DE2517610C2

DE2517610C2 - Zentralheizung

Info

Publication number: DE2517610C2
Application number: DE2517610A
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: 1975-04-21
Filing date: 1975-04-21
Publication date: 1986-07-10
Also published as: DE2517610A1

Description

25 Yl 610

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ist, daß die Zusatzheizung zur Deckung des Wärmebe- Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu

darfs die Wärmepumpe nicht erst bei sehr niedrigen sehen, daß eine Zentralheizung geschaffen ist, die einer-

Außentemperaturen ablöst, sondern diese schon bei re- seits die Vorteile einer Wärmepumpe ausnützt, aber an-

lativ hohen Außentemperaturen unterstützt, und bei der dererseits deren Wärmeerzeugung sinnvoll durch stu-

die aufgenommene elektrische Energie günstig auf die 5 fenweise Zuschaltung einer elektrischen Beheizung er-

Niedertarifzeit und die Hochtarifzeit verteilt ist gänzL Weiterhin ist von Vorteil, daß einerseits eine von

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, den Elektrizitäts-Versorgungsunternehmen gewünschte

daß die Zentralheizung einen Durchlauferhitzer auf- Grundlast an das Stromnetz angeschlossen ist, daß diese

weist, der mit mehreren getrennt einschaltbaren Lei- aber hauptsächlich von der Wärmepumpe aufgenom-

stungsstufen versehen ist, io men wird und in der Hochtarifzeit nur dann von dem

daß in der Niedertarifzeit ab einer bestimmten oberen Durchlauferhitzer verbraucht wird, wenn besonders

Außentemperatur II, die unter 20⁰C und über 0⁰C liegt, niedrige Außentemperaturen herrschen, bei denen eine

eine der Leistungsstufen des Durchlauferhitzers mit et- Wärmepumpe nur mit unverhältnismäßig großem Auf-

wa ^XU bis ³Ia der Gesamtleistung des Durchlauferhitzers wand arbeiten könnte.

eingeschaltet ist, 15 Weiter ergibt sich, daß die Nenn-Anschlußleistung daß in der Niedertarifzeit unterhalb einer bestimmten der Zentralheizung gegenüber konventioneller Zentralunteren Außentemperatur I alle Leistungsstufen des heizungen um wenigstens V3 reduziert wird.
Durchlauferhitzers eingeschaltet sind und die Wärme- In Ausgestaltung der Erfindung weist der Durchlaufpumpe abgeschaltet ist, erhitzer drei Leistungsstufen auf, wobei die 1. Leistungsdaß bei einer bestimmten mittleren Außentemperatur 20 stufe, die bei Abschaltung der Wärnuyjmpe einschaltet, III, die unterhalb der oberen Außentemperatur II und deren Anschlußleistung entspricht Die beiden anderen oberhalb der unteren Außentemperatur I liegt "bzw. die- Leistungsstufen sind vorzugsweise gleich groß,
ser gleich ist, bei Verringerung der Anschlußleistung der Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch geWärmepumpe bzw. bei Abschaltung der Wärmepumpe kennzeichnet, daß auch dann, wenn die Vorlauftemperaeine die Verringerung der Anschlußleistung etwa erset- 25 tür des Wärmeträgers über eine gewisse Zeitspanne eizende Leistungsstufe sowohl in der Niedertarifzeit als ne Temperatur von etwa 45° C unterschreitet, Wärmeauch in der Hochtarifzeit eingeschaltet ist und träger aus dem Speicher entnommen wird. Damit ist daß ab einer weiteren mittleren Außentemperatur IV, sichergestellt, daß nicht nur bei einer Außentemperatur die zwischen der bestimmten oberen Außentemperatur IV, beispielsweise 5° C, sondern auch bei plötzlich er-II und der bestimmten mittleren Außentemperatur III 30 höhtem Wärmebedarf Heißwasser aus dem Speicher liegt, in der Hochtarifzeit und in der Niedertarifzeit dem von der Wärmepumpe erwärmten Vorlaufwasser Wärmeträger aus dem Speicherbehälter entnommen beigemischt wird.

wird. Besonders einfach zu installieren ist die Zentralhei-Durch die Erfindung ist erreicht, daß oberhalb der zung dann, wenn die Wärmepumpe und der Durchlaufbestimmten oberen Außentemperatur II, beispielsweise 35 erhitzer sowie die notwendigen Schalt- und Verbin-15°, sowohl in der Hochtarifzeit als auch in der Nieder- düngemittel in einer Baueinheit integriert sind. Dies hat tarifzeit nur die Wärmepumpe arbeitet Sie hat bei- gleichzeitig den Vorteil einer raumsparenden Unterspielsweise eine Anschlußleistung von 5 kW. Unterhalb bringung.

der bestimmten oberen Außentemperatur II arbeitet Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der zusätzlich zu der Wärmepumpe eine Leistungsstufe des 40 Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beDurchlauferhitzers. Diese heizt den Speicher auf. Ab schrieben. Es zeigt

einer mittleren Außentemperatur IV, beispielsweise F i g. 1 den wassertechnischen Aufbau einer Zentral-

5°C, wird sowohl in der Hochtarifzeit als auch in der heizungsanlage schematisch und

Niedertarifzeit dem von der Wärmepumpe hier nur Fig.2 die elektrische Schaltung der Anlage nach

noch ungenügend aufgeheizten Vorlaufwasser des 45 Fig. 1.

Heizkreislaufes Heißwasser aus dem Speicher züge- Eine Wärmepumpe 1 ist ausgangsseitig mit einem mischt Sinkt die Außentemperatur unter die bestimmte Wärmetauscher 2 verbunden. Die Wärmepumpe 1 beuntere Außentemperatur I, beispielsweise 0⁰C, oder steht in bekannter Weise aus einem Verdampfer, einem — 15°C, dann wird die Wärmepumpe abgeschaltet da Kompressor, einem Kondensator und einem Drosselihr Betrieb hier nicht mehr wirtschaftlich ist. In der 50 ventil. Der Wärmetauscher 2 ist dabei an den Kondensa-Hochtarifzeit wird jetzt eine Leistungsstufe des Durch- tor angeschlossen. Der Verdampfer wird eingangsseitig lauferhitzers eingeschaltet, deren Anschlußwert dem von einem Wärmeträger beaufschlagt. Im vorliegenden Anschlußwert der Wärmepumpe entspricht. In der Nie- FnII dem als Wärmeträger insbesondere die Umgedertarifzeit dagegen arbeitet der Durchlauferhitzer bei bungsluft, die über einen schematisch dargestellten Kadieser Außentemperatur mit seiner vollen Leistung. 55 nal 3 zu- und über einen Kanal 4 abgeführt wird.

Anstelle der vollständigen Abschaltung der Wärme- In den Wärmetauscher 2 mündet ausgangsseitig eine

pumpe kann nach der Erfindung weiterhin bei einer Rücklaufleitung 5 der Zentralheizungsanlage. Es ist

bestimmten mittleren Außentemperatur III, beispiels- über ein Magnetventil 6, einen Rückflußverhinderer 7

weise zwischen 0 und -15° C die bei dieser Temperatur und eine Vorlauf pumpe 8 an eine Vorlaufleitung 9 ange-

aus physikalischen Gründen zusätzlich zur Verminde- 60 schlossen,

rung des Wirkungsgrades auftretende Reduzierung der Weiterhin ist ein in mehreren Stufen sch&ltbarer aufgenommenen elektrischen Leistung dadurch ausge- Durchlauferhitzer 10 vorgesehen. Eingangsseitig liegt glichen werden, daß zur Erhaltung der gewünschten dieser über ein Magnetventil 11 an der Rücklaufleitung Grundlast eine entsprechende Leistungsstufe des 5 und ist mit dem Ai-sgang von zwei hintereinanderge-Durchlauferhitzers zugeschaltet wird. 65 schalteten Speicherbehältern 12 und 13 verbunden. Aus-Selbstverständlich hänpt die Einschaltung der War- gangsseitig ist der Durchlauferhitzer 10 über eine Um· mepumpe oder der Leistungsstufen des Durchlauferhit- laufpumpe 14 an den Speicherbehälter 13 angeschloszers zusätzlich von dem tatsächlichen Wärmebedarf ab. sen. Zwischen der Pumpe 14 und der Pumpe 8 ist eine

Verbindung über ein Magnetventil 15 sowie ein Magnetventil 16 mit vorgeschaltetem Rückflußverhinderer 17 hergestellt.

In der Vorlaufleitung 9 und der Rücklaufleitung 5 ist, wie üblich, ein Mischer 18 vorgesehen.

Der Aufbau und die Installation der Zentralheizung sind dadurch vereinfacht, daß die beschriebenen wesentlichen Bauteile 1, 2, 6-8, 10, 11, 14—17, auf einem Träger 19 installiert sind.

In Fig.2 sind die elektrischen Betätigungsmittel der beschriebenen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, die jene in F i g. 2 tragen. Die Schaltung liegt zwischen dem Massepol Mp und der Phase R des Wechselstromnetzes. Zur Niedertarifzeit liegt zusätzlich am Pol RN die Netzspannung an. Es ist ein Außentemperaturfühler vorgesehen, über den mittels eines nicht näher dargestellten Reglers entsprechend der jeweiligen Außentemperatur vier Kontakte 20,21,22 und 23 geschlossen werden. Ab einer Außentemperatur von beispielsweise 15°C schließt sich der Kontakt 21, beim weiteren Absinken der Temperatur bei 5°C der Kontakt 20 und bei O⁰C die Kontakte 22 und 23. Der Durchlauferhitzer ist mit drei Leistungsstufen 10a, 10£> und 10c versehen. Die Leistungsstufe 10a liegt in Serie zum Kontakt 21. Die Leistungsstufe 106 liegt in Serie zum Kontakt 22. Dem Kontakt 23 ist eine Wicklung 24 eines Relais nachgeschaltet, das zwei Öffnerkontakte 25 und 26 und drei Schließkontakte 27,28 und 29 aufweist. Der Kontakt 25 liegt vor dem Kompressor der Wärmepumpe 1 und dem Magnetventil 6. Der Kontakt 26 liegt zwischen der Umwälzpumpe 14 sowie dem parallelgeschalteten Magnetventil 11 und dem Kontakt 21. Dem Kontakt 27 ist die Leistungsstufe 10c des Durchlauferhitzers nachgeschaltet. Der Kontakt 28 liegt vor der Umwälzpumpe 14 sowie dem Magnetventil 11. Der Kontakt 29 liegt in Serie zum Magnetventil 16.

in der Voriaufieitung 9 ist ein Temperaturfühler vorgesehen, der einen Kontakt 30 schließt, wenn die Vorlauftemperatur 45°C unterschreitet. Der Kontakt 30 liegt vor der Wicklung 31 eines weiteren Relais, das einen Kontakt 32 aufweist. Dieser Kontakt liegt parallel zum Kontakt 20. Der Parallelschaltung des Kontaktes 20 und des Kontaktes 32 ist das Magnetventil 15 nachgeschaltet.

Zusätzlich ist der Phase R ein Einschaltkontakt 33 und der Phase RN ein Einschaltkontakt 34 nachgeschaltet Am Kontakt 33 liegen die Vorlaufpumpe 8, der Kontakt 25, der Kontakt 20, der Kontakt 30, der Kontakt 32, der Kontakt 23 und die Kontakte 27 bis 29. Am Einschaltkontakt 34 liegen die Kontakte 21 und 22.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung ist bei Wärmebedarf folgende:

1. Bei einer Außentemperatur über 15° C sind die Kontakte 20 bis 23 offen. Die Wärmepumpe 1 arbeitet Das Magnetventil 6 ist geöffnet und die Vorlaufpumpe 8 läuft Dies gilt sowohl für die Hochtarifzeit als auch für die Niedertarifzeit

2. Bei einer Außentemperatur zwischen 15° C und 5° C ändert sich an dem unter Ziffer 1 beschriebenen Schaltzustand in der Hochtarifzeit nichts. In der Niedertarifzeit wird zusätzlich die Leistungsstufe 10a, sowie über den geschlossenen Kontakt 26 die Umwälzpumpe 14 eingeschaltet und das Magnetventil 11 geöffnet Die Leistungsstufe 10a des Durchlauferhitzers 10 beheizt jetzt die Speicherbehälter 12,13.

3. Bei einer Temperatur zwischen 5° C und 0⁰C schließt zusätzlich der Kontakt 20. Dadurch wird das Magnetventil 15 geöffnet Es wird jetzt dem von der Wärmepumpe 1 erwärmten Wasser Heißwasser aus den Speicherbehältern 12,13 zugemischt. In der Niedertarifzeit arbeitet die Leistungsstufe 10a und die Umwälzpumpe 14, wie unter Ziffer 2 beschrieben.

4. Bei einer Außentemperatur unter O⁰C sind zusätzlich zu den Kontakten 20 und 21 die Kontakte 22 und 23 geschlossen. Durch das Schließen des Kontaktes 23 werden über die Relaiswicklung 24 die Kontakte 25 und 26 geöffnet und die Kontakte 27,28 und 29 geschlossen. Die Wärmepumpe 1 wird hierdurch abgeschaltet und das Magnetventil 6 schließt sich. Es ist jetzt — auch in der Hochtarifzeit — anstelle der Wärmepumpe 1 die Leistungsstufe 10c angeschlossen, die den gleichen elektrischen Anschlußwert wie die Wärmepumpe 1 aufweist. Die Magnetventile 11 und 16 sind ebenso wie das Magnetventil 15 geöffnet. Die Pumpen 8 und 14 laufen. In der Niedertarifzeit sind über die geschlossenen Kontakte 21 und 22 die Leistungsstufen 10a und 106 zusätzlich eingeschaltet. Die gesamte Heizung erfolgt mittels des Durchlauferhitzers.

Unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur wird dann, wenn die Temperatur des Vorlaufwassers 45°C unterschreitet, der Kontakt 30 geschlossen. Hält diese niedrige Vorlauftemperatur einige Zeit, beispielsweise mehr als 5 Minuten an, dann schließt sich der Kontakt 32, so daß das Magnetventil 15 geöffnet und somit Heißwasser aus den Speicherbehältern dem Vorlauf beigemischt wird.

Im folgenden werden pauschal die Anschlußverhältnisse abgeschätzt:

Geht man beispitlsweise von einem 24stündigen Wärmebedarf entsprechend 360 kWh aus, dann benötigt die Wärmepumpe unter Zugrundelegung einer Leistungsziffer von 3 ohne Berücksichtigung des Gesamtwirkungsgrades der Wärmepumpe eine elektrische Energie von 120 kWh, die Wärmepumpe muß demnach eine Anschiußieistung von 5 kW haben. Zur Erreichung einer Grundlast während der Heizperiode hat die Leistungsstufe 10c, die zur Hochtarifzeit unter 0⁰C anstelle Wärmepumpe arbeitet, ebenfalls eine Leistung von 5 kW. Muß ein Wärmebedarf von 360 kWh unter 0⁰C allein von dem Durchlauferhitzer gedeckt werden, dann müssen nach Abzug der 24stündigen Energie der Leistungsstufe 10c noch 240 kWh im Speicherbetrieb aufgebracht werden. Dies bedeutet unter der Annahme einer 8stündigen Niedertarifzeit, daß die Leistungsstufen 10a und 106 insgesamt eine Leistung von 30 kW haben müssen. Jede der Leistungsstufen 10a und 10£> hat vorzugsweise die Hälfte dieser Leistung, also 15 kW. Insgesamt hat der Durchlauferhitzer damit eine \nschlußleistung von 35 kW.

Vergleicht man diesen Anschlußwert von 35 kW mit dem Anschlußwert, dem eine Zentralheizungsanlage haben müßte, die nur während einer 8stündigen Niedertarifzeit arbeitet (45 kW), dann ergibt sich, daß die Anschlußleistung bei der erfindungsgemäßen Zentralheizungsanlage um etwa V₃ erniedrigt ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 1. Patentansprüche: Leistungsstufe in zwei Leistungsstufen unterteilt ist, deren eine bei Reduzierung der von der Wärme-

1. Zentralheizung mit Wärmepumpe und elektri- pumpe aufgenommenen Leistung eingeschaltet wird scher Zusatzheizung, wobei ab einer bestimmten un- 5 und deren andere beim Abschalten der Wärmepumteren Temperatur zusätzlich zur Wärmepumpe ein pe zusätzlich zugeschaltet ist
Speicherbehälter eines Wärmeträgers Wärme lie- 12. Zentralheizung nach einem der vorhergehenfert, dadurch gekennzeichnet, den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch daß die Zentralheizung einen Durchlauferhitzer (10) dann, wenn die Vorlauftemperatur des Wärmeträaufweist, der mit mehreren getrennt einschaltbaren io gers über eine gewisse Zeitspanne etwa 45°C unter-Leistungsstufen(10a, IQb, IQc) versehen ist, schreitet. Wärmeträger aus dem Speicher (12, 13) daß in der Niedertarifzeit ab einer bestimmten obe- entnommen wird.

ren Außentemperatur II, die unter 20⁰C und über 13. Zentralheizung nach einem der vorhergehen-0° C liegt, eine der Leistungsstufen (10a,) des Durch- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lauferhitzers (10) mit etwa ^XU bis ³A» der Gesamtlei- 15 Wärmepumpe (1) und der Durchlauferhitzer (10) sostung des Durchlauferhitzers (10) eingeschaltet ist, wie die notwendigen Schalt- und Verbindungsmittel daß in der Niedertarifzeit unterhalb einer bestimm- (2, 6, 7, 8, 11, 14, 15, 16, 17) in einer Baueinheit ten unteren Außentemperatur I alle Leistungsstufen integriert sind.
(10a, 106, 10ς> des Durchlauferhitzers (10) eingeschaltet sind end die Wärmepumpe abgeschaltet ist, 20

daß bei einer bestimmten mittleren Außentemperatur III, die unterhalb der oberen Außentemperatur II

und oberhalb der unteren Außentemperatur I liegt Die Erfindung betrifft eine Zentralheizung mit Wärbzw, dieser gleich ist, bei Verringerung der An- mepumpe und elektrischer Zusatzheizung, wobei ab eischlußleistung der Wärmepumpe (1) bzw. bei Ab- 25 ner bestimmten unteren Temperatur zusätzlich zur schaltung der Wärmepumpe Q\ eine die Verringe- Wärmepumpe ein Speicherbehälter eines Wärmeträrung der Anschlußleistung etwa ersetzende Lei- gers Wärme liefert

stungsstufe (10c,) sowohl in der Niedertarifzeit als Eine derartige Zentralheizung ist in der US-PS

auch in der Hochtarifzeit eingeschaltet ist und 27 23 083 beschrieben. In der US-PS 27 23 083 sind eine

daß ab einer weiteren mittleren Außentemperatur 30 Wärmepumpe und ein Wärmespeicher vorgesehen, der

IV, die zwischen der bestimmten oberen Außentem- mittels nicht getrennt einschaltbarer elektrischer Heiz-

peratur II und der bestimmten mittleren Außentem- körper aufzuladen ist Die Heizkörper werden in Ab-

peratur IH liegt, in der Hochtarifzeit und in der Nie- hängigkeit von der Speichertemperatur unabhängig von

dertarifzeit Wärmeträger aus de^ Speicherbehälter der Raumtemperatur und der Außentemperatur einge-

(12,13) entnommen wird. 35 schaltet Ein Einschalten der Heizkörper bei laufender

2. Zentralheizung nach Anspruch 1, dadurch ge- Wärmepumpe ist verhindert Ein die Außentemperatur kennzeichnet, daß die Außentemperatur I bei 0⁰C erfassender Thermostat ist nicht vorgesehen. Außerdem liegt ist in der US-PS 27 23 083 eine Heizleistungsaufteilung

3. Zentralheizung nach Anspruch 1, dadurch ge- entsprechend der Niedertarifceiten uT-u der Hochtarif kennzeichnet, daß die Außentemperatur I bei 40 zeiten nicht vorgesehen.

-15° C liegt. Bei der US-PS 27 23 083 unterstützt der Wärmespei-

4. Zentralheizung nach Anspruch 3, dadurch ge eher die Wärmepumpe nicht schon bei relativ hohen kennzeichnet, daß die Außentemperatur III bei 0⁰C Außentemperaturen. Der Wärmespeicher soll vielmehr liegt erst bei extremen kalten Wetter zugeschaltet werden.

5. Zentralheizung nach einem der vorhergehenden 45 In der Literaturstelle H. Rietschels »Lehrbuch der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- Heiz- und Lüftungstechnik«, 13. Auflage, Berlin/Göttintemperatur II bei + 15⁰C Hegt gen/Heidelberg, 1958, Seite 234, ist erwähnt, daß sich

6. Zentralheizung nach einem der vorhergehenden ein unwirtschaftlicher Wärmepumpenbetrieb vermei-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- den läßt, indem die Wärmepumpe nur an den zahlenmätemperatur IV bei 5° C liegt. 50 ßig überwiegenden Heiztagen mit Temperaturen über

7. Zentralheizung nach einem der vorhergehenden 0⁰C eingesetzt wird und bei niedrigeren Außentempe-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der raluren die Heizwassererwärmung teilweise oder voll-Außentemperatur II geschaltete Leistungsstufe ständig einer Kesselanlage übertragen wird. Vorschläge (10a,) etwa die Hälfte der Gesamtleistung beträgt. zur Verwirklichung dieser Idee sind in der genannten

8. Zentralheizung nach einem der vorhergehenden 55 Literaturstelle nicht enthalten. Darüber hinaus ist es äu-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nie- ßerst unwirtschaftlich, ganzjährig eine Kesselanlage bedertarifzeit unterhalb der Außentemperatur I alle reitzuhalten, die für die Deckung des gesamten maxima-Leistungsstufen (10a, 106, iOc) eingeschaltet sind. len Wärmebedarfs dimensioniert sein muß, und diese

9. Zentralheizung nach einem der vorhergehenden nur an sehr wenigen Tagen im Jahr einzusetzen.
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch- 60 Bei der Konzipierung neuer Heizungsanlagen sind lauferhitzer (10) drei Leistungsstufen (10a, 106,10c,) neben der Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Betriebsaufweist, wobei die 1. Leistungsstufe (10ς) die bei und Anschaffungskosten weitere Forderungen zu beAbschaltung der Wärmepumpe einschaltet, deren achten. So ist es wünschenswert, die Anschlußleistung Anschlußleistung entspricht. der Zentralheizung zu verringern und eine 24stündige

10. Zentralheizung nach Anspruch 9, dadurch ge- es Grundlast über ca. 200 Heiztage zu gewährleisten,
kennzeichnet, daß die beiden anderen Leistungsstu- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentralheizung der fen (10a, lObj gleich groß sind. eingangs genannten Art vorzuschlagen, die mit einer

11. Zentralheizung nach einem der vorhergehen- Wärmepumpe arbeitet, welche nur so stark ausgelegt