DE2931861A1

DE2931861A1 - Speisewasserbehaelter fuer waermepumpen

Info

Publication number: DE2931861A1
Application number: DE19792931861
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: REITMAIER L KG
Current assignee: REITMAIER L KG
Priority date: 1979-08-06
Filing date: 1979-08-06
Publication date: 1981-02-26
Also published as: ZA804776B; BE884646A

Description

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DR.-INa. R. DÖRINO DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG - 3 - MÜNCHEN

Ludwig Reitmaier KG, 8261 Marktl

Speisewaaserbehälter für Wärmepumpen

Die Erfindung betrifft einen als Erdtank ausgebildeten Speisewasserbehälter für Wärmepumpen eines die Sonnenenergie zur Aufwärmung des Speisewassers ausnutzenden Heizsystems, bei dem die Tankaußenseite mit einer Schicht aus wärmeisolierenden Material, insbesondere einem Hartschaum versehen ist.

Es ist bekannt, bei Heizsystemen mit Wärmepumpe das Speisewasser der Wärmeppmpe zur Aufwärmung über einen Solarkreis zu führen, wobei das aufgewärmte Hasser zur Erhöhung der Wärmekapazität und Heizungsdauer in einen Speisewasserbehälter geleitet wird, aus dem die Wärmepumpe das Speisewasser bei Bedarf ansaugen kann. Zur Verringerung des Wasserverbrauchses wird dabei das Rücklaufwasser von der Wärmepumpe zur erneuten Erwärmung durch den Solarkreis geleitet.

Es ist auch bekannt, Wärmepumpen in Verbindung mit einem im Erdreich verlegten Speisewassersystem zu kombinieren, bei dem ein

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in frostsicherer Tiefe verlegtes Rohrsystem dafür sorgt, daß das der Wärmepumpe zugeführte Wasser die Erdwärme aufnimmt, während das abgekühlte Rücklaufwasser der Wärmepumpe -dem Rohrleitungssystem wieder zugeleitet wird.

Es sind aucb bereits Hybrid-Systeme bekannt, bei denen je nach Wärmeanfall die Aufwärmung des Speisewassers für die Wärmepumpe über einen Solarkreis oder über andere wärmeabgebende Systeme erfolgen kann.

Die die Erdwärme der Wärmepumpe zuführenden Systeme sind zwar zuverlässig und dauernd wirksam. Sie haben jedoch den Nachteil, daß großflächige Erdbereiche zur Verlegung des Rohrsystems bis zur Frosttiefe aufgegraben werden müssen. Sie haben weiter den Nachteil, in besonders strengen Wintern, daß das System nicht ausreichend gegen Frost gesichert ist, zumal das RUcklaufwasser der Wärmepumpe stark abgekühlt ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Speisewaeaerbehälter der ein·« gangs näher bezeichneten Art tu «chaffen, der in üblicher Weise das von einem Solarkreis aufgewärete Speisewasser aufnimmt und gleich ohne die bisher üblichen Nachteile die Möglichkeit bietet,! bei geringem Wärmeaufkommen aus dem Solarkreis der Wärmepumpe ' Erdwärme zuzuführen. j

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß dadurch, gelöst, daß.die wärme-j isolierende Schicht des Erdtankes eine von einem Fluid durch-

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strömte Lage umgeben ist und die Lage ihrerseits von einem Mantel aus einem mechanisch widerstandsfähigen Material mit gutem Wärmeleitvermögen eingehüllt ist, wobei die vom Fluid durchströmte Lage zwischen den Rücklauf der Wärmepumpe und den Speisewasserbehälter strömungsmäßig einschaltbar ist.

Der Speisewasserbehälter wird wie in üblichen Systemen als Vorratsbehälter für aufgewärmte Speisewasser, das der Wärmepumpe über längere Heizzeiten, in denen keine Wärme aus dem Solarkreis gewonnen werden kann, zur Verfügung steht. Um den Bedarf der Wärmepumpe an aufgewärmten Speisewasser auch dann noch zu befriedigen» wenn das Solarsystem aus bestimmten Gründen nicht ausreichende Wärmemengen liefert, sieht die Erfindung vor, daß das RUcklaufwasser der Wärmepumpe zunächst in innigen Wärmeübergangskontakt mit dem Erdreich gebracht wird, um sich auf Erdtemperatur aufzuwärmen, bevor das RUcklaufwasser in den Speisewasserbehälter zurückgeleitet wird. Die Anordnung ist dabei außerordentlich raumsparend und einfach ausgebildet und läßt sich fabrikmäßig vorfertigen. Das kalte Hücklaufwasser gelangt dabei nicht direkt in den Speisewasserbehälter. Es kann sich vielmehr durch Kontakt mit dem umliegenden Brdreich aufwärmen. Dieser Kontakt wird sichergestellt über eine mechanische Schutzschicht, die zugleich als guter Wärmeleiter den Wärmekontakt zwischen der durchströmten Lage und de* Erdreich elcherstellt. Dabei hat sich als sehr billiges und wirksames Material für den Schutzmantel Beton erwiesen. Dieser kann zusätzlich aufgerauht oder mit Rippen versehen sein, um die Übergangsflächen zum.Erdreich zu erhöhen. Der

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Beton kann auch die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Beimischungen aufweisen. Die durchströmte Lage auf der Wärmeisolierungsschicht kann aus Metall oder aus einem ausreichend wärmeleitfähigen Kunststoff bestehen. Bevorzugt ist die Lage als Schlauch- oder Rohrbündel ausgebildet, das eng auf dem wärraeisolierenden Hartschaum aufgewickelt ist. Bei ausreichender Größe des Speisewasserbehälters und bei ausreichender Wicklungslänge kann sichergestellt werden, daß auch bei sehr kaltem Rücklaufwas3er_f dieses sich auf Erdwärme in frostsicheren Tiefen aufwärmt, bevor das Rücklaufwasserbehälter gelangt. Auf diese Weise kann Erdwärme in den Wärmekreislauf der Wärmepumpe auf einfache und raumsparende Weise eingeführt werden. Hierbei ist es sogar möglich, in dem Speisewasserbehälter in sich geschlossene Behälter vorzusehen, welche hermetisch und druckfest eine nicht gegen Frost geschützte Flüssigkeit, wie Wasser, enthalten, während das eigentliche Speisewasser mit einem Frostschutzmittel versehen ist. Durch diese Ausbildung kann in Verbindung mit der vo« Fluid durchströmten Lage auf der Isolierschicht des Speisewasserbehälters der Wärmeentzug aus dem Speisewasserbehälter bis unter den Gefrierpunkt getrieben werden, wodurch eine bessere Ausnutzung der latent vorhandenen Wärme und somti eine bessere Effektivität der Wärmepumpe erzielt werden kann.

Die Erfindung ist bei jeder Art von Speisewasserbehälter geeignet, sofern dieser Speisewaaserbehälter im Erdreich eingelassen ist. Es kann dabei besonders vorteilhaft sein, wenn der Speisewasserbehälter bis in den Grundwasserbereich versenkt eingebaut .

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ist, um dadurch den Wärmeübergang vom Erdreich auf die von dem Fluid durchströmte Lage zu verbessern.

Statt Beton können auch andere wärmeleitende und mechanisch feste Materialien als Außenmantel vorgesehen sein. Beton hat sich aus Gründen der Festigkeit, des Wärmeleitvermögens, aus Kostengründen und aus Gründen der hohen Widerstandsfähigkeit gegen die physikalischen und chemischen Einflüsse im Erdreich als besonders geeignet erwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Fig. ist ein Abschnitt eines als Erdtank ausgebildeten SpeisewasserbehMltera gemäß der Erfindung mit den zugehörigen Einrichtungen schematisch angedeutet.

In der Fig. ist mit 1 ein Solarkreis angedeutet, der über eine Zulaufleitung 5 und eine Speisewasserleitung A direkt oder mittelbar nit der Speisewassersulaufleitung 7 bzw. der Speisewasserrücklaufleitung 6 einer Wärmepumpe 2 verbunden 1st, die über einen Motor 3 antreibbar ist. Die Verbindung kann durch umschaltbare Ventile 8 und 9 erfolgen. Die Zuführungsleitung 7 der Wär-■epuape 2 let durch den eine Wärmeisolierung 15 aufweisenden Deckel 14 des Domes 13 eines im Erdreich ausreichend tief versenkten Erdtanks 1o In da· Innere des Speisewasserbehälters geführt, wie dies bei 12 angedeutet ist. Die Wärmepumpe kann somit

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ihr Speisewasser direkt aus der Leitung 4 des Solarsystems 1 oder aus dem Speisewasserbehälter Io entnehmen. Entsprechend kann das Ventil 9 so geschaltet werden, daß die Rücklaufleitung A des Solarkreises statt mit dem Zulauf 7 der Wärmepumpe mit der in den Speisewasserbehälter "Io führenden Leitung 11 verbunden ist.

Der aus Metall oder Kunststoff bestehende Speisewasserbehälter 1o weist auf seiner Außenseite eine ausreichend dicke Schicht 16 aus wärmeisolierendem Material auf. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Hartschaum, der direkt auf die Außenhaut des Speisewasserbehälters aufgeschäumt ist. Die Dicke der Hartschaumschicht ist so bemessen, daß die Wärmeverluste aus dem Speisewasserbhälter vernachlässigbar klein sind.

Unmittelbar auf die Außenseite der Hartschaumschicht 16 ist eine von einem Fluid durchströmbare Lage in Form von Rohr- oder Schlauchbündeln 17 aufgewickelt. Die Rohrbündel können aus Metall oder aus einem hinreichend wärmeleitfähigen Kunststoff be- ι stehen. Die Innen- und Außendurchmesser der Rohre oder Schläuche und die Wicklungsdichte der Rohrwindungen oder Schlauchwindungen sind so gewählt, daß sich ein möglichst intensiver Wärmeübergang der von dem Fluid durchströmbaren Lage 17 und dem umgebenden Erdreich ergibt. Die vom Fluid durchströmte Lage kann auch durch einen entsprechenden ringförmigen Hohlkörper gebildet werden, obwohl die Aufbringung von Wicklungen der gezeigten Art bevorzugt wird. Das eine Ende der von dem Fluid durchströmten Lage 17 ist

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über das Ventil 8 und eine Zulaufleitung 19 mit dem Rücklauf 6 der Wärmepumpe 2 verbindbar, so daß das kalte Rücklaufwasser an dem einen Ende der Wicklungen 17 eintreten kann. Das Rücklaufwasser durchströmt sämtliche Windungen oder Wicklungen der äußeren durchströmbaren Lage, bevor es am Ende der Wicklung über eine Stichleitung 2o in die in den Behälter führende Einlaufleitung 11 gelangt. Während des Weges durch die vom Fluid durchströmbare Lage 17 erwärmt sich das Rücklaufwasser der Wärmepumpe 2 wieder an, bevorzugt bis etwa auf die Temperatur des umgebenden Erdreiches. Auf diese Weise kann der Wärmepumpe 2 Wärme aus dem Erdreich zugeführt werden, falls die vom Solarkreis 1 gewonnene Wärme in bestimmten Fällen nicht ausreichend ist.

Um die vom Fluid durchströmbare Lage gegen mechainsche Beschädigungen, sowie gegen physikalische und chemische Einflüsse zu schützen, ist diese Lage außen durch einen ausreichend starken Mantel 18 aus mechanisch festem und aausreichend wärmeleitfähigen Material umgeben. Bevorzugt besteht der Mantel 18 aus Beton. Dem Beton können Füllstoffe zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zugemischt werden. Die Betonschicht 18 kann auch äußere Rauhigkeiten oder sogar Längs- oder Umfangsrippen aufweisen, um die Wärmeübergangsfläche zu erhöhen.

Der Speisewasserbehälter kann in der beschriebenen Form fabrikmäßig vorgefertigt und ausreichend tief im Erdreich versenkt eingebaut sein. Dabei ist ein Einbau in Grundwasserbereiche von besonderem Vorteil, um den Wärmeübergang dadurch zu verbessern.

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Bei dieser Ausbildung des Speisewasserbehälters kann die Wärmepumpe 2 auch so betrieben werden, daß dem Speisewasser Wärme bis unter den Gefrierpunkt entzogen wird. Das Speisewasser selbst wird gegen Gefrieren durch ein Frostschutzmittel geschützt. Jedoch kann ein Großteil des Volumens des Speisewasserbhälters mit hermetische verschlossenen Einzelbehältern, z. B. in Kugelform, wie sie in der Fig. bei 25 angedeutet sind, ausgefüllt werden, welche eine nicht frostgeschützte Flüssigkeit wie Wasser enthalten, so daß auch die beim Gefrieren frei werdende Wärme für die ERhöhung der Effektivität der Wärmepumpe 2 ausgenutzt werden kann,

In der Praxis hat sich eine Hartschaumschicht von etwa 1o cm und eine Betonschicht von etwa 15 cm als ausreichend erwiesen.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

.}Als Erdtank ausgebildeter Speisewasserbehälter für Wärmepumpen eines die Sonnenenergie zur Aufwärmung des Speisewassers ausnutzenden Heizsystems, bei dem die Tankaußenseite mit einer Schicht aus einem wärmeisolierenden Material, insbesondere einem Hartschaum versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die wärmeisolierende Schicht (16) des Erdtankes eines von einem Fluid durchströmbare Lage (17) aufgebracht und diese von einem Mantel (18) aus einem mechanisch widerstandsfähigen Material mit gutem Wärmeleitvermögen eingehüllt ist, wobei die vom Fluid durchströmbare Lage (17) strömungsmäßig zwischen Rücklauf (6, 19) der Wärmepumpe (2) und dem Erdtank (1o) einschaltbar ist.

2. Speisewaeserbehälter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zei c h η · t, daß die vow Fluid durchströmte Lage als Rohr- oder Schlauchbündel (17) auf die Isolierschicht (16) aufgewickelt ist.

3. Speisewasserbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Fluid durchströmte Lage (17) von eine» Betonmantel (18) eingeschlossen ist.

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A. Speisewasserbehäalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Fluid durchströmbare Lage (17) wahlweise, insbesondere jedoch in Abhängigkeit von der Zulauftemperatur des Speisewassers aus dem Solarkreis (1), an den Wärmepumpenrücklauf (6, 19) anschließbar ist.

5. Speisewasserbehälter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Füllraum des Behälters für das gegen Gefrieren geschützte Speisewasser - vorzugsweise mehrere - abgeschlossene Behälter (25) mit einer gefrierbaren Flüssigkeit vorgesehen sind.

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