EP4589219A1

EP4589219A1 - Luft-wasser-wärmepumpen-baureihe mit rollkolben-verdichter

Info

Publication number: EP4589219A1
Application number: EP25152228.0A
Authority: EP
Inventors: Nikolas SCHRÖDER; Christian Penner; Marius Holtdirk
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2024-01-17
Filing date: 2025-01-16
Publication date: 2025-07-23
Also published as: DE102024101232A1

Abstract

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, wobei die Wärmepumpen neben einem Wärmeübertrager, einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Inverter, Lüfter, ein 4/2-Wege-Umschaltventil, einen Sammler, ein Expansionsventil, Verbindungsrohre und ein Rückschlagventil und Hydraulikkomponenten umfassen, wobei die Lamellenrohr-Wärmeübertrager in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen geringerer Energieeffizienz zu Produktklassen größerer Energieeffizienz geringere kältemittelseitige Druckverluste der Lamellenrohr-Kapillaren aufweisen als in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen grö-ßerer Energieeffizienz, und wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition mit demselben Rollkolbenverdichter besetzt ist, wobei der Verdichter für dieselbe Stufenposition in der Produktklasse geringster Energieeffizienz seinen Drehzahlbereich voll und in den Produktklassen höherer Energieeffizienz begrenzt ausnützt.

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, wobei die Wärmepumpen neben einem Wärmeübertrager, einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Inverter, Lüfter, ein 4/2-Wege-Umschaltventil, einen Sammler, ein Expansionsventil, Verbindungsrohre und ein Rückschlagventil und Hydraulikkomponenten umfassen.
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 ab, das dann in das Heizungswasser des Heizkreislaufs eines Hauses eingespeist werden und dieses erwärmen kann. 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 Gebäudeinneren 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 die Wärmepumpen neben einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager, einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Inverter, Lüfter, ein optionales 4/2-Wege-Umschaltventil, einen optionalen Sammler, ein Expansionsventil, Verbindungsrohre und ein optionales Rückschlagventil und optionale Hydraulikkomponenten umfassen.
Eine erste Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer ersten der abgestuften Gehäusegrößen in einer ersten der Produktklassen erbringt eine erste Nennheizleistung und die erste Wärmepumpe mit der ersten Gehäusegröße erbringt in einer zweiten der Produktklassen eine von der ersten Nennheizleistung verschiedene zweite Nennheizleistung, wobei die erste Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse jeweils einen Wärmeübertrager mit gleicher Abmessung aufweist, wobei die erste Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse sich in wenigstens einem der folgenden Merkmale unterscheidet:

einem Hubvolumen des Verdichters,
einer Auslegungstemperatur und/oder Plattenanzahl des Verflüssigers,
einer Größe des Lüfters, und/oder
dem Expansionsventil.

In Ausführungen der Baureihe kann in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition mit derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße und dem gleich großen Wärmeübertrager besetzt sein, der bezogen auf die Energieeffizienz der jeweiligen Produktklasse eine unterschiedliche Nennheizleistung der Wärmepumpe erbringt.
Ferner kann das Gehäuse derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße einen Lamellenrohr-Wärmeübertrager mit identischer Höhenabmessung, mit identischer Anzahl von Rohrreihen, mit identischen Verteilungen, mit identischer Verstrickung und mit identischem Durchmesser des Sammelrohrs aufweisen.
Ferner kann der Wärmeübertrager, insbesondere der Lamellenrohr-Wärmeübertrager, in Produktklassen größerer Energieeffizienz bezogen auf ihre jeweilige Stufenposition eine größere Anzahl von Rohrreihen, komplexere Verteilungen und einen größeren Durchmesser des Sammelrohrs aufweisen als die Wärmeübertrager in Produktklassen geringerer Energieeffizienz bezogen auf ihre jeweilige Stufenposition.
Darüber hinaus können die Lamellenrohr-Wärmeübertrager in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen geringerer Energieeffizienz zu Produktklassen größerer Energieeffizienz geringere kältemittelseitige Druckverluste der Lamellenrohr-Kapillaren aufweisen als in den Gehäusen derselben Wärmepumpen-Gehäusegröße von Produktklassen größerer Energieeffizienz.
Schließlich kann in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition mit demselben Rollkolbenverdichter besetzt sein, wobei der Verdichter für dieselbe Stufenposition in der Produktklasse geringster Energieeffizienz seinen Drehzahlbereich voll und in den Produktklassen höherer Energieeffizienz begrenzt ausnützt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sehen vor:

für sämtliche Wärmepumpen kommt derselbe Verflüssigertyp zum Einsatz, wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung der Verflüssiger in dieselben Stufenposition bezogen auf die Nennleistung dieselbe Anzahl Verdichterplatten aufweist, wobei der Verflüssiger für dieselbe Stufenposition in Produktklassen höherer Energieeffizienz eine größere Anzahl Verdichterplatten aufweist als in Produktklassen geringerer Energieeffizienz;
für wenigstens eine der Luft-Wasser-Wärmepumpen einer der Gehäusegrößen kommt alternativ ein 1-phasiger Inverter und ein 3-phasiger Inverter zum Einsatz.
jede der Luft-Wasser-Wärmepumpen unterschiedlicher Gehäusegröße einen oder mehrere gleichartige Lüfter aufweisen, wobei die Baureihe mit lediglich zwei unterschiedlichen Lüftergrößen der Lüfter umgesetzt ist.- die Wärmepumpen ein 4/2-Wege-Umschaltventil aufweisen und wobei in jeder Produktklasse weist ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung die Wärmepumpe in derselben Stufenposition ein 4/2-Wege-Umschaltventil derselben Baugröße auf, wobei die 4/2-Wege-Umschaltventile ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zu einer Wärmepumpe einer bestimmten kleineren Heizleistung in der Position der Stufe für dieselbe Stufenposition in Produktklassen höherer Energieeffizienz eine größere oder alternativ die gleich große Baugröße aufweist als in Produktklassen geringerer Energieeffizienz, und wobei unterhalb der bestimmten kleineren Heizleistung sämtliche Wärmepumpen in allen Produktklassen 4/2-Wege-Umschaltventile derselben Baugröße aufweisen.
die Wärmepumpen einen Sammler zum Sammeln von Kältemittel aufweisen und wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition im Wesentlichen mit einem Sammler desselben Fassungsvermögens besetzt ist, und wobei die Volumina der Sammler innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen Sammler mit größerem Fassungsvermögen und für kleinere Wärmepumpen Sammler mit kleinerem Fassungsvermögen zum Einsatz kommen;
in jeder Produktklasse ist ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition im Wesentlichen mit einem gleich gro-ßen Expansionsventil besetzt, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen größere Expansionsventile und für kleinere Wärmepumpen kleinere Expansionsventile zum Einsatz kommen.
in jeder Produktklasse ist ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition innerhalb des Kältekreises im Wesentlichen mit Anschlussrohren gleichen Durchmessers besetzt, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen Anschlussrohre mit größerem Durchmesser und für kleinere Wärmepumpen Anschlussrohre mit kleinerem Durchmesser zum Einsatz kommen;
in jeder Produktklasse ist ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition innerhalb des Kältekreises im Wesentlichen mit gleich großen Rückschlagventilen besetzt, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen größere Rückschlagventile und für kleinere Wärmepumpen kleinere Rückschlagventile zum Einsatz kommen;
in jeder Produktklasse ist ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition im Wesentlichen mit Hydraulikkomponenten mit demselben Durchlassvermögen besetzt, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen Hydraulikkomponenten mit größerem Durchlassvermögen und für kleinere Wärmepumpen Hydraulikkomponenten mit kleinerem Durchlassvermögen zum Einsatz kommen, und
für die Wärmepumpen sämtlicher Produktklassen kommt der gleiche Typ Filtertrockner zum Einsatz.

Mithilfe des erfindungsgemäßen Baureihenansatzes kann mit vielen Gleichteilen eine fertigungsoptimierte, einfache, kostengünstige und sehr breit aufgestellte Wärmepumpenproduktion umgesetzt werden. Durch den relativ geringen konstruktivem Aufwand bei der Realisierung der Baureihe kann ein breiteres Produktportfolio als beim Stand der Technik erreicht werden. Außerdem kann der Einsatzbereich von Luft-Wasser-Wärmepumpen an den jeweiligen Bedarf optimal angepasst werden, indem das Heizleistungsspektrum und die Schalldämmung der Luft-Wasser-Wärmepumpen gezielt gewählt wird, wobei in den Gehäusen derselben Größe in den unterschiedlichen Produktklassen dieselben Wärmepumpen zum Einsatz kommen, die Luft-Wasser-Wärmepumpen jedoch mit unterschiedlicher Energieeffizienz betrieben werden.
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,
Fig. 3: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1, umfassend die Angabe von Hubvolumina von Rollkolbenverdichtern der Wärmepumpen,
Fig. 4: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Parametern der Verflüssiger der Wärmepumpen,
Fig. 5, 6: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von 1-phasigen und 3-phasigen Invertern der jeweiligen Wärmepumpe,
Fig. 7: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von Lüftern der Wärmepumpen,
Fig. 8: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von 4/2-Wege-Umschaltventilen der Wärmepumpen,
Fig. 9: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von Sammlern der Wärmepumpen,
Fig. 10: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von Expansionsventilen der Wärmepumpen,
Fig. 11: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von Anschlussrohren und Rückschlagventilen der Wärmepumpen, und
Fig. 12: in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von Hydraulikkomponenten der Wärmepumpen.

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 fürdie 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.
Fig. 3 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1, deren mit dem Kältemittel R290 betriebenen Wärmepumpen mit Verdichtern unterschiedlicher Hubvolumina bestückt sind.
Je nach Größe der Wärmepumpe bzw. nach Nennheizleistung werden Verdichter mit unterschiedlichen Hubvolumina eingesetzt. Beispielsweise werden für Verdichter im Bereich kleinerer Hubvolumina bis beispielsweise ca. 80 ccm Rollkolbenverdichter eingesetzt. Für größere Hubvolumina können beispielsweise Scroll-Verdichter oder andere Verdichter eingesetzt werden.
Es ist vorgesehen, dass Wärmepumpen gleicher Gehäusegröße in unterschiedlichen Produktklassen mit dem jeweils gleichen Verdichter besetzt sind. Zudem ist vorgesehen, dass die Wärmepumpen gleicher Gehäusegröße in unterschiedlichen Produktklassen mit unterschiedlichen Verdichtern besetzt sind. So ist beispielsweise der gleiche Verdichter in den Produktklassen Trend und Plus vorzusehen, während in der Produktklasse Premium mit höchster Effizienz bzw. geringster Schallemission ein größerer Verdichter vorgesehen ist. Damit kann die Schallemission in der hochwertigeren Produktklasse verringert werden.
Die Auslegung der Hubvolumina, die von Kältemittel zu Kältemittel variiert bezieht sich vorliegend auf das Kältemittel R290 und einen Verdichter-Drehzahlbereich von 15-120 Hz. Die tatsächlich genutzten Hubvolumina können je nach vorhandenen Hubvolumina der Hersteller etwas variieren.
Das Konzept ist so aufgebaut, dass Verdichter der Produktklasse "Trend" ihren Drehzahlbereich nahezu vollkommen ausnutzen, wodurch die betreffenden Verdichter im oberen Drehzahlbereich lauter sind und bei höheren Drehzahlen geringere Effizienzen aufgrund der internen Druckverluste aufweisen.
In der Produktklasse "Plus" wird das Drehzahlband nach oben auf ca. 90 bis 105 Hz begrenzt und in der Produktklasse "Premium" auf ca. 65-95 Hz. Hierdurch entsteht ein unterschiedliches Verhältnis zwischen Hubvolumen und Nennheizleistung je nach Produktklasse.
Durch die verringerte Ausnutzung des Betriebsbereichs wird die Schallemission der Verdichter reduziert und die Effizienz gesteigert.
Fig. 4 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Arten der Verflüssiger der Wärmepumpen. Vorzugsweise wird für sämtliche Wärmepumpen der gleiche Verflüssiger-Typ gewählt, der sich in der Dimensionierung zwischen den Wärmepumpen unterscheidet. Beispielsweise im Fall von Plattenwärmeübertragern als Verflüssiger ändert sich die Plattenzahl der Verflüssiger zwischen den unterschiedlichen Wärmepumpen.
Im Beispiel der Fig. 4 werden 7 Verflüssigertypen A, B, C, D, E, F, G illustriert, die beispielsweise von A bis G in der Zahl der Platten abnehmen.
Mehr im Einzelnen weist in jeder Produktklasse, ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung der Verflüssiger in derselben Stufenposition dieselbe Anzahl Verdichterplatten auf, wobei der Verflüssiger für dieselbe Stufenposition in Produktklassen höherer Energieeffizienz eine größere Anzahl Verdichterplatten aufweist als in Produktklassen geringerer Energieeffizienz. Es ist aber durchaus möglich, dass beispielsweise in der Produktklasse Premium für eine bestimmte Gehäusegröße Verflüssiger zum Einsatz kommen, die bei den weiteren Produktklassen abweichend für eine größere Gehäusegröße eingesetzt werden. Dies liegt darin begründet, dass die Nennheizleistung für Wärmepumpen der Produktklasse Premium bei gleicher Gehäusegröße unterhalb der Nennheizleistung der weiteren Produktklassen liegt.
Basis für die Auslegung der Verflüssiger ist es, die Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" auf eine Nennheizleistung (nach Heizkurve) von A2 (Außentemperatur +2°C) auszulegen. Für die Produktklasse "Premium" sind die Wärmeübertrager auf eine Nennheizleistung A-7 (Außentemperatur -7°C) ausgelegt. Die Wärmeübertrager der Produktklasse "Plus" sind auf eine Nennheizleistung zwischen den Nennheizleistungen der Produktklassen "Trend" und "Premium" ausgelegt. Als Auslegungstemperatur wird jeweils beispielsweise die gleiche Kondensationstemperatur gewählt.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe der Parameter von 1-phasigen Invertern (Fig. 5) und von 3-phasigen Invertern (Fig. 6) der jeweiligen Wärmepumpen.
Der Leistungsbereich der 1-phasigen Inverter ist nach oben auf ca. 6-7 kW elektrische Leistung begrenzt. Bei den 3-phasigen Invertern ist der Leistungsbereich nach unten begrenzt (die Nennleistung der Wärmepumpe mit 5 kW ist in der Fig. 5 nicht spezifiziert).
Die Auslegung der Inverter ist so gewählt, dass bei den Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" die Inverterleistung noch gerade für A-7/W55 (Außentemperatur -7°C und Warmwassertemperatur 55°C) ausreicht. Bei den Wärmepumpen der Produktklasse "Premium" ist die Auslegung der Inverter so gewählt, dass der komplette Leistungsbereich auch bei hohen Vorlauftemperaturen erzielbar ist. Bei den Wärmepumpen der Produktklasse "Plus" kommt die Inverterleistung zwischen den Leistungen der Produktklassen "Trend" und "Premium" zu liegen.
Zusätzlich wird bei den Invertern noch zwischen den zugehörigen Lüftermodulen unterschieden, wobei je nach Größe und Typ der Inverter ein oder zwei Lüftermodule zum Einsatz kommen.
Die Angaben zu den Anschlussleistungen sind nur beispielhaft und nicht abschließend, was auch durch die teilweise enthaltenen Fragezeichen ausgedrückt werden soll. Eine entscheidende Erkenntnis der Erfinder der vorliegenden Baureihe liegt darin, dass Wärmepumpen gleicher Gehäusegröße in unterschiedlichen Produktklassen mit einer anderen Anzahl von Phasen anschließbar sind, beispielsweise die Gehäusegröße 4.
Fig. 7 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Parametern der Lüfter der Wärmepumpen.
Es ist vorgesehen, die Wärmepumpen der kompletten Baureihe mit ihren drei Produktklassen mit lediglich zwei verschieden Lüftern (Durchmesser beispielhaft mit 450 mm und 630mm angegeben) zu bestücken. Sollte ein Lüfter die benötige Luftleistung nicht liefern können oder ist aufgrund der Baugrößenunterschiede zwischen Lüfter und Wärmetauscher eine schlechte Luftverteilung zu erwarten, können auch zwei Lüfter desselben Durchmessers eingesetzt werden.
Die Kombination aus Luftförderungsmenge des/der Lüfter, Druckverlust der Wärmetauscher und Lüfterdurchmesser gewährleistet eine gewünschte Abstimmung von Schallemission und Energieeffizienz, wobei eine größere Luftförderungsmenge eine höhere Schallemission, und ein größerer Wärmetauscher sowie ein größerer Lüfter eine geringere Schallemission zur Folge haben.
Fig. 8 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Parametern der 4/2-Wege-Umschaltventile der Wärmepumpen.
Beim im Kältekreislauf angeordneten Umschaltventil erfolgt die Auslegung so, dass die Druckverluste für die Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" gerade noch akzeptabel sind und keine übermäßigen Geräusche entstehen. Für die Wärmepumpen der Produktklassen "Plus" und "Premium" wird das Umschaltventil überdimensioniert, sodass ein geringerer Druckverlust vorliegt.
Es hat sich also als vorteilhaft gezeigt, dass die Umschaltventile in unterschiedlichen Produktklassen für Wärmepumpen gleicher Gehäusegröße durchaus unterschiedlich sein können.
Da die Baugröße der Umschaltventile im unteren Bereich auf eine technisch sinnvolle maximale Größe begrenzt ist, unterscheiden sich die Ventile unterhalb von 10 kW Nennleistung nicht mehr. Demnach ist die Anzahl verschiedener Umschaltventile gering, im gezeigten Beispiel lediglich drei, so dass die Komplexität der Baureihe gering bleibt.
Anstelle des für die leistungsstärksten Wärmepumpen angezeigte Umschaltventil A ist auch eine Ausgestaltung mit mehreren, beispielsweise zwei oder drei, Umschaltventilen möglich.
Fig. 9 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Parametern der Sammlern der Wärmepumpen, nämlich einem Volumen der Kältemittelsammler.
Für den Sammler wird ein ähnlicher Ansatz wie bei den anderen Komponenten genutzt.
Das Volumen des Sammlers ist im Wesentlichen abhängig vom inneren Volumen des Verdampfers und des Verflüssigers der Wärmepumpe, daher wird der Sammler entsprechend der Komponentengrößen an die Wärmepumpen angepasst.
Die Baureihe wird, je nachdem wie die Wärmepumpen der Gehäusegröße 1 ausgeführt werden, mit drei oder vier verschiedenen Sammlergrößen umgesetzt. Jedenfalls ist es ausreichend, drei unterschiedliche Sammlergrößen bereitzustellen und damit ein Leistungsspektrum abzubilden, das etwa einen Faktor 10 umfasst, nämlich von knapp 3 kW bis etwa 25 kW Nennheizleistung.
Des Weiteren werden, soweit zweckdienlich, die Anschlusspunkte (Position und Anschlussdurchmesser) für die verschiedenen Sammler gleich gehalten. Dadurch können möglichst oft die gleichen Rohre verwendet werden.
Fig. 10 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Parametern der Expansionsventile der Wärmepumpen.
Die Expansionsventile werden jeweils auf den Wärmepumpentyp angepasst. Dabei werden die Ventile in mehreren Wärmepumpen verwendet. Außerdem werden die Wärmepumpen der Baureihe derart mit Expansionsventilen bestückt, dass über große Bereiche die Anschlüsse der Ventile gleich sind, so dass auch hier die gleichen Anschlussrohre verwendet werden können.
Fig. 11 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Gruppen von Anschlussrohren und Rückschlagventilen der Wärmepumpen.
Die unterschiedlichen Wärmepumpen der Baureihe sind mit Linien unterschiedlicher Struktur umgeben, also Fett durchgezogene Linie, durchgezogene Linie, dünn durchgezogene Linie und drei Formen unterschiedlich gestrichelter Linien.
Die Rohrabmessungen wurden so ausgelegt, dass die Druckverluste für die Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" eben noch akzeptabel sind und keine übermäßigen Geräusche entstehen. Für die Produktklassen "Plus" und "Premium" wird das Umschaltventil überdimensioniert, sodass in den betreffenden Wärmepumpen ein geringerer Druckverlust vorliegt.
Zusätzlich werden die Rohrdurchmesser so gewählt, dass möglichst viele Rohre als Gleichteile genutzt werden können.
Bei den Rückschlagventilen erfolgt die Auslegung so, dass die Druckverluste für Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" eben noch akzeptabel sind und keine übermäßigen Geräusche entstehen. Für die Produktklassen "Plus" und "Premium" werden die Rückschlagventile überdimensioniert, sodass ein geringerer Druckverlust vorliegt.
Vor diesem Hintergrund gibt es bei den Gehäusegrößen 1 und 2 in allen Produktklassen die gleiche Konfiguration von Rohrdurchmessern und Rückschlagventil. In den Gehäusegrößen 3, 4, 5 und 6 ist jeweils die Konfiguration in den Produktklassen Trend und Plus gleich, wobei die Gehäusegrößen 3, 4 und 5 eine individuelle Konfiguration der Rohre und Ventile für die Produktklasse Premium vorgesehen ist.
Fig. 12 zeigt in Diagrammform die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Baureihe von Fig. 1 unter Angabe von Klassen von Hydraulikkomponenten der Wärmepumpen. Ebenso wie in Fig. 11 sind die unterschiedlichen Wärmepumpen der Baureihe mit Linien unterschiedlicher Struktur umgeben, also Fett durchgezogene Linie, gestrichelte Linie und durchgezogene Linie.
Es gibt also durch die unterschiedlichen Gehäusegrößen und Produktklassen lediglich drei unterschiedliche Ausgestaltungen von Hydraulikkomponenten.
Die Durchmesser der Hydraulikschläuche, die Steckverbinder in der Hydraulik, die Größe des Kältemittel(KM)-Abscheiders, und der externe Anschluss der Heizungshydraulik sind so gewählt, dass die Baureihe mit zwei verschieden Größen umgesetzt werden kann:

Hydraulikschläuche: NW 26 und NW32;
Steckverbinder: NW 20 und NW26;
KM Abscheider: klein und groß;
Anschluss Hydraulik extern: 1 1/4" und 1 1/2",

Der Volumenstromsensor wird für die Baureihe in drei Größen unterteilt, so dass der Volumenstrom für die Geräte noch bis zu dem minimal vorkommenden Volumenstrom gemessen werden kann und der Druckverlust akzeptabel bleibt.
Bei allen Hydraulikkomponenten erfolgt die Auslegung der Komponenten derart, dass für Wärmepumpen der Produktklasse "Trend" die Druckverluste eben noch akzeptiert werden können. Für die Wärmepumpen der Produktklassen "Plus" und "Premium" werden durch den gewählten Baureihenansatz Druckverluste automatisch reduziert, um die nötige Pumpenleistung zu reduzieren.
In den Figuren nicht gezeigt ist der in jeder Wärmepumpe jeweils enthaltene Filtertrockner. Für jede Wärmepumpe kommt derselbe jeweils hinreichend dimensionierte Typ Filtertrockner zum Einsatz. Die Nutzung desselben Filtertrockner-Typs für sämtliche Wärmepumpen gewährleistet eine starke Reduktion der Varianz der Anschluss- und Verbindungsrohre sowie eine starke Reduktion der Anzahl von Ersatzteilen.

Claims

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 die Wärmepumpen neben einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Inverter, einen Lüfter, ein Expansionsventil und Verbindungsrohre umfassen,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer ersten der abgestuften Gehäusegrö-ßen in einer ersten der Produktklassen eine erste Nennheizleistung erbringt und

die erste Wärmepumpe mit der ersten Gehäusegröße 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, wobei die erste Wärmepumpe in der ersten und der zweiten Produktklasse sich in wenigstens einem der folgenden Merkmale unterscheidet:
- einem Hubvolumen des Verdichters,

- einer Auslegungstemperatur und/oder Plattenanzahl des Verflüssigers,

- einer Größe des Lüfters, und/oder

- dem Expansionsventil.
Baureihe nach Anspruch 1, wobei für sämtliche Wärmepumpen derselbe Verflüssigertyp zum Einsatz kommt, wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung der Verflüssiger in derselben Stufenposition bezogen auf die Nennleistung dieselbe Anzahl Verdichterplatten aufweist, wobei der Verflüssiger für dieselbe Stufenposition in Produktklassen höherer Energieeffizienz eine größere Anzahl Verdichterplatten aufweist als in Produktklassen geringerer Energieeffizienz.
Baureihe nach Anspruch 1 oder 2, wobei für wenigstens eine der Luft-Wasser-Wärmepumpen einer der Gehäusegrößen alternativ ein 1-phasiger Inverter und ein 3-phasiger Inverter zum Einsatz kommt.
Baureihe nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jede der Luft-Wasser-Wärmepumpen unterschiedlicher Gehäusegröße einen oder mehrere gleichartige Lüfter aufweisen, wobei die Baureihe mit lediglich zwei unterschiedlichen Lüftergrößen der Lüfter umgesetzt ist.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmepumpen ein 4/2-Wege-Umschaltventil aufweisen und wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung die Wärmepumpe in dieselben Stufenposition ein 4/2-Wege-Umschaltventil derselben Baugröße aufweist, wobei die 4/2-Wege-Umschaltventile ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zu einer Wärmepumpe einer bestimmten kleineren Heizleistung in der Position der Stufe für dieselbe Stufenposition in Produktklassen höherer Energieeffizienz eine größere oder alternativ die gleich große Baugröße aufweist als in Produktklassen geringerer Energieeffizienz, und wobei unterhalb der bestimmten kleineren Heizleistung sämtliche Wärmepumpen in allen Produktklassen 4/2-Wege-Umschaltventile derselben Baugröße aufweisen.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmepumpen einen Sammler zum Sammeln von Kältemittel aufweisen und wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition im Wesentlichen mit einem Sammler desselben Fassungsvermögens besetzt ist, und wobei die Volumina der Sammler innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen Sammler mit größerem Fassungsvermögen und für kleinere Wärmepumpen Sammler mit kleinerem Fassungsvermögen zum Einsatz kommen.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition im Wesentlichen mit einem gleich großen Expansionsventil besetzt ist, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen größere Expansionsventile und für kleinere Wärmepumpen kleinere Expansionsventile zum Einsatz kommen.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition innerhalb des Kältekreises im Wesentlichen mit Anschlussrohren gleichen Durchmessers besetzt ist, und wobei innerhalb einer Produktklasse für grö-ßere Wärmepumpen Anschlussrohre mit größerem Durchmesser und für kleinere Wärmepumpen Anschlussrohre mit kleinerem Durchmesser zum Einsatz kommen.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition innerhalb des Kältekreises im Wesentlichen mit gleich großen Rückschlagventilen besetzt ist, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen größere Rückschlagventile und für kleinere Wärmepumpen kleinere Rückschlagventile zum Einsatz kommen.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in jeder Produktklasse ausgehend von der Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der höchsten Nennheizleistung bis zur Wärmepumpe in der Position der Stufe mit der geringsten Nennheizleistung dieselbe Stufenposition im Wesentlichen mit Hydraulikkomponenten mit demselben Durchlassvermögen besetzt ist, und wobei innerhalb einer Produktklasse für größere Wärmepumpen Hydraulikkomponenten mit größerem Durchlassvermögen und für kleinere Wärmepumpen Hydraulikkomponenten mit kleinerem Durchlassvermögen zum Einsatz kommen.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei für die Wärmepumpen sämtlicher Produktklassen der gleiche Typ Filtertrockner zum Einsatz kommt.