DE3414002A1 - Anlage zum versorgen von gebaeuden mit warmwasser und/oder als raumheizung - Google Patents
Anlage zum versorgen von gebaeuden mit warmwasser und/oder als raumheizungInfo
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Description
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Anirfelderin: Thermo-plan GmbH, 7209 DeiTlngen
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Anlage zum Versorgen von Gebäuden mit Warmwasser und/oder als Raumheizung.
Die Erfindung erstreckt sich auf eine Anlage zum Versorgen
von Gebäuden mit Warmwasser und/oder als Raumheizung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Während zunächst durch
Verbrennungs-, Diesel- oder Gas-Motoren angetriebene Wärmepumpen nur bei größeren Anlagen etwa oberhalb 100 kW Leistung
verwendet wurden, dagegen Wärmepumpen-Anlagen kleinerer Leistung fast ausschließlich durch Elektromotoren angetrieben
wurden, finden neuerdings Anlagen mit durch Verbrennungs-Motoren angetriebenen Kompressoren wegen der dabei erzielbaren
erheblich höheren Ausnutzung der eingesetzten Primär-Energie auch bei kleinerem Leistungsbedarf eine zunehmende Verwendung.
Mit den bisher bekannten Anlagen dieser Art, z.B. gemäß den DE-OS 2 728 239 und 2 844 664 konnten jedoch nur Außentemperaturen
bis zu ca. 0°C mit befriedigendem Gesamtwirkungsgrad
des Wärmepumpen-Betriebes ausgenutzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmepumpen-Anlage zu schaffen , die einen monovalenten Betrieb mit einem günstigen Gesamtwirkungsgrad
bis zu Außen-Temperaturen von ca. - 150C möglich
macht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen durch die Ausgestaltung entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches
1 gelöst worden. Diese Anlage weist einen im Heizmittel-Kreislauf angeordneten großvolumigen - bei Anlagen für die Versorgung
größerer Gebäude gegebenenfalls mehrfach unterteilten und
im Verhältnis zu seinem Querschnitt hohen Pufferspeicher auf, mit mehrfachem - z.B. 3-fachem - Volumen der Übertragungsflüssigkeitsmenge
der mit Hilfe zweier wahlweise einschaltbarer Umwälzpumpen und umschaltbarer 3-Wege-Ventile in umkehrbarer
Förderrichtung betrieben werden kann, und einen Strömungs-Dämpfer an der oberen Anschlußstelle für das Wärmeübertragungs-
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mittel des Pufferspeichers sowie eines die beiden Umwälzpumpen
und 3-Wege-Ventile steuernden und gleichzeitig zum Inbetrieb
setzen des die Wärmepumpe antrgebenden Verbrennungs-Motors
dienenden Wärmefühlers nahe der oberen Anschlußstelle, während ein zum Außerbetriebsetz.en-des Verbrennungs-Motors
dienender zweiter Wärmefühler nahe an der unteren Anschlußstelle des Pufferspeichers angeordnet ist.
Durch die Vereinigung der Merkmale a) und b) in der erfindungsgemäßen
Wärmepumpen-Anlage ist erreicht worden, daß die Wärmepumpe mit Hilfe der beiden an dem oberen und dem unteren An-.schluß
des Heizmittel-Kreislaufes an den" großvolumigen - und
natürlich gut gegen Wärmeverluste isolierten - Pufferspeicher angeordneten Wärmefühler nur dann in Betrieb gesetzt wird,
wenn und solange die Temperatur in der Wärmeübertragungs-Flüssigkeit weniger als 40 c beträgt, bei der das Kältemittel
des Wärmepumpen-Kreislaufes im Kondensator mit Sicherheit nach der Verflüssigung und Durchlaufen des Entspannungsventils auf
eine genügend tiefe Temperatur im Verdampfer des Kälte-Sole-Kreislaufes abgekühlt wird, um in dem Luft-Wärmetauscher mit
einer um ca. 10 niedrigeren Temperatur, d. h. mit ca. - 250C
einzutreten, die eine Ausnutzung der Außenluft-Temperatur bis
zu ca. - 150C ermöglicht. Bei steigender Außenluft-Temperatur
und sinkendem Wärmebedarf im Heizmittel-Kreislauf steigt automatisch der Leistungsbedarf der Wärmepumpe auf der Sekundär-Seite.
Ist die Wärmepumpe z.B. für eine geringste Außenluft-Temperatur von - 15 C mit 25 kW ausgelegt, so erhöht sich die
Wärmeleistung automatisch entsprechend der höheren Verdampfungstemperatur. Dadurch werden bei jleichgehaltener Drehzahl des
Verbrennungs-Motor-Kompressor-Aggregates die Laufzeiten der Wärmepumpe verkürzt, da die Heizmittelmenge im Pufferspeicher
entsprechend schneller aufgeheizt wird. Die nach DIN-Werten für einen höchsten Energiebedarf bei - 150C Außenluft-Temperatur
ausgelegte erfindungsgemäße Wärmepumpen-Anlage kann daher im monovalenten Betrieb mit günstigem Gesamt-Wirkungsgrad
gefahren werden.
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•Β-
Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Anlage
ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4 sowie aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
an Hand der Zeichnung mit 2 Abbildungen. Von diesen zeigen:
Fig. 1 den Gesamt-Schaltplan einer erfindungsgemäßen
Wärmepumpen-Anlage in schematischer Darstellung und
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die obere Anschlußstelle des Heizmittel-Kreislaufes an den Pufferspeicher
mit darin angebrachtem Strömungs-Wächter.
In dem Gesamt-Schaltplan einer beispielsweisen erfindungsgemäßen
Wärmepumpen-Anlage der Figur 1 sind die verschiedenen Wege der Heizmittel-Kreisläufe I und II durch ausgezogene
Linien mit zusätzlichen einfachen bzw. doppelten Pfeilen zur Kennzeichnung der Förderrichtungen dargestellt. Der durch die
aus einem Verbrennungs-, Diesel- oder Gas-Motor 5 und einem Kompressor 6 mit einer zwischengeschalteten Fliehkraft-Kupplung
7,8 in Umlauf zu setzende an sich bekannte Kältemittel-Kreislauf III durch den Kondensator (10), ein Entspannungs-Ventil
12 und den Verdampfer 13 ist als strichpunktierter Linienzug und der von einer drehzahl-regelbaren Umwälzpumpe
14 in Gang zu setzender Sole-Kreislauf IV durch den Verdampfer und einen großdimensionierten, aus Kupferrohr-Bündeln bestehenden
Luft-Wärmetauscher 15,.. al.s strichpunkt-punkt-förmiger Linienzug
dargestellt. In die Heizmittel-Kreisläufe I bzw. II,
die durch die beiden Umwälzpumpen 2 und 3 mit umkehrbarer Förderrichtung
betrieben werden können, ist der im Verhältnis zu seinem Durchmesser möglichst hohe und gut wärmeisolierte
Pufferspeicher angeordnet mit einem Flüssigkeits-Fassungsvermögen
für etwa die 3-fache Menge des übrigen Heizmittel-Kreislaufes.
Während für Wärmepumpen-Anlagen nach der Erfindung bis zu ca.
300 ltr. Flüssigkeits-Inhalt im Heizmittel-Kreislauf - ohne
den Pufferspeicher - ein einziger in Figur 1 dargestellter - Pufferspeicher 1 mit ca,—LJIOQ—Itr. Fassungsvermögen ausreicht,
können für größere Anlagen z. B. zum Beheizen von Mehrfamilien-Häusern an Stelle des einen Pufferspeichers
auch mehrere Teilspeicher in Hintereinander-Anordnung verwendet
werden. Der übrige Heizmittel-Kreislauf I während der Laufzeiten der Wärmepumpe 5 T-6—du-r-ch—den Kondensator 10, einen Kühler
16 für den Verbrennungs-Motor 5, einen Abgas-Wärmetauscher 17, einen Warmwasser-Boiler 18 und die Raum-Heizelemente 19 unter
der Wirkung der Umwälzpumpe 2 entspricht dabei den bekannten Anlagen und wird solange in Gang gehalten, bis ein nahe bei
der unteren Austrittstelle am Pufferspeicher 1 angeordneter auf ca. 40 C eingestellter..Wärmefühler 22, der sowohl die Umwälzpumpen
2,3 als auch mittels der 3-Wege-Ventile 20,21 die Förderung im Wärmeübertragungsmittel-Kreislauf auf die Richtung
II umsteuert und gleichzeitig die eigentliche Wärmepumpen-Anlage abschaltet. Durch die Umkehrung der Förderrichtung wird erreicht,
daß während dieses Betriebszustandes das Wärmeübertragungsmittel
an der wärmsten Stelle - nämlich oben - dem Pufferspeicher 1 entnommen wird. Hat sich die Wärmeübertragungsflüssigkeit im
Pufferapeicher 1 an seiner wärmsten Stelle - d.h. am oberen
Austritt - auf eine Temperatur von z. B. 50°C abgekühlt, so schaltet der am oberen Ausgang befindliche Wärmefühler 9 die
Anlage wieder ein und kehrt gleichzeitig die Förderrichtung des Wärmeübertragungsmittel-Kreislaufs aus der Richtung II
wieder in die Richtung I um, bei der die Austrittstemperatur am unteren Ausgang des Pufferspeichers durch den Wärmefühler
22 überwacht wird. Die Anlage bleibt jetzt wieder so lange in Betrieb, bis der gesamte Puffespeicher voll aufgeladen ist
und am unteren Ausgang eine Temperatur von ca. 40 C erreicht ist. Dann schaltet die Wärmepumpe 5,6 im Kreislauf III der
Anlage ihre Wärme-Lieferung wieder ab und die im Pufferspeicher
1 angesammelte Wärme wird durch Umschalten der Umwälzpumpen 2 und 3 sowie der 3-Wege-Ventile 20,21 an der oberen
Austrittstelle aus dem Pufferspeicher entnommen.
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Durch die erfindungsgemäße Einschaltung einer an sich bekann-'ten
Fliehkraftkupplung 7,8 zwischen die Antriebs-Brennkraftmaschine
5 und den Kompressor 6 sind drei wesentliche Vorteile erreicht worden: erstens wird der Motor jeweils im Lehrlauf
gestartet, so daß kein überdimensionierter Starter benötigt wird. Zweitens werden beim Abschalten der Anlage der Verbrennungsmotor
5 und der Kompressor 6 bei ca. 1000/min mechanisch voneinander getrennt mit dem Ergebnis, daß der Motor
mit seiner Schwungmasse langsam auslaufen kann und keine Schläge auf die Kurbelwelle und die Pleuel kommen, die deren Lebensdauer
nachteilig beeinflussen. Drittens wird bei der bisher üblichen Wärmepumpen-Technik eine Bypaß-Leitung mit einer
Magnet-Ventil-Steuerung zwischen dem Hoch- und Niederdruck-Teil des Kompressors verwendet, um den Druck auf der Niederdruckseite
bis zu ca. 20 bar abzubauen und so die benötigte Anlauf-Stromstärke bei durch Elektromotoren betriebenen Wärmepumpen
so gering wie möglich zu halten. Das Magnetventil in der Bypaß-Leitung wird durch eine Zeit-Schaltuhr jeweils 10
bis 30 Sekunden geöffnet gehalten. Nach dem Schließen des Magnetventils muß die erforderliche Druckdifferenz zwischen
Saug- und Druckseite des Kompressors erneut aufgebaut werden. Hierzu werden im allgemeinen jeweils 2 bis 3 Minuten benötigt,
in denen keinerlei Wärme- bzw. Kälteleistung erbracht wird. Rechnet man mit durchschnittlich 15 Einschaltungen der Wärmepumpen-Anlage
täglich, bedeutet dies 1/2 Stunde Verlustzeit pro Tag.
Durch die Anbringung eines vorzugsweise gemäß Figur 2 und dem Kennzeichen des Anspruches 2 ausgebildeten an der oberen
Anschlußstelle des Wärmeübertragungsmittel-Kreislaufes I am Pufferspeicher 1 angeordneten Strömungs-Wächters 4 wird erreicht,
daß beim normalen Wärmepumpen-Betrieb mit in Richtung I gefördertem Kreislauf des Wärmeübertragungsmittels eine zumindest
sehr angenähert gleichmäßige Temperatur-Schichtung im Innenraum des Pufferspeichers 1 erzielt wird, während beim Fehlen eines
solchen Strömungs-Wächters der Verwirbelungseffekt und die
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relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit eine normale Temperaturschichtung
verhindern.
In der Schema-Zeichnung einer erfindungsgemäßen Anlage der
Figur 1 sind ferner ein Schalldämpfer 11 und ein Kompensator 22 zwischen dem Schalldämpfer 12 und dem Abgas-Wärmetauscher
17 in der Abgasleitung 23 des Verbrennungsmotors 5 angedeutet. Bei dem in Figur 2 in vergrößertem Längsschnitt dargestellten
Strömungs-Wächter 4 ist der unten geschlossene Rohrstutzen 24, der einen dem Querschnitt des Wärmeübertragungsmittel-Kreislaufes
entsprechenden Querschnitt aufweist, mit einer großen Anzahl feinster radial angeordneter Bohrungen
versehen, deren Querschnitts-Summe etwa 20 % größer als der
Querschnitt des Rohrstutzehs 24 auszuführen ist, um eine ungewollte
Drosselung zu vermeiden.
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Claims (4)
1. Anlage zum Versorgen von Gebäuden mit Warmwasser und/oder als Raumheizung mit aus der Umgebungsluft gewonnener nutzbarer
Wärme mittels einer durch einen Verbrennungs-, Diesel- oder Gas-Motor antreibbaren Wärmepumpe, gekennzeichnet
durch die Vereinigung folgender Merkmale:
a) Anordnung eines großvolumigen und im Verhältnis zu seinem Querschnitt hohen Pufferspeichers (1) im Heizmittel-Kreislauf
(1,11) eines durch zwei wahlweise einschaltbare Umwälzpumpen (2,3) und 2 Dreiwege-Ventile
zur umkehrbaren Förderrichtung in Umlauf versetzbaren
Wärme-Übertragungsmittels und
b) Anbringung eines Strömungs-Dampf6rs (4) an der oberen
Anschlußstelle für das Wärme-Übertragungsmittel an dem Pufferspeicher (1) sowie eines die beiden Umwälzpumpen
(2,3) steuernden und gleichzeitig zum Inbetriebsetzen des Verbrennungsmotors (5) dienenden Wärmefühlers (9)
nahe an der oberen Anschlußstelle, während ein zum Ausschalten des Verbrennungsmotors (5) dienender zweiter
Wärmefühler (22) nahe an der unteren Anschlußstelle des Pufferspeichers angeordnet ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß der Strömungs-Dämpfer (4) aus einem von oben in den Pufferspeicher (1) hineinragenden unten geschlossenem
Rohrstutzen (24) besteht, dessen Mantel mit einer großen Anzahl feinster Radial-Bohrungen (25) versehen ist,
deren Gesamt-Querschnitt ca. 20 % größer als der Querschnitt
des Rohrstutzens ist.
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3.Anlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet
Hurrh iji R Einschaltung eines außerhalb des
zu beheizenden Gebäudes im Freien angeordneten aus Kupferrohr-Bündeln
mit großer Oberfläche bestehenden Luft-Wärmetauschers
(15) in den mit einer gesonderten WäTrmeträger-Flüssigkeit vorzugsweise.Antifrogen
N oder L - betriebenen Sole-Kreislauf (IU) der Anlage.
4. Anlage nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch
gekennzeichnet , daß .in den Antrieb der aus
dem Verbrennungs-Motor (5) und dem Verdichter (6) bestehenden Wärmepumpe eine an sich bekannte Fliehkraft-Kupplung (7) eingeschaltet ist.
gekennzeichnet , daß .in den Antrieb der aus
dem Verbrennungs-Motor (5) und dem Verdichter (6) bestehenden Wärmepumpe eine an sich bekannte Fliehkraft-Kupplung (7) eingeschaltet ist.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3414002A DE3414002A1 (de) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | Anlage zum versorgen von gebaeuden mit warmwasser und/oder als raumheizung |
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DE3414002A DE3414002A1 (de) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | Anlage zum versorgen von gebaeuden mit warmwasser und/oder als raumheizung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3414002A1 true DE3414002A1 (de) | 1985-12-12 |
Family
ID=6233514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3414002A Withdrawn DE3414002A1 (de) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | Anlage zum versorgen von gebaeuden mit warmwasser und/oder als raumheizung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3414002A1 (de) |
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