DE2954298C2

DE2954298C2 - Steuereinrichtung für eine bivalente Heizanlage mit einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE2954298C2
Application number: DE2954298A
Authority: DE
Inventors: Erich 8650 Kulmbach Pöhlmann
Original assignee: Ask August Schneider Gmbh & Co Kg, 8650 Kulmbach
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1987-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine bivalente Heizanlage gemäß Oberbegriff des Patenanspruchs 1.
Die DE-OS 26 59 806 beschreibt eine Heizanlage mit Wärmepumpe und konventionellem Heizkessel, bei der durch eine Regeleinrichtung bei einem vorbestimmten Umschaltpunkt der Heizmittelkreislauf der Raumheizung von einer Wärmepumpenbeheizung mittels der Wärmepumpe auf eine Direktbeheizung mittels des konventionellen Heizkessels umgeschaltet wird.
Die Stammanmeldung DE-OS 29 27 408 sieht demgegenüber für eine Heizanlage der eingangs geschilderten Art eine Steuereinrichtung vor, die bei einfacher und kostengünstiger Ausbildung eine feinfühlige, abgestufte Anpassung der Vorlauftemperatur des Heizmittelkreislaufs an die jeweils herrschenden Außentemperaturen ermöglicht, wenn der Heizmittelkreislauf mittels der Wärmepumpe beheizt wird und die Außentemperaturen über einem Wert von zum Beispiel - 5°C liegen und einen reinen Wärmepumpenbetrieb der Wärmepumpe mit noch wirtschaftlicher Leistungsziffer erlauben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Steuereinrichtung so weiterzuentwickeln, daß mit ihr in Fortsetzung des mit feinfühliger Vorlauftemperatur-Außentemperatur-Anpassung steuerbaren reinen Wärmepumpenbetriebes die Beheizung des Heizmittelkreislaufs bei noch niedrigeren Außentemperaturbereichen, bei denen der Wärmepumpenbetrieb an Wirtschaftlichkeit verlieren würde, automatisch von der Wärmepumpenbeheizung auf eine Direktbeheizung umgeschaltet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patenanspruchs 1 im einzelnen angegebenen Merkmale gelöst.
Auf diese Weise wird zum Beispiel bei sinkenden Außentemperaturen erreicht, daß an eine außentemperaturabhängige Steigerung der Vorlauftemperatur während des reinen Wärmepumpenbetriebes für die Raumheizung sich selbsttätig bei Unterschreiten einer Temperaturgrenze für den Wärmepumpenbetrieb eine Direktbeheizung des Heizmittelkreislaufs mit einer den Wärmebedarf der Raumheizung deckenden noch höheren Vorlauftemperatur anschließt.
Für eine Heizanlage mit einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe kann die Steuereinrichtung so ausgebildet sein, daß der Schaltkontakt des ersten Schalters in Verbindung mit der Kontaktbahn des zweiten Schalters bei Unterschreiten einer bestimmten Außentemperatur den Heizmittelkreislauf durch die Wärmepumpe schließt und die Wärmepumpe außer Betrieb setzt und den Heizmittelkreislauf durch einen zum Beispiel brennerbefeuerten konventionellen Heizkessel öffnet und dessen Brennerfeuerung einschaltet.
Für eine Heizanlage mit einer direkt, zum Beispiel mit einem Gasbrenner befeuerten Absorptionswärmepumpe besteht eine einen zusätzlichen konventionellen Heizkessel entbehrlich machende Ausbildung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung darin, daß der Schaltkontakt des ersten Schalters in Verbindung mit der Kontaktbahn des zweiten Schalters bei Unterschreiten einer bestimmten Außentemperatur Steuermittel betätigt, mit denen bei gleichzeitiger Unterbrechung eines Kältemittelumlaufs durch den Kältemittelkreislauf der Absorptionswärmepumpe deren Lösungsmittelkreislauf auf reinen Wärmeaustauschbetrieb des im wesentlichen kältemittelfreien Lösungsmittels mit dem Heizmittelkreislauf umschaltbar ist und eine Zusatzheizung des Generators der Absorptionswärmepumpe einschaltbar ist.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Heizanlage mit einer Absorptionswärmepumpe,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Heizanlage mit einer beliebigen Wärmepumpe und einem zusätzlichen konventionellen Heizkessel.
Die in Fig. 1 dargestellte Heizanlage besteht im wesentlichen aus einem Kältemittelkreislauf 1 einer Absorptionswärmepumpe, einem Heizmittelkreislauf 2 sowie aus einer allgemein mit 3 bezeichneten Steuereinrichtung. Der Kältemittelkreislauf 1 führt über einen Generator 4 mit einer Heizung 5 und einer Zusatzheizung 6, die beide beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Gasbrenner bestehen, einen Kondensator 7, ein Drosselventil 8, einen Verdampfer 9 und einen Absorber 10, der über eine Vorlaufleitung 11 und eine Rücklaufleitung 12 mit dem Generator 4 in Verbindung steht, wobei die beiden Leitungen 11 und 12 durch einen Temperaturwechsler 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 Temperaturwechsler 13 befindet sich in der Rücklaufleitung 12 ein den Temperaturwechsler überbrückender Brückenzweig 16 mit einem Magnetventil 17. Im Heizmittelkreislauf 2 sind Raumheizkörper 18 sowie zwei mit dem Kondensator 7 beziehungsweise mit dem Absorber 10 thermisch gekoppelte Wärmetauscher 19 und 20 angeordnet. Die Raumheizkörper 20 können im Bedarfsfall durch eine Umgehungsleitung 21 mit einem steuerbaren Doppelventil 22 überbrückt werden. Die Steuereinrichtung 3 enthält einen ersten Schalter 32, der von einem an einer Außenwand 23 angeordneten Temperaturfühler 25 betätigt wird. Dieser erste Schalter 32 besitzt Schaltkontakte 32 a und 32 b, die unterschiedlichen Außentemperaturbereichen zugeordnet sind und beim Unterschreiten des ihnen jeweils zugeordneten Außentemperaturbereichs von der in Fig. 1 dargestellten linken Schaltstellung in die rechte Schaltstellung umschalten. Ferner enthält die Steuereinrichtung 3 einen zweiten Schalter 31, der von einem an den Heizmittelkreislauf 2 angekoppelten Vorlauftemperaturfühler 24 betätigt wird. Der zweite Schalter 31 besitzt Kontaktbahnen 31 a, 31 b und 31 c, die zum Steuern der Vorlauftemperatur im Heizmittelkreislauf 2 auf unterschiedliche Vorlauftemperaturen eingestellt sind und bei Erreichen der jeweils an ihnen eingestellen Vorlauftemperatur von der die Generatorbeheizung einschaltenden dargestellten Schließstellung die die Generatorbeheizung abschaltende Öffnungsstellung einnehmen. Der Schaltkontakt 32 a des ersten Schalters 32 ist in seiner linken Schaltstellung durch eine elektrische Leitung 33 mit der Kontaktbahn 31 a des zweiten Schalters verbunden. In der rechten Schaltstellung liegt der Schaltkontakt 32 a mit dem Schaltkontakt 32 b in Reihe, von dessen linker Schaltstellung eine elektrische Leitung 34 zu der Kontaktbahn 31 b und von dessen rechter Schaltstellung eine elektrische Leitung 35 zu der Kontaktbahn 31 c führt. Von dem zweiten Schalter 31 führt eine elektrische Leitung 26 zu einem Magnetventil 27 der Heizung 5 und von dort weiter über eine elektrische Leitung 41 zu einem Magnetventil 42 einer den Kondensator 7 und den Absorber 9 überbrückenden Kurzschlußleitung 43. Von der rechten Schaltstellung des Schaltkontaktes 32 b des ersten Schalters 32 führt ferner eine elektrische Leitung 40 zu dem Magnetventil 17 und eine elektrische Leitung 29 zu einem Magnetventil 28 der Zusatzheizung 6.
Die Steuereinrichtung, deren Schalter 31 und 32 auch mit einer größeren Anzahl an Kontaktbahnen beziehungsweise Schaltkontakten ausgebildet sein können, bewirkt bei der Beheizung des Heizmittelkreislaufs 2 durch reinen Wärmepumpenbetrieb der Absorptionswärmepumpe zunächst eine feinfühlige, stufenweise Anpassung der Vorlauftemperaturen an die herrschenden Außentemperaturen. Bei Außentemperaturen im Bereich oberhalb beispielsweise + 5°C hält die über den Schaltkontakt 32 a wirksam gemachte Kontaktbahn 31 a durch taktweises Ein- und Ausschalten der Heizung 5 mittels des Magnetventils 27 eine Vorlauftemperatur von beispielsweise 45°C aufrecht. Beim Absinken der Außentemperatur unter + 5°C schaltet der Schaltkontakt 32 a in Fig. 1 nach rechts um und übernimmt über den Schaltkontakt 32 b die Kontaktbahn 31 b die Heizungssteuerung, um die Vorlauftemperatur auf beispielsweise 65°C anzuheben. Sinkt die Außentemperatur noch weiter ab, beispielsweise unter einen Wert von -5°C, schaltet auch der Schaltkontakt 32 b in Fig. 1 nach rechts um und wird dann durch die Kontaktbahn 31 c die Vorlauftemperatur maximal auf beispielsweise 90°C begrenzt. Bei Außentemperaturen unterhalb - 5°C kann der Kältemittelkreislauf 1 nicht oder kaum noch im Verdampfer 9 Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen und wird der reine Wärmepumpenbetrieb zu unwirtschaftlich, um den Heizmittelkreislauf 2 auf die auf 90°C begrenzte Vorlauftemperatur hochzuheizen und den Wärmebedarf der Raumheizung zu decken. Daher wird in Fortsetzung der Vorlauf- und Außentemperaturanpassung, das heißt ergänzend zu einer Anhebung der Vorlauftemperatur auf 90°C bei einer unter - 5°C absinkenden Außentemperatur, mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Steuereinrichtung der reine Wärmepumpenbetrieb und die Koppelung des Heizmittelkreislaufs 2 mit dem Kältemittelkreislauf 1 abgeschaltet und eine Direktbeheizung des Heizmittelkreislaufs eingeschaltet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dazu mit dem nach rechts umschaltenden Schaltkontakt 32 b des ersten Schalters 32, der in Verbindung mit der Kontaktbahn 31 c des zweiten Schalters 31 die Vorlauftemperatur auf 90°C ansteigen läßt, über die elektrischen Leitungen 29 und 40 das Magnetventil 42 in der Kurzschlußleitung 43 sowie das Magnetventil 17 in der Umgehungsleitung 16 geöffnet. Dadurch wird ein Kältemittelumlauf durch den Kältemittelkreislauf 1 unterbrochen und das aus dem Lösungsmittelkreislauf ausgetriebene Kältemittel an der kältesten Stelle des Kältemittelkreislaufs 1, nämlich im Verdampfer 9, zur Ansammlung und zum Zirkulationsstillstand gebracht, so daß nur noch weitgehend reines Lösungsmittel im Lösungsmittelkreislauf zwischen Generator 4 und Absorber 10 umgewälzt wird, Vorlauf 11 und Rücklauf 12 des Lösungsmittelkreislaufs nicht mehr im Temperaturwechsler 3 im Wärmeaustausch stehen und der Lösungsmittelkreislauf mit zirkulierendem kältemittelfreien Lösungsmittel nunmehr über den Wärmetauscher 20 die Direktbeheizung des Heizmittelkreislaufs 2 bewirkt. Ferner wird von dem Schaltkontakt 32 b über das Magnetventil 28 die Zusatzheizung 6 betätigt, um das durch den Generator 4 zirkulierende kältemittelfreie Lösungsmittel über das bei reinem Wärmepumpenbetrieb erforderliche Maß hinaus auf die für die Direktbeheizung des Heizmittelkreislaufs gewünschte Temperatur zu erhitzen. Überschreitet die Außentemperatur wieder - 5°C, wobei unter anderem das Magnetventil 42 wieder geschlossen wird, gelangt das im Verdampfer 9 angesammelte und gespeicherte Kältemittel wieder in den Absorber 10 zur Teilnahme am Lösungsmittelkreislauf und erneuter Zirkulation durch den Kältemittelkreislauf 1, womit der reine Wärmepumpenbetrieb wieder hergestellt ist.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 enthält die Heizanlage neben einer Wärmepumpe 45 einen konventionellen Kessel 46, die beide an den Heizmittelkreislauf 2 angeschlossen sind. Die Steuereinrichtung 3 mit erstem Schalter 32 und zweitem Schalter 31 entspricht der anhand der Fig. 1 beschriebenen Steuereinrichtung. Hier wird, wenn eine Außentemperatur von zum Beispiel - 5°C unterschritten wird und der Schaltkontakt 32 b des ersten Schalters 32 in die rechte Schaltstellung umschaltet, in Verbindung mit dem zweiten Schalter 31 gleichzeitig mit der Anpassung der Vorlauftemperatur an die Außentemperatur und Begrenzung der Vorlauftemperatur auf beispielsweise maximal 90°C die in der voraufgegangenen Anpassungsstufe noch über die Kontaktbahn 31 b erfolgte Betätigung der Wärmepumpe 45 abgeschaltet und über die Kontaktbahn 31 c der Heizkessel 46 zur Direktbeheizung des Heizmittelkreislaufs eingeschaltet.

Claims

1. Steuereinrichtung für eine bivalente Heizanlage mit einer Wärmepumpe, mit einem Außentemperaturfühler, mit einem Vorlauftemperaturfühler und mit einem Schalter, der durch den Außentemperaturfühler betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Außentemperaturfühler (25) betätigte erste Schalter (32) mit mehreren, unterschiedlichen Außentemperaturbereichen zugeordneten Schaltkontakten (32 a, 32 b) versehen ist, daß der Vorlauftemperaturfühler (24) einen zweiten Schalter (31) betätigt, der ebenfalls mit mehreren, unterschiedlichen Vorlauftemperaturen zugeordneten Schaltkontakten (31 a, 31 b, 31 c) versehen ist, und daß die Schaltkontakte des ersten Schalters (32) mit denen des zweiten Schalters (31) in der Weise elektrisch verbunden sind, daß bei Unterschreiten einer vorbestimmten Außentemperatur von dem dem niedrigsten Außentemperaturbereich zugeordneten Schaltkontakt (32 b) des ersten Schalters (32) in Verbindung mit dem der höchsten Vorlauftemperatur zugeordneten Schaltkontakt (31 c) des zweiten Schalters (31) Steuermittel betätigt werden, welche die wärmetauschende Kopplung des Heizmittelkreislaufs mit dem ihn bei reinem Wärmepumpenbetrieb beheizenden Kältemittelkreislauf (1) der Wärmepumpe abschalten und die Direktbeheizung des Heizmittelkreislaufs (2) einschalten.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 für eine Heizanlage mit einer brennerbefeuerten Absorptionswärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß von den Schaltkontakten (32 b bzw. 31 c) der beiden Schalter (32 bzw. 31) bei Unterschreiten einer vorbestimmten Außentemperatur Steuermittel betätigt werden, welche bei gleichzeitiger Unterbrechung des Kältemittelumlaufs durch den Kältemittelkreislauf (1) der Absorptionswärmepumpe deren Lösungsmittelkreislauf (11, 12) auf reinen Wärmeaustauschbetrieb des im wesentlichen kältemittelfreien Lösungsmittel mit dem Heizmittelkreislauf (2) umschalten und eine Zusatzheizung (6) des Generators (4) der Absorptionswärmepumpe einschalten.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel aus einem Ventil (42) zum Öffnen einer den Kondensator (7) und Verdampfer (9) des Kältemittelkreislaufs (1) überbrückenden Kurzschlußleitung (43), einem Ventil (27) zum Einschalten der Zusatzheizung (6) des Generators (4) und aus einem Ventil (17) zum Öffnen einer einen Temperaturwechsler (13) im Lösungsmittelkreislauf (11, 12) überbrückenden Umgehungsleitung (16) bestehen.