DE19938019A1

DE19938019A1 - Verfahren und Heizungsanlage zur Gebäudebeheizung durch Wärmerückgewinnung aus Abluft

Info

Publication number: DE19938019A1
Application number: DE19938019A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Muenz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2001-02-22

Abstract

Bei der Gebäudebeheizung wird der Abluft des Gebäudes in einem ersten Wärmetauscher (2) ein Teil der Wärmemenge entzogen und dieser Teil der Wärmemenge der Zuluft des Gebäudes zur Erwärmung zugeführt. Um hierbei zusätzliche Wärme aus der Abluft zurückzugewinnen, wird DOLLAR A a) die teilweise abgekühlte Abluft nach Verlassen des ersten Wärmetauschers (2) einer Wärmepumpe (7) zugeführt und DOLLAR A b) der teilweise abgekühlten Abluft wird durch die Wärmepumpe (7) eine zusätzliche Wärmemenge entzogen und der Zuluft über einen zweiten Wärmetauscher (15) zugeführt, wobei DOLLAR A c) die der Abluft im ersten Wärmetauscher (2) entzogene Wärmemenge und die der Abluft durch die Wärmepumpe (7) entzogene Wärmemenge additiv der Gebäudebeheizung zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gebäudebeheizung, wobei der Abluft des Gebäudes in einem ersten Wärmetauscher ein Teil der Wärme menge entzogen und dieser Teil der Wärmemenge der Zuluft des Gebäu des zur Erwärmung zugeführt wird.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren und einer bekannten Heizungs anlage wird die Abluft beispielsweise von etwa 20 bis 22°C auf etwa 14°C abgekühlt und dann "über Dach" an die Umgebung abgegeben. Die Diffe renz der Wärmemenge wird der Zuluft im Wärmetauscher zugeführt, wo durch diese beispielsweise von -10°C auf etwa 14°C aufgeheizt wird. Die restliche, in der Abluft enthaltene Wärmemenge geht mithin "verloren".

Es ist auch bekannt, der Umgebungsluft Wärme durch eine Wärmepumpe zu entziehen und die entzogene Wärme für die Erwärmung von Heizungs- und/oder Brauchwasser zu verwenden.

Diese Luft-/Wasser-Wärmepumpen haben jedoch den Nachteil, daß die abgegebene bzw. erforderliche Heizleistung bei tieferen, im Minusbereich liegenden, Außentemperaturen absinkt und die zu geringe Heizleistung durch Zuschalten von Zusatzheizungen, beispielsweise von Elektroheizun gen, die in einen Pufferspeicher eingebaut sind, oder durch elektrische Lufterhitzer (monoenergetische Betriebsweise) oder durch andere Heiz quellen wie Gasthermen (bivalente Betriebsweise) auf die gewünschte Heizleistung aufgestockt werden muß.

Als Wärmequelle für andere Wärmepumpensysteme können Grundwasser, im Erdreich verlegte Absorber, Energiezäune oder Betonabsorber dienen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der Luft-/Wasser-Wärmepumpen für die Wärmerückgewinnung aus der Abluft zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die der Wärmeinhalt der Abluft wirksamer ausgenutzt und größtmöglich zurückzugewonnen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß

a) die teilweise abgekühlte Abluft nach Verlassen des ersten Wärme tauschers einer Wärmepumpe zugeführt wird und
b) der teilweise abgekühlten Abluft durch die Wärmepumpe eine zusätz liche Wärmemenge entzogen und der Zuluft über einen zweiten Wärmetauscher zugeführt wird, wobei
c) die der Abluft im ersten Wärmetauscher entzogene Wärmemenge und die der Abluft durch die Wärmepumpe entzogene Wärmemenge additiv der Gebäudebeheizung zugeführt werden.

Hierdurch wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, und insbe sondere wird der Wärmeinhalt der Abluft wirksamer ausgenutzt bzw. größtmöglich zurückgewonnen. Schließlich wird mit der Erfindung auch bei kleinen Anlagen der Betrieb der Anlage bis zu tiefen Temperaturen ermög licht, wobei nur in Extremfällen bei besonders niedrigen Außentemperatu ren, die nur an wenigen Tagen im Winter auftreten, eine Zusatzheizung benötigt wird.

Es handelt sich somit gegenüber dem Stande der Technik um eine dop pelte Wärmerückgewinnung, und zwar einmal durch Nutzung der Rück gewinnungswärme im ersten Wärmetauscher, der ein Kreuz- oder Gegen stromwärmetauscher sein kann, und zweitens durch die nachgeschaltete Wärmepumpe. Beispielhaft wird die vom Dach kommende Zuluft durch den ersten Wärmetauscher direkt zu einem Luft-/Wasser-Wärmetauscher geführt, und die aus dem Haus kommende Abluft wird ebenfalls über den ersten Wärmetauscher zur Wärmepumpe geführt, und die noch vorhande ne Restwärme wird über einen in die Wärmepumpe integrierten Konden sator zurückgewonnen und zu einem Warmwasserspeicher, einen soge nannten Kombispeicher, übertragen.

Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination -:

- die Zuluft durch den ersten Wärmetauscher und durch den zweiten Wärmetauscher geführt wird, und/oder, wenn
- die von der Wärmepumpe gelieferte Wärmemenge an einen Warm wasserspeicher, einen sogenannten "Kombispeicher" abgegeben wird, aus dem das Warmwasser dem zweiten Wärmetauscher zur Nacherwärmung der anstehenden Zuluft zugeführt wird

Die Erfindung betrifft auch eine Heizungsanlage zur Gebäudebeheizung durch Wärmerückgewinnung aus Abluft und Erwärmung von Zuluft mit einem ersten Wärmetauscher mit einer Primärseite und einer Sekundär seite.

Die Lösung der gleichen Aufgabe erfolgt bei der vorstehend angegebenen Heizungsanlage erfindungsgemäß dadurch, daß die Primärseite des ersten Wärmetauschers einer Wärmepumpe aufgeschaltet ist, deren Hochtemperaturseite mit einem zweiten Wärmetauscher in Verbindung steht.

Es ist dabei im Zuge weiterer Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Heizungsanlage besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination -:

- die Primärseite des ersten Wärmetauschers und die Sekundärseite des zweiten Wärmetauschers in Reihe geschaltet sind, so daß die aus der Abluft zusätzliche gewonnene Abwärme der Wärmepumpe additiv der Zuluft zugeführt wird,
- die Hochtemperaturseite der Wärmepumpe der Primärseite eines Warmwasserspeichers aufgeschaltet ist, dessen Sekundärseite der Primärseite des zweiten Wärmetauschers aufgeschaltet ist,
- die Wärmepumpe einen integrierten Kondensator aufweist, dessen Sekundärseite über eine Warmwasser-Kreislaufleitung dem Warmwasserspeicher aufgeschaltet ist,
- die Wärmepumpe einen externen Kondensator aufweist, der in den Warmwasserspeicher integriert ist und der über eine Kältemittel- Kreislaufleitung mit der Wärmepumpe verbunden ist,
- der Warmwasserspeicher einen Brauchwasserspeicher besitzt, und/oder, wenn
- der Warmwasserspeicher eine Zusatzheizeinrichtung besitzt.

Zwei Ausführungbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert, die Fließschemata des erfindungswesent lichen Teils einer Heizungsanlage zeigen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fließschemas, bei dem der Kondensator der Wärmepumpe in diese integriert ist, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fließschemas, bei dem der Kondensator der Wärmepumpe in einen Warmwasser speicher integriert ist:

Die nachfolgend angegebenen Temperaturwerte sind ausdrücklich beispielhaft. Die Ausdrücke "Primärseite" und "Sekundärseite" sind in Richtung des Temperaturgefälles zu sehen.

Gemäß Fig. 1 wird Abluft von 20°C eines Gebäudes über eine Abluft leitung 1 einem ersten Wärmetauscher 2 zugeführt, der handelsüblich ist und eine Primärseite 3 und eine Sekundärseite 4 besitzt und beispielhaft als Kreuzstromwärmetauscher ausgeführt sein kann. Die Abluft strömt auf der Primärseite 3. Der Sekundärseite 4 des gleichen Wärmetauschers 2 wird über eine Zuluftleitung 5 Außenluft mit einer Temperatur von -10°C zugeführt. Diese Zuluft strömt auf der Sekundärseite 4. Dadurch verlassen die jeweiligen Luftmengen den Wärmetauscher 2 mit etwa 14°C. Die erforderlichen Gebläse sind der Einfachheit halber nicht dargestellt und im Regelfall Teile des Wärmtauschers "Luft/Luft".

Die teilweise auf 14°C abgekühlte Abluft strömt über eine weitere Abluft leitung 6 zu einer handelsüblichen Wärmepumpe 7, die einen nicht darge stellten Verdampfer aufweist, der der Abluft weitere Wärme entzieht, so daß diese schließlich mit einer Temperatur von etwa 5°C über eine Abluftleitung 8 an die Atmosphäre abgegeben wird. Die zusätzliche Wärmerückgewinnung entspricht der Temperaturdifferenz zwischen 14 und 5°C.

Die Wärmepumpe 7 besitzt weiterhin einen Kondensator (Verflüssiger) 7a, der als Plattenwärmetauscher (Kältemittel/Wasser) ausgeführt ist. Die von der Wärmepumpe 7 am Kondensator 7a zurückgewonnene Wärme wird über eine Wasser-Kreislaufleitung 9 mit einer Umwälzpumpe 10 einem Warmwasserspeicher 11 zugeführt, dessen Wasserfüllung durch den Kondensator 7a bis auf 55°C aufgeheizt werden kann. Das Warmwasser wird über eine weitere Kreislaufleitung 12 mit einer Umwälzpumpe 13 der Primärseite 14 eines Luft-/Wasser-Wärmetauschers (15) zugeführt, in dessen Sekundärseite 16 die Zuluft mit ca. 14°C eintritt und aus dem sie mit einer Temperatur je nach Wahl von etwa 35 bis 45°C wieder austritt. Die Warmluft wird entweder über Bodengitter oder Deckenverteiler der Raumluft zugeführt, wodurch die Raumtemperatur auf 20 bis 22°C ange hoben werden kann.

Der Warmwasserspeicher 11 ist ein sogenannter Kombispeicher, der auch mit Zusatzheizeinrichtungen wie mit einem elektrischen Heizkörper 17 versehen sein kann, um auch bei extrem tiefen Außentemperaturen noch einen Betrieb der Anlage zu ermöglichen. In den Warmwasserspeicher 11 kann außerdem ein Brauchwasserspeicher 18 eingebaut sein, der über eine Entnahmeleitung 19 für die Brauchwasserversorgung für Bad, Dusche und Küche zuständig ist. Auch dient der Kombispeicher als Pufferspeicher zur Aufrechterhaltung des Betriebes bei eventuell eintretenden Sperrzeiten des Elektroversorgungsunternehmens.

In Fig. 2 werden für gleiche Teile oder Teile mit gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen verwendet: Im Unterschied zu Fig. 1 ist der Kondensator 7b (Verflüssiger) jetzt aus der Wärmepumpen-Einheit 7 herausgezogen und als Plattenwärmetauscher in den Warmwasserspei cher 11 integriert. Die Verbindung geschieht über eine Kältemittel-Kreis laufleitung 20, deren nicht dargestellte Umwälzpumpe, d. h. der Kompres sor, Teil der Wärmepumpe 7 ist. Auf diese Weise werden eine Wasser- Umwälzpumpe und deren Antriebsleistung eingespart.

Bezugszeichen

1

Abluftleitung

2

Wärmetauscher

3

Primärseite

4

Sekundärseite

5

Zuluftleitung

6

Abluftleitung

7

Wärmepumpe

7

a Kondensator (Verflüssiger)

7

b Kondensator (Verflüssiger)

8

Abluftleitung

9

Wasser-Kreislaufleitung

10

Umwälzpumpe

11

Warmwasserspeicher

12

Kreislaufleitung

13

Umwälzpumpe

14

Primärseite

15

Wärmetauscher

16

Sekundärseite

17

Heizkörper

18

Brauchwasserspeicher

19

Entnahmeleitung

20

Kältemittel-Kreislaufleitung

Claims

1. Verfahren zur Gebäudebeheizung, wobei der Abluft des Gebäudes in einem ersten Wärmetauscher (2) ein Teil der Wärmemenge entzogen und dieser Teil der Wärmemenge der Zuluft des Gebäudes zur Erwärmung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die teilweise abgekühlte Abluft nach Verlassen des ersten Wärmetauschers (2) einer Wärmepumpe (7) zugeführt wird und
b) der teilweise abgekühlten Abluft durch die Wärmepumpe (7) eine zusätzliche Wärmemenge entzogen und der Zuluft über einen zweiten Wärmetauscher (15) zugeführt wird, wobei
c) die der Abluft im ersten Wärmetauscher (2) entzogene Wärme menge und die der Abluft durch die Wärmepumpe (7) entzoge ne Wärmemenge additiv der Gebäudebeheizung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft nacheinander durch den ersten Wärmetauscher (2) und dann durch den zweiten Wärmetauscher (15) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Wärmepumpe (7) gelieferte Wärmemenge an einen Warm wasserspeicher (11) abgegeben wird und daß das Warmwasser dem zweiten Wärmetauscher (15) zugeführt wird.

4. Heizungsanlage zur Gebäudebeheizung durch Wärmerückgewinnung aus Abluft und Erwärmung von Zuluft mit einem ersten Wärmetau scher (2) mit einer Primärseite (3) und einer Sekundärseite (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Primärseite (3) des ersten Wärme tauschers (2) einer Wärmepumpe (7) aufgeschaltet ist, deren Hochtemperaturseite mit einem zweiten Wärmetauscher (15) in Verbindung steht.

5. Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmtauscher (2) als Kreuzstromwärmetauscher ausgeführt ist.

6. Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmtauscher (2) als Gegenstromwärmetauscher ausgeführt ist.

7. Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärseite (3) des ersten Wärmetauschers (2) und die Sekundär seite (16) des zweiten Wärmetauschers (15) in Reihe geschaltet sind.

8. Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochtemperaturseite der Wärmepumpe (7) der Primärseite eines Warmwasserspeichers (11) aufgeschaltet ist, dessen Sekundärseite der Primärseite (14) des zweiten Wärmetauschers (15) aufgeschaltet ist.

9. Heizungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (7) einen integrierten Kondensator (7a) aufweist, dessen Sekundärseite über eine Warmwasser-Kreislaufleitung (9) dem Warmwasserspeicher (11) aufgeschaltet ist.

10. Heizungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (7) einen externen Kondensator (7b) aufweist, der in den Warmwasserspeicher (11) integriert ist und der über eine Kälte mittel-Kreislaufleitung (20) mit der Wärmepumpe (7) verbunden ist.