DE3049132C2 - Anordnung zur Heizkessel/Wärmepumpen-Kopplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Heizkessel/Wärmcpumpen-Kopplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bedingt durch fortwährende ölpreiserhöhungen, angedrohte Liefersperren und Konflikte zwischen den Förderländeirn entschließen sich immer mehr Verbraucher, für die Heizung und Brauchwassererzeugung eine Wärmepumpe einzusetzen. Aus wirtschaftlichen Gründen übernimmt dabei beispielsweise bei einer Luftwärmepumpe unterhalb einer gewissen Temperatur (meist + 3°C) weiterhin der konventionelle (vorhandene) ölheizkessel die Wärmeerzeugung. Erst oberhalb von etwa +3⁰C schaltet sich die Wärmepumpe zu und übernimmt voll die Heizung und die Brauchwassererzeugung (bivalenter Betrieb).

Zur Anschaltung von Wärmepumpen an bestehende Ölzentraiheizungsanlagen (aber auch Gasheizungen) sind mehrere Anordnungen bekannt. Aus den Prospekten der Firmen BBC-York: »Wärmepumpe Luft/Wasser Baureihe SEW«, Vießmann: »Informationsblatt Wärmepumpen«, Buderus: >·Bivalentes Heizungssystem mit Wärmepumpe Elocal«, Happel: »GEA-Wärmepumpe Serie LW 16« ist bekannt, zur Brauchwassererwärmung einen separaten Warmwasserspeicher (meistens 300 I) vorzusehen. Über eine spezielle Mischerschaltung oder ein gesondertes Regelorgan wird dabei der Brauchwasserspeicher vorrangig aufgeheizt. Erst wenn die geforderte Brauchwassertemperatur erreicht ist. wird auf den Heiizungsbetrieb umgeschaltet. Der Einsatz dieses zusätzlichen WarmwassersDeichers ist teuer und

aufwendig.

Bei vielen in Betrieb befindlichen Hausheizungsanlagen ist aber bereits ein Warmwasserboiler (meistens 100 bis 1501) im Heizkessel angeordnet. Dieser schon vorhandene Boiler erfüllt durch den Einsatz einer Wärmepumpe mit 3001 Warmwasserspeicher nicht mehr die bisherige Funktion. Es wäre aber einfach möglich, diesen vorhandenen Boiler weiterhin als Warmwasserbereiter einzusetzen und ihn dabei auch

ίο noch vorrangig aufzuheizen.

Aus der DE-OS 27 12 110 ist eine Anlage bekannt, bei derein Wärmeerzeuger (Kondensator) im Heizkreislauf angeordnet ist und den Rücklauf des Heizkessels vorwärmt. Eine vorrangige Erwärmung des Brauchwasserboilers bei Heizkessel- und/oder bei Wärmeerzeuger-(Kondensator-)Betrieb ist nicht möglich.

Aus dem Buch »Wärmepumpen« von Kirn/Hadenfeld, Verlag C. F. Müller, Karlsruhe, Band 2, 3. Auflage, Seite 72 bis 75 sind Anschaltungen für bivalenten Betrieb zwischen mit Brennstoffen versorgten Heizkesseln (oder Gasthermen) und Wärmepumpen bekannt. Hierbei werden der Heizkessel und die Wärmepumpe auf jeweils einen Anschluß eines Mehrwegemischers geführt. Der Mischer schaltet dann je nach Bedarf die Wärmeerzeuger auf die Verbraucher (Heizkörper, Brauchwasserspeicher, Schwimmbad usw.). Hier liegen also die Wärmeerzeuger parallel und können je nach Bedarf an die Verbraucher geschaltet werden. Nachteilig bei diesen Schaltungen ist der große regelungstechnisehe Aufwand für die Brauchwassererzeugung und die Nichtausnutzung des bereits im Heizkessel vorhandenen Boilers.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, zu einer bestehenden Heizungsanlage mit eingebautem Warmwasserboiler auf einfache Art eine Wärmepumpe zuzuschalten, so daß der Warmwasserboiler vorrangig aufgeheizt wird und auch weiterhin die Brauchwasserversorgung übernimmt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale erzielt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich: Eine Ladepumpe ist im Leitungszweig zwischen Rücklauf und Vorlauf des Mehrwegemischventils angeordnet. Eine die Wärmepumpe überbrückende Bypaßleitung mit Absperrventil kann in den Rücklauf des Mehrwegemischventils eingebaut sein und in den Rücklauf vom Mehrwegemischventil zu der Wärmepumpe ist ein Pufferspeicher angeordnet.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist besonders die einfache und problemlose Ankopplung der Wärmepumpe an die bestehende Heizungsanlage. Der bauseitig vorhandene Mehrwegeventilmischer kann weiterhin verwendet werden, und es braucht nur eine Rohrverbindung gelöst zu werden. Dadurch ergeben sich erhebliche Einsparungen bei der Montage. Der im Heizkessel eingebaute Warmwasserboiler kann weiterhin verwendet werden, er wird vorrangig aufgeheizt und kein teurer zusätzlicher Warmwasserspeicher ist erforderlich. Die Zuschaltung weiterer Wärmeerzeuger oder -verbraucher ist sehr einfach möglich. Durch die erfindungsgemäße strömungstechnische Reihenschaltung der Wärmepumpe mit dem

f>5 Heizkessel wird zwangsmäßig der Boiler immer mit der höchsten Temperatur aufgeheizt. Für den Wärmepumpenbetrieb wird nur eine zusätzliche Ladepumpe erforderlich, die aber bei Heizkesselbetrieb abgeschal-

tet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben.

Eine bestehende ölbefeuerte Hausheizungsanlage besteht aus einem Heizkessel 2 mit integriertem Warmwasserboiler 3. Vom Heizkessel 2 führt der Kesselvorlauf VL zum Vorlauf 7 eines Vierwegemischventils 4 (Vierwegehahn). Von einem weiteren Ausgang des Vierwegemischventils 4 führt der Heizungsvorhuf über eine Umwälzpumpe 10 zu den in der Zeichnung nicht dargciellten Heizkörpern bzw. Wärmeverbrauchern. Der von den Wärmeverbrauchern ausgehende Heizungsrücklauf führt zum Vierwegemischventil 4 zurück. Der KesselrücKlauf 6 des Vierwegemischventils führt an den Rücklauf RLdes Heizkessels 2.

Diese Standard-Schaltung vieler Hausheizungsanlagen soll durch eine Wärmepumpe (beispielsweise vom Typ Luft/Wasser) erweitert werden. Deshalb wird der Rücklauf RL vom Heizkessel 2 zum Rücklauf 6 aufgetrennt und eine Wärmepumpe 1 vlazwischengeschaltet. Vom Kesselrücklauf 6 des V/erwegemischventils 4 führt die Verbindung jetzt auf den Rücklauf RL der Wärmepumpe 1. Der Vorlauf VL der Wärmepumpe 1 ist über eine Ladepumpe 5 auf den Rücklauf RL des Heizkessels 2 gelegt. Die Wärmepumpe 1 ist also in einer Reihenschaltung mit dem Heizkessel in den Rücklauf 6 des Vierwegemischventiis 4 angeordnet.

Die nun beispielsweise in den Vorlauf VL der Wärmepumpe 1 geschaltete Ladepumpe 5 kann selbstverständlich auch im Rücklauf RL zur Wärmepumpe 1 oder im Vorlauf VL des Heizkessels zum Mischer 4 angeordnet sein. Die Ladepumpe 5 ist in vo' !eilhafter Weise derart elektrisch angeschaltet, daß sie nur bei Wärmepumpenbetrieb (Temperaturen über + 3⁰C) läuft. Bei Heizkesselbetrieb (Temperaturen unter +3°C) kann sie abgeschaltet bleiben, denn dann übernimmt allein die Umwälzpumpe 10 des Heizkreislaufs den Wärmetransport. Die gezeigte Anordnung arbeitet also bivalent. Über +3⁰C Lufttemperatur arbeitet die Wärmepumpe 1 und darunter wird auf den Heizkessel 2 umgeschaltet. Denkbar ist aber auch eine elektrische Anschaltung derart, daß die Wärmepumpe auch bei Temperaturen unter +3°C den von den Verbrauchern (Heizkörpern) kommenden Rücklauf bzw. den Rücklauf 6 des Mischers 4 vorwärmt und der Heizkessel dann eine weitere Erwärmung auf das geforderte Temperaturniveau vornimmt. Damit wird eine bessere Ausnutzung der Wärmepumpe e^rzielt.

Selbstverständlich ist die beschriebene Anordnung auch bei jeder anderen Art der Wärmeerzeugung oder bei Anschluß an ein Fernwärmenetz möglich.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist zwischen den Rücklauf 6 des Vierwegemischventils 4 und dem Rücklauf RL des Heizkessels 2 eine Bypaßleitung gelegt, in die ein mechanisch oder elektromagnetisch betätigtes Absperrventil 8 eingefügt ist. Dieses Ventil dient zur Überbrückung des Wärmepumpenkreislaufs und ist nur bei Heizkesselbetrieb zu betätigen. Damit soll in vorteilhafter Weise erreicht werden, daß der Rücklauf von den Wärmeverbrauchern bzw. der Rücklauf 6 des Mischers 4 nicht noch durch die Wärmepumpe geführt wird. Da Wärmepumpen sehr häufig nicht in demselben Raum wie der Heizkessel

untergebracht werden können, sondern im Freien, auf dem Dachboden, in Garagen oder anderen Kellerräumen aufgestellt werden müssen, ergeben sich oft lange Rohrleitungswege mit großem Wärmeverlust. Dies wird durch den Bypaß mit dem Ventil 8 bei Heizkesselbetrieb und abgeschalteter Wärmepumpe verhindert.

Selbstverständlich muß bei im Freien aufgestellten Wärmepumpen und Einsatz dieses Ventils 8 dafür gesorgt werden, daß der Kondensator der Wärmepumpe mit einer Frostschutzheizung verschen ist. Sollte durch kurze Rohrlängen zwischen Wärmepumpe und Heizkessel und günstigen Strömungsverhältnissen trotz offenem Ventil 8 noch ein Wärmefluß durch die Wärmepumpe möglich sein, kann ein weiteres, in der Zeichnung nicht dargestelltes Ventil beispielsweise in den Vorlauf VL der Wärmepumpe 1 eingeführt werden. Beim öffnen des Ventils 8 schließt sich (unterbricht) dann dieses Ventil.

In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist in den Rücklauf RL zur Wärmepumpe 1 ein gestrichelt gezeichneter Pufferspeicher 9 eingefügt. Dieser Pufferspeicher, der vorwiegend für den Sommerbetrieb der Wärmepumpe gedacht ist, soll folgenden Zweck erfüllen: Bedingt durch wärmetechnische Probleme wird für den Kompressor einer Wärmepumpe eine Mindestlaufzeit von ca. 4 Minuten gefordert. Wenn die angeschalteten Verbraucher aber nicht in der Lage sind, die in der Mindestlaufzeit erzeugte Wärme abzunehmen, kann es zu erhöhten Druck- und Temperaturverhältnissen innerhalb der Wärmepumpe kommen und damit zum Takien oder einer Druck-Auslösung kommen. Dieser Fall kann aber nur in den Sommermonaten auftreten, wenn die Wärmepumpe eine hohe Leistungszahl aufweist (günstige Betriebsverhältnisse). Der Pufferspeicher 9 im Rücklauf wird also nur dann erforderlich, wenn die Kapazität der Wärmeverbraucher (Heizkörper, Heizkessel mit Boiler, Rohrleitungen) nicht ausreicht, um die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme abzunehmen.

Der Einbau des Pufferspeichers 9 wird in vorteilhafter Weise in den Rücklauf zur Wärmepumpe 1 vorgenommen, um eine vorrangige Aufheizung des Warmwasserboilers 3 im Heizkessel 2 zu erreichen. Bei Winterbetrieb kann der Pufferspeicher durch ein Ventil überbrückt werden.

Zwischen Vorlauf VL und Rücklauf RL₁ also parallel zu dem Heizkessel 2, kann sehr leicht der Wärmetauscher für ein Schwimmbad angeordnet sein. Ebenfalls können hier weitere Wärmeerzeuger wie Solarkollektoren eingeschaltet werden.

Das in der Zeichnung nur beispielsweise dargestellte Vierwegemischventil kann selbstverständlich auch durch ein Dreiwegemischventil ersetzt werden. Der Rücklauf von den Heizkörpern führt dann einmal auf den Mischer und einmal auf den Rücklauf RL der Wärmepumpe.

Um zu einer einfachen Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zu kommen, wurde in der Zeichnung bewußt auf heizungstechnisch übliche Bauteile wie Rückschlag-, Überström-Ventile, Ausdehnungsgefäß, Temperaturfühler und Thermoitate, Absperrschieber usw. verzichtet, denn diese Elemente sind für die Erfindung unwesentlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Heizkessel/Wärmepumpen-Kopplung, bei der zu einer vorhandenen Wärmeerzeugung mit integrierter Brauchwassererwärmung durch einen vom Kesselwasser umspülten Brauchwasserboiler und Mehrwegemischerregelung eine Wärmepumpe zuschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (1) strömungstechnisch in Reihe mit dem Heizkessel (2) derart geschaltet ist, daß der Rücklauf (6) des Mehrwegemischventils (4) auf den Rücklauf der Wärmepumpe (1) und der Vorlauf der Wärmepumpe (1) auf den Rücklauf des Heizkessels (2) geführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladepumpe (5) im Leitungszweig zwischen Rücklauf (6) und Vorlauf (7) des Mehrwegemischventils (4) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Wärmepumpe (1) überbrückende Bypaßleitung mit Absperrventil (8) in den Rücklauf des Mehrwegemischventils (4) gelegt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rücklauf (6) vom Mehrwegemischventil (4) zu der Wärmepumpe (1) ein Pufferspeicher (9) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegemischventil (4) als Vierwegemischventil ausgebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrwegemischventil (4) als Drciwcgemischventil ausgebildet ist.