DE3043123C2

DE3043123C2 - Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE3043123C2
Application number: DE3043123A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr. 3470 Höxter Bogdanski; Jürgen 3453 Polle Holtfort
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1980-11-15
Filing date: 1980-11-15
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE3043123A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe, deren Kondensator im Freien aufgestellt und über eine Umwälzpumpe und eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung an einen im Gebäudeinnern angeordneten Speicherbehälter angeschlossen ist, wobei die Umwälzpumpe Wärmeträgermedium von dem Speicherbehälter durch die Vorlaufleitung zum Kondensator fördert.

Bei derartigen Heizungsanlagen ist die Wärmepumpe als Kompaktwärmepumpe ausgelegt, deren Aggregate in einem gemeinsamen Gehäuse im Freien untergebracht sind. Niedrige Umgebungstemperaturen im Bereich und unterhalb von 0°C stellen besondere Bedingungen dar, die bei dem Aufbau der Wärmepumpe berücksichtigt werden müssen. Bei einer Wärmepumpe mit einem Verdampfer, der der Umgebungsluft ausgesetzt ist, sind bekannte Mittel vorzusehen, um eine Vereisung des Verdampfers zu beseitigen. Bei einer Wärmepumpe, deren Verdampfer Wärme aus dem Erdreich bezieht, ist der betreffende Primärkreislauf mit einem frostsicheren Medium zu füllen. Das Wärmeträgermedium des eigentlichen Wärmeträgerkreises ist nicht frostempfindlich. Frostempfindlich ist jedoch der Sekundärkreis zwischen dem Kondensator der Wärmepumpe und dem Wasserspeicher der Heizungsanlage. Dieser Kreislauf kann nicht mit Frostschutzmittel gefüllt werden.

Um ein Einfrieren des Kondensators bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden, wird bei niedrigen Temperaturen, bei denen die Wärmepumps nicht mehr wirtschaftlich arbeitet und deshalb abgeschaltet ist, Warmwasser aus dem Speicher durch den Kondensator gedrückt. Diese Maßnahme bietet dann keine Sk herheit

ίο gegen Einfrieren, wenn das elektrische Stromnetz ausfällt und die Umwälzpumpe stillsteht.

In der US-PS 38 12 872 ist eine Heizungsanlage mit einem außerhalb des Gebäudes angeordneten Heizgerät beschrieben. Um das Heizgerät vor einem Einfrieren 7U schützen, wird es bei niedrigen Temperaturen automatisch in einen tiefer angeordneten Ausguß entleert. Ein solches Entleeren setzt voraus, daß das Heizgerät höhersteht als das Auslaufventil. Hiervon kann nur in Sonderfällen ausgegangen werden. Außerdem hat das Entleeren den Nachteil, daß nach Wegfall der Einfriergefahr das Heizgerät wieder mit Wasser gefüllt werden muß. Außerdem müßte eine etwa vorgesehene Umwälzpumpe abgeschaltet werden, da diese sonst auch die Raumheizkörper bzw. den Speicherbehälter entleeren würde bzw. der Entleerung des Heizgeräts entgegenarbeiten würde.

Fällt bei der US-PS 38 12 872 das elektrische Stromnetz aus, dann wird das Heizgerät unabhängig von der herrschenden Außentemperatur entleert. Dies ist unerwünscht, denn es besteht kein Grund, das Gerät zu entleeren, wenn bei warmer Außentemperatur das Stromnetz ausfällt.

Bei der US-PS 38 12 872 kann nicht ohne weiteres eine Wärmepumpe anstelle des dort vorgesehenen Gasboilers angeordnet werden, da die Entleerung des Kondensators der Wärmepumpe zu Druckproblemen im Wärmepumpenkreis führen würde. Denn bei einer Entleerung des Kondensators würde der Druck im Wärmepumpenkreis einen zulässigen Wer^f überschreiten, so daß eine Sicherheitsabschaltung des Verdichters der Wärmepumpe erfolgt, welche nicht ohne weiteres von selbst wieder aufgehoben wird.

In der DE-OS 23 27 399 ist eine Frostschutzvorrichtung für Wasserleitungen mit Zapfventil beschrieben.

Eine Abzapfleitung ist möglichst nahe an das Zapfventil geführt. Ein Thermostat öffnet die Abzapfleitung bei niedrigen Temperaturen. Bei Stromausfall muß die Abzapfleitung von Hand geöffnet werden. Es tritt also bei Stromausfall nicht von selbst der Frostschutz ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizungsanlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, deren zwischen Kondensator und Wärmetauscher liegende Wärmeträgerkreis gegen Einfrieren bei Stromausfall geschützt ist, ohne daß der Wärmeträgerkreis entleert werden muß, und die nach Beendigung des Stromausfalls ohne weiteres wieder in Betrieb geht.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine unter dem Wassernetzdruck stehende Wasserleitung über ein Zulaufventil an die Vorlaufleitung angeschlossen ist, daß zwischen der Mündung der Wasserleitung und dem Speicherbehälter ein Rückschlagventil vorgesehen ist, daß an die Rücklaufleitung ein Ablaufventil geschaltet ist und daß das Zulaufventil bei Netz-Stromausfall bzw. Ausfall der Umwälzpumpe bei Gefriertemperatur öffnet und das Ablaufventil beim Öffnen des Zulaufventils öffnet.

Damit ist erreicht, daß bei Gefriertemperatur und

Abschalten der Umwälzpumpe das Wassernetz selbständig auf den einfriergefährdeten Leitungsteil aufgeschaltet wird und durch diesen Leitungsteil ständig Wasser fließt, so daß die Leitung nicht einfrieren kann. Ein Entleeren des einfriergefährdeten Leitungsteils erübrigt sich. Dementsprechend braucht der Leitungsteil nach dem Wiedereinschalten der Umwälzpumpe auch nicht gefüllt zu werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnungzeigt

F i g. 1 schematisch ein Schaltbild einer Heizungsanlage und

F i g. 2 schematisch ein Schaltbild einer Alternative zu

Bei einer bivalenten Heizungsanlage ist im Freien 1, außerhalb eines Gebäudes 2 eine Kompakt-Wärmepumpe 3 angeordnet, die einen Verdampfer 4, einen Kondensator 5 und zwischen Verdampfer 4 und Kondensator 5 einen üblichen Wärmepumpenkr-'is 6 aufweist. Der Kondensator 5 ist über einen Wärmetauscher 7 sowie eine an diesen angeschlossenen Vorlaufleitung 8 und einer Rücklaufleitung 9 an einen Speicherbehälter 10 im Inneren des Gebäudes 2 angeschlossen. Der Speicherbehälter 10 kann außer über den Kondensator 5 der Kompaktwärmepumpe 3 auch über einen Öl- oder Gasheizkessel 11 beheizt werden. An den Speicherbehälter

10 ist außerdem eine zu Raumheizkörpern führende Vorlaufleitung 12 und eine von diesen zurückführende Rücklaufleitung 13 angeschlossen.

Innerhalb des Gebäudes 2 liegt in der Rücklaufleitung 9 üblicherweise ein Überdruckventil (Ablaufventil 14), das gewöhnlich bei 2,5 bar öffnet.

In der Vorlaufleitung 8 liegt eine elektrisch angetriebene Umwälzpumpe 16. In die Vorlaufleitung 8 mündet bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 2 bei 17 eine Wasserleitung 18, die unter dem Druck des Wassernetzes steht. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Wasserleitung 18 an einen Kaltwasseranschluß 19 des Wassernetzes angeschlossen. Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 kommt die Wasserleitung 18 von einem nicht näher dargestellten Brauchwasserspeicher, der unter dem Leitungsdruck des Wassernetzes steht. Zwischen der Mündung 17 und der Umwälzpumpe 16 ist ein Rückschlagventil 20 angeordnet. In der Wasserleitung 18 liegt ein Zulaufventil 21, das beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. I und 2 von einem Magnetventil gebildet ist. Eine Stjuerspule 22 des Magnetventils liegt in einem Steuerkreis mit einem Netztransformator 23, tinem diesem stkundärseitig nachgeschalteten Vierweg-Gleichrichter 24, einer Batterie 25 und einer Kontrolleuchte 26. Zwischen dem Spannungspol der Batterie 25 und der Steuerspule 22 ist ein Schaltkontakt 27 angeordnet, welcher von einem Temperaturfühler 28 gesteuert ist, der am Kondensator 5 angeordnet ist und die Temperatur des durch die Leitungen 8 und 9 zirkulierenden Wassers erfaßt. Der Temperaturfühler 28 ist etwa so eingestellt, daß er bei Temperaturen unter +3"C den Schaltkontakt 27 schließt. Eine derart niedrige Temperatur wird im Kondensator 5 nicht erreicht, solange die Umwälzpumpe 16 läuft, ganz unabhängig davon, ob die Wärmepumpe 6 arbeitet oder stillsteht, da im Fall des Wärmepumpenstillstandes die Umwälzpumpe 16 aus dem Speicherbehälter 10 von dem Heizkessel

11 erwärmtes Wasser duich die Vorlaufleitung 8 und die Rücklauflcitung 9 fördert.

Die genannte niedrige Temperatur unter +3⁰C am

Temperaturfühler 28 wird nur dann erreicht, wenn die Umgebungstemperatur sich der Gefriertemperatur nähert und die Umwälzpumpe 16 stehenbleibt, sei es aufgrund eines elektrischen Netzausfalls oder eines Defekts der Umwälzpumpe 16. Schließt der Schaltkontakt 27, dann speist die Batterie 25 die Steuerspule 22, so daß das Absperrventil (Zulaufventil 2t) öffnet.

In dem Steuerkreis ist weiterhin ein manuell zu betätigender Umschaltkontakt 29 vorgesehen, mit dem der Schaltkontakt 27 zu überbrücken ist. Durch Betätigen des Umschaltkontakts 29 kann überprüft werden, ob das Magnetventil (Zulaufventil 21) betriebsbereit ist.

Die Umwälzpumpe 16 ist über Schaltkontakte 30 und 31 gesteuert Der Schaltkontakt 30 wird zusammen mit einem Schaltkontakt 32 von einem Schaltschütz 33 betätigt. Der Schaltkontakt 32 schaltet das Verdichteraggregat 6' des Wärmepumpenkreises 6. Die in F i g. 1 dargestellte Stellung nehmen die Schaltkontakte 30 und 32 ein, wenn im Speicherbehälter 10 kein Wärmebedarf besteht. Der Schaltkontakt 31 ist ve«, einem Temperaturfühler 34 am Kondensator 5 so gesteuert, daß er bei Temperaturen etwa unter +5° C schließt. Damit läuft die Umwälzpumpe 16 normalerweise bei Temperaturen etwa unter +5⁰C selbst dann, wenn das Verdichteraggregat 0 des Wärmepumpenkreises 6 abgeschaltet ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.l ist zwischen der Mündung 17 und dem Absperrventil (Zulaufventil 21) ein weiteres Rückschlagventil 35 vorgesehen. Dieses verhindert, daß Wasser aus dem nachgeschalteten Leitungszweig (Vo^rlaufleitung 8, Rücklaufleitung 9) in das Netz (Kaltwasseranschluß 19) zurückgedrückt werden kann. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 erübrigt sich dieses Rückschlagventil 35, da dort die Wasserleitung 18 von einem ohnehin vorgesehenen Brauchwasserspeicher kommt, dem ein dem Rückschlagventil 35 entsprechendes Rückschlagventil vorgeschaltet ist.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 ist zusammengefaßt etwa folgende:
Fällt die Umwälzpumpe 16 aus und herrschen im Fre^:°n 1 Gefriertemperaturen, dann öffnet das Zulaufventil 21 in der beschriebenen Weise. Damit ist die Vorlaufleitung 8, der Kondensator 5 und die RücklauHeitung 9 an das Wassernetz angeschlossen. Da der Wassernetzdruck gewöhnlich größer als de, Druck ist, bei dem das Überdruckventil (Ablaufventil 14) öffnet, stellt sich ein Wasserfluß über die Ventile 21, 35, die Vorlaufleitung 8, den Wärmetauscher 7 bzw. den Kondensator 5 und die Rücklaufleitung 9 sowie das Überdruckventil (Ablaufventil 14) ein, der ein Einfrieren des Kondensators 5 und der Leitungen 8 und 9 verhindert. Das Zulaufventil 21 ist dabei etwa so ausgelegt, daß in geöffneteui Zustand 20 bis 30 l/h hindurchfließen. Das Rückschlagventil 20 verhindert, daß Kaltwasser aus dem Netz in den Speicherbehälter 10 gedruckt wird.

Nach Beendigung des Stromausfalls bzw. nach Instandsetzen der Umwälzpumpe 16 schaltet diese ein. Sie fördert Wasser aus dem Speicherbehälter 10, das bei 17 dem Leitungswas! .-r aus der Wasserleitung 18 zugemischt wird Die Umwälzpumpe 16 muß nicht gegen den vollen Netzdruck arbeiten, sondern am Rückschlagventil 20 nur den geringen Druckabfall des Zweiges 8, 7, 9 überwinden.

Die von der Umwälzpumpe 16 zugemischte Wassermenge pro Zeiteinheit ist beträchtlich größer als die durch das Zulaufventil 21 strömende Wassermenge, solche Umwälzpumpen fördern beispielsweise 10 l/min. Sobald dann am Temperaturfühler 28 3°C überschritten sind, schließt das Zulaufventil 21. Damit ist der Netz-

druck von den Leitungen 8, 9 genommen, so daß das Ablaufventil 14 schließt. Damit ist der Normalzustand erreicht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist für den Wasserablauf ein eigenes Ablaufventil 36 vorgesehen. Dieses wird gleichzeitig mit dem Zulaufventil 21 geöffnet und geschlossen. Diese Ausführung wird dann eingesetzt, wenn der Wassernetzdruck kleiner als der Druck ist, bei dem das Überdruckventil 14 öffnet. Bei Gefriertemperatur und Netzausfall bzw. Ausfall der Umwälzpumpe 16 erfolgt hier der Wasserablauf über das Ablaufventil 36. Ansonsten gilt für die Funktionsweise das zu Fig. 1 Erläuterte.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche weitere Ausführungen. So können anstelle der Magnetventile auch mechanische direkt über Kapillarfühler gesteuerte Ventile vorgesehen sein. Das Ventil 15 kann als Magnetventil ausgebildet sein. Es ist dann so geschaltet, daß es

schließt wenn özs

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

10

21 öffnet und um^e-

kehrt. Die Betriebsaufnahme nach einer Störung erfolgt hier durch eine Erwärmung des Temperaturfühlers 28 infolge eines Einschaltens der Wärmepumpe 6.

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Claims

Patentansprüche:

1. Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe, deren Kondensator im Freien aufgestellt und über eine Umwälzpumpe und eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung an einen im Gebäudeinnern angeordneten Speicherbehälter angeschlossen ist, wobei die Umwälzpumpe Wärmeträgermedium von dem Speicherbehälter durch die Vorlaufleitung zum Kondensator fördert, dadurch gekennzeichnet, daß eine unter dem Wassernetzdruck stehende Wasserleitung (18) über ein Zulaufventil (21) an die Vorlaufleitung (8) angeschlossen ist, daß zwischen der Mündung (17) der Wasserleitung (18) und dem Speicherbehälter (10) ein Rückschlagventil (20) vorgesehen ist, daß an die Rücklaufleitung (9) ein Ablaufventil (14; 36) geschaltet ist und daß das Zulaufventil (21) bei Netz-Stromausfall bzw. Ausfall der Umwälzpumpe (16) bei Gefriertemperatur öffnet und das Ablaufventil (14: 36) beim Öffnen des Zulaufventils (21) öffnet.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitung (18) an einen unter dem Wassernetzdruck stehenden Warmwasserbereiter der Heizungsanlage angeschlossen ist.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaufventil (14) ein Oberdruckventil der Rücklauileitung (9) ist.

4. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufventil (21) von einem die Temperatur des durch den Kondensator· (5) fließenden Wassers erfassenden Temperaturfühler (28) gesteuert ist.

5. Heizungsanlage nach Ansp. jch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufventil (21) von einem Magnetventil gebildet ist, dessen Steuerspule (22) über einen von dem Temperaturfühler (28) gesteuerten Schaltkontakt (27) mit einer Batterie (25) verbunden ist.