DE29706131U1 - Wärmepumpen/Klima-Anlage mit Wärmerückgewinnung - Google Patents
Wärmepumpen/Klima-Anlage mit WärmerückgewinnungInfo
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Description
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)
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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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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