DE2915793C2

DE2915793C2 - Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Transmissionswärme bei mittels Wärmepumpen beheizten Gebäuden

Info

Publication number: DE2915793C2
Application number: DE2915793A
Authority: DE
Inventors: Hans 8501 Burgthann Denzler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-19
Filing date: 1979-04-19
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE2915793A1

Description

1. Der Wärmeträger sowohl des Verdampfer- (11) als auch des Kondensator-Kreislaufs (10) der Wärmepumpe ist Luft,

2. Vor- (1, 4) und Rücklaufleitungen (2, 3) beider Wärmepumpen-Kreisläufe (10, 11) sind in die Außenwand derart integriert, daß sich über den Querschnitt der Wand folgende Reihenfolge der Leitungen ergibt: Vorlauf-Rücklauf-Rücklauf-Vorlauf,

3. die gebäudeäußere Schicht (9) der Außenwand hat einen hohen, die gebäudeinnere Schicht (5) der Außenwand einen geringen Wärmedurchlaßwiderstand.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (6, 7, 8) zwischen Vorlauf-Rücklauf (1,2), Rücklauf-Rücklauf (2,3) und Rücklauf-Vorlauf (3, 4) einen hohen Wärmedurchlaßwiderstand aufweisen.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da? die gebäudeinnere (5) und die gebäudeäußere Schicht (9) sowie die Trennwände (6, 7, 8) mit puiktförmigen oder in Strömungsrichtung verlaufenden, durchgehenden oder unterbrochenen Abstandshaltern versehen sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungsstellen (12) zwischen den Leitungen (1, 2, 3, 4) und dem Baukörper (Decke, Fußboden, Wand) die Befestigung und Abdichtung mittels Bauklebern u»id Fugenfüllern hergestellt sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (1, 2, 3, 4) in fabrikmäßig herstellbare Wandelemente integriert sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Transmissionswärme bei mittels Wärmepumpen beheizten Gebäuden, bei denen die Außenwände des Gebäudes im Winter zur Flächenheizung bzw. im Sommer zur Flächenkühlung dienen und von dem Wärmeträger durchströmt werden.

Aus den DE-OS 26 02 479, 26 05 117 und 27 07 826 sowie der AT-PS 3 32 046 sind bereits Heizanlagen bekannt, die mit zwei voneinander getrennten Kreisläufen arbeiten. Dabei muß jedoch - sofern nicht eine Zusatzheizung verwendet werden soll - der äußere Kreislauf unterhalb der Außentemperatur gefahren werden, weil bei der sonstigen Ausgestaltung dieser bekannten Heizanlagen nur eine Wärmeabgabe nach außen vermieden werden kann. Daraus resultieren jedoch drei entscheidende Nachteile;

1. Infolge der hohen Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite besitzt die Wärmepumpe eine sehr schlechte Leistungszahl.

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

ίο 3. Bei Verwendung von Kunststoffrohren muß bereits nach etwa zehn Jahren mit alterungsbedingten Schaden gerechnet werden. '

Im Falle der bekannten Heizanlagen müßte z. B. bei einer Außentemperatur von — 16"C die Wärmepumpe mit einer Verdampfungstemperatur des Kältemittels von etwa —25° C gefahren werden. Um eine Heizwassertemperatur von +55⁰C zu erhielen, müßte die Kältemitteltemperatur im Kondensator etwa +65" C betragen, was zu einer Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite des Kältemittelkreises von etwa 90 (C führen würde und eine Leistungszahl von nur ca. 1,2 zur Folge hätte; das wäre jedoch unwirtschaftlich und würde die Betriebskosten steigen lassen. Dieser Mangel soll bei den Heizanlagen gemäß DE-OS 26 05 117 und 27 07 826 durch Einschaltung von Wärmespeichertanks zur Speicherung von Umweltwärme und bei den Heizanlagen gemäß DE-OS 26 02 479 und AT-PS 3 32 046 durch Einsatz von Wärmepumpen mit einer derart hohen Leistung behoben werden, daß diese jederzeit zur Deckung des maximalen Wärmebedarfs in der Lage sind; beide Maßnahmen erhöhen naturgemäß vor allem die Gestehungskosten ganz erheblich.

Weiter ist aus der AT-PS I 76 965 die Anordnung mehrerer nebeneinander liegender Luftkanäle in einer Wand bekannt Diese bekannte Bauart hat jedoch nichts mit der Wärmerückgewinnung aus der Transmissionswärme bei mittels Wärmepumpen beheizten Gebäuden zu tun. Im Gegenteil: Würde diese bekannte Luftkanalanordnung als Wärmerückgewinnungs- und Heizkreis betrieben werden, wäre die Heizanlage mangels gezielter Dämmung und richtiger Auslegung der Wärmedurchlaßwiderstände der Zwischenwände funktionsunfähig; der Wärmeverlust wäre sogar noch größer als bei herkömmlichen Heizanlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art mit einfachen baulichen Mitteln die Transmissionswärmeso Verluste (Heizbetrieb) bzw. -gewinne (Kühlbetrieb) weiter zu vermindern, wobei die Gefahr von Taupunktunterschreitungen innerhalb der Wand mit Sicherheit vermieden werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

1. Der Wärmeträger sowohl des Verdampfer- als auch des Kondensator-Kreislaufs der Wärmepumpe ist Luft,

2. Vor- und Rücklaufleitungen beider WarmepumpetvKreisläufe sind in die Außenwand derart integriert, daß sich über den Querschnitt der Wund folgende Reihenfolge der Leitungen ergibt: Vorlauf-Rücklauf-Rücklauf-Vorlauf,

f>i 3. die gebäudeäußere Schicht der Außenwand hat einen hohen, die gebäudeinnere Schicht der Außenwand einen geringen Wärmedurchlaßwiderstand.

Die Verwendung des Wärmeträgers Luft bringt in mehrfacher Hinsicht Vorteile. Ein Einfrieren des Wärmerückgewinnungskreises mit den bei von einem flüssigen Wärmeträger durchströmten Anlagen bekannten Folgeschäden ist ausgeschlossen. Weiter wird eine Beeinträchtigung des Baukörpers durch Feuchtigkeit (Kondenswasser) verhindert, im Gegenteil: der Wärmeträger wirkt austrocknend. Ferner wird die Gefahr des Vereisens des Verdampfers in einen wesentlich niedrigeren Außentemperaturbereich als bei herkömmliehen Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen zurückgedrängt. Schließlich ist die Ausnutzung der Wärmeübertragungsflächen besser als bei Anlagen mit einem flüssigen Wärmeträger, weil dieser in Rohren (Kostenaufwand!) geführt werden muß, während ein gasförmiger Wärmeträger die gesamte zur Verfügung stehende Fläche bespülen kann, was eine geringere Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite des Kältemittelkreises ermöglicht

Die gewählte Reihenfolge der Leitungen Vorlauf-Rücklauf-Rücklauf-Vorlauf ergibt in der Wand eine kontinuierliche Abnahme der Luftstromtemperaiur, beim Heizen von innen nach außen, beim Kühlen umgekehrt; durch dieses Wärmegefälle liegt der Taupunkt stets außerhalb des Wandaufbaus, so daß es im Mauerwerk nicht zur Wasserbildung mit ihren nachteiligen Folgen kommen kann. Weiter wirkt sie sich insofern günstig aus, als aus dem Rücklauf des Heizbzw. Kühlkreises abwandernde Wärme im Rücklauf des Wärmerückgewinnungskreises aufgefangen wird und deshalb nicht in die gebäudeäußere Schicht und durch diese ins Freie gelangt, vielmehr auf dem kürzesten Wege der Wärmepumpe wieder zugeführt wird.

Die Ausgestaltung der gebäudeäußeren und der gebäudeinneren Schicht der Außenwand hinsichtlich des Wärmedurchlaßwiderstands bringt erhebliche Vorteile. So führt der geringe Wärmedurchlaßwiderstand der gebäudeinneren Schicht dazu, daß die Temperatur der Luft im Heiz- bzw. Kühlkreis nur wenig über (Heizbetrieb) bzw. unter (Kühlbetrieb) der Raumtemperatur zu liegen braucht, um Wärme bzw. Kälte an den Raum abzugeben, was sich auf die Temperaturdifferenz zwischen Heiz- bzw. Kühlkreis und Wärsnerückgewinnungskreis (mit Verbesserung der Leistungszahl der Wärmepumpe) günstig auswirkt. Der hohe Wärme- «5 durchlaßwiderstand der gebäudeäußeren Schicht verhindert ein Abfließen der Wärme nach bzw. Wärmegewinn von außen so weitgehend, daß die Temperatur im Vorlauf des Wärmerückgewinnungskreises z. B. beim Heizen auf jeden Fall über der Außentemperatur liegt, d. h. so hoch gehalten werden kann, daß die Temperaturdifferenz zwischen Heiz- bzw. Kühlkreis und Wärmeriickgewinnungskreis gering ist. Aus dem Vorlauf des Wärmerückgewinnungskreises nach außen abwandernde Wärme wird durch die Antriebsenergie der Wärmepumpe ausgeglichen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann der zur Umwälzung der Luft im Wärmeriickgewinnungskreis erforderliche Ventilator gleichzeitig zur Raumentlüftung und in Verbindung damit zur Nutzung t>o der dabei anfallenden, in der Abluft enthaltenen Wärme verwendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Trennwände zwischen Vorlauf-Rücklauf, Rücklauf-Rücklauf und Rücklauf-Vorlauf einen hi hohen Wärmedur^hlaßwiderstand auf. Damit soll ein Abwandern von Wärme nach außen in Grenzen gehalten werden, um so min einer möglichst klein dimensionierten Wärmepumpe auskommen zu können.

Zweckmäßigerweise sind die gebäudeinnere und die gebäudeäußere Schicht sowie die Trennwände mit punktförmigen oder in Strömungsrichtung verlaufenden, durchgehenden oder unterbrochenen Abstandshaltern versehen. Punktartig angeordnete Distanzstücke haben den Vorteil, die Strömung des Wärmeträgers praktisch kaum zu beeinflussen; im Gegensatz dazu kann bei Bedarf durch streifenartig durchgehende Abstandshalter die Strömungsrichtung in gewünschter Weise beeinflußt werden.

Es empfiehlt sich, an den Verbindungsstellen zwischen den Leitungen und dem Baukörper (Decke, Fußboden, Wand) die Befestigung und Abdichtung mittels Bauklebern und Fugenfüllern herzustellen. Auf diese Weise lassen sich etwaige temperaturbedingte Längenausdehnungen sicher beherrschen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Leitungen in fabrikmäßig herstellbare Wandelemente integriert. So ist es ohne weiteres möglich, die Wandelemente mit den Leitunge-· derart zu konzipieren, daß sie sich mit bekannten Feritgungseinrichtungen wie beispielsweise Transferstraßen zur Herstellung von schaumstoffbeschichteten Gipskartonplatten herstellen lassen.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.

Es zeigt:

F i g. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgernäß ausgestalteten Raums und

F i g. 2 eine Schnittansicht des dabei gewählten Wandaufbaus.

Die Außenwand des Raums weist von innen nach außen vier Kanäle bzw. Leitungen 1,2,3 Und 4 auf. Zum Raum hin wird dieses Leitungssystem durch eine gebäudeinnere Schicht 5 begrenzt, während zwischen den Leitungen I, 2, 3 und 4 Trennwände 6, 7 und 8 vorgesehen sind; die nach außen gerichtete Begrenzung des Leitungssystems bildet eine gebäudeäußere Schicht 9. Die Schichten 5 und 9 sowie die Trennwände 6, 7 und 8 sind bei 12 an der Decke, dem Fußboden und/oder der "-'/and mittels elastischen Bauklebern, Fügenfüllern od. dgl. abdichtend befestigt.

Die Leitungen 1 und 2 sind zu einem Lsitungspaar 10 und die Leitungen 3 und 4 zu einem Leitungspaar Ii zusammengefaßt Das Leitungspaar 10 ist Bestandteil des Heiz- bzw. Kühlkreises einer Wärmepumpe 13. Diese besteht im wesentlichen aus einem Kondensator 14, einem Verdampfer 15, einem Verdichter 16, einem Entspanner 17 und je einem dem Kondensator 14 bzw. dem Verdampfer 15 zugeordneten Ventilator 18a bzw. i8b. Das Leitungspaar 11 dient, sowohl bei Heiz- als auch bei Kühlbetrieb der Einrichtung, der Energierückgewinnung. Dabei kommt dem Verdichter 16 die Aufgabe zu, z. B. im Heizbetrieb die Wärme vom Wärmerückgewbnungskreis 11,15, 18t zum Heizkreis 10,14,18a auf höheres Temperaturniveau zu bringen, zu transportierer und dabei zusätzlich die eigene Motorabwärme beizusteuern, während die Ventilatoren 18a und 186 die Luft im Heiz- bzw. Wärmeriickgewinnungskreis umwälzen sollen.

Die gebäudeinnere Schicht 5 als der w?rme- bzw. kälteabgebende Teil des Leitungssystems besteht aus einem Material mit möglichst geringem Wärmedurchlaßwiderstand, z. B. aus einer Gipskartonplatte; diese ist zwecks Versteifung durch angeformte oder eingesetzte Abstandshalter mit den dahinterliegenden Wänden verbunden. Die Trennwände 6 und 8 trennen die Vor-

und Rücklaufströme des Heiz- bzw. Kühlkreises 10, 14, 18a und des Wärmerückgewinnungskreises II, 15, 186 bis kurz vor Ende der Heizfläche; diese Wände besitzen einen sehr hohen Wärmedurchlaßwiderstand und bestehen daher aus stark wärmedämmendem Material. z. B. aus Schaumstoff oder Mineralfaserplatten. Gleiches gilt bezüglich der durchgehenden Trennwand 7, welche die luftseitige Trennung zwischen Heiz- bzw Kühlkreis 10, 14, 18a und Wärmerückgewinnungskreis 11, 15, 186 darstellt. Schließlich besitzt auch die gebäudeäußere Schicht 9 einen sehr hohen Wärmedurchlaßwiderstand.

Die Weiterführung der Leitungen 1 und 2 des Heizbzw. Kühlkreises 10, 14, 18a vom Wandelement zum Ventilator 18a und Kondensator 14 erfolgt derart, daß die Leitungen entweder unterhalb der Decke des die Wärmepumpe 13 aufnehmenden Raums - meistens des Kellers - angebracht oder als verlorene Schalung in diese Decke eingegossen sind; dabei werden die Leitungen 1 und 2 in einem Abstand zwischen 1 und 2 m voneinander angeschlossen. - Die Leitungen 3 und 4 des Wärmerückgewinnungskreises 11, 15, 186 werden mit gleichbleibendem Querschnitt entlang der Kellerwand bis zum Kellerfußboden geführt. Von dort gelangt die Luft durch im Fußboden oder Erdreich verlaufende Rohre von und zum Ventilator 186 und dem Verdampfer 15. Auf diese Weise kann bei entsprechender Verlegung der Rohre weitere Wärme aus dem Erdreich gewonnen werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Heizfall arbeitet die erfindungsgemäße Einrichtung wie folgt:

Die Warmluft des Heizkreises 10, 14, 18a wird in die Leitung 1 geblasen, strömt in dieser aufwärts und gibt dabei durch die gebäudeinnere Schicht 5 Wärme an den Raum ab, geht am oberen Ende der Heizwand in die Leitung 2 über, strömt als abgekühlte Luft in dieser abwärts, verliert dabei noch etwas Wärme an die angrenzende Leitung 3 des Wärmerückgewinnungskreises 11, 15, 186 und wird schließlich vom Ventilator 18a angesaugt, durch den Kondensator 14 geblasen und dabei erneut aufgeheizt.

In der Leitung 3 des Wärmerückgewinnungskreises

ίο 11i 15, 186 wird die von der Leitung 2 des Heizkreises 10,14,18a abgegebene Wärme von der zur Wärmerückgewinnungsanlage strömenden Luft aufgenommen und auf dem kürzesten Weg über den Ventilator 186 zum Verdampfer 15 gebracht, der sie der Luft ganz oder

ii teilweise entzieht; danach wird sie dann über den Verdichter 16 in den Heizkreis 10, 14, 18a transportiert. Die aus dem Verdampfer 15 austretende relativ kalte Luft wird in die Leitung 4 eingeblasen; beim aufwärts gerichteten Durchströmen dieser Leitung 4 gibt sie zunächst etwas Warme an die käitere ÄuBenwand ab, geht am oberen Ende in die Leitung 3 über und strömt in dieser abwärts, worauf der Kreislauf von neuem beginnt.

Der Kreislauf wird während des gesamten Heiz- bzw.

Kühlbetriebs aufrechterhalten. Dabei kann die Luftgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der erforderlichen Heiz- bzw. Kühlleistung geregelt werden; sie sollte in den Leitungen 1, 2, 3 und 4 bei etwa I m/sec liegen, damit die Antriebsleistung der Ventilatoren niedrig

jo gehalten werden kann. Bei den üblicherweise zur Verfügung stehenden Außenwandflächen hat sich eine lichte Weite der Leitungen 1, 2, j und 4 von etwa 30 mm als ausreichend erwiesen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Transmissionswärme bei mittels Wärmepumpen beheizten Gebäuden, bei denen die Außenwände des Gebäudes im Winter zur Flächenheizung bzw. im Sommer zur Flächenkühlung dienen und von dem Wärmeträger durchströmt werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: