohlraum 10 zwischen Geschoßdecke 4 und abgehängter Decke 9 ergibt, der über Aussparungen 11 mit dem Spalt 6 in den Außenwänden 1 in Verbindung steht. Im Gebäudeinneren ist ein Sammelschacht 34 vorgesehen, dessen oberes Ende an den Hohlraum 10 unterhalb der oberen Geschoßdecke angeschlossen ist und der durch sämtliche Geschosse des Hauses führt. In der abgehängten Decke 9 sind mit 12 bezeichnete öffnunfen vorgesehen, durch die die Luft aus den Räumen 14 und 15 ir. den Hohlraum 10 gelangen kann. Die Fenster 13 sind als Verbundfenster ausgebildet und weisen im Innenrahmen obeie Luftschlitze 16 und im Außenrahmen untere Luftschlitze auf.

Während bei der Ausführungsform nach F i g. 1 die Vorsatzschale 5 an der Außenseite 17 der Außenwand 1 des Gebäudes angeordnet ist, kann, was im einzelnen nicht dargestellt ist, die Vorsatzschaie 5 selbstverständlich auch an der Innenseite 18 der Gebäudeaußinwand 1 angebracht sein. Hierzu eignen sich bevorzugt die in den F i g. 2, 3 u. 4 dargestellten Gipskartonplatten 20, die an ihrer der Außenwand 1 zugekehrten Seite eine Schaumstoffschicht 21 tragen. Diese ist mit Höckern 22 versehen, welche in der Einbaustellung nach den F i g. 3 und 4 an der Außenwand 1 des Gebäudes flächig anliegen. Die Hocker 22 dienen als Abstandhalter zur

Außenwand 1 und bilden zwischen der Außenwand 1 und der Schaumstoffschicht 21 den gewünschten Spaltraum 6 aus.

Eine abgewandelte Ausführungsform geht aus den Fig.5, 6 und 7 hervor, und zwar ist dort die Gebäudeaußenwand 1 aus Mauersteinen 24 aufgesetzt, die mit entsprechenden durchgehenden Löchern 25 versehen sind. Werden die Mauersteine 24 derart aufeinandergesetzt, daß ihre Löcher 25 fluchten, ergibt sich der kanalförmige Spalt 6 unmittelbar innerhalb der Außenmauer 1. Die Mauersteine 24' der obersten Lage weisen mit den Löchern 25 in Verbindung stehende Aussparungen 11 auf, durch die bei dieser Ausführungsform der Spalt 6 mit dem Hohlraum 10 unterhalb der Geschoßdecke 4 in Verbindung steht. ι >

Im Untergeschoß 27 des in der Fig. 1 dargestellten Gebäudes ist eine Wärmepumpenanlage 28 installiert. Diese besteht aus einem Kondensator 29, einem Verdampfer 30. dem Verdichter 3i, einem Entspunnungsventil 32 und dem Ventilator 33. Der Wärmepumpenanlage 28 kommt die Aufgabe zu. dem umgewälzten Luftstrom die Wärme zu entziehen, auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, die eigene Motorabwärme beizusteuern und die Wärme an das Heizungs- und Brauchwasser abzugeben. Der Ventilator 33 sorgt für " eine Umwälzung der Luft des Wärmerückgewinnungskreises und zugleich für die Belüftung der Wohnräume des Gebäudes. Die Wärmepumpenanlage 28 ist an den Fuß des Sammelschachtes 34 angeschlossen. Über die Austrittsöffnung 35 des Ventilators 3i ist das System an Ji) die Rohre 8 angeschlossen, die den austretenden Luftstrom im Sinne der in F i g. 1 wiedergegebenen Pfeile in den Spalt 6 der Außenwand 1 des Gebäudes hineinleiten. Ein Teil des aus der Wärmepumpe austretenden Luftstroms gelangt durch den Fortluftkanal 36 und den Schacht 37 außerhalb des Gebäudes in die Atmosphäre. Dieser Teil wird durch die an den öffnungen 12 abgesaugte Raumluft erseizt.

Die in der Wärmepumpenanlage 28 abgekühlte Luft steigt im Spalt 6 bzw. in den Spalträumen der Außenwand 1 des Gebäudes auf und tritt am oberen Ende des Spaltes 6 in den Hohlraum 10 ein. Dabei nimmt der Luftstrom die Verlustwärme der Außenwand 1 und der Raumdecke 9 auf und saugt zusätzlich durch die öffnungen 12 verbrauchte warme Raumluft an. Die in den Sammelschacht 34 einströmende Luft gelangt in das Wärmepumpensystem 28, wo ihr die Wärme entzogen wird, die zusammen mit der Motorabwärme an den Heizwasserkreis 38 und den Brauchwasserboiler 39 abgegeben wird. Die durch die öffnungen 16 im Bereich der Fenster 13 eintretende Frischluft ist, da sie zwischen äußerer und innerer Scheibe aufsteigt, bereits durch die Verlustwärme der Fensterscheibe vorgewärmt und tritt als vutgewämiic Fr'iSCriSufi in Jen Raum i5 cm.

Die Luftgeschwindigkeit insbesondere in dem Spalt 6 ist abhängig von dem freien Durchgangsquerschnitt dieses Spaltes und von der aufzunehmenden Wärmemenge und damit von der Luftmenge, die pro m·' Wand bzw. Deckenfläche gefördert werden muß. Sie sollte bei etwa 0.5 m/s liegen, damit die Antriebsleistung des Ventilators 33 niedrig gehalten werden kann. Erfahrungsgemäß genügt bei Ein- und Zweifamilienhäusern eine Si.htc Spaltweite von etwa 30 mm. Durch entsprechende Einbauten in dem Spalt 6, z. B. durch die Hocker 22 der Gipskartonplatten 20. kann die Strömungsrichtung innerhalb dt-s Spaltes 6 in gewünschter Weise beeinflußt werden. Die Hocker 22 können punktförmig oder streifenförmig, wie in der Zeichnung dargestellt, sein oder auch leistenförmig durchgehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Wärmerückgewinnung für eine mit einsr Wärmepumpe betriebene Heizungsanlage, bei der die Abwärme des beheizten Gebäudes dem Luftstrom zugeführt wird, der durch einen Spalt innerhalb der Gebäudewandung zu dem Verdampfer der Wärmepumpe geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Verdampfer austretende, umgewälzte Luftstrom hinter dem Verdampfer (30) in den Spalt (6) innerhalb der Außenwand (1) des Gebäudes eingeleitet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) für den umgewälzten Luftstrom zwischen der Gebäudeaußenwand (1) und einer Vorsatzschale (3) ausgebildet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom von dem Spalt (6) innerhalb der Außenwand (1) oder zwischen AußenwanJ (6) und Vorsatzschale (5) durch einen Hohlraum (10) unter der Decke (4) zu einem Sammelschacht (34) geführt wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsatzschale (5) an der Innenseite (18) der Außenwand (1) angebracht ist und aus Gipskarton-Bauplatten (20) mit einer Schaumstoffschicht (21) an der der Außenwand (1) zugekehrten Seite besteht und die Schaumstoffschicht (21) an der Außenwand (1) anliegende Hocker (22) aufweist und durch den dadurch entstehender; Zwischenhohlraum der Luftstrom geleitet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, <iaß anstelle des Spaltes (6) Luftkanäle innerhalb der die Oebäudewandung (1) bildenden Wandelemente, z. B. Steine (24), angeordnet sind.