DE2609489A1

DE2609489A1 - Waermepumpanlage

Info

Publication number: DE2609489A1
Application number: DE19762609489
Authority: DE
Inventors: Henning Brinch Madsen
Original assignee: SVENSKA GEOTHERM AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-03-08
Publication date: 1976-09-23
Also published as: ES445907A1; AT351709B; PT64860B; CA1028863A; FI751535A; FR2304036A1; GB1515636A; JPS51110843A; NO143511C; NL7602409A; DE2609489B2; CH611403A5; DK141027C; FR2304036B1; FI60603C; ZA761295B; SE7603088L; SE409240C; DK141027B; DK94975A

Description

PATENTANWALT DiPL.-lNG. H. STROHSCHÄNK 8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08 O) 881608

3.3.1975-SW(4) 190e-1413P

SVENSKA GEOTHERM AE, Ilerrhagsgatan 20, S-652 23 Karlstad (Schweden)

Uärmepumpanl a ge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpanlage zum gleichzeitigen Aufheizen des Heizwassers einer Zentralheizanlage und von in einem Speicherkessel befindlichem Nutzwasser.

Wärmepumpanlagen, die die beispielsweise im Erdreich vorhandene Wärme für Heizzwecke ausnutzen, sind bekannt. Da es sehr schwierig ist, die Leistung eines Kompressors zu regulieren, weisen die bekannten Anlagen den Nachteil auf, dass der Kompressor nach seinem Arbeitsbeginn verhältnxsmässxg schnell auf eine gewisse Kondensations- und Kompressionstemperatur eingeregelt wird, die vom Wärmebedarf unabhängig ist, so dass der Wirkungsgrad der Anlage, d.h. das Verhältnis zwischen der erzeugten Heizleistung und der für den Betrieb des Kompressors verbrauchten Leistung, nicht mehr optimal ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Wärmepumpanlage so zu vervollkommnen, dass die benötigte Heizleistung mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad erzeugt werden kann.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung zum Regeln der den Heizkörpern zugeführten Heizwasser-

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menge (Vol. in d. Zeiteinheit) in Abhängigkeit einer für die zuzuführende Heizwärme charakteristischen Sustandsgrösse gelöst.

Infolge der speichernden Eigenschaft des Speicherkessels für das Hutzwasser ergibt sich für den Kompressor eine ausgeglichene Betriebszeit und die Temperatur des Kühlmediums der Wärmepumpe kann die Temperatur des heissen Uassers nicht wesentlich überschreiten.

Durch die im Kennseichen des Anspruchs 2 genannte cTaj3nahme kann die Temperatur des Heizwassers für die Heizkörper auf den notwendigen und ausreichenden Wert eingestellt werden, während die Kompressionstemperatur des Kühlmediums im wesentlichen konstant gehalten wird.

Durch das im Kennzeichen des Anspruchs 3 genannte merkmal wird ein weiterer Teil der inneren Wärme des Kühlnittelkondensats ausgenutzt, bevor das Kondensat bei seiner Ausdehnung verdampft .

Durch das im Kennzeichen des Anspruchs 4 genannte Ilerlüaal wird die vom Kompressor bei dessen Betrieb ausgestrciiilte Verlustwärme zum Anheben der Temperatur des Kühlmediuras verwendet, wodurch der wirkungsgrad der Anlage weiterhin verbessert wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 die Wärmepumpanlage in einem lotrechten Schnitt;

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Fig. 2 dieselbe Anlage in einem dicht unterhalb des Speicherkessels geführten waagerechten Querschnitt.

Gemäss der Zeichnung sind alle wesentlichen, in nicht besonders dargestellter Weise an eine beispielsweise durch das Erdreich gebildete Wärmequelle angeschlossenen Teile der dem Ausführungsbexspiel entsprechenden TCärmepumpanlage in einem wärmeisolierend ausgebildeten Gehäuse 1 angeordnet, und zwar ein Speicherkessel 2 für heisses Nutzwasser, der von einem den Heizkessel einer im übrigen nicht dargestellten Zentralheizanlage bildenden Hexzwassermantel 3 umgeben ist, eine in diesem Hexzwassermantel 3 geführte Rohrwendel 5 aus Kupfer, die den Hauptteil eines Kondensators der Wärmepumpe bildet, ein Kompressor 10 und ein als Wärmetauscher 7 ausgebildeter Verdampfer der Wärmepumpe, ein thermostatisches Aüsdehnungsventil 16, ein Trockenfilter 17, ein den restlichen Teil des Kondensators der Wärmepumpe bildender, ausserhalb des Heizwassermantels 3 befindlicher Wärmetauscher 6, dessen Wirkungsweise nachstehend noch beschrieben wird, Umwälzpumpen 13 und für das Heizwasser der Zentralheizanlage und für das Kühlmedium der Wärmepumpe sowie weitere, nachstehend noch genannte Armaturen und Rohrleitungen der Wärmepumpanlage.

über den Wärmetauscher 7 steht der Verdampfer für das Kühlmedium der Wärmepumpe im Wärmeaustausch mit der Soleflüssigkeit einer Soleanlage, d.h. einer Anlage mit einem Kreislauf von Soleflüssigkeit, deren Gefrierpunkt unter 0⁰C liegt. Die Soleflüssigkeit erhält ihre Wärmeenergie beispielsweise aus dem Erdreich oder aus der umgebenden Luft und gibt sie im Wärmetauscher 7 an das Kühlmittel der Wärmepumpe ab, welches dadurch verdampft. Zum Umwälzen der Soleflüssigkeit dient eine

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Umwälzpumpe 14, die die Soleflüssigkeit aus dem Erdreich ansaugt und über eine Zuleitung 37 dem Wärmetauscher zuführt und zugleich weiter erhitzt.

Ausserdem ist der untere, beim Betrieb am wärmsten werdende Teil des Kompressors 10 von einer aus Kupfer bestehenden Kühlschlange 11 umgeben, deren beide Enden 39 und 40 in die Zuleitung 37 in der Weise einmünden, dass die öffnung des einen Endes 39 entgegen deren Durchströmungsrichtung und die Öffnung des anderen Endes 40 in deren Durchströmungsrichtung ausmündet.

Beim Betrieb der Anlage wird das im Speicherkessel 2 befindliche Nutzwasser von dem den Speicherkessel 2 umgebenden, im Heizwassermantel 3 befindlichen Keizwasser her aufgeheizt, welches seinerseits von der den Ilauptteil des Kondensators der Wärmepumpe bildenden Rohrwendel 5 her aufgeheist wird. Die bei der Kondensation des Kühlmediums frei werdende Wärmeenergie wird an das Heizwasser der Sentralheizanlage abgegeben, welches durch die zylindrische Wandung des Speicherkessels 2 hindurch zugleich das darin befindliche Nutzwasser aufheizt. Im übrigen v/eist der Speicherkessel 2 ein Volumen von mindestens 300 1 auf und bildet auf diese Weise zugleich einen auf die Betriebszeit des Kompressors 10 ausgleichend wirkenden Wärmespeicher der Wärmepumpe .

über die Umwälzpumpe 13 wird das beispielsweise aus den Rohrschlangen einer Fussbodenheizung oder aus sonstigen Heizkörpern der Sentralheizanlage zurückströmende abgekühlte Heizwasser in deren Kreislauf umgewälzt. Da die Temperatur des Rücklaufwassers in der Crössenordnung von 10° C niedriger als die Temperatur des Vorlauf wassers ist, kann es genäss Fig. 1 dazu ausgenutzt v/erden, durch den Wärmetauscher 6 geleitet zu werden, in dem es

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das in einer den restlichen Teil des Kondensators der Wärmepumpe bildenden Rohrwendel 31 befindliche, aus der Rohrwendel 5 unten mit einer den unteren Teil des Heizwassermantels 3 entsprechenden Temperatur durch eine Verbindungsleitung 30 abgeströmte Kühlmedium der Wärmepumpe weiter abkühlt. Auf diese Weise ergibt sich zugleich eine Erniedrigung des mittleren Druckes des Kühlmediums durch den Kondensator und damit ein entsprechend erhöhter Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Das im Wärmetauscher 6 über die Rohrwendel 31 entsprechend vorgewärmte Rücklaufwasser der Centralheizanlage gelangt dann durch eine Verbindungsleitung 25 derart tangential in den unteren Bereich des Heizwassermantels 3, dass es denselben schraubenförmig rotierend nach oben durchströmt, v/odurch sich ein besonders günstiger Wärmeaustausch einerseits zwischen dem Kühlmedium in der Rohrwendel 5 und dem Heizwasser und anderseits zwischen dem Heizwasser und dem im Speicherkessel 2 befindlichen ITutzwasser ergibt.

Der von den Heizkörpern bzw. den Heizschlangen zurückführende Rücklauf der Zentralheizanlage ist gemäss Fig. 1 an einen Rücklaufstutzen 21 einer zur Umwälzpumpe 13 führenden Leitung 22 angeschlossen. Austrittsseitig ist an die Umwälzpumpe 13 ein Dreiwegeventil 12 angeschlossen, das durch einen Stellmotor 23 betätigbar ist. Die eine Ableitung 24 des Dreiwegeventüs 12 führt unten in den Wärmetauscher 6, während dessen andere Ableitung 28 als Bypassleitung unmittelbar zu einem Vorlaufstutzen 27 des Gehäuses 1 führt, an den in nicht besonders dargestellter Weise die Vorlaufleitung der Zentralheizanlage angeschlossen wird. Zu diesem Vorlaufstutzen 27 führt auch eine vom oberen Ende des Heizwassermantels 3 ausgehende Heizwasserleitung 26.

Das Kühlmedium der Wärmepumpe wird vom Kompressor 10 durch

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eine Leitung 29 dem oberen Ende der Rohrwendel 5 zugeführt und das aus dieser Rohrwendel und anschliessend aus der den restlichen Teil des Kondensators der Wärmepumpe bildenden Rohrwendel 31 abströmende Kondensat gelangt daraufhin gemäss Fig. 2 durch eine Verbindungsleitung zum Trockenfilter 17 und anschliessend durch das Ausdehnungsventil 16 zum Wärmetauscher 7, aus dem es schliesslich nach einer ersten Aufheizung durch die Soleflüssigkeit durch eine Leitung 32 wieder dem Kompressor 10 zuströmt.

Das aufzuheizende Nutzwasser gelangt von einem Anschlussstutzen 33 für Kaltwasser aus durch eine Leitung 34 von unten her in den Speicherkessel 2, während das aufgeheizte Nutzwasser den Speicherkessel 2 oben durch eine Leitung 35 zu einem Anschlusstutzen 36 für Warmwasser verlässt.

Die Soleflüssigkeit verlässt den Wärmetauscher 7 schliesslich durch eine Rückleitung 38 nach der beispielsweise durch das Erdreich gebildeten (nicht dargestellten) Wärmequelle hin.

Durch die beschriebene Anlage ergibt sich eine sehr vorteilhafte Regelung der Wärmepumpe. So sollte beispielsweise die Temperatur des zu den Heizkörpern bzw. den Heizschlangen der Zentralheizanlage führenden Vorlaufwassers bei einer Gebäudeheizung so niedrig wie möglich sein, was bei der beschriebenen Anlage über das durch den Stellmotor 23 gesteuerte Dreiwegeventil 12 und die von diesem ausgehende Ableitung 28 erreicht wird, die eine den Heizwassermantel 3 umgehende Bypassleitung bildet, so dass am Vorlaufstutzen 27 unabhängig von der Reiz was ser teraperatur in der Heizwasserleitung 26 stets die gewünschte Temperatur des austretenden Heizwassers erreicht werden kann.

Der Motor 23 des Dreiwegeventils 12 wird durch einen (nicht

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dargestellten) Saun- oder Aussenthermostaten des Hauses gesteuert, während die Ärbeitsperioden des Kompressors 10 mittels eines (ebenfalls nicht dargestellten) Thermostaten gesteuert werden, der sich' innerhalb des He izxvas servant eis 3 befindet. 3ei einer derartigen Steuerung der T'äriiiepunpanlage v/erden die vi'.riiespeichernden Eigenschaften des im Speicherkessel 2 befindlichen Nutzv/assers in bestmöglicher Heise ausgenutzt.

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Claims

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1. j'"Jrr.ev.unnanlao'e ?.uir. gleichzeitig en Aufheizen ties .leizwasscrs Liier Zeniiralhei^aiilage und von in einem Soeicherkessei befindlichere iiutzv/asser, gekennzeichnet durch p.ine Vorrichtung (thermo-· statgesteuertfes !',reiwegeventil 12) zum Kegeln der äeii Heizkörjjcrn zu'_reführten Feizwasserrienge (Vol. in el. Zeiteinheit) in
/Vbhünqigkeit einer far die zuzuführende Heizwärme charakteristischen Zustandsgrösse.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung einen iiaun- oder i_ussentherriostaten aufweist und ein Korapressor (10) der i-Järmepunipe durch eiiaen Thermostaten
steuerbar ist, der in einem den Speicherkessel (2) umgebenden
Heizwassermaritel (3) angeordnet ist, in dein sich als Heizquelle zugleich ein vom Kühlmedium der Wärmepumpe durchsetzter Kondensator (Eohrwendel 5) befindet.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreislauf des Kühlmediums der Wärmepumpe im Anschluss an den Kondensator (Rohrwendel 5) ein Wärmetauscher (6) folgt, in dem das Kondensat durch das unmittelbar anschliessend dem Heizwassermantel (-3) zugeführte, von den" Heizkörpern zurückströmende abgekühlte Heizwasser weiter abgekühlt wird.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- . kennzeichnet, dass der Kompressor (10) der Wärmepumpe von einer Kühlschlange (11) umgeben ist, deren beide Enden (3 9 und. 40) in eine von der Wärmequelle der Wärmepumpe zu einem Verdampfer (Wärmetauscher 7) derselben führende Zuleitung (37) für eine
Soleflüssigkeit ragen, und dass die öffnung des einen Endes (39) entgegen deren Durchströmungsrichtung und die öffnung des anderen Endes (40) in deren Durchströmungsrichtung ausmündet.

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BAD ORIGINAL

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