DE2927408A1

DE2927408A1 - Heizanlage mit einer waermepumpe

Info

Publication number: DE2927408A1
Application number: DE19792927408
Authority: DE
Inventors: Erich Poehlmann
Original assignee: ASK AUGUST SCHNEIDER GmbH and Co KG
Current assignee: ASK AUGUST SCHNEIDER GmbH and Co KG
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE2927408C2

Description

Heizanlage
mit einer Wärmepumpe Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe, zum Beispiel einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe oder einer direkt befeuerten Absorptionswärmepumpe, vorzugsweise bivalente Heizanlage, bei der der Käl temittelkreislauf der Wärmepumpe über Wärmetauscher mit einem Heizmittelkreislauf zur Raumheizung koppelbar ist.
Die Regelung bzw. Steuerung von Wärmepumpen bereitet im Gegensatz zu normalen Heizanlagen mit Heizkesseln relativ große Schwierigkeiten. Ein Grund hierfür ist, daß die Wärmepumpe bei steigender Außentemperatur eine ebenfalls steigende Heizleistung abgibt, während bei sinkender Außentemperatur sich die Heizleistung vermindert; die Wärmepumpe arbeitet also gegenläufig zum Wärmebedarf des zu beheizenden Hauses. Zusätzlich wird die ieistungsziffer durch die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizmedium bestimmt. Die Konsequenz hieraus ist, daß man eine derartige Anlage mit einer möglichst niedrigen Heizwasservorlauftemperatur betreiben muß.
Bei bekannten Heizanlagen mit Wärmepumpen werden zu deren z.B. von der Außentemperatur abhängigen Steuerung bzw. Regelung konstruktiv und kostenmäßig recht aufwendige elektronische Schaltungen verwendet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizanlage der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß deren außentemperaturabhngige Steuerung bzw. Regelung mit einfachen und kostengünstigen Mitteln erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein erster, an den Heizmittelkreislauf thermisch angekoppelter temperaturabhängiger Schalter mit mehreren, auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen festeingestellten Kontaktbahnen und ein zweiter, an die Außenatmosphäre angekoppelter temperaturabhängiger ScLalter mit mehreren, unterschiedlichen AuBentemperaturbereichen fest zugeordneten, der Ansteuerung der Kontaktbahnen des ersten Schalters dienenden Schaltstellungen vorgesehen ist.
Als temperaturabhängige Schalter können beispielsweise handelsübliche, bei Elektrogeräten allgemein angewendete Flüssigkeitsausdehnungsregler verwendet werden. Der Preis der bei der erfindungsgemäßen Heizanlage verwendeten Schaltung ist um weit mehr als das ZeLnfache niedriger als der Preis für die im Handel erhältlichen Steuer- bzw.
Reglerschaltungen für Wärmepumpen. Durch das kombinatorische Zusammenwirken dieser beider temperaturabhängigen Schalter wird eine sehr feine AbstuSug und Anpassung der Vorlauftemperatur des Heizkreislavaes an die Außentemperatur ermöglicht.
Die Erfindung kann vorteilhaft bei el5¢ktrisct angetriebenen Wärmepumpen oder bei sogenannten. Gas- oder Dieselmotorwärmepumpen bekannter Art angewendet werden, auch bei sogenannten bivalenten Heizanlaten mit Wärmepumps und konventionellen Wärmeerzeugern, wie z;.B. einer Ölheizung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizanlage mit bivalentem Heizbetrieb durch Wärmepumpe und/oder mittelbarer bzw. unmittelbarer Direktbeheizung des Heizmittels ist eine SchaXtstellung des zweiten Schalters in Verbindung mit einer Kontaktbahn des ersten Schalters für die Betätigung voll den Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe unterbrechenden und die Direktbeheizung des Heizmittels bewirkenden Steuermitteln vorgesehen. Als Steuermittel sind vorteilhaft hierbei ein Schaltorgan für eine Zusatzheizung des im Kältemittelkreislauf angeordneten Generators sowie ein den Kältemittelkreislauf unterbrechendes Ventil vorgesehen. Die vorgenannte Schaltstellung ist vorzugsweise einer sehr niedrigen Außentemperatur von beispielsweise -5° C zugeordnet, also einer Temperatur, bei der im Regelfall die Leistungsziffer für den Wärmepumpenbetrieb zu niedrig ist, um eine relevante Heizleistung zu erbringen. Hierbei besteht die Möglichkeit, entweder mit dem Erreichen dieser Außentemperatur die Wärmepumpe und alle ihre Teile völlig abzuschalten und mit konventionellem Reizbetrieb weiterzufahren oder aber nur den Kältemittelkreislauf zu unterbinden und den Wärmepumpenbetrieb auf reinen Wärmetauscherbetrieb umzuschalten, wobei das in dem Kältemittelgemisch enthaltene Kältemittel,z.B. Ammoniak, aus dem Gemisch ausgetrieben wird und an der kältesten Stelle des Kreislaufes gesammelt wird. Das verbleibende Wasser wird im Generator oder sogenannten Kocher erhitzt und üeer entsprechende Wärmetauscher umgewälzt.
Ein kombinierter Betrieb der Wärmepumpe zusammen mit Direktbeheizung wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Er- @f. findung dadurch ermoglicht, daß eine mit dem, dem Direktheizbetrieb zugeordneten Kontakt des zweiten Schalters verbundene, den ersten Schalter umgehende elektrische Ileitung das Schaltprogramm für die Zusatzheizung, ein den Rältemittelkreislauf unterbrechenciess- Magnetventil sowie ein weiteres Magnetventil aufweist, dos einem Brückenzweig des Kältemittelkreislaufes zwischen Generator und Absorber zugeordnet ist, welcher Brückenzweig einen in Vor- und Rücklaufleitung zwischen Generator unid Absorber angeordneten Wärmetauscher überbrückt.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert.
Es zeigt Fig. 1 die nach Art einer Schaltungsanordnung schematisch dargestellte erfindungsgeinäße Heizanlage gemäß einer ersten Ausführungsform, Pig. 2 eine zweite Ausführungsform der ebenfalls schaltbildartig verdeutlichten erfinidungsgemäßen Heizanlage.
Die in Fig. 1 dargestellte Heizanlage besteht im wesentlichen aus einem Kältemittelkreislauf 1 einer nachbeschriebenen Absorptionswärmepumpe, einem kor.lventionellen Heizmittelkreislauf 2 sowie aus einer allgt2mein mit 3 bezeichneten Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3.. Im Kältemittelkreislauf 1 der Wärmepumpe angeordnet ist ein Generator oder Kocher 4 mit einer Heizung 5 und einer Zusatzheizung 6, wobei beide Heizungen im Ausführungsbeispiel als G .asbrenner ausgebildet sind, ein Kondensator 7, ein Drosselventil 8, ein Verdampfer 9 sowie ein ADsorber 10, der über eine Vorlaufleitung 11 sowie eine Rücklaufleitung 12 mit dem Generator in Verbindung steht,7 wobei Vor- und Rücklauf-leitung 11, 12 durch einen Wäronetauscher 13 miteinander thermisch gekoppelt sind. In der Rücklaufleitung 12 ist eine Umwälzpumpe 14 und in der Vorlaufleitung 11 ein Drosselventil 15 angeordnet. In Parallelschaltung zum Wärmetauscher 13 befindet sich in der Rücklaufleitung 12 ein den Wärmetauscher überbrückender Brückenzweig 16 mit einem Magnetventil 17.
Im Heizmittelkreislauf sind mehrere Raumheizkörper 18 sowie zwei mit dem Kondensator 7 sowie mit dem Absorber 10 thermisch gekoppelte Wärmetauscher 19 und 20 sowie eine nicht weiter dargestellte Umwälzpumpe angeordnet. Für die Überbrückung der Raumheizkörper 18 ist eine Umgehungsleitung 21 mit einem umsteuerbaren DaSpelventil 22 vorgesehen.
Mit 23 ist die Außenwand des zu beheizenden Hauses bzw.
Raumes bezeichnet.
Die allgemein mit 3 bezeichnete Steuer- bzw. Regeleinrichtung weist einen ersten temperaturabhangigen Schalter 31 auf, mit im Ausführungsbeispiel drei Kontaktbahnen 31a, 31b, 31c, die auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen eingestellt sind, z.B. 450 o für Kontaktbahn 31a, 650 C für Kontaktbahn 31b und 900 C für Kontaktbahn 31c. Der Schalter 31 ist mittels eines Temperaturfühlers 24 an den Heizmittelkreislauf 2 unmittelbar ange«oppelt. Ferner besitzt die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 einen zweiten temperaturabhängigen Schalter 32, der über einen in die Außenwand 23 eingelassenen Temperaturfühler 25 unmittelbar an die Außentemperatur angekoppelt; ist. Dieser Schalter 32 besitzt einen Wechselkontakt 32a, der z.B. auf eine Schalttemperatur von+ 50 C justiert sst, sowie einen weiteren Wechselkontakt 32b, der z.B. auf eine Schalttemperatur von -5° C justiert ist. Die Schalter 31 und 32 sind in der Weise miteinander elektrisch gekoppelt, daß durch eine Leitung 33 Kontaktbahn 31a mit Wechselkontakt 32a, durch die Leitung 34 Kontaktbahn 31b alternativ mit Wechselkontakt 32a oder 32b und durch die Leitung 35 Kontaktbahn 35 Kontaktbahn 31c mit Wechselkontakt 32b verbunden bzw. verbindbar ist. Über eine elektrische Leitung 26 ist ein schützbetätigtes Magnetventil 27 für die Heizung 5 durch den Schalter 31 betätigbar, wähnend ein Magnetventil 28 über eine den Schalter 31 umgehende elektrische Leitung 29 in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Wechselkontaktes 32b des Schalters 32 betätigbar ist. Bas letztgenannte Magnetventil 28 ist zur Betätigung der Zusatzheizung 6 vorgesehen. An die Leitung 29 angeschlossen ist eine Zweigleitung 40 zur Betätigung des Magnetventils 17. Die erläuterte Schaltungsanordnung ist an die Netzleitungen R, Mp angeschlossen, wobei der den Leitungen 26 und 29 gemeinsame, an Mp angeschlossene Leitungsabschnitt 41 das Schütz eines Magnetventils 42 enthält, das eine Kurzschlußleitung 43 des Kältemittelkreislaufs 1 öffnen und schließen kann.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der beschriebenen Heizanlage erläutert.
Bis zu einer Außentemperatur von im Beispiel +5° C wird über Wechselkontakt 32a und Kontaktbahn 31a die Heizung 5 mittels des Magnetventils 27 taktweise ein- und ausgeschaltet, wobei stets eine Vorlauftemperatur von 450 C aufrecht erhalten wird. Sinkt die Außerteinperatur unter +50 C, dann schaltet der Wechselkontakt 32a um, so daß nun dessen beweglicher Kontakt den Wecalselkontakt 32b des Schalters 32 zum Zwecke der elektrischen Verbindung mit der Netzleitung R angeschlossen ist. Nun korrespondiert der auf -5° C eingestellte Wechselkontakt 32b mit der Kontaktbahn 31b des Schalters 31. Die Torlauftemperatur erreicht jetzt maximal 650 C. Sinkt die Außentemperatur unter im Beispiel 'O C, so schaltet auch der Wechselkontakt 32b um, womit er nun mit der Kontaktbahn 31c des Schalters 31 korrespondiert. Die Vorlauftemperatur wird nun auf maximal 90° C begrenzt.
Gleichzeitig mit dem Umschalten des Wechselkontaktes 32b des Schaltern 32 erfolgt bei einer Außentemperatur von weniger als -5° C über die elektrisclien Leitungen 29, 40 eine Umschaltung des normalen Wärmepumpenbetriebs, d.h.
auf des Betriebs des Kältemittelkreislaufs 1 Direktheizbetrieb, wozu die Kurzschlußleitung 43 mit Hilfe des Magnetventils 42 geöffnet wird. Dadurch wird der Kältemittelkreislauf 1 unterbrochen und durch Öffnen des Magnetventils 17 der Brückenzweig 16 zur Umgehung des Wärmetauschers 13 geöffnet. Ferner wird über das Magnetventf.l -28 die Zusatzheizung 6 betätigt. Mit der Unterbrechung des Kältemittelkreislaufes wird das in dem Kältemittelgemisch enthaltene Ammoniak aus dem Gemisch ausgetrieben und an der kältesten Stelle des Xreislaufes, nämlich im Verdampfer 9, gesammelt. Dadurch befindet sich nur noch weitgehend reines Wasser im Generator 4, das durch die Pumpe 14 über die Vorlaufleitung 11 und die Rücklaufleitung 12 mit Brückenzweig 16 umgewälzt wird, wobei der Absorber 10 zusammen mit dem Wärmetauscher 20 den Wärmetau-;sch zwischen dem Restkreislauf der Wärmepumpe und dem :jeizmittelkreislauf 2 übernimmt. Beim Zurückschalten auf Wärmepumpenbetrieb, also bei Erreichen einer Außentemperatur von z.B. 3° C gelangt das im Verdampfer 9 angesammelte Ammoniak in den Absorber 10 und dient dort zur Anreicherung des über den Kältemittelkreislauf geförderten Kältemittelgemischs.
Damit ist der Wärmepumpenbetrieb wieder hergestellt.
Hierbei ist der Heizmittelkreislauf 2 über die beiden Wärmetauscher 19 und 20 an den Kältemittelkreislauf 1 thermisch angekoppelt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist mit 45 eine vereinfacht dargestellte Wärmepumpe, etwa die in Fig. 1 dargestellte Wärmepumpe, bezeichnet, während mit 46 ein konventioneller Heizkssel mit Öl-, Gas- oder Feststoffheizung bezeichnet ist. Beide Heizsysteme sind an einen .Heizmittelkreislauf 2 mit RaumheizkörSer 18, Umgehungsleitung 21 mit manuell oder automatisch steuerbarem Doppelventil 22 angeschlossen. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 mit den temperaturabhängigen Schaltern 31 und 32 ist mit der anhand der Fig. 1 beschriebenen identisch. Auch hier kann mit Hilfe der beiden temperaturabhängigen Schalter die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe 45 bis zu der im Beispiel gewählten Außentemperatur von -5° C in zwei Stufen geregelt werden (Kontaktstellung des Wechselkontaktes 32b gemäß Fig. 2). Bei noch tieferen Außentemperaturen wird mit der Umschaltung des Wechselkontaktes 32b in die in Fig. 2 nicht gezeichnete Kontaktstellung die Wärmepumpe 35 abgeschaltet und der Heizkessel 46 angeschaltet, wie durch die entsprechenden elektrischen Leitungszüge verdeutlicht. Die Vorlauftemperatur des durch die konventionelle Heizung beheizten Heizmittelkreislaufes 2 kann nun auf die üblichen 900 C für die kalten Tage angehoben werden.
Selbstverständlich können in beiden Ausführungsbeispielen anstelle der gewählten zwei Wechselkontakte des einen Schalters 32 und der drei Kontaktb&nnen des anderen Schalters 31 mehr oder weniger Schaltmöglichkeiten vorgesehen sein.
- Patentansprüche - L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n 3 p r ü c h e 14 Heizanlage mit einer Wärmepumpe, z.B. einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe oder einer direkt befeuerten Absorptionswärmepumpe, vorzugsweise bivalente Heizanlage, bei der der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe über Wärmetauscher mit einem Heizmittelkreislauf zur Raumheizung koppelbar ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein erster, an den Heizmittelkreislauf (2) thermisch angekoppelter temperaturabhängiger Schalter (31) mit mehreren, auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen fest eingestellten Kontaktbahnen (-31a, 31b, 31e) und ein zweiter, an die Außenatmosphäre angekoppelter temperaturabhängiger Schalter (32) mit mehreren, unterschiedlichen Außentemperaturbereichen fest zugeordneten, der Ansteuerung der Kontakt bahnen des ersten Schalters dienenden Schaltstellungen vorgesehen ist.
2. Heizanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kontaktbahnen (31a, 31b, 31c) des ersten Schalters (31) individuell mit den Kontaktanschlüssen eines oder mehrerer Wechselkontakte (32a, 32b) des zweiten Schalters (32) elektrisch verbunden sind.
3. Heizanlage nach Anspruch 1 und/oder 2 mit bivalentem Heizbetrieb durch Wärmepumpe und/oder mittelbarer bzw.

unmittelbarer Direktbeheizung des Heizmittels, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Schaltstellung (32b) des zweiten Schalters (32) in Verbindung mit einer Kontaktbahn (31c) des ersten Schalters (31) für die Betätigung von dzn Kältemittelkreislauf (1) der Wärmepumpe unterbrechenden und die Direktbeheizung des Heizmittels bewirkqnden Steuermitteln vorgesehen ist.
4. Heizanlage nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Steuermittel ein Schaltorgan (Magnetventil 28) für eine Zusatzheizung (6) des im Kältemittelkreislauf (1) angeordneten Generator (4) sowie ein den Kältemittelkreislauf unterbrechendes Ventil (Magnetventil 42) vorgesehen sind.
5. Heizanlage nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine mit dem, dem Direktheizbetrieb zugeordneten Kontakt (32b) des zweiten Schalters (32) verbundene, den ersten Schalter (31) umgehende elektrische Leistung (12) das Schaltorgan (Magnetventil 28) für die Zusatzheizung (6), ein den Kältemittelkreislauf (1) unterbrechendes Magnetventil (42) sowie ein weiteres Magnetventil (17) aufweist, das einem Brückenzweig (16) des Kältemittelkreislaufes zwischen Generator (4) und Absorber (10) zugeordnet ist, welcher Brückenzweig einen in Vor- und Rücklaufleitung zwischen Generator und Absorber angeordneten Wärmetauscher (13) überbrückt.