DE3034016C2 - Wärmepumpenspeicher - Google Patents

Description

wird erreicht, daß — selbst wenn der größte Teil des Brauchwassers bereits erwärmt worden ist — das unten aus dem Speicher abgezogene Brauchwasser noch kalt ist, so daß zwischen dem jeweils zu erwärmenden Brauchwasser und dem Heizmedium des Wärmepuirpenkreises eine hohe Temperaturdiffereiiz besteht die einen guten Wärmeübergang gewährleistet Die Wärmepumpe arbeitet also immer mn. einer guten Leistungsziffer, so daß auch zum Ende der Aufheizzeit hin kein Überangebot an Wärr.^e aus dem Wärmepumpenkreis besteht welches vom Speicher nichi aufgenommen werden kann.

Um die genannte Trennung des oben im Speicher angeordneten erwärmten Wassers und des darunterliegenden noch kalten Wassers sicherzustellen und vor allen Dingen auch beim allmählichen Aufheizen des noch kalten Brauchwassers eine Verwirbelung und damit eine Aufhebung dieser Trennung beim Wiedereinleiten des heißen Wassers zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Zuführung des erwärmten Brauchwassers zum Speicher so ausgebildet ist daß das erwärmte Brauchwasser auf das bereits im Speicher befindliche Brauchwasser geschichtet wird.

Zur Ermöglichung eines elastischen und darüber hinaus sowohl einen monovalenten, als auch einen bivalenten Wärmepumpenbetrieb ermöglichenden Betriebsverhaltens sind in unterschiedlichen Höhen angeordnete Temperaturfühler zur Feststellung der Brauchwassertemperatur vorgesehen, wobei bevorzugt eine obere und eine untere, jeweils mindestens zwei Temperaturfühler umfassende Gruppe vorhanden sind, von deien die obere Gruppe zur Steuerung des Heizkesseln bei bivalentem Wärmepumpenbetrieb dient, während die untere Gruppe die nachstehend beschriebene Steuerung bei der Aufheizung des Brauchwassers über die Wärmepumpe bewirkt Neben einem etwa in halber Höhe des Speichers angeordneten Temperaturfühler, der das Einschalten der Wärmepumpe übernimmt, ist in der Nähe des Bodens ein zweiter Temperaturfühler vorgesehen, der die Wärmepumpe abschaltet, wenn die von oben nach unten fortschreitende Warmwasserfront diesen Fühler erreicht hat, d. h. wenn praktisch der gesamte Heizkessel auf die erhöhte Temperatur gebracht ist. Das Wiedereinschalten der Wärmepumpe erst nach etwa halber Entleerung des warmen Brauchwassers, welches selbstverständlich am Kopf des Speichers entnommen wird, während Kaltwasser von unten zufließt, begünstigt weiterhin den erfindungsgemäß angestrebten Betrieb, bei welchem jegliches Takten der Wärmepumpe, d. h. ein häufiges Ein- und Ausschalten, vermieden wird.

Oie Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung, die schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmepumpenspeicher zeigt, näher erläutert werden.

Der Wärmepumpenspeicher 1 umfaßt einen druckfesten, stehenden runden Behälter, der beispielsweise durch zweischichtige Emaillierung und eine Magnesiumanode gegen Korrosion geschützt ist. Im Kopf des Speichers 1 ist ein Wärmetauscher 2 angeordnet, welcher aus einem in den Speicherbehälter eingeschweißten Gehäuse 3 und den in ihm austauschbar angeordneten Rohrschlangen 4 besteht. Die Rohrschlangen 4 werden von unten nach oben vom zu erwärmenden Brauchwasser durchströmt, während das Heizmedium des Wärmepumpenkreises über eine Ladepumpe 5 durch den Deckel 6 oben in das Gehäuse 3 eingespeist und über eine zentrisch angeordnete Rohrleitung 7 am Boden 8 des Gehäuses 3 wieder abgeführt wird. Durch Steuerung der Ladepumpe 5 wird die Wassermenge des Heizkreises so eingestellt, daß sie einer Temperaturdifferenz entspricht die der Wärmepuir.penbetriebsweise wie oben im einzelnen beschrieben, entgegenkommt (7 bis 12 K). Am Speicherboden wird das kalte Leitungswasser über eine Abnahmeleitung 9 dem Speicher 1 zugeführt Darüber hinaus wird zur Aufheizung des Brauchwassers im Speicher 1 auch an dieser Stelle das

ίο kalte Brauchwasser entnommen und über eine Steigleitung 10 und eine Brauchwasserumvälzpumpe 11 in den Wärmetauscher 2 geleitet. Das erwärmte Wasser aus dem Wärmetauscher 2 wird über einen Dehnstoffregler 12 am Kopf des Speichers 1 durch die Zuführleitung 13 wieder in den Speicher 1 eingeleitet wobei die Einleitung schichtend derart erfolgt, daß eine Vermischung des eingeführten warmen Wassers mit dem bereits in dem Speicher 1 befindlichen Brauchwasser vermieden wird. Ebenso wie die Ladepumpe 5 wird auch die Brauchwasserumwälzpumpe 11 entsprechend der Wärmepumpenleistung so geregelt daß eine möglichst konstante Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Brauchwasser im Wärmetauscher 2 vorhanden ist.
Der Dehnstoffregler 12 reguliert die Wassermenge je nach Leistungsangebot der Wärmepumpe, die bei Luft-Wasser-Wärmepumpen von der Außeniufttemperatur abhängig ist Es wird nur jeweils so viel Wasser umgewälzt, daß das am Speicher 1 oben eintretende Wasser auf ca. 47—50⁰C erwärmt wird. Bei einem Aufheizvorgang und kaltem Speicher 1 wird also der Speicherinhalt nur einmal umgewälzt. Das erwärmte Wasser wird von oben nach unten schichtend gespeichert.

Bei der Erstaufheizung des Speichers 1 schaltet ein Temperaturfühler 14, der etwa in halber Höhe des Speichers 1 angeordnet ist, die Wärmepumpe, die Brauchwasserumwälzpumpe 11 und die Ladepumpe 5 ein. Die Brauchwasserumwälzpumpe 11 fördert nun den gesamten Speicherinhalt von unten nach oben durch den Wärmetauscher 2 und gibt das erwärmte Wasser im Speicheroberteil durch die Zuführleitung 13 von oben nach unten schichtend ab. Hat das warme Speicherwasser einen im unteren Bodenbereich des Speichers 1 angeordneten Temperaturregler 15 erreicht, so schaltet dieser die Wärmepumpe sowie die Ladepumpe 5 und die Brauchwasserumwälzpumpe 11 aus. Nun können über eine Warmwasserabnahmeleitung 16 verschiedene kleine Wassermengen gezapft werden, ohne daß der Ladevorgang erneut eingeleitet wird. Erst wenn der Speicherinhalt zu etwa 50% leergezapft wurde, reagiert der Temperaturfühler 14 und schaltet die Wärmepumpe sowie die Ladepumpe 5 und die Brauchwasserumwälzpumpe 11 wieder ein. Der Aufheizvorgang beginnt nun erneut und endet wie bei der Erstaufheizung beschrieben.

Bei bivalentem Wärmepumpenbetrieb wird zunächst der Heizkreis des Kessels auf den Heizkreis der Wärmepumpe geschlossen. Zusätzlich sind zwei weitere Temperaturfühler 17 und 18 im Speicher 1 eingebaut. Durch sie kann die obere Speicherhälfte in genau der gleichen Weise, wie sie vorstehend für den monovalenten Wärmepumpenbetrieb beschrieben wurde, über einen Heizkessel aufgeheizt werden. Der Heizbetrieb über die Wärmepumpe erfolgt durch die beiden Temperaturregler 14 und 15 in der gleichen Weise wie vorher beschriebei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Endphase der Aufheizung immer weiter vermindert, so Patentansprüche: daß die Leistung der Wärmepumpe nicht mehr übertragen werden kann. Die Wärmepumpe arbeitet daher mit

1. Wärmepumpenspeicher für Brauchwasser mit schlechter Leistungsziffer und intermittierend, man sagt einem getrennt von dem in dem Wärmepumpenspei- 5 in der Fachsprache hierzu, daß »die Wärmepumpe takcher befindlichen Brauchwasser angeordneten, der tet«. Die Lebensdauer der Wärmepumpe wird durch Übertragung von Wärmeenergie aus einem Wärme- diese Betriebsweise stark reduziert,
pumpenkreislauf auf das Brauchwasser dienenden Um die Schwierigkeiten mit einer ständig abnehmen-Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, den Wärmeaufnahme des Speichers durch die Abnahme daß das Brauchwasser über eine Abnahmeleitung (9) io der Temperaturdifferenz zwischen dem sich erwärmenam Boden des Wärmepumpenspeichers (1) entnom- den Brauchwasser und dem Wasser im Heizkreislauf zu men,mittelseinerBrauchwasserumwälzpumpe(ll)in beseitigen, ist im Prospekt »Dual-Hochleistungsden Wärmetauscher (2) gefördert und von dort über Brauchwasser-Erwärmer System D« der Firma eine Zuführleitung (13) dem Wärmepumpenspeicher CTC Wärme GmbH, Düsseldorf, bereits vorgeschlagen (1) im Kopf wieder eingeleitet wird und daß eine 15 worden, daß das den Wärmetauscher im Heizkreislauf temperaturgesteuerte Mengenregelung der Brauch- durchsetzende Brauchwasser vom unteren Ende des wasserumwälzpumpe (11) vorgesehen ist, über die Speichers abgezogen und im oberen Bereich wieder zue^;ne vorbestimmte Endtemperatur des Brauchwas- geführt wird. Eine ähnliche Warmwasserschichtung ersers im Wärmepumpenspeicher (1) ohne steuernden reicht man auch bei einem aus der Deutschen Auslege-Eingriff in den Wärmepumpenkreislauf und/oder un- 20 schrift 26 23 829 bekanntgewordenen Warmwasserspeiabhängig von der Brauchwasserentnahme aus dem eher, bei dem der Heizkreislauf in herkömmlicher Weise Wärmepumpenspeicher(l)vorgebbarist. von einem Heizkessel betrieben wird.

2. Wärmepumpenspeicher nach Anspruch 1, da- Bei derartigen bekannten Wärmespeichern mit einem durch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) in Heizkessel als Wärmequelle wird — man vergleiche einem gegenüber dem in dem Wärmepumpenspei- 25 hierzu insbesondere die Steuerung bei dem vorstehend eher (1) befindlichen Brauchwasser abgeschlossenen beschriebenen Prospekt — die von einem Heizkreislauf Gehäuse (3) im Kopf des Wärmepumpenspeichers an den Speicher abgegebene Wärmemenge durch eine (1) angeordnet ist. entsprechende Durchflußgeschwindigkeit des Heizwas-

3. Wärmepumpenspeicher nach einem der An- sers in Wärmespeicher gesteuert. Dies läßt sich jedoch Sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 30 — wie die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen-Zuführung (13) des erwärmten Brauchwassers zum den Untersuchungen gezeigt haben — nicht auf einen Speicher (1) so ausgebildet ist, daß das erwärmte Heizkreislauf übertragen, der von einer Wärmepumpe Brauchwasser auf das bereits im Speicher (1) befind- geheizt wird. Wärmepumpen sind, wie ja bereits vorsteliche Brauchwasser geschichtet wird. hend angedeutet wurde, auf eine gleichmäßige Wärme-

4. Wärmepumpenspeicher nach einem der An- 35 abgabe eingestellt. Soll daher, gleichgültig aus welchen Sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch in unter- Gründen, vom Heizkreislauf und somit von der Wärmeschiediichen Höhen angeordnete Temperaturfühler pumpe nur eine geringere Wärmemenge abgenommen (14, 15, 17, 18) zur temperaturgesteuerten Mengen- werden, so muß aus Gründen der Energieersparnis die regelung der Brauchwasserumwälzpumpe (11). Wärmepumpe in bestimmten Abständen ein- und dann

5. Wärmepumpenspeicher nach Anspruchs ge- 40 wieder abgeschaltet werden, also intermittierend betriekennzeichnet durch eine obere und eine untere, je- ben werden, sie »taktet«. Dieses bei öl- oder Gasbrenweils mindestens zwei Temperaturfühler (14,15; 17, nern völlig problemlose Takten des Brenners ist aber 18) umfassende Gruppe von Temperaturfühlern, von beim Betrieb von Wärmepumpen äußerst unerwünscht, denen die obere Gruppe zur Steuerung eines Heiz- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eikessels be:i bivalentem Pumpenbetrieb dient. 45 nen Wärmepumpenspeicher zu schaffen, der beim Aufheizen des Brauchwassers auf eine vorbestimmte Endtemperatur ein Takten der Wärmepumpe weitgehend vermeidet.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmepumpen- Als zur Lösung dieser Aufgabe wesentlich werden die

speicher für Brauchwasser nach dem Gattungsbegriff 50 im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 enthalte-

des Patentanspruchs 1. nen Merkmale vorgeschlagen.

Die bisher bekanntgewordenen Wärmepumpenspei- Erfindungsgemäß erfolgt also beim Anmeldungsge-

cher mit innenliegenden Heizflächen oder Wärmetau- genstand die Steuerung nicht durch eine Steuerung der

schern berücksichtigen die spezifischen Eigenschaften Menge des Heizwassers, sondern ohne Eingriff in diesen

von Wärmepumpen beim Aufheizvorgang der Warm- 55 Heizwasserkreislauf und damit weitgehend ohne stö-

wasserbereitung zu wenig, so daß das Betriebsverhalten rende Beeinträchtigung der Wärmepumpe durch die

all dieser Speicher äußerst unbefriedigend ist. So ist bei dem jeweiligen Wärmeangebot angepaßte Steuerung

vielen Speichern die Übertragungsfläche zu klein, so der Durchsatzmenge des Brauchwassers.

f,¹, daß sich bei diesen Speichern die Wassertemperatur des Durch die besondere Ausgestaltung des Abziehens

^iJ Brauchwassers durch die innere Zirkulation beim Auf- 60 und Wiedereinbringens des Brauchwassers in den Spei-

', heizvorgang total vermischt. Zwischen oben und unten eher, die sich in besonders einfacher Weise dadurch rea-

M ist keine Teinperaturschiehtung vorhanden. Während lisieren läßt, daß der Wärmetauscher in einem gegen-

j der Aufheizung verringert sich die Temperaturdifferenz über dem in dem Wärmepumpenspeicher befindlichen

<f von Heizmediuni und Warmwasser und dadurch die Brauchwasser abgeschlossenen Gehäuse im Kopf des

, ' Leistungsaufnahme des Speichers ständig. b5 Wärmepumpenspeichers angeordnet ist, ergibt sieh ein

} Für Wärmepumpen, die auf eine gleichmäßige War- Betriebsverhalten, bei welchem das erwärmte Brauch-

U? meabgabe eingestellt sind, ergibt sich daraus die wasser über dem noch kalten, nicht aufgeheizten

l'i¹ Schwierigkeit, daß sich der Wärmeübergang in der Brauchwasser im Speicher angeordnet ist. Dadurch