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Die Erfindung betrifft eine Luftwärmepumpe gemäß dem
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Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei bekannten Luftwärmepumpen der gattungsgemäßen Art, die häufig
auch als Luft- Wasser-Wärmepumpe bezeichnet werden, weil bei ihnen die der Luft
entzogenen Energie auf das Heizwasser übertragen wird, wird die der Umgebungsluft
entzogene Wärme in dem als Wärmetauscher dienenden Verdampfer aufgenommen und dem
im Verdampfer befindlichen Kältemittel übertragen, so daß dieses verdampft wird.
Ein, vorzugsweise elektrisch, angetriebener Verdichter bringt die vom Kältemitteldampf
aufgenommene Wärme auf ein höheres Temperaturniveau, worauf dann über einen Verflüssiger,
d.h. einen Kondensator, diese Wärme an das Heizwasser abgegeben wird.
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Derartige Luftwärmepumpen lassen sich grundsätzlich in zwei Systeme
unterteilen, nämlich einerseits in dasjenige der ventilatorgetriebenen Luftwärmepumpen
mit nachgeschaltetem Pufferspeicher und andererseits in dasjenige der Solewärmepumpen.
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Bei dem erstgenannten bekannten System der Luftwärmepumpen mit Zwangsluftführung
durch Ventilatoren wird die Außenluft von einem Ventilator angesaugt und über einen
Verdampfer geleimt. Der Verdampfer kühlt die Luft ab, d.h. er entzieht ihr Wärme.
Die so gewonnene Wärme wird im Verdampfer auf das Arbeitsmedium, das ein Sicherheitskältemittel
ist, übertragen. Mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen Verdichters wird die aufgenommene
Wärme dann durch Druckerhöhung auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und über
einen Kondensator an das Heizwasser abgegeben. Dabei wird die elektrische Energie
zu dem Zweck eingesetzt, um die Wärme der Umwelt auf ein höheres Temperaturniveau
anzuheben. Die Nachteile dieses
System liegen in der ventilatorbedingten
Geräuschbelästigung und in der notwendigen Energiebereitstellung, wobei es in jedem
Fall erforderlich ist, zur Dämpfung der Ventilatorgeräusche beim Verdampfer entsprechende
Schalldämpfer einzubauen, was zu einer Erhöhung der Anschaffungskosten beiträgt.
Als nachteilig sind weiterhin anzusehen die durch die enge Rippenteilung des Verdampfers
bedingte schnelle Vereisung, der große Platzbedarf, die zur Vermeidung hoher Wärmeübertragungsverluste
erforderliche aufwendige Einbindung der Wärmepumpe in das bivalente Heizungssystem,
die aufwendige bivalente Steuerung der beiden Heizsysteme und letztlich die insgesamt
damit verbundenen hohen Anschaffungskosten. All diese Nachteile haben bisher eine
verbreiterte Einführung der Wärmepumpentechnologie der vorbeschriebenen Art verhindert.
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Bei dem bekannten zweiten System der Wärmepumpen handelt es sich um
sogenannte Solewärmepumpen, welche die Umgebungsenergie über sekundäre Elemente,
wie Solarabsorber, Energiezäune, Energieblöcke oder Energiestapel, auf ein Solesystem
übertragen, das aus einem Frostschutz-Wassergemisch besteht. Dieses Solesystem transportiert
die aufgenommene Umgebungsenergie zum Verdampfer der Wärmepumpe und überträgt sie
auf das Kältemittel, so daß dieses verdampft wird. Der Vorteil dieses Systems besteht
in der geräuschlosen Energieaufnahme, da kein Ventilator benötigt wird, um die in
der Umgebungsluft enthaltene Wärme auf das Sekundärelement, beispielsweise den Energiezaun,
zu übertragen. Die Nachteile der Solewärmepumpen liegen jedoch zum einen in dem
Umstand begründet, daß eine physikalisch nachteilige, den Wirkungsgrad verringernde
mehrfache Wärmeübertragung Luft-Absorbermaterial-Soleverdampfermaterial-Kältemittel
erforderlich ist und zum anderen darin, daß ein hoher Platzbedarf erforderlich ist,
der
unter anderem auch durch die größere Fläche der Solarabsorber bedingt ist, und daß
es weiterhin einer aufwendigen Einbindung der Wärmepumpe in das bivalente Heizsystem
sowie einer aufwendigen Steuerung der bivalenten Heizungsanlage bedarf, was sehr
hohe Anschaffungskosten bedingt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Luftwärmepumpe
der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß sie in sich die Vorteile der
bekannten Systeme - unter Vermeidung deren Nachteile - vereinigt und gleichzeitig
bei minimalen Anschaffungs- sowie Betriebskosten einen nur geringen Platzbedarf
hat.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei der Erfindung handelt es sich demnach um eine ventilatorlose Luftwärmepumpe
mit stillem Freiluftverdampfer und einem im nachgeschalteten Pufferspeicher integrierten
Wickelkondensator mit mittiger Heißgaseinführung.
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Der erfindungsgemäß mit breiter Rippenteilung bzw. mit großem Lamellenabstand
ausgelegte Freiflächendirektverdampfer, der aus korrosionsfestem Rohr- und Rippenmaterial
bestehen kann, entnimmt der Luft, der Feuchtigkeit, dem Regen und der Sonnenstrahlung
Umgebungsenergie und überträgt diese geräuschlos direkt auf das durchströmende Kältemittel,
das vollständig verdampft und vom Kompressor der Wärmepumpe angesaugt, verdichtet
und als Heißgas dem im Pufferspeicher eingebauten Wickelkondensator zur direkten
Heizwassererzeugung zugeführt wird.
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Nachdem das Kältemittel im Kondensator kondensiert ist, gelangt es
über das Expansionsventil der Wärmepumpe wieder in den stillen Freiflächenverdampfer.
Somit ist es mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Wärmepumpe möglich, Umgebungsenergie
aus der Umwelt geräuschlos und mittels lediglich zweier Wärmeübertragungsvorgänge
mit bestem Wirkungsgrad in Heizungswasserenergie umzuformen. Aus regelungstechnischen
Gründen sowie zur Entkopplung zwischen dem Wärmepumpenkreis und dem Heizungskreis
ist ein Pufferspeicher vorgesehen, der nicht nur zur Speicherung des Heizwassers
dient, sondern auch gleichzeitig die Aufgabe erfüllt, die Einschalthäufigkeit des
Kompressors auf ein Minimum zu beschränken. Die dabei erzielten günstigen Betriebsbedingungen
wirken verlängernd auf die Lebensdauer des Kompressors. Am Pufferspeicher sind sämtliche
Funktionselemente, wie Stutzen zum Anschluß des Vorlaufstrangs, Stutzen zum Anschluß
des Rücklaufstrangs, Tauchhülse zur Aufnahme des Regelgliedes, Temperaturanzeige
und Absperrorgane vorhanden, so daß das Heizungsnetz einfach und schnell angeschlossen
werden kann.
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Die mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Wärmepumpe erzielten Vorteile
sind außerordentlich zahlreich. So arbeitet der Verdampfer, weil er- ohne Ventilator
ausgestaltet ist, außerordentlich geräuschlos durch natürliche Fallthermik infolge
Unterkühlung. Je nach den vor Ort gegebenen Verhältnissen sind hierbei verschiedene
Verdampferbauformen möglich, wobei einzelne Verdampferelemente horizontal, schräg,
treppenförmig versetzt oder aber übereinander angeordnet sein können. Es kann außerdem
vorteilhaft sein, über den Verdampferelementen
ein Dachbauteil
anzuordnen, das bei Undurchlässigkeit gegenüber Schnee luft- sowie regendurchlässig
ist und im Abstand über den Verdampferelementen angeordnet ist, um den Luftstrom
zirkulieren zu lassen. Aus diesem Grund kann das Dach auch nach Art eines Gitter-
oder Lochbleches ausgestaltet sein.
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Da der Verdampfer ohne Ventilator arbeitet, sind auch seine Wärmetauscherrippen
mit einem relativ weiten Abstand versehen, beispielsweise mit einem Abstand von
15 mm im Gegensatz zu einem Abstand von 3 - 6 mm bei den bekannten ventilatorbetriebenen
Verdampfern. Da bei der erfindungsgemäßen Luftwärmepumpe der Verdampfer ohne Ventilator
auskommt, wird nicht nur die Ventilatorantriebsleistung eingespart, sondern es ist
auch nicht erforderlich; in konstruktiv aufwendiger und kostspieliger Weise die
ansonsten zur Dämpfung der Ventilatorgeräusche beim Verdampfer notwendigen Schalldämpfer
vorzusehen.
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Da bei der Luftwärmepumpe gemäß der Erfindung in überaus vorteilhafter
Weise der Kondensator aus der üblichen bekannten Wärmepumpeneinheit heraus in den
Pufferspeicher verlegt ist, entfallen somit Rohrleitungsverbindungen und deren Kosten.
Damit werden ansonsten vorhandene Wärmeübertragungsverluste in entscheidender Weise
verringert, so daß insgesamt durch die direkte Wärmeübertragung im Pufferspeicher
Übertragungs- und Systemverluste entfallen. Der in den Pufferspeicher eingebaute
Kondensator kann als speziell geformter Wickelkondensator ausgestaltet sein. Die
verbleibenden Teile der Wärmepumpe sind kompakt gebaut und können leicht transportiert
werden. Die Maschine, insbesondere der Verdichter, steht auf einer schwingungsgeden
Grundplatte, wobei das leicht abzuhebende Maschinengehäuse
innen
schall- und wärmegedämmt ist und einen leichten Zugang zu allen wartungsbedürftigen
Teilen gestattet.
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Die Luftwärmepumpe gemäß der Erfindung kann durch direkten Einbau
eines Niedertemperaturkessels in den Pufferspeicher ergänzt werden, wobei in den
Pufferspeicher auch eine Brauchwasserbereitung integriert sein kann. In solch einem
Fall entfällt bei der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik nicht nur ein gesondertes
Bauteil, sondern es sind auch keine gesonderten Armaturen , Verrohrungen einschließlich
Pumpe usw. erforderlich. Während bei den bekannten Anlagen die Wärmepumpe bei Bedarf
nicht parallel zum Heizkessel betrieben werden kann, sondern immer nur ein Alleinbetrieb
entweder der Wärmepumpe oder des Heizkessels möglich ist, kann bei der erfindungsgemäß
ausgestalteten Luftwärmepumpenanlage ein Parallelbetrieb von Wärmepumpe und Heizkessel
- vorzugsweise mit Regelung über Außentemperaturfühler - durchgeführt werden. Somit
steht'mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe ein ökonomischer Energieerzeugungsblock
in Form eines kompakten wirtschaftlichen Vollheizungssystems zur Verfügung, das
sich durch minimale Anschaffungskosten, minimale Betriebskosten, außerordentlich
geringen Platzbedarf und einfachste Einbindung in das Heizungssystem auszeichnet.
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Bei einem Vergleich der Erfindung mit einem üblichen bivalenten Heizungssystem
zeigt sich, daß der Erfindung der Gedanke zugrundeliegt, die bisher vorhandenen,
gesondert vorgesehenen einzelnen Komponenten, nämlich die eigentliche Wärmepumpe,
bestehend aus Verdampfer, Verdichter und Kondensator, den Heizkessel und den Pufferspeicher,
in der Weise zusammenzulegen, daß der Kondensator aus der Wärmepumpe heraus in den
Pufferspeicher
verlegt und auch der Heizkessel im Pufferspeicher
selbst angeordnet ist. Damit werden, wie schon erwähnt, die Wärmeübertragungsverluste
in entscheidender Weise verringert, wobei sich sowohl eine bedeutende Material-
als auch Preisersparnis ergibt, da aufgrund des Fortfalls einer Wärmeübertragungsgruppe
eine direktere Wärmeübertragung bei grundsätzlich verringerten Systemverlusten erfolgt.
Darüber hinaus ist auch ein geringerer Platzbedarf gegeben, da die Wärmeübertragungsfläche
des Verdampfers im Vergleich beispielsweise zu derjenigen eines Energiezauns kleinergehalten
werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Diese zeigt in: Fig. 1 schematisch perspektivisch die gesamte Luftwärmepumpenanlage
mit einem vor einem Haus aufgestellten Freiflächendirektverdampfer, mit einer Kompressoreinheit
und einem in einem Pufferspeicher angeordneten Kondensator zur Heizwassererzeugung;
Fig. 2 schematisch ein Rohrschaltbild zur Darstellung des konstruktiven Zusammenhangs
zwischen Freiflächenverdampfer, Kompressoreinheit, im Pufferspeicher eingebautem
Wickelkondensator, außentemperaturabhängigen Regelgruppen und Regelung von zwei
Fußbodenheizgruppen; Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Anlage gemäß Fig.
2 mit Ergänzung der Heizungsanlage durch einen in den Pufferspeicher eingeschweißten
Niedertemperaturkessel und durch eine Brauchwassererzeugungsanlage;
Fig.
4 den Freiflächendirektverdampfer in waagerechter Ausfuhrungsform in Vorderansicht
bzw Draufsicht und Fig. 4a in Seitenansicht; Fig. 4b in Seitenansicht eine abgewandelte
Ausführungsform des Freiflächendirektverdampfers in schräger Anordnung, ähnlich
derjenigen in Fig. 1; Fig. Ac eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform des Verdampfers
in treppenförmiger Ausbildung; Fig. 5 im vertikalen Schnitt den konstruktiven Aufbau
des doppeitgewickelten Rippenrohrkondensators und des Niedertemperaturkessels, die
direkt im Pufferspeicher angeordnet sind; Fig. 6 schematisch im Diagramm den Jahresheizungsbedarf
für eine bivalente Heizungsanlage gemäß der Erfindung bei einer Auslegung der Wärmepumpe
auf 60% Heizleistung und einer Auslegung des Heizkessels auf 100% Heizleistung sowie
Fig. 7 eine gegenüber der Ausbildung nach Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei der dargestellten Luftwärmepumpe
ein ventilatorloser Freiflächenverdampfer 1 vorgesehen, in dem ein Kältemittel strömt.
Dieses Kältemittel kann auch beispielsweise ein aus zwei verschiedenen Kältemitteln
gebildetes Kältemittelgemisch sein. Die Umgebungsenergie wird über den Freiflächenverdampfer
1 direkt auf das Kältemittel übertragen, wodurch dieses verdampft und als Kältemitteldampf
von einem Kompressor 2 angesaugt sowie verdichtet wird. Das durch den Kompressor
2
verdichtete Heißgas wird dann einem in einem Pufferspeicher 3
angeordneten Kondensator 4 zugeführt, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als Wickelkondensator ausgebildet ist und zur Erwärmung des in einem Rücklaufstrang
5 zurückströmenden Heizungswassers dient. Der Heizungswasserrücklaufstrang 5 ist
mittig in den Innenraum des Wickelkondensators 4 geführt, dessen Rückwand 23 (s.
Fig. 5) geschlossen ist; aus diesem Grund wird auch das von einer Heizungsumwälzpumpe
6 im Kreislauf geförderte Heizungswasser gleichmäßig durch das Rippenrohr system
des Wickel kondensators 4 gedrückt und dabei auf das Niveau der gewünschten Temperatur
des in einem Vorlaufstrang 7 strömenden Heizungsvorlaufwassers erhöht.
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Der großvolumig ausgebildete Pufferspeicher 3 dient zur Zwischenspeicherung
des Heizungswassers sowie als Regelpuffer, um lange Laufzeiten und Standzeiten der
Luftwärmepumpe zu erzielen.
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Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich, strömt das die gewünschte Temperatur
aufweisende, im Vorlaufstrang 7 befindliche Heizungswasser über einen Verbraucher,
der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Radiator 8 gebildet ist, worauf
dann das Heizungsrücklaufwasser über den Rücklaufstrang 5 wieder dem Wickelkondensator
4 zugeführt wird.
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Bei dem aus Fig. 2 ersichtlichen Rohrschaltbild sind die vorbeschriebenen
Anordnungen und Zusammenhänge ebenfalls deutlich ersichtlich. Hierbei wird die Umgebungsenergie
der Luft ohne Verwendung eines Ventilators durch Unterkühlung im Rippenrohrkühlsystem
des direkt wirkenden Freiflächenverdampfers 1 durch diesen hindurch infolge
Dichteveränderung
in Pfeilrichtung von oben nach unten bewegt, wodurch die der Luft innewohnende Energie
entzogen und damit das im Rippenrohrkühlsystems des Verdampfers einströmende Kältemittel
verdampft wird. Der dadurch gebildete Kältemitteldampf wird dann vom Kompressor
2 angesaugt, verdichtet und gleichzeitig erwärmt, worauf das gebildete Heißgas dem
Wickelkondensator 4 mittig, d.h. in der Mitte der Kondensatordoppelwicklung, zugeführt
wird. Auf diese Weise erfolgt die Wärmeübertragung des Heizungswassers nach dem
Gegenstromprinzip, und es wird der Druckverlust im Kältemittelsystem kleingehalten.
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Nach der Wärmeabgabe des Kältemittels durch Kondensation im Kondensator
4 wird das wieder verflüssigte Kältemittel über ein Expansionsventil 9 entspannt
und als Kältemittelgemisch erneut dem Freiflächenverdampfer 1 zur direkten Verdampfung
zugeführt. Anstelle des Expansionsventils 9 kann auch ein Kapillarrohrsystem zur
Anwendung gelangen.
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Der Pufferspeicher 3 speichert ein bestimmtes gewünschtes Heizwasservolumen
und dämpft die Regelstrecken, so daß optimale Betriebslaufzeiten der Wärmepumpe
bzw. des Kompressors 2 erreicht werden.
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Der Kdmpressor 2 wird über einen Außentemperaturfühler 10 und einen
Grundregler 11 durch einen Temperaturregler 12 außentemperaturabhängig geführt.
Weiterhin sind noch, wie aus Fig. 2 ersichtlich, weitere Temperaturregler 13, 14
vorgesehen, die vom selben Grundregler 11 geführt sind und die Raumtemperatur in
den verschiedenen Geschossen des'Hauses regeln, beim dargestellten Ausführungsbeispiel
im
Erdgeschoß EG sowie im Obergeschoß OG.
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Die beschriebene Luftwärmepumpenanlage ist bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 3 durch einen speziell ausgebildeten Einzug Niedertemperaturkessel 15
ergänzt, der zusätzlich noch mit einem Ö1- oder Gasbrenner 16 betrieben werden kann,
so daß insgesamt bei besonders kalter winterlicher Jahreszeit Heizungsspitzen .
abgedeckt werden können. Der Niedertemperaturheizkessel 15 ist in der aus Fig. 3
ersichtlichen Weise in den Pufferspeicher 3 eingebaut bzw. in diesen integriert,
kann jedoch auch durch einen nicht näher dargestellten Eleketroeinsatz ersetzt sein.
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Weiterhin sind in den Pufferspeicher 3 zusätzliche Wärmetauscher 17
eingebaut. Mit diesen kann bei Bedarf Brauchwarmwasser erzeugt werden, das in einem
Brauchwarmwasserspeicher 17a gespeichert wird. Der außentemperaturabhängige Grundregler
11 regelt über den Temperaturregler 12 die Wärmepumpe, im speziellen den Kompressor
2. Sobald die Leistung der Wärme pumpe die gewünschte Heizungsvorlauftemperatur
im Vorlaufstrang 7 nicht mehr erzeugen kann, wird über einen gestuften Regler 19
der Heizkessel 15 bzw. 16 in Betrieb gesetzt.
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Der Freiflächenverdampfer 1 kann verschieden mögliche A;sführungsformen
haben, die je nach den Aufstellungsmöglichkeiten vor Ort zur Anwendung kommen können.
So ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 4a ein waagerecht liegender Verdampfer
1 vorgesehen, der aus mehreren nebeneinanderliegenden Verdampferelementen 18 besteht.
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Diese sind in ein Tragrahmensystem 20 eingelegt bzw. eingehängt, das
beispielsweise an der Südseite des Hauses, auf dem Hausdach oder entlang der Garteneinfriedung
aufgestellt ist. Wie besonders deutlich aus Fig. 4a ersichtlich,
ist
weiterhin im Abstand über den Verdampferelementen 18 ein Dach 21 vorgesehen, das
nach Art eines Gitter- oder Lochbleches ausgestaltet ist und den Luftstrom frei
zirkulieren läßt, d.h. also für Luft und Regen durchlässig ist-, jedoch für Schnee
undurchlässig ausgebildet ist.
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Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 4b sind die in das
TnUnhwisehm20 eingelegten Verdampferelemente 18 schräg übereinander bzw. schräg
nach oben verlaufend angeordnet, wie auch aus Fig. 1 ersichtlich.
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Bei ungünstigen Platzverhältnissen kann demgegenüber die Ausführungsform
gemäß Fig. 4c zur Anwendung gelangen, bei der die einzelnen Verdampferelemente 18
treppenförmig angeordnet sind. Schließlich ist es auch noch möglich, die Verdampferelemente
18 übereinander anzuordnen.
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In sämtlichen Fällen sind jedoch die einzelnen Rohre bzw.
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Rippen des Verdampfers 1 mit breiter Rippenteilung bzw.
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mit großem Lamellenabstand ausgestaltet, so daß auch hierdurch ein
unerwünschtes Zusetzen des Verdampfers 1 beispielsweise mit Schnee, Rauhreif o.
dgl. vermieden wird.
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Aus Fig. 5 sind im einzelnen der konstruktive Aufbau des Kondensators
4 sowie des Niedertemperaturkessels 15 und des Ö1- oder Gasbrenners 16, die direkt
im Pufferspeicher 3 angeordnet bzw. dort eingeschweißt sind, ersichtlich.
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Hierbei ist eine spezielle konstruktive Ausführung des Kondensators
4 vorgesehen, die als gewickelter Rippenrohrkondensator 4 ausgestaltet ist, der
beim dargestellten Ausführungsbeispiel waagerecht liegend im Pufferspeicher 3 angeordnet
ist. Stattdessen ist es auch möglich, den
Rippenrohrkondensator
4 stehend im Pufferspeicher 3 anzuordnen.
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Das im Rücklaufstrang 5 ankommende Heizungsrücklaufwasser wird mittig
über einen Rohrstutzen 5a in den Innenraum des gewickelten Rippenrohrkondensators
4 geführt, der aus einem einen durchlässigen Zylinder bildenden Kondensatorrohrbündel
22 gefertigt ist, wobei die Rückwand 23 des Kondensators 4 geschlossen ist. Das
aus dem Rohrstutzen 5a nach innen austretende Heizungsrücklaufwasser durchströmt
sodann die zylindrische Fläche des Kondensators 4 und erwärmt sich auf die Temperatur
des Heizungsvorlaufwassers, das am oberen Ende des Pufferspeichers 3 über einen
Stutzen 7a in den Vorlaufstrang 7 austritt. Das vom Kompressor 2 kommende Heißgas
wird über einen Rohrbündeleinlaß 25 sowie über ein T-Stück 24 in die Mitte des Kondensatorrohrbündels
22 geleitet und sodann über einen Rohrbündelauslaß 29 in Pfeilrichtung ausgeleitet
bzw. dem Expansionsventil 9 zugeleitet, damit nach dem Prinzip der Gegenstromwärmetauscher
eine hohe spezifische Wärmeübertragung erreicht und der Druckverlust durch das mittige
Anschließen infolge der halbierten Strömungswege minimiert ist.
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Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist am Pufferspeicher 3 weiterhin eine
nach innen ragende Tauchhülse 26 festgelegt, die den Temperaturfühler des Temperaturreglers
12 aufnimmt, wobei letzterer die Höhe der Temperatur des im Vorlaufstrang 7 strömenden
Heizungsvorlau fwassers regelt.
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Wenn die beschriebene Wärmepumpenanlage - wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 5 der Fall - als bivalente Heizungsanlage ausgelegt ist, ist im Puffer-oder
ein
Elektroeinsatzj speicher 3 ein Niedertemperaturkessel 15 e estigta rer zusammen
mit einem Ö1- oder Gaskessel 16 betrieben werden kann, um in Spitzenbedarfszeien
bivalent parallel durch den in Kaskade geschalteten weiteren Temperaturregler 19
zusätzliche Wärmeleistung zu erbringen. Hierbei wird die Temperatur des Niedertemperaturkessels
15 so gesteuert, daß die Wärmepumpe stets in Betrieb bleibt und Grundwärme liefert.
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Wie aus Fig. 5 weiterhin ersichtlich, ist der Niedertemperaturkessel
15 bzw. der Ö1- oder Gasbrenner 16 über eine schwenkbare Brennertür 27 zugänglich,
wobei dann auf der der Brennertür 27 gegenüberliegenden Seite des Pufferspeichers
3 der Austritt des Kesselrauchrohres 28 vorgesehen ist. Der Pufferspeicher 3 weist
schließlich noch in der üblichen Weise am unteren Ende einen Entleerungsstutzen
3c auf und ist in der dargestellten Weise mit einer Muffe 31 zur Aufnahme eines
Thermometers sowie mit einer Muffe 32 zur Aufnahme eines Thermostaten versehen.
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Aus dem Diagramm gemäß Fig. 6 sind schließlich die wirtschaftlichen
Möglichkeiten des bivalenten Heizsystems ersichtlich. Diese gelten grundsätzlich
sowohl bei Altbausanierung als auch bei Erstellung von Neubauten. Beim Einsatz der
beschriebenen Luftwärmepumpenanlage wird die Luftwärmepumpe auf 50 bis 60°ó der
errechneten Heizleistung ausgelegt, während der Niedertemperaturkessel 15 auf die
volle errechnete Heizleistung dimensioniert wird. Bei einer tatsächlich gebauten
Ausführungsform der beschriebenen Luftwärmepumpe hat sich aufgrund umfangreicher
Messung gezeigt, daß sich für den Jahresheizungsbedarf die Verbrauchskurve gemäß
Fig. 6 ergibt, die eine Leistungsdeckung von 90°Ó durch die Wärmepumpe
ausweist.
Damit sind die Heizungskosten erheblich reduziert, da diese bei einem mittleren
Einfamilienhaus bei lediglich 40 bis 50°Ó der Kosten einer reinen Ölheizung liegen.
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Selbstverständlich ist es bei Verwendung eines speziellen Kältemittels
möglich, die beschriebene Luftwärmepumpenanlage, entsprechend angepaßt und ausgelegt,
auch monovalent zu betreiben.
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Wie schon dargelegt, kann anstell-e des Niedertemperaturkessels 15
und des Ö1- oder Gasbrenners 16 ein nicht näher dargestellter Elektroeinsatz im
Pufferspeicher 3 eingebaut und zur Abdeckung von Heizspitzen betrieben werden.
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Wie schließlich anhand der in Fig. 7 dargestellten, gegenüber der
Ausbildung nach Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform ersichtlich, ist hierbei der
Freiflächenverdampfer 1 zusammen mit dem Kompressor-Kondensatorblock 2 auf dem gemeinsamen,
als Grundrahmen ausgebildeten Tragrahmensystem 20 aufgebaut, wobei dann das Heizwasser
über den als Topfkondensator ausgebildeten Kondensator dem mit einem Zusatzheizelement
(beispielsweise Ö1- oder Gasbrenner 16) ausgerüsteten Pufferspeicher 3 zugeführt
wird. Dies bedeutet, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 der Kondensator 4,
der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in den Pufferspeicher 3 eingebaut ist,
aus diesem Pufferspeicher 3 heraus verlegt und zusammen mit dem Kompressor 2, als
Block ausgebildet, zwischen den einzelnen Elementen des Freiflächendirektverdampfers
1 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Kondensator als Topfkondensator ausgebildet.
Aufgrund
dieser Ausführungsform gemäß Fig. 7 ergibt sich der Vorteil,
daß die gesamte Einheit als im Werk vorgefertigte Einheit hergestellt werden kann.
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Schließlich ist es noch bei sämtlichen der beschriebenen Ausführungsformen
möglich, die Verbindungen vom Kompressor 2'zum Kondensator 4 und vom Kompressor
2 zum Freiflächenverdampfer 1 durch mit Kältemittel vorgefüllte Leitungen herzustellen,
wobei diese Leitungen beispielsweise über Spezialkupplungen an die jeweiligen Bauteile
anschließbar sind. So ist es möglich, diese Leitungen durch Schläuche zu bilden,
die am jeweiligen Ende eine Membran aufweisen. Diese wird dann, wenn die Schläuche
durch Schrauben miteinander verbunden werden, durchstoßen, so daß dann gleichzeitig
die Schlauch- bzw.
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Leitungsverbindung und die Kältemittelverbindung hergestellt ist.
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Um den mit der beschriebenen Luftwärmepumpe erzielten, außerodentlich
bedeutsamen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik deutlich zu machen, sollen
im folgenden einerseits die Anschaffungskosten der jeweiligen Anlage und andererseits
die jeweiligen Betriebskosten der Anlage, bezogen auf ein mittleres Einfamilienhaus
von 170 m2 beheizter Flächetgegenübergestellt werden.
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I. Anschaffunskosten
| Luftwärmepumpe Absorber oder Energieblock OKD ÖKO-Blocl< |
| (bivalent Ö1) (bivalent Ö1) |
| Wärmepumpe |
| Pufferspeicher DM DM 23.000,- |
| Verrohrung i |
| Elektroinstal. - zuDM 19.800,- |
| Heizkessel ~ 5 |
| Ölanlage DM 9.800,- iDM DM 9.000,- |
| gemeins.Rege. g ~y |
| Gesamt DM 29.800,- DM 32.000,- DM 19.800,- |
II. Betriebskosten Hausgröße 170 m2 Heizölverbrauch (reine Ulheizung)
4000 l/a Stromverbrauch (monovalent Wärmepumpe) 9320 kW h/a Heizölverbrauch (bivalent
parallel) 1000 l/a Stromverbrauch (bivalent parallel) 6990 kW h/a Kosten Ölverbrauch
0,85 DM/1 bivalent 850 DM/a Kosten Wärmepumpenverbrauch 0,12 DM/kW/h 839 DM/a 1689
DM/a Kosten Ölverbrauch bei reiner Ölheizung 3400 DM/a Einsparung auf Preisbasis
1982/83: 3400 DM/a - 1689 DM/a = 1711 DM/a Dies bedeutet, daß die mit der beschriebenen
Luftwärmepumpe erzielbare neue Alternative der bivalenten Heizung nur ca. DM 10.000,--
teurer ist in den Anschaffungskosten bei ca. 50 °Ó Betriebskosteneinsparung pro
Jahr gegenüber einer reinen Ölheizung, was als bedeutsamer Vorteil anzusehen ist.
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