DE4412844C2 - Klimagerät - Google Patents

Klimagerät

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Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für einen Einzelraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Klimagerät ist in der EP 0 127 213 A2 beschrieben. Eine elektrische Zusatzheizung ist dort nicht vorgesehen.
Aus der GB 13 60 072 ist eine Klimaanlage bekannt, die mit einer Wärmepumpe arbeitet, wobei für die Zuluft elek­ trische Direktheizelemente vorgesehen sind. Für die Funk­ tion der GB 13 60 072 lassen sich die Direktheizelemente nicht durch einen elektrischen Wärmespeicher ersetzen. Die Klimaanlage weist keinen zusätzlichen Kreuzstromwärme­ tauscher zwischen Zuluft und Abluft auf.
Ein weiteres 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 89 02 915 U1 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 durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
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.
Da der Wärmespeicher nie allein den Raum aufheizen muß, kann er entsprechend klein ausgelegt sein. Als zusätzliche Wärmequelle kann auch ein elektrischer Direktheizkörper vorgesehen sein.
Dadurch, daß über den Bypaß ein Teil des hierbei erhöhten Frischluftstroms direkt zum Verdampfer der Wärmepumpe leitbar ist, 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, Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Klimagerät in Einbaustellung an einer Außenwand,
Fig. 2 den Aufbau des Klimageräts schematisch,
Fig. 3 ein Klimagerät mit 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.
Der vom Klimagerät angesaugte Frischluftstrom ist mit a bezeichnet. Die dem Raum zugeführte Zuluft ist mit b bezeichnet. Der aus dem Raum abgezogene Abluftstrom ist mit c bezeichnet. Die in die Umgebung abgeführte Fortluft ist mit d bezeichnet. Der Abluftstrom 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 4, 5, 6 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 als zusätzliche Wärmequelle 17 ein elektrischer Heizkörper vorgesehen, der hinter dem Luftauslaßschlitz 11 angeordnet ist.
Die Funktionsweise des Klimageräts ist im wesentlichen folgende:
Vom Gebläse 7 wird ein Frischluftstrom angesaugt und über den Kondensator 6 geleitet und tritt als Zuluft b in den Raum ein.
Das Gebläse 8 saugt einen Abluftstrom c aus dem Raum ab und fördert diesen über den Kreuzstrom-Wärmetauscher 3 zum Verdampfer 5, wo er als Fortluft d in die Umgebung austritt. Der Abluftstrom c überstreicht den Verdichter 4, kühlt diesen und erwärmt sich entsprechend. Im Kreuzstrom-Wärmetauscher 3 gibt der Abluftstrom c Wärme an den Frischluftstrom a ab, der somit vorerwärmt zum Kondensator 6 gelangt. Am Kondensator 6 erwärmt sich der Frischluftstrom a weiter.
Die Wärmepumpe 4, 5, 6 ist so ausgelegt, daß sie oberhalb einer Außentemperatur von etwa 0°C den Aufstellungsraum ausreichend beheizt.
Unter 0°C wird die Wärmepumpe 4, 5, 6 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 gehängt werden.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist anstelle des Wärmespeichers 10 als zusätzliche Wärmequelle 17 ein elektrischer Heizkörper vorgesehen, der den den Kondensator 6 verlassenden Frischluftstrom a direkt beheizt. Er deckt den Restwärmebedarf, den die Wärmepumpe 4, 5, 6 bei besonders niedrigen Außentemperaturen nicht decken kann. Der Heizkörper kann auch zusätzlich zum Wärmespeicher 10 vorgesehen sein. Der Benutzer kann dann den Heizkörper 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 Frischluft, beispielsweise die Hälfte, direkt zum Verdampfer 5 gefördert. Der Verdampfer 5 ist dann mit dem Abluftstrom c und dem genannten Teilstrom des Frischluftstromes a beaufschlagt. Dadurch ist die Leistung der Wärmepumpe 4, 5, 6 gesteigert, ohne daß ein entsprechend größerer Luftstrom als Zuluft b und als Abluftstrom 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 den erwärmten Frischluftstrom a bzw. in die 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-Wärmestauscher 3 diagonal nach unten durch den Kondensator 6 geführt. Dort kann der erwärmte Frischluftstrom a 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.'enterhalb der Umlenkklappe 22 sind Luftverteilbleche 23 angeordnet, die den Frischluftstrom a' von der seitlichen Öffnung 21 zum frontseitigen Luftauslaßschlitz 11 leiten (vgl. Fig. 7).
Bei der in Fig. 5 dargestellten Stellung der Umlenkklappe 22 wird der erwärmte Frischluftstrom 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 der erwärmte Frischluftstrom a' direkt zum Luftauslaßschlitz 11.
Der Abluftstrom c wird über das rückseitige Gitter 14 und den Verdichter 4 vom Gebläse 8 angesaugt und diagonal durch den Kreuzstrom- Wärmetauscher 3 nach unten zum Verdampfer 5 gelenkt. Von dort gelangt er 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 für den Raum gewünschten Luftfördermenge 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 4, 5, 6 kann der Verdichter 4 drehzahlgeregelt sein.
Die Aufladung des Wärmespeichers 10 erfolgt in Abhängigkeit von der Außentemperatur, der Raumtemperatur, der Soll/Ist- Temperaturabweichung und 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 den Abluftstrom 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 Verdichters 4 zu einer schwankenden Temperatur am Ausgang des Klimagerätes, was dadurch begründet ist, daß weiterhin ein Frischluftstrom a zugeführt wird und diese im Wärmetausch mit dem Abluftstrom c 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 10 der austretenden Luft hinzuaddiert wird. In solchen Fällen, wo der Wärmespeicher 10 in Abhängigkeit von der Außentemperatur aufgeladen wurde, kann es durchaus vorkommen, daß bei dem zuvor geschilderten Beispiel eine zusätzliche Erwärmung durch den Wärmespeicher 10 nicht erfolgen kann.
Im Falle, daß dem Kondensator 6 ein Direktheizkörper nachgeschaltet ist, muß dieser in Abhängigkeit von der Raumtemperatur gewissermaßen umgekehrt proportional zu den Taktzeiten der Wärmepumpe 4, 5, 6 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 Verdichters 4 in Abhängigkeit von der Verflüssigungs-Temperatur des Kältemittels geändert wird, oder aber, nach einer weiteren Alternative der Erfindung, die Drehzahl ungeregelt bleibt, d. h. die Wärmepumpe 4, 5, 6 taktend betrieben wird, und in den Taktpausen bei entsprechender Abkühlung der Temperatur hinter dem Kondensator 6 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 (12)

1. Klimagerät für einen Einzelraum, das einen Luft-Außenanschluß und einen Kreuzstrom-Wärmetauscher zwischen der Frischluft und der Abluft aufweist, und in dessen gehäuseeine elektrische Wärmepumpe integriert ist, deren Kondensator im Frischluftstrom hinter dem Kreuzstrom-Wärmetauscher und deren Verdampfer im Abluftstrom hinter dem Kreuzstrom-Wärmetauscher liegen, wobei ein Bypaß zum Kreuzstrom-Wärmetauscher vorgesehen ist, wobei über den Bypaß ein Teil des Frischluftstroms direkt zum Verdampfer der Wärmepumpe leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (6) im Frischluftstrom (a) zusätzlich ein elektrisch aufladbarer Wärmespeicher (10) mit Speichersteinen 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 als zusätzliche Wärmequelle (17) ein elektrischer Direkt-Heizkörper vorgesehen ist.
3. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (4) der Wärmepumpe im Abluftstrom (c) angeordnet ist.
4. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Verdampfer (5) anfallendes Kondenswasser in die Umgebung abgeleitet oder dem erwärmten Frischluftstrom (a) zur Raumluftbefeuchtung zugeführt wird.
5. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) ein Luftauslaßschlitz (11) unten an der Frontseite verläuft.
6. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) im Strom der Frischluft und/oder der Abluft ein Filter angeordnet ist.
7. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Frischluftstrom (a) und den Abluftstrom (c) jeweils ein Gebläse (7, 8) im Gehäuse (1) angeordnet ist.
8. Klimagerät nach Anspruch 7, 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) oder zum Verdampfer (5) geführt sind.
9. Klimagerät nach einem oder mehreren 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.
10. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Wärmequelle (17) ein selbstregulierendes Heizelement (PTC-Heizelement) vorgesehen ist.
11. Klimagerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der in den Raum eingeblasenen Luft über die Verflüssigungs-Temperatur des Kältemittels (am Kondensator) durch Steuerung der Drehzahl des Kompressormotorsder Wärmepumpe auf Sollhöhe gehalten wird.
12. Klimagerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Drehzahl des Kompressormotors stufenlos erfolgt.
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