DE69205871T2

DE69205871T2 - Kombiniertes Heiz- und Kühlsystem.

Info

Publication number: DE69205871T2
Application number: DE69205871T
Authority: DE
Inventors: Valerio Giordano Riello
Original assignee: Riello Condizionatori SpA
Current assignee: Aermec SpA
Priority date: 1991-04-09
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: ES2082259T3; EP0508245A1; EP0508245B1; ATE130085T1; DK0508245T3; GR3018611T3; DE69205871D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein kombiniertes Heiz- und Kühlsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist bekannt, daß zum Heizen und Kühlen einer Wohneinheit zwei unabhangige Hydrokreisläufe erforderlich sind, wobei in einem davon heisses Wasser und im anderen kaltes Wasser zirkuliert.
Daher erfordern solche Heiz- und Kühlsysteme einen Boiler und eine Kühleinheit, die jeweils mit eigenen elektrischen und hydraulischen Leitungen und einem eigenen Steuersystern ausgestattet sind.
Während der Heizperiode im Winter sollten alle Räume einer Wohneinheit beheizt werden. Im Sommer dagegen, in dem eine Kühlung notwendig ist, müssen manche Räume einer Wohneinheit, wie z.B. das Badezimmer und andere wenig benutzte Räume, nicht gekühlt werden. Beide Systeme erfordern daher hinsichtlich Kapazität, Pumpenleistung, Druckabfall, Verteilung etc. sehr unterschiedliche Betriebsmerkmale.
Zur Beseitigung dieses Nachteils wurden Systeme vorgeschlagen, die sowohl heizen als auch kühlen und mit einem einzigen Hydrokreislauf arbeiten. Bei diesen Systemen ist mit dem Boiler eine Kühleinheit verbunden, die im Winter, wenn in dem einzigen Hydrokreislauf warmes Wasser zirkuliert, abgeschaltet ist. Im Sommer, wenn in dem einzigen Hydrokreislauf kaltes Wasser zirkuliert, ist dagegen der Boiler abgeschaltet.
In US-A-2 121 625 ist ein Heiz- und Kühlsystem beschrieben, bei dem ein Warmetauscher sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt wird. Diese Wärmetauscher sind in den zu heizenden oder zu kühlenden Räumen angebracht und mit einem Ventilator zum Umwälzen der Luft versehen. Dieses Heiz- und Kühlsystem umfaßt einen Boiler und eine herkömmliche Kühlvorrichtung, mit denen die Wärmetauscher durch einen einzigen Hydrokreis verbunden sind. Dieser Hydrokreis ist aus zwei Rohren gebildet, in denen Schaltventile angebracht sind. Im Winter zirkuliert warmes Wasser, das vom Boiler kommt, in dem einzigen Hydrokreis. Im Sommer zirkuliert von der Kühlvorrichtung kommendes kaltes Wasser in dem einzigen Hydrokreis. Dieses System ist für Häuser mit mehreren Wohnungen vorgesehen, wobei Boiler und Kühlvorrichtung im Keiler der Häuser untergebracht werden.
In US-A-3 425 485 ist ein Steuersystem für eine Klimaanlage mit einer einzigen Leitung beschrieben, bei dem mehreren Raumluftklimatisierungseinheiten entweder warmes oder kaltes Wasser zugeführt wird. Das diesen Einheiten zugeführte Wasser wird von einer Pumpe, die intermittierend betätigt wird, durch Wärmetauscher gepumpt, die in den Raumluftkimatisierungseinheiten vorgesehenen sind. Diese Pumpe ist in der Einlaßleitung der Raumluftklimatisierungseinheiten angebracht und dient sowohl zur Förderung des kalten als auch des warmen Wassers.
Die obengenannten Heiz- und Kühlsysteme sind zentrale Heiz- und Kühlsysteme und umfassen mehrere Wärmetauscher, die in den Räumen der Wohneinheiten angebracht sind und alle mit einem einzigen Boiler und einer einzigen Kühlvorrichtung verbunden sind.
In den letzten Jahren wurde bei Heizsystemen für Vielfamilien- oder kleine Einfamilienwohneinheiten bevorzugt ein gasbeheizter Boiler eingesetzt, der das warme Wasser in einem Hydrokreislauf durch die in den Räumen der Wohneinheit angebrachte Wärmetauschereinheiten leitet. Die gasbeheizten Boiler können an der Wand oder auf dem Boden angebracht werden und sind mit einem Warmwasserbereiter zurn Erwärmen des Leitungswassers ausgestattet.
Die vorliegende Ertindung zielt darauf ab, die Anforderungen hinsichtlich des Heizens im Winter und des Kühlens im Sommer zu erfüllen, indem sie ein kombiniertes Heiz- und Kühlmodul gemäß Anspruch 1 schafft.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgernäßen Kuhlmoduls in schematischer Darstellung und
Fig. 2 das Kühlmodul von Fig. 1, das mit einem an der Wand angebrachten, gasbeheiztem Boiler verbunden ist, um ein Heiz- und Kühlsystem für Vielfamilien- oder Einfamilienwohneinheiten zu bilden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die vorliegende Erfindung ein Gehäuse 1, das, in einem inneren Hydrokreislauf, eine Kreislaufpumpe P2 und einen in Strömungsrichtung unterhalb der Kreislaufpumpe P2 angeordneten Wärmetauscher 2, der als Verdampfer eines Kühlsysterns dient, enthält. Dieser Wärmetauscher 2 ist auf geeignete Weise isoliert, so daß sich an dessen Außenseiten kein Kondensat bildet. In Strömungsrichtung unterhalb des Wärmetauschers 2 ist ein außen isolierter Sammelbehälter 10 angeordnet. Dieser Sammelbehälter 10 ist mit einem Auslaßventil 11 versehen. In Strömungsrichtung oberhalb des Sammelbehalters 10 ist ein Dreiwegeventil V3 angeordnet. Dieses Dreiwegeventil V3 ist mit dem Auslaßrohr 12 des Warmetauschers 2, dem Einlaßrohr 14 des Sammelbehälters 10 und über das Rohr 15 mit dem Versorgungsrohr 9 des mit dem Kühlmodul kombinierten Boilers verbunden. Der Sammelbehälter 10 ist über das Rohr 17 mit dem zu den Ventilator- Schlangen führenden Versorgungsrohr 6 des einzigen Hydrokreises verbunden. Das Einlaßrohr 13 des Wärmetauschers 2 des Kühlmoduls ist an das zu den Ventilator-Schlangen führende Rücklaufrohr 5 des einzigen Hydrokreises angeschlossen. In Strömungsrichtung oberhalb der Kreislaufpumpe P2 ist das Einlaßrohr 13 über ein Rohr 7 mit dem Rücklaufrohr 8 des Boilers verbunden. An diesem Rohr 7 ist ein Expansionsgefäß 18 zum Ausgleich der thermischen Expansion und Kontraktion des Heiz- und Kühlmediums angeschlossen.
Das Kühlmodul weist außerdem zwei Schnellanschlüsse B zum Anschließen des Wärmetauschers 2 an eine externe motorbetriebene Abkühleinheit MC (die weiter unten beschrieben wird), zwei zu den Ventilator-Schlangen führende Anschlüsse C zum Anschließen des einzigen Hydrokreises sowie zwei Anschlüsse D zum Anschließen des gasbeheizten Boilers auf.
In den Rohren 7, 15, die das Kühmodul mit dem gasbeheiztem Boiler verbinden, sind Schaltventile V2 bzw. V4 und in den zu den Ventilator-Schlangen führenden Rohren 5,6 des Kühlmoduls sind Schaltventile V1 bzw. V5 angebracht.
Wie bereits erwähnt, ist der Wärmetauscher 2 des Kühlmoduls mit einer externen motorbetriebenen Abkühleinheit MC (Fig. 2) verbunden, und zwar über eine Zuführleitung 3, eine Rücklaufleitung 4 und die Schnellanschlüsse B. Diese motorbetriebene Abkühleinheit MC umfaßt einen Verdichter 27, einen Kondensator 28 und einen Ventilator 29 eines Kühisystems. Die Zuführleitung 3 und die Rücklaufleitung 4, die die motorbetriebene Abkühleinheit MC mit dem Wärmetauscher 2 des Kühlmoduls verbinden, sind vorzugsweise von einem flexiblen Rohr umgeben. In diesem flexiblen Rohr ist außerdem ein Elektrokabel 30 untergebracht, mit dem die motorbetriebene Abkühleinheit MC mit einer zentralen Steuereinheit 16 verbunden ist, die im Kühlmodul angebracht ist. Zu diesem Zweck ist das Kühlmodul mit einem Stromanschluß A versehen.
Die zentrale Steuereinheit 16 steuert außer der motorbetriebenen Abkühleinheit MC das Dreiwegeventil V3, die Kreislaufpumpe P2 und die Ventilatoren 32 der Ventilator-Schlangen, wie in Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet.
In Fig. 2 ist die vorliegende Erfindung mit einem an der Wand angebrachten, gasbeheiztem Boiler dargestellt.
Es ist bekannt, daß solche Boiler einen inneren Hydrokreislauf umfassen, in dem ein Wärmetauscher 21, eine Gruppe von Brennern 19, der über ein Rohr 20, in dem ein Schaltventil VG angebracht ist, Gas zugeführt wird, eine Kreislaulpumpe P1, ein Warmwasserbereiter 22 für das Haushalts-Warmwasser, das in dem Rohr 23 zufließt und am Wasserhahn 25 aus dem Rohr 24 fließt, ein Expansionsgefäß 26, ein Dreiwegeventil V6 sowie ein Schaltventil V7 zum Absperren des Boilers im Sommer angeordnet sind. Der Boiler umfaßt weiterhin das Versorgungsrohr 9 und das Rücklaulrohr 8, mit denen er mit dem Kühlmodul verbunden ist. Das Dreiwegeventil V6 wird von einem Meßwandler 31 gesteuert, der im Auslaßrohr 24 des Warmwasserbereiters 22 eingesetzt ist. Wenn warmes Wasser benötigt wird und der Wasserhahn 25 geöffhet wird, schaltet dieser Meßwandler 31 das Dreiwegeventil V6 automatisch dergestalt, daß das aus dem Wärmetauscher 21 kommende warme Wasser zum Warmwasserbereiter 22 fließt.
Die Verbindung zwischen dem Gasboiler und dem Kühmodul wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß mittels der Anschlüsse D das Versorgungsrohr 9 des Boilers an das Rohr 15 des Kühlmoduls und das Rücklaufrohr 8 des Boilers an das Rohr 7 des Kühlmoduls angeschlossen wird.
Die externe motorbetriebene Abkühleinheit MC ist an die Leitungen 3 und 4 angeschlossen, die über die Schnellanschlüsse B zum Kühlmodul führen. Außerdem ist sie mittels des Stromanschlusses A mit der zentralen Steuereinheit 16 verbunden.
Das Kühlmodul ist durch die Anschlüsse C an das Rücklaufrohr 5 und an das Versorgungsrohr 6 des einzigen Hydrokreislaufs, die zu den Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... führen, angeschlossen.
Nach Herstellung dieser Verbindungen ist die den Gasboiler und das Kühlmodul umfassende Einheit bereit für den Betrieb im Winter als auch im Sommer.

BETRIEB IM WINTER

Im Winter dient der Gasboiler zum Heizen der Raume von Vielfamilien- oder Einfamilienwohneinheiten. Dabei wird das Wasser, das sich in dem einzigen Hydrokreislauf mit den Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... befindet, von der Pumpe P1 durch den mit der Grüppe von Brennern 19 ausgestatteten Wärmetauscher 21, den Warmwasserbereiter 22 für das Haushalts-Warmwasser sowie das Versorgungsrohr 9 und das Rücklaufrohr 8 des Boilers, die zum Kühlmodul führen, gepumpt. Dabei sind die Schaltventile V7 und V4 geöffnet. Das aus dem Warmwasserbereiter 22 kommende Wasser kehrt über das Dreiwegeventil V6 zum Wärmetauscher 21 zurück.
Das Dreiwegeventil V3 des Kühlmoduls ist dabei so geschaltet, daß das Versorgungsrohr 9 des Boilers über das Ventil V4 und das Rohr 15 des Kühlmoduls mit dem Sammelbehälter 10 verbunden ist, der mit warmem Wasser geflillt ist und somit als Warmwassersammelbehälter dient. Dieses warme Wasser fließt durch das Rohr 17 und das Ventil V5 aus dem Sammelbehälter 10 und gelangt in das zu den Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... führende Rohr 6 des Hydrokreislaufs. Das Rücklaufrohr 5 dieses Hydrokreislaufs ist über das Rohr 7 und das Ventil V2 mit dem Rücklaufrohr 8 des Boilers verbunden. Dadurch zirkuliert das warme Wasser in den Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... und heizt die Räume, wobei die in dem erfindungsgemäßen Modul enthaltene Kühleinheit durch das Dreiwegeventil V3 gesperrt ist. Dabei werden die Pumpe P2 und die externe motorbetriebene Abkühleinheit MC nicht von der zentralen Steuereinheit 16 betätigt.

BETRIEB IM SOMMER

Im Sommer ist das Schaltventil V7 des Gasboilers geschlossen. Dann betätigt die zentrale Steuereinheit 16 die mit dem Wärmetauscher 2 des Kühlmoduls verbundene externe motorbetriebene Abkühleinheit MC, so daß über die Zufuhrleitung 3 und die Rücklaufleitung 4 das Kältemittel durch den Wärmetauscher 2 geleitet wird. Das Dreiwegeventil V3 des Kühlmoduls ist dabei durch die zentrale Steuereinheit 16 so geschaltet, daß das Auslaßrohr 12 des Wärmetauschers 2 über das Rohr 14 mit dem Sammelbehälter 10 verbunden ist. Die zentrale Steuereinheit 16 betätigt die Pumpe P2, wodurch der Sammelbehälter 10 mit dem vom Wärmetauscher 2 gekühlten kalten Wasser gefüllt wird. Der Sammelbehälter 10 dient nun als Sammelbehälter für Kaltwasser, das durch das Rohr 17 und das Ventil V5 fließt und in das zu den Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... führende Rohr 6 des Hydrokreislaufs gelangt. Das Ventil V7 ist geschlossen und sperrt somit das Versorgungsrohr 9 des Boilers, so daß auch im Sommer bei Öffnen des Wasserhahns 25 das vom Wärmetauscher 21 kommende warme Wasser nur in den Warmwasserbereiter 22 für das Haushalts- Warmwasser fließen kann. Durch Betätigung der Pumpe P2 wird das vom Wärmetauscher 2 gekühlte kalte Wasser durch den Hydrokreislauf mit den Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... geleitet. Nach Durchfließen der Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... kehrt das kalte Wasser über das Rücklaufrohr 5 zum Kühlmodul zurück und wird von der Pumpe P2 wieder durch den Wärmetauscher 2 gepumpt.
Da die Ventilatoren 32 der Ventilator-Schlangen F1, F2, F3... durch die zentrale Steuereinheit separat betätigt werden, besteht die Möglichkeit, im Sommer entweder alle Räume der Vielfamilien- oder Einfamilienwohneinheit oder nur die benutzten Räume zu kühlen. Tagsüber wird beispielsweise nur das Wohnzimmer gekühlt, indem der Ventilator 32 der im Wohnzimmer angebrachten Ventilator-Schlange eingeschaltet wird, und in der Nacht nur das Schlafzimmer, indem der Ventilator 32 der im Schlafzimmer angebrachten Ventilator-Schlange eingeschaltet wird, wobei in allen Ventilator-Schlangen kaltes Wasser zirkuliert.
Das Kühlmodul ist selbstverständlich auf bekannte Weise mit allen Sicherheitsvorrichtungen versehen, die aufgrund von Unfallverhütungsvorschriften erforderlich sind, sowie mit einer Sicherheitsvorrichtung, die die motorbetriebene Abkühleinheit MC abschaltet, wenn die Purnpe P2 nicht in Betrieb ist.
Das Kühlmodul ist mit herkömmlichen Mitteln zur Wandbefestigung versehen, falls es mit einem an der Wand angebrachten, gasbeheiztem Boiler (üblich bei einem Mehrfamilienhausheizsystem) verbunden werden soll, oder mit herkömmlichen Mitteln zur Anbringung auf dem Boden, falls es mit einem auf dem Boden aufgestellten, gasbeheiztem Boiler (üblich bei einem Einfamilienhausheizsystem) verbunden werden soll. Alternativ kann das erfindungsgemäße Kühlmodul auch in einem einzigen Gehäuse 1 untergebracht werden, so daß es ein integriertes Gerät darstellt, bei dem Rauntheizung, Raumkühlung und Leitungswassererwärmung in einer einzigen kompakten Baueinheit kombiniert sind und das diese Funktionen bei niedrigen Betriebskosten erfüllt.
Das erfindungsgemäße kombinierte Heiz- und Kühlsystem bietet folgende Vorteile.
Das Kühlmodul kann zusammen mit dem Boiler, vorzugsweise einem gasbeheiztem Boiler, in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, so daß das ästhetische Erscheinungsbild des Heiz- und Kühlsystems einer Vielfamilien- oder Einfamilienwohneinheit verbessert und ein integriertes Gerät geschaffen wird, bei dem Raumheizung, Raumkühlung und Leitungswassererwärmung in einer einzigen kompakten Baneinheit kombiniert sind.
Die motorbetriebene Abkühleinheit, die eine Lärmquelle darstellt, ist im Freien angeordnet. Dabei besteht nicht das Problem, daß die Verbindungsleitungen im Winter einfrieren, da sie nicht Wasser sondern ein nicht gefrierendes Kältemittel enthalten.
Die Ausstattung mit einem Sammelbehälter für warmes und kaltes Wasser ermöglicht eine größere Flexibilität des Heiz- und Kühlsystems sowie einen ordnungsgemäßen Betrieb des Boilers im Winter und des Kühlmoduls im Sommer.
Es besteht die Möglichkeit, das Kühlmodul an einer Wand anzubringen, falls es zusammen mit einem an der Wand angebrachten, vorgugsweise gasbeheiztem Boiler eingesetzt werden soll, oder auf dem Boden, falls es mit einem auf dem Boden aufgestellten, vorzugsweise gasbeheiztem Boiler eingesetzt werden soll.
Es besteht die Möglichkeit, die Ventilatoren der Ventilator-Schlangen separat zu betätigen und somit nur die benutzten Räume zu kühlen, was die Betriebskosten des Heiz- und Kühlsystems der Vielfamilien- oder Einfamilienwohneinheit senkt.

Claims

1. Kombiniertes Heiz- und Kühlsystem mit:

- einem Kühlmodul in Verbindung mit einem Boiler, vorzugsweise einem gasbeheiztem Boiler eines unabhängigen Heizsystems für Vielfamilien- oder kleinen Einfamilienwohneinheiten,

- mehrere Ventilator-Schlangen (F1, F2, F3 ...), die als Warme- und Kühlanschlüsse dienen können,

- einem einzigen Hydrokreislauf (5, 6), der zu den Anschlüssen führt,

- wobei das Kühlmodul aufweist:

- einen Wärmetauscher (2) mit einem Einlaßrohr (13) und einem Auslaßrohr (12), der als Verdampfer einer motorbetriebenen Abkühleinheit (MC) dient, die mittels Verbindungen (B, 3, 4) im Freien angeordnet ist,

- eine Kreislaufpumpe für das kalte Wasser,

- einen Sammelbehalter (10) mit einem Einlaßrohr (14) und einem Auslaßrohr (17),

- Verbindungen (D) des Kühlmoduls mit dem Boiler durch ein Versorgungsrohr (15) und ein Rücklaufrohr (7), und

- eine Absperrventileinrichtung (V2, V4), die in dem Versorgungsrohr (7) vorgesehen ist,

- eine Absperrventileinrichtung (V1, V5) in der Verbindung von dem Kühlmodul zu dem einzigen Hydrokreislauf,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Kühlmodul weiterhin ein Dreiwegeventil (V3) aufweist, das mit dem Auslaßrohr (12) des Wärmetauschers (2), dem Einlaßrohr (14) des Sammelbehälters (10) und dem Versorgungsrohr (15) von dem Boiler verbunden ist, wobei der Sammelbehälter (10) sowohl in der Betriebsart des Heizens als auch in der Betriebsart des Kühlens des Systems mit dem einzigen Hydrokreis verbunden ist.

2. Kombiniertes Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine zentrale Steuereinheit (16) zur Steuerung der Kreislaufpumpe (P2), des Schaltventils (V3), der externen, motorbetriebenen Kühleinheit (MC) und der Ventilatoren (32) der Ventilatorschlangen (F1, F2, F3...) aufweist.

3. Kombiniertes Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit (16) eine herkömmliche Einrichtung zur separaten Steuerung von jedem der Ventilatoren (32) der Ventilatorschlangen (F1, F2, F3...) aufweist.

4. Kombiniertes Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) von dem Wasser-Kühlmittel-Gegenstrom-Typ ist.

5. Kombiniertes Heiz- und Kühisystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) ein Wärmetauscher vom Plattentyp ist.