DE29710913U1 - Heat pump system with supply air heating - Google Patents

Heat pump system with supply air heating

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Description

Wärmepumpen-Anlage mit ZulufterwärmungHeat pump system with supply air heating

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage, insbesondere zum Beheizen von Gebäuden, bestehend aus einer LuftAVasser-Wärmepumpe, einen Hochtemperaturzwischenspeicher,einen Heizwasserspeicher, eine Beimisch-Zuluftkammer, zwei Lufterwärmer,eine Jalousienklappe, eine Luftanforderungskammer, zwei Luftgitter eine Zuluftleitung und einer &iacgr;&ogr; Abluftleitung, wobei die Luft/Wasserwärmepumpe 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/Wasserwärmepumpe im Hochtemperaturkreislauf ein höheres Wärmeenergieniveau erzeugt wird und diese Wärmeenergiedifferenz als Heizenergie im Hochtemperaturkreislauf abgegeben wird.The present invention relates to a heat pump system, in particular for heating buildings, consisting of an air/water heat pump, a high-temperature intermediate storage tank, a heating water storage tank, a mixing supply air chamber, two air heaters, a louvre flap, an air requirement chamber, two air grilles, a supply air line and an exhaust air line, whereby the air/water heat pump has a heat pump circuit with an evaporator which represents the connection point to a low-temperature circuit, whereby a higher heat energy level is generated from the heat energy of the air used in the low-temperature circuit by the air/water heat pump in the high-temperature circuit and this heat energy difference is released as heating energy in the high-temperature circuit.

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 Temperaturniveau 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.According to the state of the art, it is known to use groundwater, for example, as a heat storage medium in the low-temperature circuit. The groundwater is pumped from great depths, where the temperature is generally higher than on the surface, and fed to the evaporator of the heat pump in the low-temperature circuit, where heat is extracted from the groundwater and then returned to the ground. This requires an extensive piping system, which is complex and expensive to plan and install. In addition, due to the usually small temperature difference between the groundwater and the earth's surface, large quantities of groundwater are required to extract the necessary heat energy from it in order to achieve the desired temperature in the high-temperature circuit.

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Dies hat zur Folge, daß sich das Rohrsystem des Niedertemperaturkreislaufes 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 aufwendig und teuer ist.This means that the pipe system of the low-temperature circuit becomes clogged relatively quickly with lime or other contaminants contained in the groundwater. Cleaning or even replacing the pipe system is an inevitable consequence, but this is very time-consuming and expensive.

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 überGeothermal energy can also be used indirectly as a heat storage medium. For this purpose, a widely branched system of pipes is laid in the ground, in which the geothermal energy is transferred via a closed liquid circuit, the low-temperature circuit.

&iacgr;&ogr; 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 Verunreinigungen zusetzen kann, es setzt aber ein äußert weit verzweigtes Rohrleitungssystem im Erdreich voraus. In der Planung und in der Konstruktion ist dieses sehr aufwendig und teuer. Darüber hinaus kühlt sich nach einem langen kontinuierlichen Einsatz 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.&iacgr;&ogr; an evaporator to the heat pump circuit. This has the advantage that the pipe system of the low-temperature circuit can no longer become clogged with lime or other impurities contained in the groundwater, but it requires an extremely extensive pipe system in the ground. This is very complex and expensive to plan and construct. In addition, after a long period of continuous use of the heat pump, the ground cools down in the area of the pipe system there. The temperature difference between the earth's surface and the earth's heat decreases and with it the efficiency of the heat pump.

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 Wartungsanfälligkeit ist die Folge.There are also heat pump systems that use solar energy via solar collectors as heat storage. These solar collectors are usually located on the roofs of buildings. There they are exposed to the weather, heat, sun, rain and snow. This results in a high level of maintenance requirements.

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 oder Rohrleitungssysteme im Erdreich verlegt werden müssen, da die Luft/WasserwärmepumpeFurthermore, air/water heat pumps are known, these can be installed in buildings and also in front of them and have the advantage that, unlike with water/water heat pumps, wells do not have to be drilled or pipe systems laid in the ground, since the air/water heat pump

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die Wärmeenergie aus der vorhanden Luft im Niedertemperaturkreislauf dem Verdampfer zufuhrt, der dort die Wärmeenergie entzieht und diese über den Kondensator, der die Verbindungsstelle 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 LuftAVasserwäraiepumpe wirkungsgradmäßig sehr abhängig von der temperiertenthe heat energy from the air present in the low-temperature circuit is fed to the evaporator, which extracts the heat energy there and releases it via the condenser, which is the connection point to the high-temperature circuit. Since a higher level of heat energy is generated in the high-temperature circuit and this difference in heat energy is released as useful heat via the heat consumer in the high-temperature circuit. Since the efficiency of the air-water heat pump is very dependent on the temperate

&iacgr;&ogr; Außenluft ist, ist eine optimale Nutzung sehr schwierig, da bei Wärmeenergiebedarf an kälteren und an kalten Tagen, die LuftAVasserwäraiepumpe einen schlechten Wirkungsgrad aufweist und bei Vereisungsgefahr schaltet die LuftAVasserwärmepumpe komplett ab und ein zusätzlicher Wärmeenergieaufbereiter wird erforderlich. Dadurch ist die LuftAVasserwärmepumpe nicht ganzjährig als monovalentes Heizsystem zu verwenden und nur ein bivalentes Heizsystem.&iacgr;&ogr; outside air, optimal use is very difficult, since when heat energy is required on colder and cold days, the air-water heat pump has a poor efficiency and when there is a risk of icing, the air-water heat pump switches off completely and an additional heat energy processor is required. This means that the air-water heat pump cannot be used all year round as a monovalent heating system and can only be used as a bivalent heating system.

Die LuftAVasserwärmepumpe hat im Sommer und an wärmeren Tagen den Vorteil, daß sie zum Beispiel für die Warmwasseraufbereitung die Wärmeenergie aus der Luft nutzt und hier einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist, der jedoch mit zunehmender Kaltluft stetig abnimmt.In summer and on warmer days, the air-water heat pump has the advantage that it uses the heat energy from the air, for example for hot water preparation, and has a very high level of efficiency here, although this steadily decreases as the air becomes colder.

Nutzbar werden kann auch die passive Solarwärme in den Fensterbereichen und je nach Aufstellungsort, beispielsweise, im Dachbebereich.Passive solar heat can also be used in the window areas and, depending on the installation location, for example, in the roof area.

Der vorliegenden Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenanlage mit Zulufterwärmung, dahin weiterzubilden, daß bei Bedarf kältere und kalte Zuluft für die LuftAVasserwärmepumpe im Niedertemperaturbereich vorerwärmt, daß sie stetig einen hohen Wirkungsgrad hat, daß sie monovalent ganzjährig einsetzbar ist, daß sie eine lange Lebensdauer hat, kostengünstig in Herstellung und Betrieb ist und räumlich in einem Gebäude angeordnet werden kann.The present invention is based on the task of developing a heat pump system with supply air heating so that, if required, colder and cold supply air is preheated for the air/water heat pump in the low temperature range, that it has a consistently high level of efficiency, that it can be used monovalently all year round, that it has a long service life, is cost-effective to manufacture and operate and can be spatially arranged in a building.

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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Luft/Wasserwärmepumpe der eingangs genannten Art vor, daß der Heizwasserspeicher als ein im Bereich der Luft/Wasserwärmepumpe im Niedertemperaturbereich angeordneter Wärmevorratsspeicher ausgebildet ist und daß im Hochtemperaturkreislauf ein Wärmetauscher angeordnet ist, welcher über einen Kopplungskreislauf die nach der Abgabe der Nutzwärme über den Wärmeverbraucher im Hochtemperaturkreislauf ein Teil der verbliebene Restwärme an den Heizwasserspeicher abgibt und dieses erwärmt.To solve this problem, the invention proposes, starting from the air/water heat pump of the type mentioned at the beginning, that the heating water storage tank is designed as a heat storage tank arranged in the area of the air/water heat pump in the low temperature range and that a heat exchanger is arranged in the high temperature circuit, which, after the useful heat has been released via the heat consumer in the high temperature circuit, releases part of the remaining residual heat to the heating water storage tank via a coupling circuit and heats it.

Die LuftAiVasserwärmepumpe gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß diese, in diesem Verfahren, monovalent betrieben werden kann und ihr Einsatz ganzjährig ist und sich nicht auf einige wenige wärmere Monate des Jahres beschränkt und einsetzbar ist in bestehenden Heizungsanlagen mit Ein- und Zweirohrsystem sowie Fußbodenheizungen sowohl auch in neuen Gebäuden, wobei nur wenig Raum in Anspruch genommen wird.The air/water heat pump according to the invention has the advantage that it can be operated monovalently in this process and its use is all year round and is not limited to a few warmer months of the year and can be used in existing heating systems with one and two pipe systems as well as underfloor heating systems as well as in new buildings, taking up very little space.

Durch die Anordnung des Heizwasserspeichers zentral zur Luft-Wasserwärmepumpe und damit verbundenen sehr kurzen Rohrlängen, werden zudem die Wärmeverluste in den Rohrlängen auf ein Minimum reduziert.By arranging the heating water tank centrally to the air-water heat pump and the associated very short pipe lengths, the heat losses in the pipe lengths are also reduced to a minimum.

Insgesamt weist die erfindungsgemäße Luft/Wasserwärmepumpeanlage eine sehr hohe Lebensdauer, geringe Herstellungs- und Betriebskosten und einen sehr hohen Wirkungsgrad auf.Overall, the air/water heat pump system according to the invention has a very long service life, low manufacturing and operating costs and a very high level of efficiency.

Besonders in den kälteren Wintermonaten wäre es auch denkbar, die Abwärme der Antriebe der Pumpen- und Verdichtervorrichtungen die Wärmeenergie zu entziehen und zu nutzen.Especially in the colder winter months, it would also be conceivable to extract the heat energy from the drives of the pumps and compressors and use it.

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Ein bevorzugtes Ausfuhrungsbespiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert. Es ist eine erfindungsgemäße Wärmepumpen! -Anlage mit Zulufterwärmung dargestellt. Sie weist eine mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Luft/Wasser-Wärmepumpe auf. Ein Wärmepumpenkreislauf 2 in der Luft/Wasser- Wärmepumpe 1 verbindet einen Verdampfer 3 und einen Kondensator 4 wärmetechnisch miteinander. Der Verdampfer 3 liegt in einem Niederigtemperaturkreislauf 5, der an einer Beimisch-Luftkammer 20 über die Zuluftleitung 5 angeordnet ist. Über die Beimisch-Lufkammer 20 durch die Zuluftleitung 5 zum Niedertemperaturkreislauf 5, wird im Niedertemperaturkreislauf 5 der Zuluft Wärmeenergie entzogen, die im Verdampfer 3 ein Kältemittel im Wärmepumpenkreislauf 2 zum verdampfen bringt. Dieses Kältemittel wird in dem Wärmepumpenkreislauf 2 der Luft/Wasserwärmepumpe 1 komprimiert und damit auf ein höheres Wärmeenergieniveau gebracht. Im Hochtemperaturkreislauf wird über den Kondensator 4 diese Wärmedifferenz an einen im Hochtemperaturkreislauf befindlichen Kopplungskreislauf 6, der auch einen Heizwärmespeicher 7 aufweist abgegeben und gespeichelt und über den Kopplungskreislauf 8 an den Wärmeverbraucher 9 abgegeben.A preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the figure. A heat pump system according to the invention with supply air heating is shown. It has an air/water heat pump identified by the reference number 1. A heat pump circuit 2 in the air/water heat pump 1 thermally connects an evaporator 3 and a condenser 4 to one another. The evaporator 3 is located in a low-temperature circuit 5, which is arranged on a mixing air chamber 20 via the supply air line 5. Via the mixing air chamber 20 through the supply air line 5 to the low-temperature circuit 5, heat energy is extracted from the supply air in the low-temperature circuit 5, which causes a coolant in the heat pump circuit 2 to evaporate in the evaporator 3. This coolant is compressed in the heat pump circuit 2 of the air/water heat pump 1 and thus brought to a higher heat energy level. In the high-temperature circuit, this heat difference is transferred via the condenser 4 to a coupling circuit 6 located in the high-temperature circuit, which also has a heat storage unit 7, and stored and transferred via the coupling circuit 8 to the heat consumer 9.

Über den Heizkörper 9 wird ein Teil der im Hochtemperaturkreislauf 8 enthaltende Wärmeenergiedifferenz als Nutzwärme an die Umgebung abgegeben. Ein Teil der im Hochtemperaturkreislauf 8 verbleibende Restwärme wird erfindungsgemäß über einen Wärmetauscher 10 an einen Kopplungskreislauf 11 abgegeben, welche das Wasser im Heizwasserspeicher 12 erwärmt, was an kälteren und kalten Tagen über den Kopplungskreislauf 13 den Vorlufterwärmer 14 und bei Bedarf über den Kopplungskreislauf 15 den Nachlufterwärmer 16 die Zuluft 5 im Niedertemperaturbereich zum Niedertemperaturkreislauf 5 erwärmt.A portion of the heat energy difference contained in the high-temperature circuit 8 is released to the environment as useful heat via the radiator 9. According to the invention, a portion of the residual heat remaining in the high-temperature circuit 8 is released via a heat exchanger 10 to a coupling circuit 11, which heats the water in the heating water tank 12, which on colder and cold days heats the pre-air heater 14 via the coupling circuit 13 and, if necessary, the after-air heater 16, the supply air 5 in the low-temperature range to the low-temperature circuit 5.

Durch die Erwärmung der Zuluft 5 durch den Vorlauferwärmer 14 und Nachlufterwärmer 16 erhöht sich die Lufttemperatur im Niedertemperaturbereich 5, wodurch eine erhebliche Anhebung des Wirkungsgrades der LuftAVasserwärmepumpe 1 zu guteBy heating the supply air 5 by the flow heater 14 and the after-air heater 16, the air temperature in the low-temperature area 5 increases, which leads to a significant increase in the efficiency of the air-water heat pump 1.

Claims (3)

-7-Schutzansprüche-7-Protection claims 1. Wärmepumpen - Anlage mit Zulufterwärmung insbesondere zum Beheizen von Gebäuden, bestehend aus einer Luft/Wasserwärmepumpe (1), innenstehend in unmittelbarer Nähe des Heizwasserpeicher (12), wobei die Luft/Wasser-Wärmepumpe (1) einen Wärmepumpenkreislauf (2) aufweist mit einem Verdampfer (3), der die Verbindungsstelle zu einem Niedertemperaturkreislauf (5) und einem Kondensator (4) im Hochtemperaturkreislauf darstellt, wobei durch die Luft/Wasserwärmepumpe (1) aus der zugefuhrten Zuluft, Wärmeenergie im Niedertemperaturkreislauf (5) entzieht, diese komprimiert und ein höheres Wärmeenergieniveau erzeugt, wird diese Wärmedifferenz über den Kondensator (4) über den Kopplungskreislauf (6) im Hochtemperaturkreislauf als Wärmeenergie an den Hochtemperaturzwischenspeicher (7) abgegeben, wobei vom Hochtemperaturzwischenspeicher (7) über den Kopplungskreislauf (8) der Wärmeverbraucher (9) beschickt wird, 1. Heat pump system with supply air heating , in particular for heating buildings, consisting of an air/water heat pump (1), located inside in the immediate vicinity of the heating water storage tank (12), the air/water heat pump (1) having a heat pump circuit (2) with an evaporator (3), which represents the connection point to a low-temperature circuit (5) and a condenser (4) in the high-temperature circuit, the air/water heat pump (1) extracting heat energy from the supplied supply air in the low-temperature circuit (5), compressing it and generating a higher heat energy level, this heat difference is released via the condenser (4) via the coupling circuit (6) in the high-temperature circuit as heat energy to the high-temperature intermediate storage tank (7), the heat consumer (9) being fed from the high-temperature intermediate storage tank (7) via the coupling circuit (8), dadurch gekennzeichnetcharacterized daß die wärmeenergiehaltige Restwärme nach Wärmeenergieabgabe an den Wärmeverbraucher (9) im Kopplungskreislauf (8) ein Teil der Restwärme über einen Wärmetauscher (10) an den Kopplungskreislauf (11) dem ein Heizwasserspeicher (12) zugeordent ist, befördert wird und das Wasser erwärmt, wobei dieses Wärmeenergiehaltige Wasser aus dem Heizwasserspeicher (12) die Aufgabe übernimmt, an kälteren und kalten Tagen über den Kopplungskreislauf (13) den Vorlufterwärmer (14) und bei Bedarf über den Kopplungskreislauf (15) den Nachlufterwärmer (16) die Zuluft im Niedertemperaturbereich (5) zu erwärmen.that the residual heat containing thermal energy after heat energy has been released to the heat consumer (9) in the coupling circuit (8), a part of the residual heat is transported via a heat exchanger (10) to the coupling circuit (11) to which a heating water storage tank (12) is assigned and heats the water, whereby this water containing thermal energy from the heating water storage tank (12) takes on the task of heating the supply air in the low temperature range (5) on colder and cold days via the coupling circuit (13) the pre-air heater (14) and, if required, via the coupling circuit (15) the post-air heater (16). 2. Wärmepumpen - Anlage mit Zulufterwärmung2. Heat pump system with supply air heating nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft für die Luft/Wasserwärmepumpe (1) im Niedertemperaturbereich (5) durch die Beimisch-Lufkammer (20), wobei diese auch die Aufgäbe übernimmt bei Bedarf die wäremenergiehaltige Umgebungsluft anzusaugen und der kälteren Zuluft im Niedertemperaturbereich (5) beizumischen, wobei eine weitere Erhöhung des Wärmeenergieniveau der Zuluft im Niedertemperaturbereich (4) durch den Vorlufterhitzer (14) und wenn nötigt auch durch den Nachlufterhitzer (16) erbracht wird.according to claim I 5 , characterized in that the supply air for the air/water heat pump (1) in the low temperature range (5) through the mixing air chamber (20), which also takes on the task of sucking in the ambient air containing thermal energy when required and mixing it with the colder supply air in the low temperature range (5), a further increase in the thermal energy level of the supply air in the low temperature range (4) being provided by the pre-air heater (14) and, if necessary, also by the post-air heater (16). 3. Wärmepumpen - Anlage mit Zulufterwärmung3. Heat pump system with supply air heating Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Wärmeenergieabgabe im Niedertemperaturkreislauf (5) an den Verdampfer (3) gelangt die abgekühlte Luft in die Lufanforderungskammer (17), wobei hier durch Messung bestimmt wird ob die abgekühlte Abluft noch verwertbar ist, wobei nicht verwertbare Abluft aus dem Niedertemperaturkreislauf (5) wird diese über das Ablufrohr (18) nach außen abgegeben. Bei noch verwertbarer Abluft aus dem Niedertemperaturkreislauf (5) wird diese in der Luftanforderungkammer (17) über die Beimischleitung (19) der Beimisch-Luftkammer (20) der Zuluft in dem Niedertemperaturbereich (5) beigemischt.Claim 1, characterized in that after heat energy has been released in the low-temperature circuit (5) to the evaporator (3), the cooled air reaches the air requirement chamber (17), whereby it is determined by measurement whether the cooled exhaust air is still usable, whereby unusable exhaust air from the low-temperature circuit (5) is released to the outside via the exhaust pipe (18). If the exhaust air from the low-temperature circuit (5) is still usable, it is mixed with the supply air in the low-temperature area (5) in the air requirement chamber (17) via the mixing line (19) of the mixing air chamber (20).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2926626A1 (en) * 2008-01-22 2009-07-24 Aldes Aeraulique Sa HOT WATER PRODUCTION FACILITY FOR COLLECTIVE HOUSING

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