DE3019475A1 - System zur waermegewinnung aus solar- bzw. umgebungsenergie - Google Patents

System zur waermegewinnung aus solar- bzw. umgebungsenergie

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DE3019475A1 DE19803019475 DE3019475A DE3019475A1 DE 3019475 A1 DE3019475 A1 DE 3019475A1 DE 19803019475 DE19803019475 DE 19803019475 DE 3019475 A DE3019475 A DE 3019475A DE 3019475 A1 DE3019475 A1 DE 3019475A1
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Description

System zur Wärmegewinnung aus Solar- bzw. Umgebungsenergie
Die Erfindung betrifft ein System zur Wärmegewinnung aus Solarbzw. Umgebungsenergie unter Verwendung einer zumindest an einen Luftkollektor gekoppelten Wärmepumpe, bei welcher der Wärmeenergieaustausch über ein Mehrfach-Verdampferregister erfolgt, und mit einem Wärmeenergiespeicher, der über ein hochverdampfendes Wärmetaus eher medium sowohl mit dem Mehrfach-Verdampfungsregister als auch mit der Wärmepumpe gekoppelt ist.
Neben der Wärmegewinnung aus der direkten Sonneneinstrahlung ist es auch bekannt, über eine Wärmepumpe indirekt gespeicherte Sonnenenergie aus der Umgebungswärme in der Luft zu gewinnen, indem die Umgebungswärme über die Wärmepumpe auf ein nutzbares Temperaturniveau angehoben wird. In diesem Zusammenhang ist es auch üblich, die Wärmepumpe an ein Mehrfachverdampferregister anzuschließen, um die gewünschte Wärmeenergie nicht nur aus der Umgebungswärme, sondern auch aus Abwärme zurückzugewinnen. Bei derartigen Anlagen ist es bekannt, sowohl Fs/ai freiliegende
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freiliegende Wärmetauscherflächen, welche unter dem Begriff Energiedach bzw. Energiefassade bekannt sind, od"^ transparent abgedeckteAbsorberüächen in Form von Luftkollektoren zu benutzen, um der Umgebung und insbesondere der Umgebungsluft Wärme zu entziehen. Gerade bei der Verwendung von transparent abgedeckten
■ Luftkollektoren hat sich gezeigt, daß selbst im Winter das Energieangebot aus der Umgebungsluft und der Lichteinstrahlung sehr hoch sein kann, so daß die dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeführte Luft über oder in der Nähe der Vor lauf temperatur der Heizung liegen kann.
Ein solch günstiges Energieangebot kann auch zum Aufheizen eines Solarspeichers oder Brauchwasserspeichers genützt werden. Bei einer derartigen Solaranlage ist eine Optimierung in der Form wünschenswert, daß mit ansteigendem Wärmeangebot die für die Ausnützung der Wärmeenergie erforderliche Zusatzenergie möglichst klein wird. Dabei soll die Wärmeausnützung in einer Weise erfolgen, daß der Betrieb der Wärmepumpe in einem möglichst günstigen Bereich der Leistungszahl liegt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein System zur Wärmegewinnung aus Solar- bzw. Umgebungs energie unter Verwendungeiner Wärmepumpe zu schaffen, bei welchem das Energieangebot aus der Umgebungsatmosphäre und der Sonneneinstrahlung so lange direkt genützt wird, wie es unmittelbar den Wärmebedarf oder den Speicherbedarf beim geforderten Soll-Temperaturniveau zu decken in der Lage ist und bei welchem nur der unmittelbar notwendige Zusatzenergiebedarf, bei höherem als dem direkt erreichbaren Temperaturniveau, durch die Wärmepumpe gedeckt wird.
Diese Aufgabe
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Diese Aufgabe wird für das eingangs erwähnte System erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Mehrfach-Verdampferregister aus einem luftumspülten Lamellenverdampfer und einem dazu wahlweise parallel oder in Reihe geschalteten flüssigkeitsumspülten Verdampfer aufgebaut ist, daß der Lamellenverdampfer zwei durch die gemeinsamen Lamellen parallel zueinander verlaufende Rohrsystem für unterschiedliche Wärmetauschermedien hat, daß die beiden Rohrsystem des Lam eilenverdampf er s jeweils mit einem eingefügten Zweiweghahn in eine Gesamtdurchflußstrecke und eine Teildurchflußstrecke unterteilbar sind, wobei die vom Wärmetauschermedium durchflossenen Abschnitte im Teildurchflußbetrieb räumlich hintereinander und/oder parallel oder teilparallel im Luftstrom angeordnet sind, daß das eine Rohrsystem des Lamellenverdampfers ein hochverdampfendes und das andere Rohrsystem des Lame Ilen Verdampfers ein niedrig verdampfendes Wärmetauschermedium führt, und daß im flüssigkeitsumspülten Verdampfer für den Teildurchflußbetrieb das hochverdampfende Wärmetauschermedium parallel zum niedrig verdampfenden Wärmetauschermedium auf die Wärmepumpe aufsehaltbar ist.
Durch die Maßnahme gemäß der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, das System zur W arme gewinnung in grundsätzlich drei verschiedenen Betriebsarten einzusetzen, wobei die erste Betriebsart bei einem reichlichen Energieangebot aus der Umgebungsatmosphäre mit verhältnismäßig hohen Temperaturen nur das hoch verdampfende Wärmetauschermedium für den Wärmetransport direkt in den Solarspeicher oder den Brauchwasserspeicher bzw. die Heizung benutzt wird, wogegen bei einem mittleren Energieangebot zunächst mit dem hoch verdampfenden Wärmetauschermediumnur ein Teilwärmeentzug ohne Wärmepumpe und danach ein weiterer Wärmeentzug über die Wärme-
pumpe
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pumpe erfolgt, um schließlich bei einem verhältnismäßig geringen Wärmeangebot die Wärmegewinnung über die Wärmepumpe mit dem niedrig verdampfenden Wärmetauschermedium zu betreiben. Dabei kann durch eine parallele Energieentnahme aus dem Solarspeicher dafür gesorgt werden, den Wirkungsgrad bzw. die Leistungszahl der Wärmepumpe in einem günstigen Bereich zu halten. Zu diesem Zweck ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß das hochverdampfende Wärmetauschermedium auch das Speichermedium ist und daß das Speichermedium direkt auf den flüssigkeitsumspülten Verdampfer schaltbar ist.
Um auch bei einem niedrigen Wärmeangebot aus der Umgebungsatmosphäre dieses entweder allein oder zusätzlich zur Versorgung aus dem Solarspeicher nützen zu können, ist ferner vorgesehen, daß das Rohrsystem für das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium über einen Zweiweg-Hahn direkt oder in Serie zum flüssigkeitsumspülten Verdampfer auf die Wärmepumpe schaltbar ist.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung, welche das Funktionsschaltbild des Systems gemäß der Erfindung darstellt.
In der Zeichnung ist ein auf einem Dachsparren 10 verlegter Luftkollektor 11 angedeutet, bei welchem über einer dunkel eingefärbten Wärmetauscherfläche eine transparente Abdeckung 13 angebracht ist. Durch den Zwischenraum zwischen der
Wärme-
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Wärmetauscherfläche 12 und der transparenten Abdeckung 13 und gegebenenfalls auch hinter der Wärmetauscherfläche 12 wird ein Luftstrom 14 geführt, der am oberen Ende des Luftkollektors gesammelt und einem Lamellenverdampfer 15 zugeführt wird. Aufgrund der üblicherweise bei Luftkollektoren großen Wärmetauscherfläche 12 und der Treibhaus wirkung hinter der transparenten Abdeckung 13 lassen sich mit einem derartigen Luftkollektor verhältnismäßig hohe Lufttemperaturen insbesondere bei einer direkten Sonneneinstrahlung erzielen.
Die Temperatur des Luftstromes 14 kann selbst im Winter bei verhältnismäßig niederen Außentemperaturen und einer direkten Sonneneinstrahlung Werte erreichen, die in der Größenordnung der Vorlauftemperatur einer Heizung liegen.
Der luftdurchströmte Lamellenverdampfer 15 bildet zusammen mit einem flüssigkeitsdurchströmten Verdampfer 16 das Mehrfach-Verdampferregister der Wärmepumpe 17. Die Wärmepumpe umfaßt ferner einen Verdichter oder Absorber 18 sowie einen flüssigkeitsumspülten Kondensator 19.
Der Lamellenverdampfer 15 besteht aus einem Rohrsystem für das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium und • einem Rohrsystem 21 für das hoch verdampfende Wärmetauschermedium. Die beiden Rohrsysteme sind parallel zueinander durch gemeinsame Lamellen geführt und werden von dem Luftstrom 14 umspült. Die beiden Rohrsysteme 20 und 21 sind jeweils in einem mittleren Bereich an einen Zweiweg-Hahn 22 bzw. 23 angeschlossen, mit dessen Hilfe es jeweils möglich ist, das zugeordnete Rohrsystem in eine Gesamtdurchflußstrecke und eine Teildurchflußstrecke zu unterteilen. Bei
der
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der in der Zeichnung dargestellten Position des Zweiweg-Hahnes 22 bzw. 23 ist jeweils die Gesamtdurchflußstreck» eingeschaltet.
Das Rohrsystem 20 für das niedrig verdampfende Wärmetau schermedium ist über Anschlußleitungen 25 und 26 an die Wärmepumpe 17 angeschlossen, wobei vom Zweiweg-Hahn 22 eine Stichleitung zur Anschlußleitung 25 führt. Die Anschlußleitung 25 ist über einen weiteren Zweiweg-Hahn 28 angeschlossen, welcher mit dem Verdichter 18 eine Verbindung entweder über eine Wärmetauscherschlange 29 im flüssigkeitsumspülten Verdampfer 16 oder über eine Stichleitung 30 herstellen kann. Ausgangs seit ig ist der Verdichter 18 über eine Wärmetaus eher schlange 32 im flüssigkeitsumspülten Kondensator 19 mit der Anschlußleitung 26 verbunden, welche auch über eine Stichleitung 33 an den Zweiweg-Hahn 28 angeschlossen ist.
Je nach der Stellung des Zweiweg-Hahns 22 wird entweder die Gesamtdurchflußstrecke des Rohrsystems 20 zwischen den Anschlußleitungen 25 und 26 oder eine Teildurchflußstrecke zwischen der Anschlußleitung 26 und der Stichleitung 27 eingeschaltet.
Entsprechend ist auch das Rohrsystem 21 an Anschlußleitungen 40 und 41 sowie über den Zweiweg-Hahn 23 an eine Stichleitung 42 angeschlossen.
Das System umfaßt ferner einen Solarspeicher 45, der einerseits an eine zum Ausgleichsgefäß 47 führende Sammelleitung 46 und andererseits an ein erstes Dreiwegventil 48 angeschlossen ist. Dieses Dreiwegventil 48 steht mit einem Anschluß über die Anschlußleitung 40 mit dem Rohrsystem 21 des Lamellenverdampfers
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Verdampfers 15 in Verbindung, dessen andere Anschlußleitung 41 ebenso wie die Stichleitung 42 über eine erste Umwälzpumpe 49 zur Sammelleitung 46 geführt ist.
Der dritte Anschluß des ersten Dreiwegventils 48 liegt am einen zweiten Dreiwegventil 50, dessen zweiter Anschluß zum flüssigkeitsumspülten Verdampfer 16 führt, der über eine zweite Umwälzpumpe 51 an die Sammelleitung 46 angeschlossen ist.
Der dritte Anschluß des zweiten Dreiwegventils 50 ist mit einem dritten Dreiwegventil 53 verbunden. Der zweite Anschluß dieses dritten Dreiwegventils ist über den Kondensator 19 und eine dritte Umwälzpumpe 54 mit der Sammelleitung 46 verbunden. Vom dritten Anschluß des dritten Dreiwegventils 53 führt eine Verbindung zum vierten Dreiwegventil 55, über dessen zweiten Anschluß wahlweise eine Zusatzheizung 56 mit der Sammelleitung 46 verbunden sein kann. Der dritte Anschluß dieses vierten Dreiwegventils 55 liegt einerseits über eine Wärmetauscherschlange im Brauchwasserspeicher 57 und eine vierte Umwälzpumpe 58 an der Sammelleitung 46. Andererseits ist der dritte Anschlußdes vierten Dreiwegventils 55 mit einem Vierwegventil 60 verbunden, dessen zweiter Anschluß an der Sammelleitung 46 liegt und zwischen dessen dritten sowie vierten Anschluß eine Fußbodenheizung oder Radiatorheizung 61 geschaltet ist.
Die gesamte Steuerung der Anlage erfolgt über einen Regler 62, der mit einer Vielzahl von Thermofühlern 63 die jeweiligen Temperaturverhältnisse abgreift, um daraus nach einem vorgegebenen Programm die Steuerung der Umwälzpumpen,des
Ver-
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Verdichters sowie der Dreiwegventile und des Vierwegventils und ferner der Zweiweg-Hähne sowie der verscLiedenen Antriebsmotore abzuleiten. Die Steuerung der Anlage erfolgt entsprechend dem Wärmebedarf und dem Energieanfall, wobei grundsätzlich die nachfolgenden Betriebszustände einschaltbar sind:
1. Direkte Solarheizung
Aufgrund einer hohen Sonneneinstrahlung nimmt der Luftstrom 14 eine Temperatur an, welche ausreichend über der Vorlauftemperatur der Heizung liegt, so daß die Heizung unmittelbar betrieben werden kann. Zu diesem Zweck wird die Gesamtdurchflußstrecke des Rohr systems 21 über die Anschlußleitungen 40 und 41 sowie das erste, zweite, dritte und vierte Dreiwegventil an das Vierwegventil 60 angeschlossen, so daß das hoch verdampfende Wärmetauschermedium aus dem Rohrsystem 21 direkt über die Heizung 61 zur Sammelleitung 46 fließen kann, von wo aus es mit der ersten Umwälzpumpe 49 über das Rohrsystem 21 umgewälzt wird. Da die übrigen Umwälzpumpen nicht eingeschaltet sind, erhält man die gewünschte Zirkulation.
2. Direkte Solar-Warmwasserbereitung Für den Fall, daß die Temperatur des Luftstroms 14 für die Brauchwassererwärmung ausreichend hoch ist, wird das Rohrsystem 21 mit der gesamten Durchflußstrecke über die Anschlußleitungen 40 und 41 dem Brauchwasserspeicher direkt zugeführt. Dazu werden die Dreiwegventile 48, 50, 53 und 55 auf Durchgang geschaltet und die Umwälzpumpen 49 sowie 58 in Betrieb genommen. Dadurch wird das in Lamellenverdampfer erwärmte hoch verdampfende Wärmetauschermedium direkt
durch
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durch die Wärmetauscherschlange 59 des Brauchwasserspeichers 57 geführt und das Brauchwasser erwärmt.
3. Wärme speichern im Solar speicher.
Der Betriebszustand der Wärmespeicherung im Solarspeicher kann in drei verschiedene Betriebsarten unterteilt werden: a) Wärmespeicherung im Solarspeicher über das hoch verdampfende Wärmetauschermedium.
Bei dieser Betriebsart wird dasRohrsystem 21 über die An-Schlußleitungen 40 und 41 sowie das erste Dreiwegventil 48 und die erste Umwälzpumpe 49 an den Solarspeicher angeschlossen und die aus dem erwärmten Luftstrom 14 gewonnene Wärmeenergie eingespeichert. Diese Betriebsart der direkten Wärmeübertragung mit Hilfe des hoch verdampfenden Wärmet au schermediums kann etwa so lange eingesetzt werden, wie die Temperatur im Speicher etwa 6 bis 10 unter der Temperatur des erwärmten Wärmetauschermediums liegt. Dabei wird für den Betrieb der Anlage im wesentlichen nur die Energie für den Antrieb der Ventilatoren und der Umwälzpumpe benötigt.
b) Wärmespeicherung im Solarspeicher über das hoch verdampfende und das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium. Diese Betriebsart empfiehlt sich, wenn die Temperatur des Luftstromes 14 verhältnismäßig hoch ist und auch der Wärmespeicher bereits bis auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur, beispielsweise 30 , erwärmt ist. Da in diesem Fall das über das Rohrsystem 21 zurückfließende Wärmetauschermedium die Temperatur des Solarspeichers hat, kann der Luftstrom nicht unter diese Temperatur abgekühlt werden und würde mit einem verhältnismäßig hohen Wärmeenergieanteil verloren gehen . Aus diesem Grund wird bei dieser Betriebsart mit Hilfe des Zweiweg-Hahns 23
nur
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nur die obere Teildurchflußstrecke des Rohr systems 21 für die Zirkulation des hoch verdampfenden Wärmetauschermediums eingeschaltet, um einen Teil der Wärmeenergie aus dem Luftstrom 14 direkt zu entnehmen, wogegen die Restwärme im Luftstrom 14 über das zweite Rohrsystem 20 mit dem niedrig verdampfenden Wärmetauschermedium über die Wärmepumpe entzogen wird. Dabei kann das Rohrsystem 20 entweder mit der gesamten Durchflußstrecke oder aber auch mit einer Teildurchflußstrecke an die Wärmepumpe angeschlossen sein, indem der Zweiweg-Hahn 22 die untere Teildurchflußstrecke über die Stichleitung 27 an die Wärmepumpe anschließt, wobei das Wärmetauschermedium über den Zweiweg-Hahn 28 und die Stichleitung 30 direkt zum Verdichter 18 geführt wird. Vom Ausgang des Verdichters 18 fließt das Wärmetauschermedium über den Kondensator 19 und die Anschlußleitung 26 zum Rohrsystem 20 zurück. Die über die Wärmepumpe gewonnene Wärmeenergie wird vom Kondensator 19 aus über das dritte Dreiwegventil 53, das zweite Dreiwegventil 50 und das erste Dreiwegventil 51 sowie die Sammelleitung 46 und die dritte Umwälzpumpe 54 in den Solarspeicher 45 transportiert, um diesen mit dem über die Wärmepumpe gewonnenen Wärmeenergieanteil weiter aufzuheizen.
c) Wärmespeicherung im Solarspeicher über das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium.
Bei dieser Betriebsart wird die Wärmepumpe wie bei der unter der Betriebsart b) beschriebenen Weise an den Solarspeicher und den Lamellenverdampfer 15 angeschlossen, wobei das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium über die Gesamtdurchflußstrecke des Rohrsystems 20 zirkuliert wird. Die Zirkulation des hoch verdampfenden Wärmetauschermediums über das
Rohr-
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Rohrsystem 21 wird durch Abschalten der ersten Umwälzpumpe 49 unterbrochen.
4. Heizen über die Wärmepumpe
Bei diesem Betriebszustand sind im wesentlichen vier Betriebsarten von Interesse:
a) Heizen aus dem Solarspeicher mit der Wärmepumpe.
Bei dieser Betriebsart wird die Wärmepumpe vom Solar speicher
45 aus über das erste Dreiwegventil 48 und das zweite Dreiwegventil 50mit dem hoch verdampfenden Wärmetauschermedium versorgt, welches im flüssigkeitsumspülten Verdampfer 16 die Wärmetauscherschlange 29 umspült und das in der Wärmepumpe fließende niedrig verdampfende Wärmetauschermedium erwärmt.Vom Verdampfer 16 aus wird das hoch verdampfende Wärmetauscher-
•j^g medium über die zweite Umwälzpumpe 51 und die Sammelleitung
46 zum Solarspeicher 45 zurückgeführt. Durch die entsprechende Einstellung des Zweiweg-Hahns 28, um die Stichleitung 33 mit der Wärmetauscherschlange 29 zu verbinden, wird das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium im kleinen Kreis über den Verdampfer 16 und den-Kondensator 19 zirkuliert. Dabei wird das im Kondensator 19 erwärmte, hoch verdampfende Wärmetauschermedium über die Heizung 61 zur Wärmeabgabe zirkuliert. Diese Zirkulationsstrecke verläuft über das dritte Dreiwegventil 53, das vierte Dreiwegventil 55, das Vierwegventil 60, die Heizung 61 sowie die Sammelleitung 46 und die dritte Umwälzpumpe 54.
b) Solarheizung über Wärmepumpe bei niederer Lufttemperatur.
Bei diesem Betriebszustand liefert der Luftkollektor 11 über den Luftstrom 14 noch ausreichend Wärmeenergie, um mit Hilfe des niedrig
verdampfenden
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verdampfenden Wärmetauschermediums und der Wärmepumpe die notwendige Vorlauftemperatur für die Heizung 61 zu erhalten. Die Wärmepumpe wird dabei an die Gesamtdurchflußstrecke des Rohrsystems 20 im Lamellenverdampfer 15 über den Zweiweg-Hahn 28 und die Stichleitung 30 angeschlossen.
Auf der AusgangsseiiB der Wärmepumpe wird das hoch verdampfende Wärmetauschermedium im Heizkreis wie bei der Betriebsart 4a) zirkuliert. Diese Betriebsart findet vorzugsweise bei verhältnismäßig niederen Temperaturen des Luftstromes 14 Verwendung, wobei die Wärmepumpe bis zur Grenze des wirtschaftlichen Einsatzes betrieben werden kann.
c) Solarheizung über Wärmepumpe bei hohen Lufttemperaturen. Mit dieser Betriebsart soll bei einer genügend hohen Sonneneinstrahlung und damit einem verhältnismäßig hoch temperierten Luftstrom zunächst über das hoch verdampfende Wärmetauschermedium ein Teil der Wärmeenergie direkt entzogen und der Heizung 61 zugeführt werden. Danach erfolgt aus dem abgekühlten, jedoch noch verhältnismäßig warmen Luftstrom ein weiterer Wärmeentzug über die Wärmepumpe. Zu diesem Zweck wird das hoch verdampfende Wärmetauschermedium der oberen Teildurchflußstrecke des Rohrsystems 21 über den mit der Stichleitung 42 verbundenen Zweiweg-Hahn 23 und die Anschlußleitung 40 über die Heizung 61 zirkuliert. Zu diesem Zweck ist die Anschlußleitung 40 über das erste Dreiwegventil 48, das zweite Dreiwegventil 50, das dritte Dreiwegventil 53, das vierte Dreiwegventil 55, das Vierwegventil 60 an die Heizung 61 angeschlossen, von der aus der Rückfluß des Wärmetauschermediums über das Vierwegventil 60 die Sammelleitung 46 und
3Q die erste Umwälzpumpe 49 zur Stichleitung 42 erfolgt. Der im
Luft-
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Luftstrom räumlich vorgeschalteten Teildurchflußstrecke des Rphrsystems 21 ist die Teildurchflußstrecke des Rohrsystems 20 zwischen dem Zweiweg-Hahn 22 und der Anschlußleitung 26 nachgeschaltet, so daß der Luftstrom, welcher einen Teil seiner Wärmeenergie an das hoch verdampfende Wärmetauschermedium abgegeben hat, einen restlichen Anteil an das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium weiter abgeben kann. Diese Teildurchflußstrecke des Rohrsystems 20 ist über die Stichleitung 27, den Zweiweg-Hahn 28 und die Stichleitung 30 an den Verdichter 18 der Wärmepumpe angeschlossen und wird über die Wärmetauscherschlange 32 und die Anschlußleitung 26 zum Lamellenverdampfer zurückgeführt. Gleichzeitig wird durch den Betrieb der dritten Umwälzpumpe 54 das hoch verdampfende Wärmetauschermedium auch über den Kondensator 19 zur Heizung 61 zirkuliert, um die über die Wärmepumpe gewonnene Restwärme der Heizung zuzuführen. Diese Zirkulation erfolgt vom Kondensator 19 aus über das dritte Dreiwegventil 53, das vierte Dreiwegventil 55, d.as Vierwegventil 60, die Heizung 61 und die Sammelleitung 46 sowie die dritte Umwälzpumpe 54 zurück zum Kondensator 19. Bei dieser Betriebsart fällt dem Kreislauf des niedrig verdampfenden Wärmetauschermediums die Aufgabe zu, die Restwärme bis zur Grenze des wirtschaftlichen Einsatzes dem Lamellenverdampfer 15 zu entziehen.
d) Solarheizung über Wärmepumpe aus Luftstrom und Speicher.
Bei verhältnismäßig niederen Lufttemperaturen ist es wünschenswert, die Wärmepumpe trotzdem mit einer günstigen Leistungsziffer zu betreiben. Zudiesem Zweck wird zuerst aus dem Luft- strom die wirtschaftlich entnehmbare Wärme entzogen und der Wärmepumpe Zusatzwärme aus dem Speicher zugeführt, damit
sie
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sie wirtschaftlich betrieben werden kann. Bei dieser Betriebsart ist derKondensator 19 über das dritte Dreiwegventil 53, das vierte Dreiwegventil 55, das Vierwegventil 60 an die Heizung 61 angeschlossen, wobei der Rücklauf über die Sammelleitung 46 und die dritte Umwälzpumpe 54 erfolgt. Auf der Verdampferseite ist die Wärmepumpe einerseits über die Gesamtdurchflußstrecke des Rohrsystems 20 mit dem niedrig verdampfenden Wärmetauschermedium an den Lamellenverdampfer 15 und andererseits über die Wärmetauscherschlange 29 an den Solar speicher 55 angeschlossen. Zu diesem Zweck verbindet der Zweiweg-Hahn 28 die Anschlußleitung 25 mit der Wärmeaustauscherschlange 29. Die Wärmeaustauscherschlange 29 wird im flüssigkeitsumspülten Verdampfer 16 vom hoch verdampfenden Wärmetauschermedium aus dem Solarspeicher 45 umspült, welches über das erste Dreiwegventil 48, das zweite Dreiwegventil 50 und die zweite Umwälzpumpe 51 über den Solarspeicher 45 zirkuliert wird. Diese Betriebsart der Anlage ermöglicht auch bei verhältnismäßig niedriger Temperatur des Luftstromes 14 einen guten Wirkungsgrad der Wärmepumpe solange aus dem Solar speicher noch Wärme entziehbar ist.
Durch die Anpassung der Betriebs zustände der Anlage gemäß der Erfindung ist eine Optimierung mit der Möglichkeit eines jeweils minimalen Zusatzenergieverbrauchs möglich, indem nämlich das Energieangebot aus der Umgebungsluft und der Sonneneinstrahlung so lange weitgehendst direkt genutzt wird, solange ein Wärmeentzug ohne wesentliche Zusatzenergie möglich ist. Durch das Vorsehen des Reglers 62 können die einzelnen Betriebsarten entsprechend der
durch
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durch die Temperaturfühler abgetasteten Temperaturwerte automatisch eingeschaltet werden, so daß die Anpassung der optimalen Betriebsart an die herrschenden Temperaturverhältnisse jederzeit möglich ist. Die Steuerung der Anlage über den Regler 62 erfolgt anhand bekannter Regelabläufe, wobei in einem Speicher Sollwerte vorgegeben werden, die der Regler mit Istwerten vergleicht und entsprechend die Anlage steuert. (Prozessrechner)
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Leerse

Claims (3)

  1. Pate ntansprü ch e
    l.J System zur Wärmegewinnung aus Solar- bzw. Umgebungsenergie unter Verwendung einer zumindest an einen Luftkollektor gekoppelten Wärmepumpe, bei welcher der Wärmeenergieaustausch über ein Mehrfach-Verdampferregister erfolgt, und mit einem Wärmespeicher, der über ein hoch verdampfendes Wärmetauschermedium sowohl mit dem Mehrfach-Verdampferregister als auch mit der Wärmepumpe gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
    -daß das Mehrfach-Verdampferregister aus einem luftumspülten Lamellenverdampfer (15) und einem dazu wahlweise parallel oder in Reihe geschalteten flüssigkeitsumspülten Verdampfer (16) aufgebaut ist,
    - daß der Lamellenverdampfer (15) zwei durch gemeinsame Lamellen parallel zueinander verlaufende Rohrsysteme (20, 21) für verschiedene Wärmetauschermedien hat,
    - daß die beiden Rohrsystem (20, 21) des Lamellenverdampfers (15) jeweils mit einem eingefügten Zweiweg-Hahn (22, 23) in eine Gesamtdurchflußstrecke und eine Teildurchflußstrecke unterteilbar sind, wobei die vom Wärmetauschermedium durchflossenen Abschnitte im Teildurchflußbetrieb räumlich hinter -
    130048/04U
    - 2 - MS4P-2121
    einander und/oder parallel oder teilparallel im Luftstrom
    (14) angeordnet sind,
    - daß das eine Rohrsystem (20) des Lamellenverdampfers
    (15) ein niedrig verdampfendes Wärmetauschermedium führt, und das andere Rohrsystem (21) des Lamellenverdampfers
    (15) ein hochverdampfendes Wärmeträgermedium führt,
    - und daß im flüssigkeitsumspülten Verdampfer (16) für den Teildurchflußbetrieb das hoch verdampfende Wärmetaus eher medium parallel zum niedrig verdampf enden Wärm etaus eher medium auf die Wärmepumpe (17) aufschaltbar ist.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das hoch verdampfende Wärmetauschermedium auch das Speichermedium ist, und
    - daß das Speichermedium direkt auf den flüssigkeitsumspülten Verdampfer (16) schaltbar ist.
  3. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Rohrsystem (20) für das niedrig verdampfende Wärmetauschermedium über einen Zweiweg-Hahn (28) direkt oder in Serie zum flüssigkeitsumspülten Verdampfer (16) auf die Wärmepumpe schaltbar ist.
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