DE29706131U1 - Wärmepumpen/Klima-Anlage mit Wärmerückgewinnung - Google Patents

Wärmepumpen/Klima-Anlage mit Wärmerückgewinnung

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Description

Wärmepumpen/Klima-Anlage mit Wärmerückgewinnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage, insbesondere zum Beheizen und zur Warmwasserversorgung sowie zur Klimatisierung von Gebäuden, bestehend aus einer Luft/Wasser-Wärmepumpe, einen Hochtemperaturzwischenspei-.cher, einen Heizwasservorratsspeicher, eine Beimisch-Zuluftkammer eine Kältemaschine, einen Luftkühler, vier Schalldämpfer, zwei Radialventilaruren, zwei Brandschutzklappen, zwei Lufterwärmer, einen Zuluftsprühbefeuchter, einen Luftfilter, zwei Jaloiisienklappen, einen Kreuzstrom-Wärmetauscher, eine Mischkammern, eine Doppelmischkammer eine Warm- Luftanforderimgskammer, vier Luftgitter eine Zuluftleitung und einer Abluftleitung, wobei die Luft/Wasser-Wärmepumpe einen Wärmepumpenkreislauf aufweist mit einem Verdampfer, der die Verbindungsstelle zu einem Niedertemperaturkreislauf darstellt, wobei aus der Wärmeenergie der herangezogenen Luft im Niedertemperaturkreislauf durch die Luft/Wasser-Wärmepumpe im Hochtemperaturkreislauf eine höheres Wärmeenergieniveau erzeugt wird und diese Wärmeenergiedifferenz als Heiz-Energie im Hochtemperaturkreislauf abgegeben wird.
Nach dem Stand der Technik ist bekannt, als Wärmespeicher im Niedertemperaturkreislauf beispielsweise Grundwasser einzusetzen, dabei wird das Grundwasser aus großen Tiefen, wo im allgemeinen ein höheres Temperatiirniveau als an der Oberfläche herrscht, gefördert und dem Verdampfer der Wärmepumpe im Niedertemperaturkreislauf zugeführt, wo dem Grundwasser Wärme entzogen, und es dann wieder ins Erdreich zurückgeleitet wird. Hierzu ist ein umfangreiches Rohrleitungssystem notwendig, welches aufwendig und kostspielig in der Planung und der Verlegung ist. Außerdem werden, bedingt durch die meist geringe Temperaturdifferenz zwischen Grundwasser und Erdoberfläche, große Mengen an Grundwasser benötigt, um diesem die nötige Wärmeenergie zu entziehen um in dem Hochtemperaturkreislauf die gewünschte Temperatur zu erzielen.
Dies hat zur Folge, daß das Rohrsystem des Niedertemperarurkreislaufes relativ schnell mit Kalk oder anderen im Grundwasser enthaltenen Verunreinigungen zusetzt. Ein Reinigen oder sogar Erneuern des Rohrleitungssystem ist zwangsläufig die Folge, was jedoch sehr aufwendigt und teuer ist.
Als Wärmespeicher kann die Erdwärme auch indirekt genutzt werden. Dazu wird ein weit verzweigtes Rohrleitungssystem im Erdreich verlegt, in welchem in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf, dem Niedertemperaturkreislauf die Erdwärme über einen Verdampfer an den Wärmepumpenkreislauf abgegeben wird. Dies hat den Vorteil, daß sich das Rohrsystem des Niedertemperaturkreislaufes nicht mehr mit Kalk oder anderen im Grundwasser enthaltenen Veninreinigimgen zusetzen kann, es setzt aber ein äußert weit verzweigtes Rohrleitungssystem im Erdreich voraus. In der Planung und in der Konkstruktion ist dieses sehr aufwendigt und teuer. Darüber hinaus kühlt sich nach einem langen kontinuierlichen Einsatzt der Wärmepumpe das Erdreich im Bereich des dort vorhandenen Rohrsystems ab. Die Temperaturdifferenz zwischen Erdoberfläche und Erdwärme sinkt und damit auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
Es sind außerdem Wärmepumpenanlagen bekannt, die, die Sonnenenergie über Sonnenkollektoren als Wärmespeicher nutzen. Diese Sonnenkollektoren sind meist auf Gebäudedächer angeordnet. Dort sind sie den Witterungen, Hitze, Sonne, Regen und Schnee ausgesetzt. Eine hohe Wartungsanfalligkeit ist die Folge.
Weiterhin sind Luft/Wasser-Wärmepumpen bekannt, diese kann man in Gebäuden aufstellen und auch davor und haben den Vorteil, daß nicht wie bei der Wasser/Wasser-Wärmepumpe, Brunnen gebohrt werden müßen oder Rohrleitungssysteme im Erdreich verlegt werden müßen, da die LuftAVasserwärmepumpe
die Wärme-Energie aus der vorhanden Luft im Niedertemperatur-kreislauf dem Verdampfer zufuhrt, der dort die Wärmeenergie entzieht und diese über den Kondensator, der die Verbindstelle zu den Hochtemperaturkreislauf darstellt, abgibt. Da im Hochtemperaturkreislauf ein höheres Wärmeenergieniveau erzeugt wird und diese Wärmeenergiedifferenz als Nutzwärme über den Wärmeverbraucher im Hochtemperaturkreislauf abgegeben wird. Da die Luft/Wasser-Wärmepumpe wirkungsgradmäßig sehr abhängig von der temperierten Außenluft ist, ist eine optimale Nutzung sehr schwierig, da bei Wärmeenergiebedarf an kälteren und an kalten Tagen, die Luft/Wasser-Wärmepumpe einen schlechten Wirkungsgrad aufweist und bei Vereisungsgefahr schaltet die Luft/Wasser-Wärmepumpe komplett ab und ein zusätzlicher Wärmeenergieaufbereiter wird erfoderlich. Dadurch ist die Luft/Wasser-Wärmepumpe nicht ganzjährig als monovaltes Heizsystem zu verwenden und nur ein bivalentes Heizsystem.
Die Luft/Wasser-Wärmepumpe hat im Sommer und an wärmeren Tagen den Vorteil, daß zum Beispiel fur die Warmwasseraufbereitung die Wärmeenergie aus der Luft nutzt und hier einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist, der jedoch mit zunehmender Kaltluft stetig abnimmt.
Ein weiteres bekanntes Heiz- und Lüftungs-System sind Klimaanlagen, welche aus Zuluft- und Abluftleitung bestehen, ergänzend je nach Anforderung kommen weitere technische Mittel (Bauelemente) zur der Anlage hinzu, diese können sein; Schalldämpfer, Wärmetauscher, Misch- und Verteilerkammern, Luftfilter, Radialventilatoren, Wärmetauscher, Tropfenabscheider, Brandschutzklappen, Lufterwärmer, Jalousien, Lufteinlaß- und Luftauslaßteller oder Leisten, Kältemaschine und Luftkühler.
Der Vorteil einer Klimaanlage besteht in der Reinhaltung der zugeführten Luft, da in der Luft vorhandene Verunreinigungen durch das Luftfilter herausgefiltert werden. Besonders für Allergiker kommt eine Klimaanlage hier zugute.
Gleiche Gesamtluftmengen fur Zu-Luft und Ab-Luft bewirken eine zugfreie Luftbewegung innerhalb den Räumen und stetig frische Luft. Nutzbar wird auch durch die passive Solarwärme in den Fensterbereichen und je nach Aufstellungsort, beispielsweise, Dachbebereich.
Ein weitere Vorteil der Klimaanlage ist, daß die Nutzwärme, nicht wie bei einer herkömmlichen Heizungsanlage mit Radiatoren oder Plattenheizkörper, trockene Luft in den Räumen abgibt, sondern durch den Umlaufluftbefeuchter die Luftfeiichte nach Bedarf angefordert werden kann, was zum Wohlsein des Menschen beiträgt.
Um eine Klima bzw. Teilklima- oder Lüftungsanlage zum Heizen zu benutzen bedarf es einen oder mehrer Wärmeerzeuger, dieses können sein, OeI - und Gasfeuerungskessel oder Elektroerhitzer, welche die erzeugte Wärme über den Lufterhitzer an die Luft in der Klimaanlage abgeben und diese erwärmte Zu-Luft wird über die Luftkanäle zu den Bestimmungsorten transportiert und dort über Auslaßkanäle als Nutzwärme abgegeben. Über die Abluftkanäle wird die Abluft wieder entsorgt, wobei in Regelfall zur Abkühlung der Abluft und Vorerwärmiing der Zu-Luft diese über einen Wärmetauscher, kreuzstrommäßig oder mit ein Wasserumlaufsystem geschickt werden, bevor die noch vorhandene Wärmeernergie an die Außenluft abgelaßen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpen-Klima-Anlage mit Wärmerückgewinnung, dahin weiterzubilden, daß sie die wärmeenergiehaltige Abluft wiedervervvertet, daß sie stetig einen hohen Wirkungsgrad hat, daß sie monvalent ganzjährig einsetzbar ist, daß sie eine lange Lebensdauer hat, kostengünstig in Herstellung und Betrieb ist und räumlich in einem Gebäude angeordnet werden kann, einschl. Klimatisierung.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Luft/Wasser-Wärmepumpe der eingangs genannten Art vor, daß eine Luft/Wasser-Wärmepumpe als Wärmeenergieerzeuger im Niedertemperatiirbereich im Bereich des Abluftkanals an der angeordneten Beimisch-Luftkammer, welche in der Anfahrtstufe die Außen- und Umgebungsluft ansaugt, diese über den Kondensator im Hochtemperaturkreislauf über den Hochtemperaturzwischenspeicher an den/die Liifterwärmer, an die Zu-Luft abgibt und diese erwärmt.
Diese erwärmte Zu-Luft wird mechanisch über die Luftkanäle zu ihrem Bestimmungsort tranportiert und tritt an den Alislaßkanälen als Nutzwärme in den Raum bzw. die Räume ein. Über die Abluftkanäle wird die wärmeenergiehaltige Ab-Luft abgesaugt, wobei diese teilweise nach Filterung erneut über die Mischkammer der Zu-Luft beigemischt wird. Die nichtbenötigte Restwärme wird weiter in der Ab-Luftleitung über einen Kreuzstrom-Wärmetauscher, wobei hier die wärmeenergiehaltige Ab-Luft leicht abgekühlt und die noch kälterer Zu-Luft vorgewärmt wird, die noch vorhandene Wärmeenergie in der Ab-Luftleitung, wird bei Anforderung der Luft/Wasser-Wärmepumpe über die Luftanforderungskammer direkt an die Luft/Wasser-Wärmepumpe geschickt, wobei, bei nicht ausreichender Restwärme-Luftmenge in der Beimisch-Luftkammer, Außenluft bzw. Umgebungsluft oder auch Außen- und Umgebungsluft der Luft/Wasser-Wärmepumpe zugeführt wird.
Dies hat den Vorteil, daß die sonst nocht wärmeenergiehaltige Ab-Luft nicht ungenutzt an die Umwelt wieder abgegeben wird, daß die Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert werden, daß die Luft/Wasser-Wärmepumpe einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist, insgesamt weist die erfindungsgemäße Wärmepumpen-Klima-Anlage eine sehr hohe Lebensdauer, geringe Herstellungs- und Betriebskosten auf.
-6-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die LuiTWasser-Wärmepumpe auch die Umgebungsluft im Aufstellungsraum im Niedertemperaturkreislauf über den Verdampfer an den Kondensator im Hochtemperaturkreislauf abgibt, wobei aus der Zu-Luftleitung erwärmte Luft in den Aufstellungsraum nach Anforderung abgegeben wird, was den Wirkungsgrad der Luft/Wasser-Wärmepumpe zusätzlich steigert und die Betriebskosten senkt.
Ein bevorzugtes Ausfiihrungsbespiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert. Es ist eine erfindungsgemäße Wärmepumpem - Klima - Anlage mit Wärmerückgewinnung dargestellt. Sie weist eine mit dem Bezugszeichen 1 gekenntzeichnete Luft/Wasser-Wärmepumpe auf. Ein Wärmepumpenkreislauf 2 in der Luft/Wasser- Wärmepumpe 1 verbindet einen Verdampfer 3 und einen Kondensator 6 wärmetechnisch miteinander.Der Verdampfer 3 liegt in einem Niederigtemperaturkreislauf 4, der an einer Beimisch-Luftkammer 36 angeordnet ist. Über die Beimisch-Lufkammer 36 wird im Niederigtemperaturkreislaiif 4, der Luft Wärmeenergie entzogen, die im Verdampfer 3 ein Kältemittel im Wärmepumpenkreislauf 2 zum verdampfen bringt. Dieses Kältemittel wird in dem Wärmepumpenkreislauf 2 der Luft/Wasser-Wärmepumpe 1 komprimiert und damit auf ein höheres Wärmeenergieniveau gebracht. Im Hochtemperaturkreislauf wird über den Kondensator 6 diese Wärmedifferenz an einen im Hochtemperaturkreislauf befindlichen Kopplungskreislauf 7, der auch einen Heizwärmevorratsspeicher 8 aufweist abgegeben und gespeichert. Vom Heizwärmevorratsspeicher 8 wird bei Anforderung von Warmluftenergie der Zu-Luft 16, welche über das Lüftungsgitter 15 eintritt durch den Schalldämpfer 17 und durch den Kreuzstromwärmetauscher 18 weitergeleitet und durch das Luftfilter 19, die Zu-Luft 16 wird über den Kopplungkreislauf 9 im Hochtemperaturkreislauf zum Lufterwärmer 10 (Vorlaufterwärmer) und über den Kopplungskreislauf 11 zum Lufterwärmer
12 (Nachlufterwärmer), erwärmt. Zwischen den Lufterwärmer 10 und Lufterwärmer 12 sind Bauelemente, wie, eine Kältemaschine 21 die über ein Kopplungkreislauf 22 die Kältemaschine 21 mit dem Luftkühler 23 verbindet, welche die Aufgabe erfüllen bei Bedarf die Zu-Luft abzukühlen. Nachdem im Lufterwärmer 10 die Zu-Luft 16 erwärmt wurde wird diese durch den Umgebungslufterwärmer 20 befördert, wobei der Umgebungslufterwärmer die Aufgabe übernimmt nach Anforderung ein Teil der Wärmeenergie an die Umgebungsluft abzugeben, kann die Zu-Luft im Zuluftsprühbefeuchter 24 befeuchtet werden, bevor die Zuluft 16 in den Lufterwärmer 12 eintritt, von dort wird die wärmeenergiehaltige Zu-Luft 16 durch ein Radialventilator 25 und einen Schalldämpfer 26 sowie einer Brandschutzklappe 27 zu ihrem Bestimmungsort, zum Raum -A- weitergeleitet, wobei hier die wärmeenergiehaltige Zu-Luft 16 als Nutzwärme in Raum -A- eintritt.
Die noch wärmeenergiehaltige Ab-Luft 28 wird durch eine Brandschutzklappe 29 und ein Schalldämpfer 30 sowie ein Radialventilator 31 zur Mischkammer 32 abgezogen, wobei die Mischkammer 32 die Aufgabe übernimmt ein Teil der wärmeenergiehaltige Ab-Luft 28 durch eine Jalousieklappe 33 im Zu-Luft-Bereich 16 beizumischen. Die nichtbeigemischte wärmeenergiehaltige Abluft 28 wird durch eine Jalousieklappe 34 zum Kreuzstromwärmetauscher 18 geleitet, hier wird die ankommende kältere Zu-Luft 16 mit der abfuhrende wärmeenergiehaltige Ab-Luft 28 gekreuzt, wobei die ankommende kältere Zu-Luft 16 vorgewärmt und die wärmeenergiehaltige Ab-Luft 28 abgekühlt wird. Die noch wärmeenergiehaltige Ab-Luft 28 wird vom Kreuzstromwärmetauscher weiter durch ein Schalldämpfer 35 in die Warm-Liiftanfordeningskammer 37 geleitet, die, die Aufgabe übernimmt wärmeenergiehaltige Abluft über die Beimisch-Lufkammer 36, die, die Aufgabe Übernimtt, die Zuluft 5 und bei Bedarf auch die Umgebungsluft optimal zu mischen bevor diese dem Niedertemperatiirkreislauf 4 der Luft/Wasser-Wärmepumpezugeführt wird. -Ansprüche-

Claims (2)

-8-Schutzansprüche
1. Wärmepumpen/KIimanlage mit Wärmerückgewinnung, insbesondere zum Beheizen und zur Warmwasserversorgung von Gebäuden, bestehend aus einer Luft/Wasser-Wärmepumpe (1), innenstehend in unmittelbarer Nähe der Luftanforderungskammer (37), einen Heizwärmevorratspeicher (8), wobei die Luft/Wasser-Wärmepumpe (1) einen Wärmepumpenkreislauf (2) aufweist mit einem Verdampfer (3), der die Verbindungsstelle zu einem Niedertemperaturkreislauf (4) und einem Kondensator (6) im Hochtemperaturkreislauf darstellt, wobei durch die Luft/Wasser-Wärmepumpe (1) aus der zugefuhrten Zuluft, Wärmeenergie im Niedertemperaturkreislauf (4) entzieht, diese kompnmiert und ein höheres Wärmeeraergienieniveaii erzeugt, wird diese Wärmedifferenz über den Kopplungskreislauf (6) im Hochtemperaturkreislauf als Wärmeemergie über den Kopplungskreislauf (7) an den Heizwärmevorratsspeicher (8) abgegeben wird, wobei vom Heizwärmevorratsspeicher (8) der Lufterwärmer (10) über den Kopplungskreislauf (9) und der Lufterwärmer (12) über den Kopplungskreislauf (11) beschickt werden, als auch die Warmwasseraufbereitiing (14), welche über den Kopplungskreislauf (13) beschickt wird,
dadurch gekennzeichnet
daß die wärmeenergiehaltige Ab-Luft (28) durch die Warm-Luftanforderungskammer (37) zum Niedertemperaturbereich (4) befördert wird, wobei diese, bei Bedarf in der Beimisch-Liiftkammer (36) mit der ankommenden Zuluft im Niedertemperaturbereich (4) vermischt wird, bevor die Wärmeenergie der Zuluft über den Niedertemperaturbereich (4) an den Verdampfer (3) der LufV-Wasser-Wärmepumpe (1) abgegeben wird und über den Wärmepumpenkreislauf (2) ein höheres Wärmeernergieniveau
-9-
erzeugt wird, dabei wird die Wärmeenergiedifferenz im Hochtemperaturkreislauf über den Kondensator (6) an den Kopplungskreislauf (7) dem ein Heizwasservorratsbehälter (8) zugeordnet ist, abgegeben.
2. Wärmepumpen/Klimaanlage mit Wärmerückgewinnung Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die LufTWasser-Wärmepiimpe (1) zusätzlich die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft im Niedertemperaturkreislauf (4) entzieht, wobei die Wärmeenergie von den Antriebsaregaten genutzt wird. Eine Beimischung von erwärmter Zu-Luft (16), welche über das Lüftungsgitter (15) eintritt durch den Schalldämpfer (17) und durch den Kreuzstromwärmetauscher (18) weitergeleitet und durch das Luftfilter (19). Die Zu-Luft (16) wird über den Kopplungkreislauf (9) im
Hochtemperaturkreislauf vom Heizwasservorratsbehälter (8) zum Lufterwärmer (10) (Vorlufterwärmer) und über den Kopplungskreislauf (11) zum Lufterwärmer (12), (Nachlufterwärmer), erwärmt. Nach Erwärmung der Zuluft (16) über den Lufterwärmer (10) wird bei zusätzlichem Wärmebedarf der Umgebungsluft über den Umgebungsliifterwärmer (20) Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben, welche über den Niedertemperaturkreislauf (4) eintritt und über den Verdampfer (3) aufgenommen wird und üi den Verbindungskreislauf (2) in der Luft/Wasser-Wärmepumpe (1) kompremiert wird, wobei ein höheres Wärmeenergieniveau erzielt wird und die erzielte Wärmeenergiedifferenz über den Kondensator (6) im Hochtemperatiirkreislauf über den Kopplungskreislauf (7) dem ein Heizwasservorratsbehälter (8) zugeordnet ist, abgegeben wird, über den Kopplungskreislauf (13) dem ein Warmwasserspeicher (14) zugeordnet ist, wird das Warme wasser erwärmt. Die Kältemaschine (21), welche über den Kopplimgskreislauf (22) dem ein Luftkühler (23) zugeordnet ist, erfüllt die Aufgabe
bei übermäßiger Raumtemperatur, die Zu-Luft (16) abzukühlen und diese abgekühlte Zu-Luft in den Raum -A- zubefördern und über die Auslaßkanäle der Zu-Luft die Raumtemperatur zu senken. Die Abluft (28) wird abgezogen und in der Mischkammer (32) nach Filterung wird ein Teil der Ab-Luft (28), der Zu-Luft (16) beigemischt, die nichtbenötigte Ab-Luft (28) wird über die Luftanforderungskammer (37), welche bei nichtbenötigter Warmluft die Zufuhr über die Beimisch-Luftkammer (36) sperrt und somit die Ab-Luft (28) über das Abluftgitter entsorgt.
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