DE2402703B2

DE2402703B2 - Verfahren zur beheizung eines gebaeudes und heizungsanlage

Info

Publication number: DE2402703B2
Application number: DE19742402703
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing 3450 Holzminden Kohnke
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1974-01-21
Filing date: 1974-01-21
Publication date: 1977-09-08
Also published as: AT334022B; ATA37375A; FR2258595B1; DE2402703A1; FR2258595A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung von Räumen eines Gebäudes mittels einer von einem Umgebungsmedium gespeisten, ein Heizmedium erwärmenden Wärmepumpe, die einen Grundstrom des Heizmediums auf eine Temperatur erwärmt, die unterhalb der maximal für eine ganzjährige Heizung erforderlichen Temperatur liegt, wobei dem Heizmedium bei höheren Wärmebedarf zusätzlich Wärme zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Das Beheizen von Räumen eines Gebäudes mittels einer Wärmepumpe ist seit langem bekannt (vergleiche Heiz.- Lüft-Haustechnik 15,1964, Nr. 11, S. 386 - 390). Bei einer bekannten Wärmepumpe wird deren Verdampfer aus einem Umgebungsmedium Wärme zugeführt Dadurch verdampft das in diesem enthaltene Kühlmittel. Der Kühlmitteldampf wird in einem Verdichter komprimiert, wodurch er eine Temperaturerhöhung erfährt Der Kühlmitteldampf wird in einem Kondensator niedergeschlagen und das Kondensat über ein Drosselventil in den Verdampfer zurückgeführt. Über einen Wärmeaustauscher wird die bei der Kondensation frei werdende Wärme an einen Heizmedium-Kreislauf abgegeben. Das Heizmedium durchströmt in den zu beheizenden Räumen vorgesehene Radiatoren und erwärmt dadurch die zu beheizenden Räume. Eine derartige Heizungsanlage arbeitet zufriedenstellend, wenn die Differenz zwischen der gewünschten Temperatur des Heizmediums und der Temperatur des zur Verfugung stehenden Umgebungsmediums nicht allzu groß ist Falls jedoch diese Temperaturdifferenz Werte annimmt, wie sie bei einem ganzjährigen Betrieb, insbesondere an kalten Wintertagen, zu erwarten sind, ist eine ausreichende Raumbeheizung mit einer derartigen Anlage wirtschaftlich nicht möglich.

Es wurde deshalb in der Literaturstelle Klima- und Kälteingenieur, Band 1,1973, Heft 12, S. 51 vorgeschlagen, der Wärmepumpe einen Gasbrenner nachzuschalten,¹ der bei niedrigen Außentemperaturen die von der Wärmepumpe vorgewärmte Heizluft auf die notwendige Solltemperatur erwärmt. Ungünstig ist hierbei, daß die Solltemperatur über die Brennertempemtur geregelt werden muß.

Aus der DT-PS 3 72 897 ist ein Heizverfahren bekannt, bei dem die Wärme von Abwässern ausgenutzt wird. Hierzu wird die Wärmepumpe in zwei Stufen aufgeteilt, die über das Heizmedium verbunden sind, und es wird das warme Abwasser dem Heizmedium zwischen den beiden Stufen zugeführt. Ein derartiges Verfahren eignet sich nicht für Zentralheizungsanlagen, da dort im Falle erhöhten Wärmebedarfs kein Abwasser zur Verfügung steht, das zu einer verstärkten Aufheizung des Heizmediums führen könnte. Vielmehr ist im Falle verstärkten Wärmebedarfs mit besonders kaltem Rücklaufwasser zu rechnen.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, durch das die Regelung der Temperatur des Heizmediums vereinfacht und ein wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die zusätzliche Wärme dem Grundstrom durch einen Impfstrom des Heizmediums zugeführt wird, der auf eine Temperatur erhitzt wird, die über der Temperatur des Grundstroms liegt, und daß der Impfstrom dem Grundstrom in einem Verhältnis beigemischt wird, durch das die Temperatur des Heizmediums auf den erforderlichen Wert gebracht wird. An durchschnittlich kalten Wintertagen deckt die Wärmepumpe den Wärmebedarf der Zentralheizung. Das Heizmedium wird den Raumheizkörpern, wie beispielsweise Gebiäsekonvekioren, Klimatruhen und/ oder Fußbodenheizungen, zugeführt Zu besonders kalten Zeiten wird dem Grundstrom des Heizmediums an zentraler Stelle der Impfstrom beigemischt, der eine höhere Temperatur a'is der von der Wärmepumpe

erwärmte Grundstrom hat Durch einfache Mengenregelung läßt sich die Temperatur des den Raumheizkörpern zugeführten Heizmediums auf den gewünschten Wert bringen. Die Temperatur des Impfstroms braucht somit nicht feinfühlig geregelt zu werden. Sie wird in Abhängigkeit von der zu erwartenden Außentemperatur voreingestellt, wodurch ein wirtschaftlicher Betrieb der zusätzlichen Heizquelle erzielbar ist.

Ein vorteilhafter, durch die Erfindung ermöglichter, weiterer Verfahrensschritt besteht darin, daß der Impfstrom in Abhängigkeit von der Außentemperatur in einer Niedertarifzeit elektrisch erhitzt, gespeichert und dem Grundslrom in Hochtarifzeiten zugeführt wird. Der Vorteil hierbei ist, daß die zur Erhitzung des Impfstroms notwendige elektrische Leistung zu Zeiten eines preisgünstigen Tarifs verbraucht wird und der Impfstrom für die zusätzliche Erwärmung des Grundstromes in Hochtarifzeiten bereitgehalten wird.

Durch die Aufheizung des Impfstromes zu Niedertarifzeiten ergibt sich ein weiterer Vorteil. Geht man davon aus, daß die Raum-Heizkörper, insbesondere als Wärmepumpen arbeitende Klimatruhen, ebenfalls elektrische Energie verbrauchen und berücksichtigt man, daß diese zu Niedertarifzeiten zumeist abgeschaltet sind, dann muß die Gesamtanschlußleistung der Zentralheizungsanlage trotz der zusätzlichen elektrischen Erwärmung des Impfstromes nicht größer gewählt werden.

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe über einen Wärmeaustauscher an den Grundstrom angeschaltet ist, der Impfstrom tier Vorlaufleitung des Grundstroms über ein Mischventil zuführbar und von der Rücklaufleitung des Grundstroms abgezweigt ist und daß der Impfstrom von einer elektrischen Zusatz-Heizeinrichtung erwärmbar ist.

In bevorzugter Weiterbildung ist in die Rücklaufleitung zwischen der Abzweigung des Impfstroms und dem Wärmeaustauscher ein Rücklauftemperaturbegrenzer eingeschaltet, und vor der Abzweigung liegt in der Rücklaufleitung eine Umlaufpumpe.

Im folgenden ist anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel einer Heizungsanlage gemäß der Erfindung beschrieben.

Eine Wärmepumpe 1 ist in einem zentralen Heizungsraum untergebracht. Die Wärmepumpe besteht aus einem Verdampfer 2, einem Verdichter 3, einem Kondensator 4 und einem Drosselventil 5. Der Verdampfer ist von einem Umgebungsmedium, beispielsweise Luft, Grundwasser oder Wasser aus dem Wasserrohrnetz, beaufschlagt. Das hierdurch in dem Verdampfer 2 verdampfte Kühlmittel kondensiert nach einer Kompression im Kondensator 4. Die Kondensationswärme wird über einen Wärmeaustauscher 6 an das Heizmedium abgegeben, das aus einer Rücklaufleitung 7 in eine Vorlaufleitung 8 fließt.

Zwischen die Vorlaufleitung 8 und die Rücklaufleitung 7 ist eine Impfstromleitung 9 geschaltet. Diese mündet über ein Mischventil IO in die Vorlaufleitung 8. In die Impfstromleitung 9 sind beispielsweise drei Heißwasserspeicher 11 parallel eingeschaltet. In den Speichern U sind elektrische Heizkörper 12 angeordnet Die Speicher 11 und das Mischventil 10 befinden sich ebenfalls in dem Heizungsraum.

An das Mischventil 10 sind über eine Verrohrung die in den zu beheizenden Räumen vorgesehenen Raum-Heizkörper 13, 14 und 15 angeschaltet Beispielsweise ist der Rauim-Heizkörper 13 ein Gebläsekonvektor, der Raum-Heizkörper Heine K lima truhe, die zur Temperaturerhöhung in dem ihr zugeordneten Raum als Wärmepumpe arbeitet und der Raum-Heizkörper 15 eine Fußbodenheizung.

Die Raum-Heizkörper sind an die Rücklaufleitung 7 angeschlossen. In der Rückiaufleitung 7 ist vor der Abzweigung der Impfstromleitung 9 eine Umlaufpumpe 16 vorgesehen. Zwischen der Abzweigung der Impfstromleitung 9 und dem Wärmeaustauscher 6 ist ein Rücklauftemperaturbegrenzer 17 vorgesehen, der das Heizmedium, insbesondere Wasser, aus der Rücklaufleitung 7 nur zu dem Wärmeaustauscher 6 durchläßt wenn dieses eine bestimmte Temperatur unterschreitet.

Die Wirkungsweise der Anlage für den Fall, daß die Temperatur des Umgebungsmediums größer als 0⁰C ist, ist folgende:

Der in der Vorlaufleitung 8 fließende Grundstrom des Wassers wird über den Wärmeaustauscher 6 beispielsweise auf eine Temperatur von 40⁰C gebracht. Über das Mischventil! 10 ist die Impfstromleitung 9 abgesperrt und nur der Grundstrom gelangt unter der Wirkung der Pumpe 16 in die Raum-Heizkörper 13,14 und 15. Durch die RücklauHeitung 7 und den Rücklauftemperaturbegrenzer 17 gelangt der Grundstrom zurück zu dem Wärmeaustauscher 6.

Sinkt nun die Außentemperatur unter O⁰C ab, dann wird über eine nicht dargestellte Steuerung die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingeschaltet. Durch das Einschalten des bzw. der Heizkörper 12 wird das in den Behältern 11 befindliche Wasser erhitzt. Die Maximaltemperatur beträgt beispielsweise 90⁰C.

Tritt anschließend bei unter 0⁰C liegender Temperatur des die Wärmepumpe 1 beaufschlagenden Umgebungsmediums in den zu beheizenden Räumen ein erhöhter Wärmebedarf auf und reicht die Leistung der Wärmepumpe I zu dessen Deckung nicht aus, dann wird über eine weitere Steuerschaltung das Mischventil 10 geöffnet. Dadurch wird dem in der Vorlaufleitung 8 fließenden Grundstrom über die Impfstromleitung 9 aus den Speichern U ein Impfstrom beigemischt. Die Temperatur des das Mischventil verlassenden Wr.ssers wird hierdurch erhöht. Das Verhältnis der Beimischung von Impfstrom wird über das Mischventil 10 jeweils so eingestellt, daß das Heizmedium die erforderliche Temperatur erreicht.

Aus der Rücklaufleitung 7 wird die dem Speicherbehälter 11 über die Impfstromleitung 9 entnommene Wassermenge nachgefüllt

Die Zuimpfung des Impfstromes in dem Mischventil 10 wird dann unterstützt, wenn der Rücklauftemperaturbegrenzer, beispielsweise unterhalb von 2O⁰C nicht mehr voll geöffnet ist, da dann mittels der Pumpe 16 verstärkt Wasser aus dem Speicherbehälter 11 in das Mischventil gedrückt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beheizung von Räumen eines Gebäudes mittels einer von einem Umgebungsmedium gespeisten, ein Heizmedium erwärmenden Wärmepumpe, die einen Grundstrom des Heizmediuir.5 auf eine Temperatur erwärmt, die unterhalb der maximal für eine ganzjährige Heizung erforderlichen Temperatur liegt, wobei dem Heizmedium bei höherem Wärmebedarf zusätzlich Wärme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein die zusätzliche Wärme dem Grupdstrom durch einen Impfstrom des Heizmediums zugeführt wird, der auf eine Temperatur erhitzt wird, die über der Temperatur des Grundstroms liegt und daß der Impfstrom dem Grundstrom in einem Verhältnis beigemischt wird, durch das die Temperatur des Heizmediums auf den erforderlichen Wert gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfstrom in Abhängigkeit von der Außentemperatur in einer Niedertarifzeit elektrisch erhitzt, gespeichert und dem Grundstrom in Hochtarifzeiten zugeführt wird.

3. Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (1) über einen Wärmeaustauscher (6) an den Grundstrom angeschaltet ist, der Impfstrom der Vorlauflei- tung (8) des Grundstroms über ein Mischventil (10) zuführbar und von der Rücklaufleitung (7) des Grundstroms abgezweigt ist und daß der Impfstrom von einer elektrischen Zusalz-Heizeinrichtung (II, 12) erwärmbar ist.

4. Heizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rücklaufleitung (7) zwischen der Abzweigung des Impfstromes und dem Wärmeaustauscher (6) ein Rücklauftemperaturbegrenzer (17) eingeschaltet ist und vor der Abzwei- gung in der Rücklaufleitung eine Umlaufpumpe (16) liegt.

5. Heizungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung ein Durchlauferhitzer ist.

6. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung (11, 12) ein Heißwasserspeicher ist.

7. Heizungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Heißwasserspeicher parallel geschaltet sind.

8. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist, die die elektrische Zusatz-Heizeinrichtung (11,12) in Abhängigkeit von der Außentemperatur betätigt.