DE4412844A1 - Klimagerät - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für einen
Einzelraum, das einen Luft-Außenanschluß und einen
Kreuzstrom-Wärmetauscher zwischen der Frischluft und der
Abluft aufweist und in dessen Gehäuse eine elektrische
Wärmepumpe integriert ist, deren Kondensator im
Frischluftstrom hinter dem Kreuzstrom-Wärmetauscher und
deren Verdampfer im Abluftstrom hinter dem Kreuzstrom-
Wärmetauscher liegen.
Ein derartiges Klimagerät ist in der DE 39 03 665 A1
beschrieben. Der Kreuzstrom-Wärmetauscher dient der
Wärmerückgewinnung. Die Wärmepumpe ist zur Raumerwärmung
vorgesehen. Würde die Wärmepumpe so leistungsstark
ausgelegt, daß sie auch den maximalen jährlichen
Wärmebedarf deckt, also auch an sehr kalten Tagen im
Winter das Zimmer ausreichend heizt, dann würde das
Klimagerät sehr groß und ließe sich nicht an einer Stelle
im Zimmer unterbringen, an der üblicherweise ein
Wärmespeicher-Heizgerät steht. Außerdem würde die
Geräuschentwicklung und der Luftvolumenstrom unerwünscht
hoch.
Bei der DE 39 03 665 A1 soll Kondenswasser dadurch
entfernt werden, daß es im Freien versprüht wird.
Zur ganzjährigen Einzelraumheizung sind elektrische
Wärmespeicher-Heizgeräte bekannt, die vorzugsweise in der
Niedertarifzeit aufgeladen werden, um Wärme für die
Hochtarifzeit bereitzustellen. Der Verbrauch elektrischer
Energie entspricht der benötigten Wärmeenergie.
Dementsprechend groß sind die Anschlußleistung und der
Stromverbrauch.
Diese Wärmespeicher-Heizgeräte sind wegen ihres hohen
Gewichts auf dem Boden des zu beheizenden Raumes, meist
vor einer Außenwand, aufgestellt. Zur
Frischluftversorgung des Aufstellungsraumes tragen solche
Wärmespeicher-Heizgeräte nichts bei.
In der DE 40 02 560 A1 ist ebenfalls ein Klimagerät mit
Kreuzstrom-Wärmetauscher und integrierter Wärmepumpe
beschrieben. Anstelle der Wärmepumpe kann auch ein
Heizkörper vorgesehen sein. Dieses Klimagerät ist zum
Einbau in einen Wanddurchbruch ausgelegt. Dieser muß
vergleichsweise groß sein. Nach der neuen
Wärmeschutzverordnung ist eine Schwächung der Außenwand
unzulässig. Für eine Bodenaufstellung ist dieses
Klimagerät nicht vorgesehen.
In dem DE-GM 89 02 915 ist ein Einzelraum-Be- und
Entlüftungsgerät beschrieben, dessen Gehäuse am Boden des
Raumes aufstellbar ist und das zur Wärmerückgewinnung mit
einem Kreuzstrom-Wärmetauscher und zur Erwärmung der Luft
mit einem Heizregister versehen ist. Dieses erwärmt nur
die Abluft des Raumes, nicht jedoch die Frischluft. Für
eine ganzjährige Raumheizung ist dieses Gerät
unwirtschaftlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klimagerät
vorzuschlagen, das anstelle eines elektrischen
Wärmespeicher-Heizgeräts zur Deckung des ganzjährigen
Wärmebedarfs eines Einzelraums einsetzbar ist, jedoch
einen niedrigeren Verbrauch elektrischer Energie aufweist
als ein elektrisches Wärmespeicher-Heizgerät.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Klimagerät
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß dem
Kondensator im Frischluftstrom zusätzlich eine
elektrische Wärmequelle nachgeordnet ist und daß das
Gehäuse am Boden rauminnenseitig vor einer Außenwand
aufstellbar oder an der Wand aufhängbar ist.
Das Klimagerät läßt sich auf vielfache Weise einsetzen.
Ist beispielsweise in einer mit Einzelraum-Wärmespeicher-
Heizgeräten arbeitenden Heizungsanlage eines der
Wärmespeicher-Heizgeräte defekt, dann läßt sich dieses
gegen das erfindungsgemäße Klimagerät austauschen. Das
Klimagerät weist trotz gleicher Wärmebereitstellung einen
niedrigeren Verbrauch elektrischer Energie auf, weil eine
Wärmerückgewinnung und eine Wärmepumpe vorgesehen sind.
Die Wärmepumpe ist nicht so ausgelegt, daß sie auch bei
sehr kalten Außentemperaturen, beispielsweise unter 0°C,
allein den Wärmebedarf deckt. An besonders kalten Tagen
wird die zusätzliche elektrische Wärmequelle
eingeschaltet.
Mit dem Klimagerät ist also der ganzjährige Wärmebedarf
zu decken, wobei eine Einsparung elektrischer Energie
gegenüber einem Wärmespeicher-Heizgerät erreicht ist.
Das Klimagerät ist wie ein elektrisches Wärmespeicher-
Heizgerät am Boden aufstellbar oder an der Wand
aufzuhängen und beansprucht nicht mehr bzw. nicht
wesentlich mehr Platz als dieses. Sein Gehäuse läßt sich
einfach in der Form eines Wärmespeicherheizgeräts
gestalten. Es lassen sich also vorhandene
Wärmespeichergeräte problemlos austauschen.
Die elektrische Anschlußleistung des Klimageräts,
umfassend Wärmepumpe, Zusatz-Wärmequelle und Gebläse, ist
bei gleicher Wärmeleistung wesentlich kleiner als bei
einem Wärmespeicher-Heizgerät. Das Klimagerät läßt sich
also auch einsetzen, wenn die in einem Netz
bereitgestellte elektrische Leistung für ein
Wärmespeicher-Heizgerät an sich nicht reicht.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das
Klimagerät dem Raum Frischluft zuführt und Abluft
abzieht.
Vorzugsweise ist die zusätzliche Wärmequelle ein
Wärmespeicher, der elektrisch aufladbar ist. Da dieser
Wärmespeicher nie allein den Raum aufheizen muß, kann er
entsprechend klein ausgelegt sein. Anstelle oder
zusätzlich zu dem Wärmespeicher kann auch ein
elektrischer Direktheizkörper vorgesehen sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein Bypass zum
Kreuzstrom-Wärmetauscher vorgesehen, wobei über den Bypass
ein Teil des hierbei erhöhten Frischluftstroms direkt zum
Verdampfer der Wärmepumpe leitbar ist. Dadurch wird die
Leistung der Wärmepumpe erhöht.
In Ausgestaltung der Erfindung wird anfallendes
Kondenswasser in die Umgebung abgeleitet oder dem
Frischluftstrom zugeführt. Dadurch ist eine
Raumluftbefeuchtung möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden
Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Klimagerät in Einbaustellung an einer
Außenwand,
Fig. 2 den Aufbau des Klimageräts schematisch,
Fig. 3 ein Klimagerät und ähnlichem Aufbau,
Fig. 4 eine weitere Ausführung des Klimageräts
schematisch,
Fig. 5 den Aufbau eines weiteren Klimageräts in
Frontansicht schematisch,
Fig. 6 eine Draufsicht des Klimageräts nach Fig. 5 und
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII nach Fig. 5.
Ein Klimagerät weist ein Gehäuse (1) auf, das am Boden (B)
eines Raumes vor einer Außenwand (W) aufstellbar ist. Das
Gehäuse (1) hat etwa die Form eines Wärmespeicher-
Heizgeräts. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das
Gehäuse (1) zweigeteilt. Im einen Gehäuseteil (2) sind ein
Kreuzstrom-Wärmetauscher (3), eine Wärmepumpe (4, 5, 6) und
Gebläse (7, 8) untergebracht. Im anderen Gehäuseteil (9) ist
ein elektrisch beheizter Wärmespeicher (10) angeordnet.
Die Gehäuseteile (2,9) sind miteinander verbunden.
Unten am Gehäuse (1) ist ein Luftauslaßschlitz (11)
vorgesehen.
Das Klimagerät ist über einen Frischluftstutzen (12) und
einen Fortluftstutzen (13), die in einem Wanddurchbruch
verlaufen, an die Außenluft angeschlossen.
Die vom Klimagerät angesaugte Frischluft ist mit a
bezeichnet. Die dem Raum zugeführte Zuluft ist mit b
bezeichnet. Die aus dem Raum abgezogene Abluft ist mit c
bezeichnet. Die in die Umgebung abgeführte Fortluft ist
mit d bezeichnet. Die Abluft (c) wird über ein Gitter (14)
angesaugt, das oben am Gehäuse (1) oder auch hinten am
Gehäuse (1) vorgesehen ist. Im Gehäuse (1) können zur
Reinigung der Luftströme auch Filter angeordnet sein.
Die elektrischen Einrichtungen und der
Wärmepumpenkreislauf der Wärmepumpe sind in den Figuren
nicht näher dargestellt. Sie sind an sich bekannt.
Der Wärmespeicher (10) ist aus Speichersteinen (15)
aufgebaut, zwischen denen elektrische Heizkörper verlegt
sind und zwischen denen sich Luftkanäle (16) erstrecken
(vgl. Fig. 2).
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 ist ein
elektrischer Heizkörper (17) vorgesehen, der hinter dem
Luftauslaßschlitz (11) angeordnet ist.
Die Funktionsweise des Klimageräts ist im wesentlichen
folgende:
Vom Gebläse (7) wird Frischluft (a) angesaugt und über den
Kondensator (6) geleitet und tritt als Zuluft (b) in den
Raum ein.
Das Gebläse (8) saugt Abluft (c) aus dem Raum ab und
fördert diese über den Kreuzstrom-Wärmetauscher (3) zum
Verdampfer (5), wo sie als Fortluft (d) in die Umgebung
austritt. Die Abluft (c) überstreicht den Verdichter (4),
kühlt diesen und erwärmt sich entsprechend. Im
Kreuzstrom-Wärmetauscher (3) gibt die Abluft (c) Wärme an
die Frischluft (a) ab, die somit vorerwärmt zum
Kondensator (6) gelangt. Am Kondensator (6) erwärmt sich
die Frischluft (a) weiter.
Die Wärmepumpe ist so ausgelegt, daß sie oberhalb einer
Außentemperatur von etwa 0°C den Aufstellungsraum
ausreichend beheizt.
Unter 0°C wird die Wärmepumpe allein nicht mehr genügen,
den Wärmebedarf zu decken. Für solche besonders kalten
Tage ist der Wärmespeicher (10) vorgesehen. Der
Wärmespeicher (10) wird, vorzugsweise zur Niedertarifzeit,
elektrisch beheizt. Die den Kondensator (6) verlassende
Luft zieht dann durch den aufgeheizten Wärmespeicher (10)
und wird nacherwärmt.
Der Wärmespeicher (10) ist hinsichtlich seiner
Anschlußleistung, seines Energieverbrauchs und seines
Volumens wesentlich kleiner als ein Wärmespeicher-
Heizgerät, das nötig wäre, um den Raum alleine zu
beheizen. Somit kann das Klimagerät auch an die Wand (W)
gehängt werden.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist anstelle des
Wärmespeichers (10) der elektrische Heizkörper (17)
vorgesehen, der die den Kondensator (6) verlassende
Frischluft (a) direkt beheizt. Er deckt den Rest-
Wärmebedarf, den die Wärmepumpe bei besonders niedrigen
Außentemperaturen nicht decken kann. Der Heizkörper (17)
kann auch zusätzlich zum Wärmespeicher (10) vorgesehen
sein. Der Benutzer kann dann den Heizkörper (17)
einschalten, wenn der Wärmespeicher (10) nicht aufgeladen
ist.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist zusätzlich ein Bypass
(18) mit einer Klappe (19) vorgesehen. Durch den Bypass (18)
wird ein Teil der hier erhöhten Frischluft,
beispielsweise die Hälfte, direkt zum Verdampfer (5)
gefördert. Der Verdampfer (5) ist dann mit dem Abluftstrom
und dem genannten Teilstrom der Frischluft beaufschlagt.
Dadurch ist die Leistung der Wärmepumpe gesteigert, ohne
daß ein entsprechend größerer Luftstrom als Zuluft (b) und
als Abluft (c) durch den Raum geführt werden muß.
Am Verdampfer (5) und gegebenenfalls am Kreuzstrom-
Wärmetauscher (3) entsteht Kondenswasser. Dieses kann -
wie in der DE 39 03 665 A1 beschrieben - in einer
Kondensat-Sammelwanne aufgefangen werden. Das
Kondenswasser läßt sich mit der Fortluft (d) in die
Umgebung abführen. Wenn jedoch in dem beheizten Raum die
Luftfeuchtigkeit besonders niedrig ist, läßt sich das
Kondenswasser über eine Pumpe in die erwärmte Frischluft
(a) bzw. Zuluft (b) sprühen. Es ist damit auf einfache
Weise eine Luftbefeuchtung erreicht.
Bei der Ausführung nach den Fig. 5 bis 7 sind den Fig. 1
bis 4 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Gebläse (7, 8) sind oben im Gehäuse (1)
nebeneinander angeordnet. Der Frischluftstrom (a) wird vom
Gebläse (7) angesaugt und über den Kreuzstrom-
Wärmetauscher (3) diagonal nach unten durch den
Kondensator (6) geführt. Dort kann der erwärmte
Frischluftstrom an der Kondensat-Sammelwanne (20)
Feuchtigkeit aufnehmen.
Der erwärmte und gegebenenfalls befeuchtete
Frischluftstrom (a′) wird durch eine interne, seitliche
Öffnung (21) geleitet, an der eine Umlenkklappe (22)
angeordnet ist, die motorisch oder durch einen
Bimetalleffekt gesteuert ist. Oberhalb der Umlenkklappe
(22) ist der elektrisch beheizbare Wärmespeicher (10)
vorgesehen. Unterhalb der Umlenkklappe (22) sind
Luftverteilbleche (23) angeordnet, die den Luftstrom von
der seitlichen Öffnung (21) zum frontseitigen
Luftauslaßschlitz (11) leiten (vgl. Fig. 7).
Bei der in Fig. 5 dargestellten Stellung der Umlenkklappe
(22) wird die erwärmte Frischluft (a′) durch den
elektrisch beheizbaren Wärmespeicher (10) gedrückt, wird
in diesem weiter erwärmt und tritt dann durch den
Luftauslaßschlitz (11) aus. In der anderen Stellung der
Umlenkklappe (22) gelangt die erwärmte Frischluft (a′)
direkt zum Luftauslaßschlitz (11).
Die Abluft (c) wird über das rückseitige Gitter (14) und
den Verdichter (4) vom Gebläse (B) angesaugt und diagonal
durch den Kreuzstrom-Wärmetauscher (3) nach unten zum
Verdampfer (5) gelenkt. Von dort gelangt sie über Schächte
(24) nach oben zum Fortluftstutzen (13).
Durch eine entsprechende Steuerung bzw. Regelung des
Klimageräts lassen sich verschiedene Funktionen
erreichen.
Die Drehzahl der Gebläse (7, 8) läßt sich entsprechend der
gewünschten Luftfördermenge des Raumes anpassen. Dabei
ist auch eine Nachtabsenkung in der Weise möglich, daß zu
bestimmten Zeiten weniger Luft gefördert wird.
Die Wärmepumpe (4, 5, 6) wird in Abhängigkeit von der
Raumtemperatur geschaltet, vor der Beheizung des
Wärmespeichers (10).
Bleibt die Raumtemperatur eine gewisse Zeitdauer unter
der Solltemperatur, dann öffnet die Umlenkklappe (22) in
der Weise, daß die Luft über den Wärmespeicher (10)
geführt und dadurch nacherwärmt wird.
Zur Erhöhung der Leistung der Wärmepumpe kann der
Verdichter (4) drehzahlgeregelt sein.
Die Aufladung des Wärmespeichers (10) erfolgt in
Abhängigkeit von der Außentemperatur, der Raumtemperatur,
der Soll/Ist-Temperaturabweichung des Freigabesignals des
Elektrizitätsversorgungsunternehmens.
Der Wärmespeicher (10) kann mit einem zusätzlichen Gebläse
ausgerüstet sein. Es ist auch möglich, die
Austrittstemperatur am Luftauslaßschlitz (11) über die
Stellung der Umlenkklappe (22) zu regeln.
Das Klimagerät kann auch nur zum Lüften des Raumes
verwendet werden. Dabei ist es möglich, nur Abluft (c) als
Fortluft (d) aus dem Raum abzuführen, oder für einen
notwendigen Luftwechsel, aus dem Raum Abluft abzuführen
und ihm Frischluft zuzuführen.
Bei dem im vorgestellten Beispiel verwendeten Klimagerät
führt ein Takten des Wärmepumpenkompressors zu einer
schwankenden Temperatur am Ausgang des Klimagerätes, was
dadurch begründet ist, daß weiterhin Frischluft zugeführt
wird und diese im Wärmetausch mit der Abluft zu einem
Absenken der Temperatur führt.
Diese Temperaturschwankungen offenbaren sich dem Benutzer
einer Wohnung als nicht behagliche Erwärmung des Raumes,
die möglicherweise auch dann nicht behoben werden kann,
wenn über eine entsprechende Raumtemperatur-Regelung
zusätzlich Wärme aus einem möglicherweise geladenen
Wärmespeicher der austretenden Luft hinzuaddiert wird. In
solchen Fällen, wo der Wärmespeicher in Abhängigkeit von
der Außentemperatur aufgeladen wurde, kann es durchaus
vorkommen, daß bei dem zuvor geschilderten Beispiel eine
zusätzliche Erwärmung durch den Wärmespeicher nicht
erfolgen kann.
Im Falle, daß dem Kondensator der Wärmepumpe ein
Direktheizkörper nachgeschaltet ist, muß dieser in
Abhängigkeit von der Raumtemperatur gewissermaßen umgekehrt
proportional zu den Taktzeiten der Wärmepumpe ein- und
ausgeschaltet werden, was ebenfalls nur über Schwankungen
in der Raumluft machbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
kann diesem Nachteil, also der schwankenden Raumtemperatur,
insofern begegnet werden, als entweder die Drehzahl des
Kompressors der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der
Verflüssigungs-Temperatur des Kältemittels drehzahlabhängig
geändert wird, oder aber nach einer weiteren Alternative
der Erfindung die Drehzahl ungeregelt bleibt, d. h. die
Wärmepumpe taktend betrieben wird, und in den Taktpausen
bei entsprechender Abkühlung der Temperatur hinter dem
Verflüssiger ein selbstregelndes Heizelement in den
Luftstrom eingeschaltet wird, bevorzugt mit möglichst
trägheitsloser Anpassung der Leistung des Heizelementes an
die vom Benutzer gewünschte behagliche Temperatur.
Claims (14)
1. Klimagerät für einen Einzelraum, das einen Luft-
Außenanschluß und einen Kreuzstrom-Wärmetauscher zwischen
der Frischluft und der Abluft aufweist und in dessen
Gehäuse eine elektrische Wärmepumpe integriert ist, deren
Kondensator im Frischluftstrom hinter dem Kreuzstrom-
Wärmetauscher und deren Verdampfer im Abluftstrom hinter
dem Kreuzstrom-Wärmetauscher liegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kondensator (6) im Frischluftstrom (a) zusätzlich eine elektrische Wärmequelle (10, 17) nachgeordnet ist und
daß das Gehäuse (1) am Boden rauminnenseitig vor einer Außenwand aufstellbar oder an der Wand aufhängbar ist.
daß dem Kondensator (6) im Frischluftstrom (a) zusätzlich eine elektrische Wärmequelle (10, 17) nachgeordnet ist und
daß das Gehäuse (1) am Boden rauminnenseitig vor einer Außenwand aufstellbar oder an der Wand aufhängbar ist.
2. Klimagerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzliche Wärmequelle ein Wärmespeicher (10)
ist, der elektrisch aufladbar ist.
3. Klimagerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzliche Wärmequelle ein elektrischer Direkt-
Heizkörper (17) ist.
4. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Bypass (18) zum Kreuzstrom-Wärmetauscher (3)
vorgesehen ist, wobei über den Bypass (18) ein Teil des
Frischluftstroms (a) direkt zum Verdampfer (5) der
Wärmepumpe leitbar ist.
5. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdichter (4) der Wärmepumpe im Abluftstrom (c)
angeordnet ist.
6. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Verdampfer (5) anfallendes Kondenswasser in die
Umgebung abgeleitet oder dem erwärmten Frischluftstrom (a)
zur Raumluftbefeuchtung zugeführt wird.
7. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Gehäuse (1) ein Luftauslaßschlitz (11) unten an der
Frontseite verläuft.
8. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Gehäuse (1) im Strom der Frischluft und/oder der
Abluft ein Filter angeordnet ist.
9. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Frischluftstrom (a) und den Abluftstrom (c)
jeweils ein Gebläse (7, 8) im Gehäuse (1) angeordnet ist.
10. Klimagerät nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gebläse (7, 8) oben im Gehäuse (1) nebeneinander
angeordnet sind und der Frischluftstrom (a) und der
Abluftstrom (c) durch den Kreuzstrom-Wärmetauscher (3)
diagonal nach unten zum Kondensator (6) bzw. zum
Verdampfer (5) geführt sind.
11. Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Frischluftstrom (a′) nach dem Kondensator (6) durch
eine seitliche Öffnung (21) über eine Umlenkklappe (22)
durch den Wärmespeicher (10) oder direkt zu dem
Luftauslaßschlitz (11) geführt ist.
12. Klimagerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Wärmequelle (17) aus einem
selbstregulierenden Heizelement (PTC-Heizelement) gebildet
ist.
13. Klimagerät, das einen Luftaußenanschluß und einen
Kreuzstrom-Wärmetauscher zwischen der Frischluft und der
Abluft aufweist, und in dessen Gehäuse eine elektrische
Wärmepumpe integriert ist, deren Kondensator im
Frischluftstrom hinter dem Kreuzstrom-Wärmetauscher, und
deren Verdampfer im Abluftstrom hinter dem Kreuzstrom-
Wärmetauscher liegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in den Raum eingeblasene Luft über die
Verflüssigungs-Temperatur des Kältemittels (am Kondensator)
durch Steuerung der Drehzahl des Kompressormotors der
Wärmepumpe auf Sollhöhe eingehalten wird.
14. Klimagerät nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Drehzahl des
Kompressormotors stufenlos erfolgt.
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