DE2927408C2 - Steuereinrichtung für eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizanlage mit einer Waermepumpe, zum Beispiel einer elektrisch betriebenen Waermepumpe oder einer direkt befeuerten Absorptionswaermepumpe, vorzugsweise bivalente Heizanlage, bei der der Kaeltemittelkreislauf der Waermepumpe ueber Waermetauscher mit einem Heizmittelkreislauf zur Raumheizung koppelbar ist. Bei bekannten Heizanlagen mit Waermepumpen werden zu deren z. B. von der Aussentemperatur abhaengigen Steuerung bzw. Regelung konstruktiv und kostenmaessig recht aufwendige elektronische Schaltungen verwendet. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizanlage der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass deren aussentemperaturabhaengige Steuerung bzw. Regelung mit einfachen und kostenguenstigen Mitteln erfolgen kann. Diese Aufgabe wird gemaess der Erfindung dadurch geloest, dass ein erster, an den Heizmittelkreislauf thermisch angekoppelter temperaturabhaengiger Schalter mit mehreren, auf unterschiedliche Vorlauftemepraturen festeingestellten Kontaktbahnen und ein zweiter, an die Aussenatmosphaere angekoppelter temperaturabhaengiger Schalter mit mehreren, unterschiedlichen Aussentemperaturbereich fest zugeordneten, der Ansteuerung der Kontaktbahnen des ersten Schalters dienenden Schaltstellungen vorgesehen ist. Die Erfindung kann vorteilhaft bei elektrisch angetriebenen Waermepumpen oder bei sogenannten Gas- oder Dieselmotorwaermepumpen bekannter Art angewendet werden, auch bei sogenannten bivalenten H...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe, insbesondere für bivalenten Betrieb mit einem Außentemperaturfühler, mit einem Vorte'-ftemperaturfühler und mit einem Schalter, der durch den Außentemperaturfühler betätigt wird.

Der DE-OS 26 59 806 ist eine Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe zu entnehmen, bei v/elcher eine Wärmepumpe und ein konventioneller Heizkessel vorgesehen sind, wobei durch eine Regeleinrichtung bei einem vorbestimmten Umschaltpunkt eine Umschaltung vom Wärmepumpenbetrieb auf Heizkesselbetrieb erfolgt.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizanlage der eingangs geschilderten Art so zu gestalten, daß mittels einer einfachen und kostengünstigen Anordnung eine feinfühlige Anpassung der Vorlauftemperatur an die Außentemperatur erreicht werden kann.

Dabei muß davon ausgegangen werden, daß eine solche Anpassung relativ große Schwierigkeiten bereitet 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 Leistungsziffer durch die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizmiediutn bestimmt. Die Konsequenz hieraus ist, daü eine derartige Anlage mit einer möglichst niedrigen Heizwasservorlauftemperatur betrieben werden 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.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung, ausgehend von der eingangs beschriebenen Steuereinrichtung, dadurch gelöst, daß der vom Außentemperaturfühler betätigte erste Schalter mit mehreren, unterschiedlichen Außentemperaturbereichen zugeordneten Schaltstellungen vorgesehen ist und daß der Vorlauftemperaturfühler einen zweiten Schalter betätigt, mit mehreren, auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen eingestellten und dem Steuern dieser Vorlauftemperaturen dienenden Kontaktbahnen und daß die Kontaktbahnen des ersten Schalters mit den den verschiedenen Schaltstellungen zugeordneten Kontakten des zweiten Schalters elektrisch in der Weise verbunden sind, daß unterschiedlichen Außentemperaturen unterschiedliche Vorlauftemperaturen zugeordnet sind. Durch das kombinatorische Zusammenwirken dieser beiden von Temperaturfühlern betätigten Schaltern wird eine sehr feine Abstufung und Anpassung der Vorlauftemperatur des Heizkreislaufes an die Außentemperatur ermöglicht Die Erfindung kann vorteilhaft bei elektrisch angetriebenen Wärmepumpen oder bei sogenannten Gas- oder Dieselmotorwärmepumpen angewendet werden, auch bei bivalenten Heizanlagen mit Wärmepumpe und konventionellen Wärmeerzeugern, wie zum Beispiel einer ölheizung.

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die nach Art einer Schaltungsanordnung schematisch dargestellte Steuereinrichtung für eine Heizanlage gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig.2 eine zweite Ausführungsform der ebenfalls schaltbildartig verdeutschten Steuereinrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte Heizanlage besteht im wesentlichen aus einem Kältemittelkreislauf 1 einer nachbeschriebenen Absorptionswärmepumpe, einem konventionellen Heizmittelkreislauf 2 sowie aus einer allgemein 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 Gasbrenner ausgebildet sind, ein Kondensator 7, ein Drosselventil 8, ein Verdampfer 9 sowie ein Absorber 10, der über eine Vorlaufleitung 11 sowie eine Rücklaufleitung 12 mit din Generator in Verbindung steht, wobei Vor- und Rücklaufleitung 11, 12 durch einen Wärmetauseher 13 miteinander thermisch gekoppelt sind. In der Rücklaufleitung 12 ist eine Umwälzpumpe 14 und in der Vorlaufleitung 11 ein Drosselventil IS 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

so 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 Doppelventil 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 von einem Vorlauftemperaturfühler betätigten Schalter 31 auf, mit im Ausführungsbeispiel drei Kontaktbahnen 31a, 316,31c, die auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen eingestellt sind, zum Beispiel 45°C für Kontaktbahn 31a, 65⁰C für Kontaktbahn 31Λ und 90° C für Kontaktbahn 31c. Der Schalter 31 ist mittels eines Temperaturfühlers 24 an den Heizmittelkreislauf 2 unmittelbar angekoppelt. Ferner besitzt die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 3 einen zweiten vom Außentemperaturfühler betätigten Schalter 32, der über einen in die Außenwand 23 eingelassenen Tem-

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peraturfühler 25 unmittelbar an die Außentemperatur angekoppelt ist. Dieser Schalter 32 besitzt einen Wechselkontakt 32a, der zum Beispiel auf eine Schalttemperatur von +5°C justiert ist, sowie einen weiteren Wechselkontakt 326, der zum Beispiel 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 31 6 alternativ mit Wechselkontakt 32a oder 326 und durch die Leitung 35 Kontaktbahn 35 Kontaktbahn 31c mit Wechselkontakt 326 verbunden bzw. verbindbar ist Ober eine elektrische Leitung 26 ist ein schützbetätigtes Magnetventil 27 für die Heizung 5 durch den Schalter 31 betätigbar, während ein Magnetventil 28 über eine den Schalter 31 umgehende elektrische Leitung 29 in Abhängigkeit von der Schaltslellung des Wechselkontaktes 326 des Schalters 32 betätigbar ist Das 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 +5⁰C wird über Wechselkontakt 32a und Kontaktbahn 31a die Heizung 5 mittels des Magnetventils 27 taktweise ein- und ausgeschaltet wobei stets eine Vorlauftemperatur von 45°C aufrechterhalten wird. Sinkt die Außentemperatur unter +5⁰C, dann schaltet der Wechselkontakt 32a um, so daß nun dessen beweglicher Kontakt den Wechselkontakt 326 des Schalters 32 zum Zwecke der elektrischen Verbindung mit der Netzleitung R angeschlossen ist Nun korrespondiert der auf —5° C eingestellte Wechselkontakt 326 mit der Kontaktbahn 316 des Schalter., 31. Die Vorlauftemperatur erreicht jetzt maximal 65°C. Sinkt die Außentemperatur unter im Beispiel —5°C, so schaltet auch der Wechselkontakt 326 um, womit er nun mit der Kontaktbahn 31c des Schalters 31 korrespondiert. Die Vorlauf temperatur wird nun auf maximal 90⁰C begrenzt

Gleichzeitig mit dem Umschalten des Wechselkontaktes 326 des Schalters 32 erfolgt bei einer Außentemperatur von weniger als —5°C über die elektrischen Leitungen 29,40 eine Umschaltung des normalen Wärmepumpenbetriebes, d. h. des Betriebs des Kältemittelkreislaufs 1 auf Direktheizbetrieb, wozu die Kurzschlußleituf.g 43 mit Hilfe des Magnetventils 42 geöffnet wird. Dadurch wird der Kältemittelkreislauf 1 unterbrochen und durch Öffnen des Magnetventils 17 der Brükkenzweig 16 zur Umgehung des Wärmetauschers 13 geöffnet. Ferner wird über das Magnetventil 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 Kreislaufes, nämlich im Verdampfer 9, gesammelt. Dadurch befindet sich nur noch weitgehend reines Wasser im Generator 4, das durßh 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 Wärmetausch zwischen dem Restkreislauf der Wärmepur.i'pe und dem Heizmittelkreislauf 2 übernimmt Beim Zurückschalten auf Wärmepumpenbetrieb, also bei Erreichen einer Außentemperatur von zum Beispiel — 3°C gelangt da^ im Verdampfer 9 angesammelte Ammoniak in den Absorber 10 und dient dort zur Anreicherung des über den Kältemittelkreislauf geförderten Kältermttelgemischs. 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 F i g. 1 dargestellte Wärmepumpe, bezeichnet, während mit 46 ein konventioneller Heizkessel mit Öl-, Gas- oder Feststoffheizung bezeichnet ist Beide Heizsysteme sind an einen Heizmittelkreislauf 2 mit Raumheizkörper 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.! beschriebenen identisch. Auch hier i'»nn mit Hilfe der beiden temperaturabhängigen Schaber die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe 45 bis zu der im Beispiel gewählten Außentemperatur von —5°C in zwei Stufen geregelt werden {Kontaktstellur.g des Wechselkontaktes 326 gemäß F i g. 2). Bei noch tieferen Außentemperaturen wird mit der Umschaltung des Wechselkontaktes 326 in die in F i g. 2 nicht gezeichnete Kontaktstellung die Wärmepumpe 45 abgeschaltet und der Heizkessel 46 angeschaltet wie durch die entsprechenden elektrischen Leitungszüge verdeutlicht Die Vorlauftemperatur des durch die konventionelle Heizung beheizten Heizmitteikreislaufes 2 kann nun auf die üblichen 90⁰C für die kalten Tage angehoben werden.

Selbstverständlich können in beiden Ausführungsbeispielen anstelle der gewählten zwei Wechselkontakte des einen Schalters 32 und der drei Kontaktbahnen des anderen Schalters 31 mehr Schaltmöglichkeiten vorgesehen sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuereinrichtung für eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe, insbesondere für bivalenten Betrieb mit einem Außentemperaturfühler, mit einem Vorlauftemperaturfühler und mit einem Schalter, der durch den Außentemperaturfühler betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Außentemperaturfühler betätigte erste Schalter (32) mit mehreren, unterschiedlichen Außentemperaturbereichen zugeordneten Schaltstellungen vorgesehen ist und daß der Vorlauftemperaturfühler einen zweiten Schalter (31) betätigt, mit mehreren, auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen eingestellten und dem Steuern dieser Vorlauftemperaturen dienenden Kontaktbahnen (31a, 316, 31c) und daß die Kontaktbahnen des zweiten Schalters (31) mit den, den verschiedenen Schaltstellungen zugeordneten Kontakten des.ersten Schalters (32) elektrisch in der Weise verbunden sind, daß unterschiedlichen Außentemperaturen unterschiedliche Vorlauftemperaturen zugeordnet sind.