DE29810584U1

DE29810584U1 - Kombinierte Wärmepumpe-Kälteanlage

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Publication number: DE29810584U1
Application number: DE29810584U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2008-06-13

Description

Kombinierte Wärmepumpe - Kälteanlage

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Wärmepumpe - Kälteanlage mit mehreren Wärmeübertragern zur Kondensation und Verdampfung des Kältemittels.

Kompressionwärmepumpen werden vorwiegend zur Erzeugung von Heizwärme eingesetzt. Dabei wird aus einer Niedertemperaturwärmequelle, wie sie zum Beispiel die Umgebung darstellt, von einem Kältemittelkreislauf Verdampfungswärme aufgenommen und der entstehende Kältemitteldampf wird unter Energiezufuhr verdichtet. Anschließend wird die Kondensationswärme des Kältemitteldampfes als Heizwärme zumeist in einem indirekten Kreislauf genutzt.

In Kompressionskälteanlagen wird nach gleichem Prinzip auf niedrigerem Temperaturniveau Nutzkälte erzeugt und Wärme an die Umgebung abgegeben.

Es sind im Stand der Technik Kombinationen von Wärmepumpen und Kälteanlagen bekannt, wobei häufig in einer Kaskadenschaltung der Kondensator der Kälteanlage mit dem Verdampfer der Wärmepumpenanlage kombiniert ist. Es werden aber auch Anlagen realisiert, wo in einem Kältemittelkreislauf durch die Wahl eines geeigneten Kältemittels und eines Verdichters mit hohem Druckverhältnis die kombinierte Kälteerzeugung- und Wärmeabgabe erreicht wird.

Es bestehen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für die Kombination von Kälte- und Wärmeerzeugung. Als Beispiel sei der Betrieb einer Kühlzelle für die Lebensmittelkühlung als Kälteverbraucher und die Warmwasserbereitung in einer Großküche als Wärmeverbraucher genannt. Bei einem System mit mehreren Kälte- und Wärmeverbrauchern stellt sich die Frage nach einer Regelstrategie für die Gesamtanlage.

Eine Leistungsregelung für Wärmepumpenanlagen ist aus DE 31 47 700 Al bekannt. Dabei wird zur Regelung der Antriebsleistung der Wärmepumpe die in den Verdampfer fließenden Kältemittelmenge über eine Füllstandsmessung in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und Verdampferleistung, sowie die Druckhöhe bzw. Temperatur im Kondensator genutzt.

Für die Regelung einer komplexen, aus mehreren Kälte- und Wärmeverbrauchern aufgebaute Gesamtanlage, ist das vorangehend beschriebene Konzept ungeeignet. Vielmehr ist bei einer größeren Anlage mit einer höheren Trägheit durch Speichereffekte zu rechnen, so daß es sinnvoll ist, die Regelung auf die Optimierung der Leistungszahl der Kälteanlage- Wärmepumpe zu beziehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Optimierung der Leistungszahl einer kombinierten Kälteanlage- Wärmepumpe.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wird durch folgendes Konzept charakterisiert.

Der Grundgedanke besteht darin, daß ein optimaler Wirkungsgrad der gesamten Anlage durch eine möglichst hohe Verdampfungstemperatur und eine tiefstmögliche Kondensationstemperatur erreicht wird. Der sich daraus ergebende Effekt läßt sich anhand der Beziehung für die CARNOT-Leistungszahl einer Wärmepumpe / Kälteanlage folgendermaßen veranschaulichen:

T T

Verdampfitngstemp. , Kondensationstemp. S_n = ⁴^-⁵ bzw. S_r = " .

^u£4 ¹T ¹T MfP ¹T ¹T

Kondensationstemp. ¹ Verdampfiingstemp. Kondensationstemp. -* Verdampfimgstemp.

Bei kleiner werdender Temperatur- bzw. Druckdifferenz zwischen der Kondensationsund der Verdampfungstemperatur bzw. -druck steigt folglich die Leistungszahl der Wärmepumpe / Kälteanlage.

• Mt·· ···

Zur Lösung der Aufgabe werden die im kennzeichnenden Teil der Schutzansprüche angegebenen Merkmale vorgeschlagen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß werden bei einer kombinierten Wärmepumpe - Kälteanlage mehrere Verdampfer, Kondensatoren und Verdichter temperatur- oder druckgeführt geregelt. Dabei werden die Verbraucher optimal geschaltet, so daß im Kreislauf mit niedriger Kondensationstemperatur und hoher Verdampfungstemperatur bei maximaler Leistungszahl der Anlage gefahren wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles mit Bezugnahme auf die Zeichnung.

Fig. 1: Fließbild temperaturgeführte Wärmepumpe- Kälteanlage

Gemäß Fig. 1 besteht die Wärmepumpe- Kälteanlage im wesentlichen aus zwei Verdichtern 3, 4, drei Verdampfern 2, 2.1, 2.2 und zwei Kondensatoren 1, 1.2 und einem Enthitzer 1.1.

Der Verdampfer 2.1 stellt neben dem als Verdampfer geschalteten Erdkollektor 2 und dem Verdampfer 2.2 der Kälte- oder Klimaanlage eine weitere Wärmequelle insbesondere für den Wärmepumpenbetrieb im Winter dar. Vorteilhaft wird als Quelle auch ein Luftkollektor eingesetzt, denkbar ist aber auch der Einsatz eines Wärmeübertragers in einem Wasserreservoire.

Ein Verdichter 3 arbeitet weitgehend im Dauerbetrieb, während der Verdichter 4 nur bei erhöhtem Wärme- oder Kältebedarf zugeschaltet wird.

Weitere, nicht näher bezeichnete Apparate des Kältemittelkreislaufes sind der Kältemittelsammler, der Filtertrockner und das Schauglas, sowie mehrere Stellglieder in Form von Ventilen und Absperrklappen sowie dem Entspannungsorgan. Geregelt wird die Anlage von einem Computer 5.

Der Kondensator 1 stellt den Wärmeverbraucher Heizung der Wärmepumpe dar. Dem Kondensator 1 vorgeschaltet ist vorteilhaft ein Enthitzer 1.1, welcher das Kältemittel bis auf Kondensationstemperatur abkühlt und zur Brauchwassererwärmung dient. Ein weiterer Kondensator 1.2 ist ein Erdkollektor, welcher alternativ zu Kondensator 1 als Kondensator für den Betrieb der Kälteanlage im Sommer betrieben werden kann. Als Verdampfer 2 ist ein Erdkollektor für den Betrieb der Wärmepumpe im Winter vorgesehen und wiederum alternativ dazu geschaltet der Verdampfer 3 der Kälteanlage.

Um die Anlage optimal zu fahren, werden die Verdampfer 2, 2.1 und 2.2 sowie die Kondensatoren 1, 1.2 abhängig vom gemessenen Temperatur- bzw. Druckniveau geschaltet.

Im Winterbetrieb bei hohem Heizbedarf und geringem Kältebedarf wird der Erdkollektor als Verdampfer 2 und die Heizung als Kondensator 1 gefahren. Im Sommerbetrieb bei hohem Kältebedarf wird der Verdampfer 2.1 der Kälteanlage und als Kondensator 1.2 der Erdkollektor in Verbindung mit dem Enthitzer 1.1 betrieben.

Liste der Bezugszeichen

1 Wärmeübertrager, Kondensator, Heizung

1.1 Wärmeübertrager, Enthitzer, Warmwasserbereiter

1.2 Wärmeübertrager, Kondensator, Erdkollektor

2 Wärmeübertrager, Verdampfer, Erdkollektor

2.1 Wärmeübertrager, Verdampfer, Kälteanlage, Klimaanlage

2.2 Wärmeübertrager, Luftkollektor

3 Verdichter

4 Verdichter

5 Computer

Claims

Schutzansprüche

1. Kombinierte Wärmepumpe - Kälteanlage mit temperaturgefuhrter Regelung bestehend aus mindestens einem Verdichter (3) und mehreren Wärmeübertragern zur Verdampfung und Kondensation von Kältemittel sowie einem Entspannungsorgan,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Regelung von den als Kondensator arbeitenden Wärmeübertragern (1, 1.1) innerhalb der Anlage je nach vorliegenden Temperaturen bzw. Drücken den mit dem niedrigeren Wert ansteuert und von den als Verdampfer arbeitenden Wärmeübertragern (2,2.1, 2.2) den mit dem höheren Wert ansteuert, so daß die Anlage mit der höchstmöglichen Leistungszahl arbeitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

mindestens ein Verdichter (3) die Grundlast mit geringer Schaltfrequenz von An- und Abschaltung abdeckt und ein Verdichter (4) bei hohem Kälte- oder Wärmebedarf zugeschaltet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Regelung die Einhaltung einer Minimaltemperatur für die Wärmeübertrager (1) der Heizung und die Maximaltemperatur für die Wärmeübertrager (2.1) der Kühlung gewährleistet.