EP4589218A1 - Luft-wasser-wärmepumpen-baureihe mit lamellenrohr-wärmeübertrager - Google Patents

Luft-wasser-wärmepumpen-baureihe mit lamellenrohr-wärmeübertrager

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Publication number
EP4589218A1
EP4589218A1 EP25152226.4A EP25152226A EP4589218A1 EP 4589218 A1 EP4589218 A1 EP 4589218A1 EP 25152226 A EP25152226 A EP 25152226A EP 4589218 A1 EP4589218 A1 EP 4589218A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
heat exchanger
heat pump
heat
product
Prior art date
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Pending
Application number
EP25152226.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolas SCHRÖDER
Marius Holtdirk
Christian Penner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Stiebel Eltron GmbH and Co KG filed Critical Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Publication of EP4589218A1 publication Critical patent/EP4589218A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type

Definitions

  • the primary function of an air-to-water heat pump is to provide heating or hot water. However, they can be equipped with a circuit reversal and thus used for room cooling. This applies the principle of active cooling. by absorbing the heat energy from the interior and releasing it to the environment via the refrigerant circuit.
  • the invention therefore provides an air-water heat pump series comprising several product classes classified according to their energy efficiency and/or noise emission, each comprising air-water heat pumps of a graded housing size and a graded nominal heating output, wherein a first air-water heat pump with a first of the graded housing sizes and a first heat exchanger of a first heat exchanger size in a first of the product classes provides a first nominal heating output and the first heat pump with the first housing size and the first heat exchanger in a second of the product classes provides a second nominal heating output different from the first nominal heating output, wherein the first heat pump in the first and second product classes each has an air-refrigerant heat exchanger with the same dimensions.
  • the "Trend” product class includes all housing sizes 1 to 7.
  • the "Plus” product class includes housing sizes 1 to 6, and the “Premium” product class includes housing sizes 1 to 5. Therefore, the "Trend” product class includes a larger number of different heat pumps than the other product classes. In other versions, however, the number of heat pumps in each product class of the series may be the same.
  • the noise emissions of the three product classes are staggered so that the noise emissions are highest in the "Trend” product class and lowest in the "Premium” product class.
  • Fig. 2 The parameters that determine energy efficiency and heating output are entered into the respective heat pumps.
  • the dimensions of the heat exchanger, the tube rows, the distributions, the capillary pressure drops, and the manifold diameters are specified as examples for each heat pump.
  • the size of the heat exchanger is essentially decisive for the efficiency of the heat pump, whereby the efficiency of the heat pump also increases with the size of the heat exchanger.
  • the width of the heat exchangers is preferably kept as uniform as possible.
  • the heat exchangers for heat pump sizes 1, 2, 3, 4, and 5 all have a width of, for example, 800 mm.
  • heat pump sizes 1, 2, 3, 4, and 5 also all have the same footprint and differ from each other only in height.
  • the heat exchangers for heat pump sizes 6 and 7 have a smaller width of, for example, 550 mm, primarily due to unit size and cost requirements. The width is reduced because the heat exchanger operating as an evaporator should remain as square as possible to provide sufficient space for the fan.
  • the height of the heat exchangers on the other hand, varies depending on the heating output, with higher heating output resulting in greater heat exchanger height: The heights of the heat exchangers decrease according to the housing sizes from 1 to 7.
  • the series is divided into 3 classes (Premium, Plus, Trend).
  • the entire series consists of seven different evaporators, which are used in the respective device classes. Each evaporator is assigned to a corresponding housing size.
  • the evaporator size increases with increasing requirements. This means that a Trend device utilizes a high level of heating power with the available evaporator size. This ratio is already smaller for Plus devices, and it decreases even further for Premium devices, meaning that Premium devices have a relatively large evaporator for the heating power.
  • the efficiency of the heat pump also increases with the increasing evaporator size and thus the first step in differentiating the classes (the efficiency) is implemented.
  • An additional point for efficiency is the reduction of the refrigerant side pressure loss with increasing evaporator size at the same size, which also improves the evaporation temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe, umfassend mehrere entsprechend ihrer Energieeffizienz und/oder Schallemission klassifizierte Produktklassen, jeweils enthaltend Luft-Wasser-Wärmepumpen einer abgestuften Gehäusegröße und einer abgestuften Nennheizleistung, wobei eine erste Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer ersten der abgestuften Gehäusegrößen und einem ersten Wärmeübertrager einer ersten Wärmeübertragergröße in einer ersten der Produktklassen eine erste Nennheizleistung erbringt und die erste Wärmepumpe mit der ersten Gehäusegröße und dem ersten Wärmeübertrager in einer zweiten der Produktklassen eine von der ersten Nennheizleistung verschiedene zweite Nennheizleistung erbringt, wobei die erste Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse jeweils einen Wärmeübertrager mit gleicher Abmessung aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe, umfassend mehrere entsprechend ihrer Energieeffizienz klassifizierte Produktklassen, jeweils enthaltend Luft-Wasser-Wärmepumpen einer abgestuften Gehäusegröße und einer abgestuften Nennheizleistung.
  • Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe stellt eine umweltfreundliche und effiziente Lösung zur Gewinnung von Wärme aus der Außenluft dar. Sie nimmt Wärme aus der Umgebungsluft auf und hebt sie unter Verwendung eines Kältemittelkreises auf eine höhere Temperatur. Die der Umgebungsluft entzogene Wärme wird dann sowohl zum Heizen als auch zur Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe arbeitet selbst bei niedrigen Außentemperaturen effizient und reduziert den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen und ist beispielsweise in der Lage, aus der Umgebungsluft nachhaltig Wärme zu gewinnen, die ohne Weiteres den Heizungs- und Warmwasserbedarf eines Einfamilienhauses zu decken vermag.
  • Die Luft-Wasser-Wärmepumpe saugt über einen integrierten Ventilator Außenluft an. Dabei wird die vorhandene Wärme aus der Luft über einen Verdampfer an ein Kältemittel übergeben. Ein Verdichter komprimiert das Kältemittel und hebt dieses dadurch auf ein höheres Temperaturniveau. Dieses dann auf einem höheren Temperaturniveau befindliche Kältemittel gibt Wärmeenergie am Verflüssiger in das Heizungswasser des Heizkreislaufs eines Hauses eingespeist und erwärmt dieses. Luft-Wasser-Wärmepumpen verwenden Kältemittel, die für den Anwendungsbereich auch bei kalten Außentemperaturen eine hohe Effizienz zeigen. Beispielsweise hat sich R290 (Propan) als geeignetes Kältemittel herausgestellt..
  • Die Funktionsweise einer Luft-Wasser-Wärmepumpe besteht hauptsächlich darin, zu heizen bzw. Warmwasser bereitzustellen. Sie können jedoch mit einer Kreisumkehr ausgestattet und damit zur Raumkühlung eingesetzt werden. Dabei wird das Funktionsprinzip der aktiven Kühlung angewendet, indem die Wärmeenergie aus dem Inneren aufgenommen und mittels des Kältemittelkreises an die Umgebung abgegeben wird.
  • Es herrscht der Wunsch, weniger umweltgünstige Heizanlagen, wie solche, die auf Öl und Gas basieren, durch umweltgünstigere Heizanlagen zu ersetzen. Da sich die herkömmlichen Heizanlagen in großer Zahl im Einsatz befinden, ist die einschlägige Industrie gefordert eine entsprechend große Anzahl umweltverträglicher Luft-Wasser-Wärmepumpen zu einem Erstehungspreis zu produzieren, der das Budget von Haushalten unter Berücksichtigung staatlicher Fördermittel nicht überfordert.
  • Die Industrie ist also gefordert, qualitativ hochwertige Luft-Wasser-Wärmepumpen mit den vorstehend genannten erforderlichen Bestandteilen zu für Abnehmer erträgliche Kosten bereitzustellen. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Gestaltung der Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihen. Bislang wurden kleinere Baureihen umgesetzt und in der Klasseneinordnung nicht unterschieden. Damit ist insbesondere ein hoher Entwicklungsaufwand verbunden, was die Kosten der Luft-Wasser-Wärmepumpen erhöht. Das führt dazu, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen mit wenig spezifischer Nennheizleistung eingesetzt werden, da nur eine geringe Zahl unterschiedlicher Nennheizleistungen verfügbar ist. Dies wiederum resultiert darin, dass im Zweifel überdimensionierte Wärmepumpen zum Einsatz kommen, da die benötigte Heizleistung deutlich unterhalb der bereitgestellten Nennheizleistung ist, wenn keine "passendere" Wärmepumpe mit einer zu dem Wärmebedarf passenden Nennheizleistung zur Verfügung steht. Dies erhöht die Kosten für die Nutzer der Wärmepumpe.
  • Die Leistungsvariation wurde bislang lediglich auf kleine Bereiche begrenzt. Entsprechend war eine Vielzahl an unterschiedlichen Wärmepumpen mit individuellem Entwicklungsaufwand für unterschiedliche Leistungs- bzw. Effizienzanforderungen notwendig.
  • Nachteilig am Stand der Technik ist, dass das Kosteneinspar-Potential von vereinheitlichten Baureihen der Luft-Wasser-Wärmepumpen nicht ausgeschöpft ist.
  • Bei der Entwicklung einer neuen Luft-Wasser-Wärmepumpenbaureihe mit R290 als Kältemittel wurde erkannt, dass mit steigenden Stückzahlen, das Preisdruck auf die Geräte immer weiter steigen wird. Um diesem entgegenzuwirken, besteht ein Bedarf an einer Vereinheitlichung der Geräte über das komplette Leistungs-, Energieeffizienz-, Schall- und Kostenspektrum.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine fertigungsoptimierte, einfache, kostengünstige und sehr breit aufgestellte Wärmepumpen-Baureihe zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche betreffen zweckmäßige und erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
  • Die Erfindung schafft demnach eine Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe, umfassend mehrere entsprechend ihrer Energieeffizienz und/oder Schallemission klassifizierte Produktklassen, jeweils enthaltend Luft-Wasser-Wärmepumpen einer abgestuften Gehäusegröße und einer abgestuften Nennheizleistung, wobei eine erste Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer ersten der abgestuften Gehäusegrößen und einem ersten Wärmeübertrager einer ersten Wärmeübertragergröße in einer ersten der Produktklassen eine erste Nennheizleistung erbringt und die erste Wärmepumpe mit der ersten Gehäusegröße und dem ersten Wärmeübertrager in einer zweiten der Produktklassen eine von der ersten Nennheizleistung verschiedene zweite Nennheizleistung erbringt, wobei die erste Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse jeweils einen Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager mit gleicher Abmessung aufweist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt sehen vor:
    • Die Lamellenrohr-Wärmeübertrager in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße weisen von Produktklassen geringerer Energieeffizienz zu Produktklassen größerer Energieeffizienz geringere kältemittelseitige Druckverluste der Lamellenrohr-Kapillaren auf als in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen größerer Energieeffizienz.
    • Die Lamellenrohr-Wärmeübertrager innerhalb einer Produktklasse derselben Energieeffizienz in Gehäusen kleinerer Bauform weisen geringere kältemittelseitige Druckverluste der Lamellenrohr-Kapillaren auf als in Gehäusen größerer Bauform, wobei der kältemittelseitige Druckverlust zwischen zwei benachbarten Gehäusegrößen alternativ gleich groß sein kann.
    • Die Höhenabmessung des jeweiligen Wärmeübertragers innerhalb einer Produktklasse ist mit zunehmender Heizleistung größer.
    • Die Anzahl von Rohrreihen des jeweiligen Wärmeübertragers innerhalb einer Produktklasse ist mit zunehmender Heizleistung größer.
    • Die Komplexität der Verteilungen des jeweiligen Wärmeübertragers innerhalb einer Produktklasse ist mit zunehmender Heizleistung größer.
    • Der Durchmesser des Sammelrohrs des jeweiligen Wärmeübertragers ist innerhalb einer Produktklasse mit zunehmender Heizleistung größer.
    • Für alle Lamellenrohr-Wärmeübertrager ist derselbe Lamellentyp, gewellt und hydrophil beschichtet verwendet.
    • Für alle Lamellenrohr-Wärmeübertrager ist die gleiche Art des Verteilers verwendet, der sich je nach Position der Stufen des Heizleistungsspektrums in folgenden Punkten unterscheidet: Anzahl der Verteilungen, Durchmesser der Einspritzleitung, Querschnittsfläche der Verteilerdüse (Summe der Innenquerschnitte der Kapillaren), und wobei der Durchmesser der Kapillaren für alle Varianten gleich ist, die Kapillaren sich jedoch in ihrer Länge unterscheiden.
    • Die Produktklassen unterscheiden sich voneinander durch die Schallemission der Luft-Wasser-Wärmepumpen, wobei die Wärmepumpen einer Produktklasse höherer Energieeffizienz eine geringere Schallemission aufweist als eine Produktklasse niedrigerer Energieeffizienz.
    • Jede Produktklasse weist dieselbe Anzahl von Heizleistungsspektrum- und Gehäusegrößen-Stufen auf. Alternativ weisen die Produktklassen unterschiedlich viele Heizleistungsspektrum- und Gehäusegrößen-Stufen auf, wobei Produktklassen niedrigerer Energieeffizienz mehr Nennheizleistungs- und Gehäusegrößen-Stufen aufweisen als die Produktklassen höherer Energieeffizienz.
  • Anhand des in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Erfindung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1
    in Diagrammform eine erfindungsgemäß ausgestaltete Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe, umfassend mehrere entsprechend ihrer Energieeffizienz klassifizierte Produktklassen, jeweils enthaltend Luft-Wasser-Wärmepumpen einer abgestuften Gehäusegröße und einer abgestuften Nennheizleistung,
    Fig. 2
    in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1, in der technische Größen der Wärmepumpen in die diese bezeichnende Darstellungen eingetragen sind, und
    Fig. 3
    in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1, in der weitere technische Größen der Wärmepumpen in die diese bezeichnende Darstellungen eingetragen sind.
  • Identische und baugleiche Teile sind mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren können teilweise vereinfachte oder schematische Darstellungen enthalten. Verschiedene Ansichten gleicher Teile können unterschiedlich skaliert sein.
  • Die Figur 1 zeigt beispielhaft schematisch in Diagrammform eine erfindungsgemäß ausgestaltete Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe. Im Diagramm ist auf der x-Achse die Heizleistung der Wärmepumpen aufgetragen und auf der y-Achse sind drei nach Energieeffizienz der Wärmepumpen klassifizierten Produktklassen aufgetragen.
  • Die in der Figur gezeigte Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe umfasst drei entsprechend der Energieeffizienz und/oder Schallemission der Wärmepumpen klassifizierte Produktklassen "Trend", "Plus" und "Premium". Die Produktklasse "Trend" zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Luft-Wasser-Wärmepumpen der Baureihe mit der geringsten Energieeffizienz und gleichzeitig oder alternativ mit der höchsten Schallemission enthält. Die Produktklasse "Premium" zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Luft-Wasser-Wärmepumpen der Baureihe mit der höchsten Energieeffizienz und alternativ oder gleichzeitig mit der geringsten Schallemission enthält. Die Produktklasse "Plus" zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Luft-Wasser-Wärmepumpen der Baureihe mit einer Energieeffizienz enthält, die zwischen der Energieeffizienz und/oder der Schallemission der Produktklassen "Trend" und "Premium" angesiedelt ist. Natürlich sind die Bezeichnungen der drei Produktklassen nur beispielhaft zu verstehen und in anderen Fällen sind auch mehr als drei Produktklassen vorstellbar.
  • Jede Produktklasse enthält eine Anzahl von Luft-Wasser-Wärmepumpen mit einem abgestuften Heizleistungsspektrum und abgestuften Gehäusegrößen 1 bis 7, wobei 1 das größte und 7 das kleinste Gehäuse bezeichnet.
  • Die Produktklasse "Trend" umfasst Gehäuse sämtlicher Gehäusegrößen 1 bis 7. Die Produktklasse "Plus" umfasst Gehäuse der Gehäusegrößen 1 bis 6, und die Produktklasse "Premium" umfasst Gehäuse der Gehäusegrößen 1 bis 5. Es gibt also in der Produktklasse "Trend" eine größere Anzahl unterschiedlicher Wärmepumpen als in den anderen Produktklassen. In anderen Ausführungen kann aber auch die Anzahl der Wärmepumpen in jeder Produktklasse der Baureihe gleich sein.
  • Nicht jede Gehäusegröße ist demnach notwendigerweise in sämtlichen der Produktklassen enthalten. Wenn jedoch eine Wärmepumpe einer bestimmten Gehäusegröße in mehreren Produktklassen enthalten ist, dann ist die Nennheizleistung dieser Wärmepumpe einer bestimmten Gehäusegröße zwischen den mehreren Produktklassen unterschiedlich. Das Prinzip ist immer gleichbleibend, dass die Nennheizleistung bei gleichbleibender Gehäusegröße von Trend über Plus zu Premium abnimmt.
  • Damit können mit einer einzigen Gehäusegröße mehrere Wärmepumpen mit unterschiedlichen Nennheizleistungen realisiert werden. Die unterschiedlichen Nennheizleistungen ermöglichen die Produktdiversifizierung bei gleichzeitig möglicher Wiederverwendung vieler Komponenten, insbesondere der Gehäuse. Insbesondere kann eine relative Absenkung der Nennheizleistung mit einer Erhöhung der Effizienz (COP) der Wärmepumpe und einer Verringerung der Schallemission einhergehen. Somit weisen die Wärmepumpen der beispielhaften Produktklasse Premium eine höhere Effizienz (COP) und einen geringeren Schallemissionswert auf, als Wärmepumpen gleicher Gehäusegröße der Produktklassen Plus und Trend.
  • Jeder Wärmeübertrager in derselben Stufenposition, also mit der selben Gehäusegröße, der jeweiligen Produktklasse erbringt bezogen auf die Energieeffizienz dieser Produktklasse eine unterschiedliche Nennheizleistung der Wärmepumpe.
  • Die Schallemission der drei Produktklassen ist dabei so gestaffelt, dass in der Produktklasse "Trend" die Schallemission am höchsten und in der Produktklasse "Premium" am geringsten ist.
  • Die Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" schaffen es also, relativ zu den beiden anderen Produktklassen mehr Heizleistung zu erzeugen, dafür muss aber im Verhältnis zu den anderen beiden Produktklassen "Plus" und "Premium" aufgrund eines etwas geringeren Wirkungsgrades mehr elektrische Energie für die erzielbare Heizleistung aufgewendet werden. Dazu kommt eine vergleichsweise hohe Schallemission der Wärmepumpen der Produktklasse "Trend". Mit anderen Worten sind die Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" durch einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch bei niedrigerem Anschaffungspreis, durch höhere Heizkosten und eine höhere Schallemission gekennzeichnet.
  • Bei den Wärmeübertragern handelt es sich vorliegend um solche vom Lamellenrohrtyp. Mit dem Lamellenrohr-Wärmeübertrager können die Anforderungen an die Baureihe für eine im Freien aufgestellte Luft-Wasser Wärmepumpe mit dem Kältemittel R290 umgesetzt werden und mit seiner jeweiligen Ausführung können die nach Energieeffizienz klassifizierten Produktklassen mit ihren Luft-Wasser-Wärmepumpen abgestufter Nennheizleistung wie nachfolgend ausgeführt realisiert werden. Für alle Lamellenrohr-Wärmeübertrager kann derselbe Lamellentyp (gewellt und hydrophil beschichtet) zum Einsatz.
  • In Fig. 2 sind in die jeweiligen Wärmepumpen die Parameter eingetragen, mit denen die Energieeffizienz und die Heizleistung vorgegeben werden. Insbesondere sind je Wärmepumpe die Abmessungen des Wärmeübertragers, die Rohrreihen, die Verteilungen, die Druckverluste der Kapilaren und die Sammelrohrdurchmesser beispielhaft angegeben.
  • Größe der Wärmeübertrager
  • Die Größe des Wärmetauschers ist im Wesentlichen ausschlaggebend für die Effizienz der Wärmepumpe, wobei mit steigender Größe des Wärmtauschers auch die Effizienz der Wärmepumpe gesteigert wird.
  • Hierbei ist das Ziel, möglichst wenige unterschiedliche Wärmeübertrager vorzusehen, um die Zahl der zwischen mehreren Wärmepumpen wiederverwendbaren Komponenten zu erhöhen. Deshalb wird vorzugsweise die Breite der Wärmeübertrager möglichst gleich gehalten. Die Wärmeübertrager der Wärmepumpengrößen 1, 2, 3, 4 und 5 haben in diesem Beispiel alle eine Breite von beispielsweise 800 mm. Vorzugsweise haben auch die Wärmepumpengrößen 1, 2, 3, 4 und 5 sämtlich die gleiche Grundfläche und unterscheiden sich voneinander ausschließlich in der Höhe. Die Wärmeübertrager der Wärmepumpengröße 6 und 7 weisen eine geringere Breite von beispielsweise 550 mm auf, insbesondere aufgrund von Gerätegröße und Kostenanforderungen. Die Breite wird reduziert, da der als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager möglichst quadratisch bleiben soll um ausreichend Platz für den Lüfter vorzusehen. Die Höhe der Wärmeübertrager hingegen variiert in Abhängigkeit der Heizleistung, wobei eine höhere Heizleistung mit einer größeren Höhe der Wärmeübertrager einhergeht:
    Die Höhen der Wärmeübertrager werden entsprechend der Gehäusegrößen von 1 bis 7 geringer.
  • Die Baureihe wird dabei in 3 Klassen (Premium, Plus, Trend) unterteilt.
  • Die gesamte Baureihe besteht in diesem Beispiel aus 7 verschieden Verdampfern, welche entsprechend in den jeweiligen Geräteklassen genutzt werden. Je ein Verdampfer ist hierbei einer passenden Gehäusegröße zugeordnet.
  • Dabei steigt die Verdampfergröße mit steigenden Anforderungen an. Das heißt, dass für ein Trend Gerät viel Heizleistung bei vorhandener Verdampfergröße genutzt wird. Bei Plus ist dieses Verhältnis schon kleiner und bei Premium verringert sich dieses nochmals, sodass für die Premium Geräte einen relativ großen Verdampfer für die Heizleistung besitzen.
  • Da die Größe des Verdampfers im Wesentlichen ausschlaggebend für die Effizenz der Wärmepumpe ist, wird mit der steigenden Verdampfergröße auch die Effizienz der Wärmepumpe gesteigert und somit der erste Schritt der Unterscheidung der Klassen (die Effizienz) umgesetzt.
  • Ein zusätzlicher Punkt für die Effizienz ist die Reduzierung des kältemittelseitigen Druckverlustes mit steigender Verdampfergröße bei gleicher Größe, wodurch ebenfalls die Verdampfungstemperatur verbessert wird.
  • Neben dem kältemittelseitigen Druckverlust wird auch durch den größeren Verdampfer (hier größere Stirnfläche) der Druckverlust auf der Luftseite bei gleiche Volumenstrom reduziert. Hierdurch reduziert sich die Lüfterleistung bei gleichen Volumenstrom.
  • Oder es kann bei gleicher Lüfterleistung ein größerer Volumenstrom erreicht werden, welches zur Verbesserung der Effizienz führt.
  • Alternativ kann bei gleicher Verdampfungstemperatur der Luftvolumenstrom reduziert werden, sodass der Schallpegel der Wärmepumpe reduziert wird.
  • Ein weiterer Punkt ist die durch den größeren Verdampfer resultierende größere Alu Lamellenfläche des Wärmeübertragers, wodurch im Verdampferbetrieb die Zeit bis zu einer nötigen Abtauung verlängert wird. Dies für ebenfalls zu einer Effizienzsteigerung der Wärmepumpe.
  • Durch diese Effekte kann durch den Ansatz der verschiedenen Verdampfergrößen bei gleicher Leistung die verschiedenen Anforderungen der 3 Geräteklassen an Schall, Effizienz, Heizleistung und Kosten erfüllt werden.
  • Rohrreihen der Wärmeübertrager
  • Die Anzahl der Rohrreihen der Wärmeübertrager sowohl in der Tiefe wie in der Breite ist ebenfalls ausschlaggebend für die Effizienz der Wärmepumpe, wobei mit steigender Anzahl der Rohrreihen die Effizienz der Wärmepumpe gesteigert wird.
  • Die Wärmeübertrager der Wärmepumpengrößen 1, 2, 3, 4,und 5 besitzen in der Tiefe vier Rohrreihen. Der Wärmeübertrager der Wärmepumpengröße 6 besitzt in der Tiefe drei Rohrreihen.
  • Verteiler der Wärmeübertrager
  • Für alle Wärmeübertrager wird die gleiche Art eines Verteilers verwendet, welcher sich jedoch in folgenden Punkten unterscheidet, die für die Effizienz der Wärmepumpe ebenfalls ausschlaggebend sind: die Anzahl der Verteilungen, der Durchmesser der Einspritzleitung, die Querschnittsfläche der Verteilerdüse (Summe der Innenquerschnitte der Kapillaren). Der Durchmesser der Kapillaren ist für alle Varianten gleich, sie unterscheiden sich nur in ihrer Länge.
  • Verstrickung der Wärmeübertrager
  • Die Wärmeübertrager der Wärmepumpengrößen 1, 2, 3, 4 und 5 weisen dieselbe Verstrickung auf, die mit der steigenden Höhe zunimmt bzw. komplexer wird. Optional kann in den weiteren Wärmeübertragern der Wärmepumpengrößen 6 und 7 eine abweichende Verstrickung oder auch dieselbe Verstrickung zum Einsatz kommen.
  • Reduzierung des kältemittelseitigen Druckverlustes der Wärmeübertrager
  • Eine zusätzliche Möglichkeit, die Energieeffizienz zu erhöhen, besteht in der Reduzierung des kältemittelseitigen Druckverlustes mit steigender Größe des Wärmetauschers, wodurch außerdem die Verdampfungstemperatur (optimiert) verbessert wird.
  • Neben dem kältemittelseitigen Druckverlust wird auch durch den größeren Wärmeübertrager aufgrund seiner größeren Stirnfläche der Druckverlust auf der Luftzufuhrseite bei gleichem Volumenstrom reduziert. Hierdurch reduziert sich die Lüfterleistung des Wärmetauschers bei gleichem Volumenstrom. Alternativ kann bei gleicher Lüfterleistung ein größerer Volumenstrom erreicht werden, was zur Verbesserung der Energieeffizienz führt. Weiterhin alternativ kann bei gleicher Verdampfungstemperatur der Luftvolumenstrom reduziert werden, sodass die Schallemission der Wärmepumpe reduziert wird.
  • Die kältemittelseitigen Druckverluste sind beispielhaft in Fig. 2 gezeigt. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 1 weist in der Produktklasse "Premium", einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 2,19 bar, in der Produktklasse "Plus" einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 2,76 bar und in der Produktklasse "Trend" einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 3,90 bar auf.
  • Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 2 weist in der Produktklasse "Premium", einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 1,75 bar, in der Produktklasse "Plus" einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 2,95 bar und in der Produktklasse "Trend" einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 3,170 bar auf.
  • Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 3 weist in der Produktklasse "Premium", einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 1,33 bar, in der Produktklasse "Plus einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 2,016 bar und in der Produktklasse "Trend" einen kältemittelseitigen Druckverlust von beispielhaft 3,01 bar auf, und so weiter.
  • In Fig. 3 sind unterschiedliche Saugleitungsdurchmesser ND und unterschiedliche Größen der Einspritzleitungen für die Wärmepumpe von Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt.
  • Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 1 weist in den Produktklassen "Premium", "Plus" und "Trend" jeweils folgende Verteilerparameter auf: ND: 28 x 1, Größe der Einspritzleitung: 16 x 1. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 2 weist in der Produktklassen "Premium", "Plus" und "Trend" sowie in den Gehäusen der Größe 3 in den Produktklassen "Plus" und "Trend" jeweils folgende Verteilerparameter auf: ND: 22 x 1, Größe der Einspritzleitung: 16 x 1. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größen 7 und 4 weist in den Produktklassen "Plus" und "Trend" jeweils folgende Verteilerparameter auf: ND: 18 x 1, Größe der Einspritzleitung: 12 x 1. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größen 3 und 7 weist in der Produktklasse "Premium" jeweils folgende Verteilerparameter auf: ND: 22 x 1, Größe der Einspritzleitung: 16 x 1. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 5 weist in den Produktklassen "Plus" und "Trend" jeweils folgende Verteilerparameter auf: ND: 16 x 1, Größe der Einspritzleitung: 12 x 1. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 4 weist in der Produktklasse "Premium" folgende Verteilerparameter auf: ND: 12 x 1, Größe der Einspritzleitung: 18 x 1. Der Wärmeübertrager im Gehäuse der Größe 6 weist in der Produktklasse "Trend" folgende Verteilerparameter auf: ND: 12 x 0,5, Größe der Einspritzleitung: 12 x 1.

Claims (9)

  1. Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe, umfassend mehrere entsprechend ihrer Energieeffizienz und/oder Schallemission klassifizierte Produktklassen, jeweils enthaltend Luft-Wasser-Wärmepumpen einer abgestuften Gehäusegröße und einer abgestuften Nennheizleistung, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine erste Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer ersten der abgestuften Gehäusegrößen und einem ersten Wärmeübertrager, insbesondere einen Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager, einer ersten Wärmeübertragergröße in einer ersten der Produktklassen eine erste Nennheizleistung erbringt und
    die erste Wärmepumpe mit der ersten Gehäusegröße und dem ersten Wärmeübertrager in einer zweiten der Produktklassen eine von der ersten Nennheizleistung verschiedene zweite Nennheizleistung erbringt,
    wobei die erste Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse jeweils einen Wärmeübertrager mit gleicher Abmessung aufweist.
  2. Baureihe nach Anspruch 1, wobei
    der Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager der ersten Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse als Lamellenrohr-Wärmeübertrager mit identischer Höhenabmessung, mit identischer Anzahl von Rohrreihen, mit identischen Verteilungen, mit identischer Verstrickung und/oder mit identischem Durchmesser des Sammelrohrs ausgebildet ist.
  3. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lamellenrohr-Wärmeübertrager in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen geringerer Energieeffizienz und/oder Schallemission zu Produktklassen größerer Energieeffizienz geringere kältemittelseitige Druckverluste der Lamellenrohr-Kapillaren aufweisen als in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen größerer Energieeffizienz.
  4. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lamellenrohr-Wärmeübertrager innerhalb einer Produktklasse derselben Energieeffizienz in Gehäusen kleinerer Bauform geringere und/oder gleiche kältemittelseitige Druckverluste der Lamellenrohr-Kapillaren aufweisen als in Gehäusen größerer Bauform.
  5. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhenabmessung und/oder die Anzahl von Rohrreihen und/oder die Komplexität der Verteilungen und/oder der Durchmesser des Sammelrohrs des jeweiligen Wärmeübertragers innerhalb einer Produktklasse mit zunehmender Heizleistung größer ist.
  6. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede der Luft-Wasser-Wärmpumpen einen Lamellenrohr-Wärmeübertrager als Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager aufweist, wobei für alle Lamellenrohr-Wärmeübertrager derselbe Lamellentyp, gewellt und hydrophil beschichtet, verwendet ist.
  7. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für alle Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager die gleiche Art des Verteilers verwendet wird, der sich insbesondere je nach Gehäusegröße in folgenden Punkten unterscheidet:
    Anzahl der Verteilungen, Durchmesser der Einspritzleitung, Querschnittsfläche der Verteilerdüse (Summe der Innenquerschnitte der Kapillaren), und/oder
    wobei der Durchmesser der Kapillaren für alle Varianten gleich ist, die Kapillaren sich jedoch optional in ihrer Länge unterscheiden.
  8. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Produktklassen sich voneinander durch die Schallemission der Luft-Wasser-Wärmepumpen unterscheiden, wobei die Wärmepumpen einer Produktklasse höherer Energieeffizienz eine geringere Schallemission aufweist als eine Produktklasse niedrigerer Energieeffizienz.
  9. Baureihe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Baureihe drei Produktklassen unterschiedlicher Energieeffizienz und/oder unterschiedlicher Schallemission umfasst.
EP25152226.4A 2024-01-17 2025-01-16 Luft-wasser-wärmepumpen-baureihe mit lamellenrohr-wärmeübertrager Pending EP4589218A1 (de)

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