EP0049503B1 - Warmwasser-Heizungsanlage mit Wärmepumpe und Wärmepuffer - Google Patents

Warmwasser-Heizungsanlage mit Wärmepumpe und Wärmepuffer Download PDF

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EP0049503B1
EP0049503B1 EP81107879A EP81107879A EP0049503B1 EP 0049503 B1 EP0049503 B1 EP 0049503B1 EP 81107879 A EP81107879 A EP 81107879A EP 81107879 A EP81107879 A EP 81107879A EP 0049503 B1 EP0049503 B1 EP 0049503B1
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EP
European Patent Office
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condenser
heating
buffer
water
heat
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EP81107879A
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EP0049503A3 (en
EP0049503A2 (de
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Hainer Kuhl
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IWS-Vertriebsgesellschaft mbH
Original Assignee
Karl Kolb & Sohn
IWS-Vertriebsgesellschaft mbH
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Publication date
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Publication of EP0049503A3 publication Critical patent/EP0049503A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F24H4/04—Storage heaters

Definitions

  • the invention relates to a hot water heating system with a heat pump, the condenser of which is formed by a double-tube heat exchanger, the inner tube of which is connected in the circuit via a circulating pump to a heat buffer which consists of an upright container filled with heating water with connections for the heating water supply and return.
  • the purpose of such a heat buffer is to compensate for the sudden heat demand of the heating system compared to the relatively low output of the heat pump and to prevent the heat pump from running too short.
  • the condenser enclosed in an effective insulation is connected with the inner tube to the buffer tank near the lower or upper end thereof via insulated pipes, the circulating pump usually being arranged in the upper line and in operation the water content of the buffer is more or less swirled. Due to the low output of the heat pump, it can take several hours for the heating water in the buffer to reach its full operating temperature. This long warm-up time is also due to the fact that the performance of the heat pump depends heavily on the temperature and thus the pressure of the refrigerant in the condenser. The heat pump therefore only works with a reduced output when the heat buffer is cold and does not reach its full nominal output until the water content of the heat buffer has reached the intended operating temperature. As a result, the heat pump only gives off part of its full output when it needs the most power and only gradually increases the output as the buffer content heats up.
  • the invention is therefore based on the object to provide a hot water heating system of the type mentioned, in which the heat pump operates at full power in a much shorter time than in the known systems and is accordingly available earlier in the heat buffer heating water for heating purposes with the desired flow temperature.
  • this object is achieved in that the condenser is arranged in the upper region of the buffer container and its inner tube opens into the upper region of the container with a large number of outlet openings, while the circulation pump sucks from the lower region of the container, and in that the delivery rate
  • the circulation pump can be regulated as a function of the refrigerant pressure in the outer tube of the condenser, in such a way that the refrigerant pressure is kept constant during operation.
  • the capacitor is preferably arranged in the upper quarter of the buffer container.
  • the circulation pump When the heating system starts up when the heating water in the heat buffer is still cold, the circulation pump initially remains inoperative and no water is pumped out of the buffer tank through the inner tube of the condenser.
  • the condenser works with its outer tube through which the hot refrigerant flows, like an immersion heater and releases the thermal energy conveyed by the heat pump to the surrounding heating water in the upper area of the heat buffer. This means that hot water is available for heating purposes after a short time.
  • the circulation pump starts up and conveys increasingly cold heating water from the lower area of the buffer tank through the inner tube of the condenser, which keeps the pressure of the refrigerant at its optimum Value, for example 23 bar corresponding to a temperature of 55-60 ° C is kept constant and the heat pump works at its maximum output.
  • optimum Value for example 23 bar corresponding to a temperature of 55-60 ° C is kept constant and the heat pump works at its maximum output.
  • the heated heating water emerging from the many outlet openings of the inner tube with low flow into the upper region of the buffer tank through the circulation leads to a progressive increase in the proportion of hot water in the tank while maintaining a descending pronounced separating layer, while the circulation pump continues to deliver cold water from the bottom Sucks the container area, which is heated in the inner tube of the condenser under full power of the heat pump. This is only switched off when the separating layer between warm and cold water has reached the bottom of the tank and the entire contents of the heat buffer have been brought to operating temperature.
  • the connection for the heating water return below the condenser opens into the buffer tank in an advantageous embodiment of the invention and has such a large outlet cross section that swirling of the heating water in the buffer tank is avoided.
  • This can be achieved particularly advantageously by means of a return pipe which is led into the buffer tank and has a multiplicity of horizontally directed outlet openings. Depending on the position of the separating layer between warm and cold water, the recirculated heating water exiting from these outlet openings then increases or decreases.
  • a temperature sensor is arranged in the supply line for the heating water to the inner tube of the condenser, which switches off the heat pump and the circulation pump when a certain heating water temperature is reached .
  • the condenser is particularly expedient to design the condenser as an upright double tube coil.
  • the large number of outlet openings for the inner tube of the condenser can be realized particularly advantageously in that the inner tube at the upper end of the double helix is one turn longer than the outer tube and the outlet openings of the inner tube are distributed around the circumference of this turn.
  • a process water heater is arranged in the buffer tank above the condenser, which is expediently located directly in front of the outlet openings for the heating water pumped through the inner tube of the condenser.
  • the inclusion of the hot water generator in the heat buffer not only eliminates the uneconomical installation of a separate hot water boiler, which causes considerable energy losses despite its thermal insulation; the good heat transfer due to the direct flow of hot water to the hot water from the inner tube of the condenser even allows the hot water heater to be designed as a continuous-flow heater, which practically does not increase the overall dimensions of the heat buffer.
  • the above arrangement for hot water preparation can also be used in heating systems which, in addition to the heat buffer, have a conventionally heatable additional heating water boiler which operates the heating system instead of the heat pump at lower outside temperatures.
  • a conventionally heatable additional heating water boiler which operates the heating system instead of the heat pump at lower outside temperatures.
  • the hot water heating system shown in the drawing without the consumer has a heat buffer 1, which consists of a closed container 2 and a cover 3 penetrated by four lines. These are the two refrigerant lines 4 and 5, the heating water supply 6 and the heating water return 7.
  • a condenser 8 is arranged in the upper area thereof.
  • the condenser 8 consists of a double tube heat exchanger with an inner tube 9 which is inserted coaxially into an outer tube 10.
  • the lower end of the inner tube 9 is connected to a tube 11 which leads to the lower region 12 of the heat buffer 1.
  • a circulation pump 13 and a check valve 14 are switched into this tube. In front of the circulation pump 13 and behind the check valve 14, a gate valve 15 is switched on.
  • the space between the inner tube 9 and the outer tube 10 of the condenser 8 is flowed through by the refrigerant.
  • the upper end of the outer tube 10 is connected to the refrigerant line 5.
  • the inner tube 9 ends in the upper area of the heat buffer.
  • the last turn of the inner tube 9 lies freely in the water of the heat buffer and has a plurality of outlet openings 22 on its top, distributed over its annular circumference.
  • a hot water heater 23 is arranged at a short distance above this end of the inner tube 9 and is designed in accordance with the annular end of the inner tube 9. This hot water heater 23 is thus directly above the outlet openings 22 and the condenser 8, so that it comes into effective contact with the warm water.
  • the cold water inlet for the domestic water heater is designated with 24 and the hot water outlet with 26. Below the service water heater 23, a further connection is provided on the buffer housing 2, the function of which will be explained below.
  • the heating water return 7 ends as a pipe in the lower region of the heat exchanger 1 inside the container 2.
  • the outlet openings 16 of this pipe together have a cross section which is larger than the cross section of the return pipe, so that the water emerging from the openings 16 has a relatively low speed has not caused any significant turbulence when entering the heating water of the heat buffer. Exit from the heating return 7 en Water then falls or rises depending on its temperature relative to the surrounding water.
  • a pressure measuring device and a controller 17 are switched on, which measure the pressure of the refrigerant coming from the heat pump 18 and regulate the speed and thus the output of the circulation pump 13 so that the refrigerant pressure in the condenser 8 remains constant.
  • the heat pump 18, which is connected via the refrigerant lines 4 and 5 and the condenser 8 in the heat buffer 1, can be of any type.
  • a temperature sensor 19 or 20 is switched on, the measured values of which are fed to a switching device 21.
  • the system works as follows: If there is cold water in the heat buffer 1, the pressure of the refrigerant in the refrigerant line 4 will be so low that the controller 17 keeps the circulating pump 13 out of operation. In this mode of operation, the refrigerant flows through the condenser 8 and releases its heat to the surroundings in a manner similar to an immersion heater. Since the condenser 8 is located in the upper quarter of the heat buffer, this area of the heat buffer is heated very quickly, so that the heating or hot water operation can be started after a short time. If the temperature of the heating water in the vicinity of the condenser 8 rises, the pressure of the refrigerant in the line 4 increases and the circulation pump 13 is switched on.
  • the hot water heater 23 arranged above the heat exchanger 8 is fed with cold water via the line 24 and delivers its hot water via the line 26.
  • a temperature sensor 27 is turned on, which measures the temperature of the hot domestic water. If this temperature is too low, which is due to a too low temperature in the heat buffer 1, then either the heat pump 18 is switched on or, if this should already be working and does not provide sufficient power, the additional heating is switched on. Via this additional heater, hot water is then pressed into the heat buffer via the heating water supply 6, which hits the hot water heater 23 directly.
  • the above-mentioned connection 25 is arranged just below the hot water heater 23, via which the water pressed in via the heating water flow flows back to the additional heating. This arrangement makes it possible to dispense with an additional container for the production of hot water. When the temperature in the pipe 11 reaches a predetermined setpoint, the heat pump 18 and the circulation pump 13 are switched off.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Warmwasserheizungsanlage mit Wärmepumpe, deren Kondensator von einem Doppelrohr-Wärmetauscher gebildet ist, dessen Innenrohr im Kreislauf über eine Umwälzpumpe an einen Wärmepuffer angeschlossen ist, der aus einem mit Heizwasser gefüllten aufrechtstehenden Behälter mit Anschlüssen für den Heizwasservor- und -rücklauf besteht.
  • Zweck eines solchen Wärmepuffers ist es, den stossartigen Wärmebedarf der Heizungsanlage gegenüber der verhältnismässig geringen Leistung der Wärmepumpe auszugleichen und zu verhindern, dass letztere zu kurze Laufzeiten hat.
  • Bei den in der Praxis üblichen Warmwasserheizungsanlagen der eingangs genannten Art ist der in eine wirksame Isolierung eingeschlossene Kondensator mit dem Innenrohr über isolierte Rohrleitungen an den Pufferbehälter nahe dessen unterem bzw. oberem Ende angeschlossen, wobei die Umwälzpumpe zumeist in der oberen Leitung angeordnet ist und im Betrieb den Wasserinhalt des Puffers mehr oder weniger verwirbelt. Aufgrund der geringen Leistung der Wärmepumpe kann es deshalb mehrere Stunden dauern, bis das Heizwasser im Puffer seine volle Betriebstemperatur erreicht hat. Diese lange Aufwärmzeit ist auch dadurch bedingt, dass die Leistung der Wärmepumpe stark von der Temperatur und damit dem Druck des Kältemittels im Kondensator abhängt. Die Wärmepumpe arbeitet deshalb bei kaltem Wärmepuffer nur mit verminderter Leistung und erreicht die volle Nennleistung erst, wenn der Wasserinhalt des Wärmepuffers die vorgesehene Betriebstemperatur erreicht hat. Die Wärmepumpe gibt folglich gerade dann, wenn von ihr die grösste Leistung benötigt wird, nur einen Teil ihrer vollen Leistung ab und steigert die abgegebene Leistung erst allmählich mit zunehmender Erwärmung des Pufferinhalts.
  • Bei blosser Brauchwasserbereitung mit einer Wärmepumpe ist es in der Praxis auch bereits bekannt, den Kondensator als einfache Rohrschlange in einem Brauchwasserboiler anzuordnen. Versuche, diese Anordnung auf Warmwasserheizungsanlagen mit Anordnung der Rohrschlange innerhalb des Pufferbehälters zu übertragen, haben jedoch zu mangelhaften Ergebnissen geführt. Die Erwärmung des ruhenden Pufferinhalts ist so ungleichmässig, dass das Heizwasser in von der Rohrschlange entfernten Bereichen des Pufferbehälters noch kalt ist, wenn der Kondensator bereits seine volle Betriebstemperatur erreicht hat und die Wärmepumpe zur Vermeidung einer Überlastung abgeschaltet werden muss.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Warmwasserheizungsanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Wärmepumpe in wesentlich kürzerer Zeit als bei den bekannten Anlagen mit voller Leistung arbeitet und entsprechend früher im Wärmepuffer Heizwasser zu Heizzwecken mit der gewünschten Vorlauftemperatur zur Verfügung steht.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kondensator innerhalb des Pufferbehälters in dessen oberem Bereich angeordnet ist und sein Innenrohr mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen in den oberen Bereich des Behälters mündet, während die Umwälzpumpe aus dem unteren Bereich des Behälters saugt, und dass die Fördermenge der Umwälzpumpe in Abhängigkeit vom Kältemitteldruck im Aussenrohr des Kondensators regelbar ist, derart, dass der Kältemitteldruck im Betrieb konstant gehalten wird. Dabei ist der Kondensator vorzugsweise im oberen Viertel des Pufferbehälters angeordnet.
  • Beim Anfahren der Heizungsanlage, wenn das Heizwasser im Wärmepuffer noch kalt ist, bleibt die Umwälzpumpe zunächst ausser Betrieb, und es wird kein Wasser aus dem Pufferbehälter durch das Innenrohr des Kondensators gepumpt. Der Kondensator arbeitet folglich mit seinem vom heissen Kältemittel durchströmten Aussenrohr wie ein Tauchsieder und gibt die von der Wärmepumpe geförderte Wärmeenergie an das umgebende Heizwasser im oberen Bereich des Wärmepuffers ab. Dadurch steht bereits nach kurzer Zeit warmes Wasser für Heizzwecke zur Verfügung. Wenn durch diese Erwärmung die vorgesehene Temperatur und damit der vorgesehene Druck des Kältemittels im Aussenrohr des Kondensators erreicht sind, läuft die Umwälzpumpe an und fördert zunehmend kaltes Heizwasser aus dem unteren Bereich des Pufferbehälters durch das Innenrohr des Kondensators, wodurch der Druck des Kältemittels auf seinem optimalen Wert, beispielsweise 23 bar entsprechend einer Temperatur von 55-60° C konstant gehalten wird und die Wärmepumpe mit ihrer maximalen Leistung arbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, anstelle eines teueren regelbaren Expansionsventils im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe eine feste Düse vorzusehen, die auf die optimalen Betriebsverhältnisse der Wärmepumpe ausgelegt ist. Das durch die Umwälzung aus den vielen Austrittsöffnungen des Innenrohrs mit geringer Strömung in den oberen Bereich des Pufferbehälters austretende erwärmte Heizwasser führt unter Aufrechterhaltung einer sich absenkenden ausgeprägten Trennschicht zu einer fortschreitenden Vergrösserung des Warmwasseranteils im Behälter, während die Umwälzpumpe nach wie vor kaltes Wasser aus dem unteren Behälterbereich ansaugt, das im Innenrohr des Kondensators unter voller Leistung der Wärmepumpe erwärmt wird. Diese wird erst abgeschaltet, wenn die Trennschicht zwischen warmem und kaltem Wasser den Behälterboden erreicht hat und damit der gesamte Inhalt des Wärmepuffers auf Betriebstemperatur gebracht worden ist.
  • Da der Heizwasservorlauf grundsätzlich vom oberen Ende des Wärmepuffers ausgeht, steht schon nach kurzer Zeit warmes Heizwasser zu Heizzwecken zur Verfügung. Damit das hierbei zurückgeführte Heizwasser, dem ein Teil seiner Wärme in den Heizwasserverbrauchern entzogen worden ist, die Schichtung im Wärmepuffer nicht stört, mündet in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Anschluss für den Heizwasserrücklauf unterhalb des Kondensators in den Pufferbehälter und weist einen derart grossen Austrittsquerschnitt auf, dass eine Verwirbelung des Heizwassers im Pufferbehälter vermieden wird. Dies kann besonders vorteilhaft durch ein in den Pufferbehälter geführtes Rücklaufrohr mit einer Vielzahl von horizontal gerichteten Auslassöffnungen verwirklicht werden. Je nach der Lage der Trennschicht zwischen warmem und kaltem Wasserfällt oder steigt dann das aus diesen Auslassöffnungen austretende rückgeführte Heizwasser.
  • Um nach vollständiger Erwärmung des Pufferinhalts auf die vorgesehene Betriebstemperatur eine Überlastung der Wärmepumpe zu vermeiden, ist nach einem anderen Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung in der Zuleitung für das Heizwasser zum Innenrohr des Kondensators ein Temperaturfühler angeordnet, der die Wärmepumpe und die Umwälzpumpe bei Erreichen einer bestimmten Heizwassertemperatur abschaltet.
  • Besonders zweckmässig ist es, den Kondensator als aufrechtstehende Doppelrohrwendel auszubilden. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich die Vielzahl von Austrittsöffnungen für das Innenrohr des Kondensators besonders vorteilhaft dadurch verwirklichen, dass das Innenrohr am oberen Ende der Doppelwendel um eine Windung länger als das äussere Rohr ist und die Austrittsöffnungen des Innenrohrs am Umfang dieser Windung verteilt sind.
  • Mit der erfindungsgemässen Heizungsanlage lässtsich auch Brauchwasser auf einfachste Weise und in kürzester Zeit aus der Energiezufuhr der Wärmepumpe erzeugen. Hierzu ist gemäss einem besonderen Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung im Pufferbehälter oberhalb des Kondensators ein Brauchwassererhitzer angeordnet, der sich zweckmässig unmittelbar vor den Austrittsöffnungen für das durch das Innenrohr des Kondensators gepumpte Heizwasser befindet. Durch die Einbeziehung des Brauchwassererzeugers in den Wärmepuffer entfällt nicht nur die unwirtschaftliche Aufstellung eines gesonderten Brauchwasserboilers, der trotz seiner Wärmeisolation erhebliche Energieverluste verursacht; die gute Wärmeübertragung infolge der unmittelbaren Anströmung des Brauchwassererhitzers mit warmem Heizwasser aus dem Innenrohr des Kondensators gestattet es sogar, den Brauchwassererhitzer als Durchlauferhitzer auszugestalten, wodurch sich die Gesamtabmessungen des Wärmepuffers praktisch nicht erhöhen.
  • Die vorstehende Anordnung zur Brauchwasserbereitung ist auch bei Heizungsanlagen anwendbar, die neben dem Wärmepuffer einen konventionell beheizbaren zusätzlichen Heizwasserkessel aufweisen, der bei tieferen Aussentemperaturen statt der Wärmepumpe die Heizungsanlage betreibt. In diesem Fall ist es nur erforderlich, dass ein Teil des im zusätzlichen Heizwasserkessel erzeugten Heizwassers in den Pufferbehälter durch dessen Vorlaufanschluss einleitbar und durch einen dicht unterhalb des Brauchwassererhitzers gelegenen weiteren Anschluss in den Heizkessel rückleitbar ist. Da sich der Brauchwassererhitzer oberhalb des Kondensators innerhalb des Pufferbehälters befindet, wird nur ein ganz geringer Teil des Pufferinhalts am oberen Ende des Pufferbehälters im Kreislauf mit dem zusätzlichen Heizwasserkessel erwärmt, um dem Brauchwassererhitzer die erforderliche Wärme zuzuführen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:
    • Fig. 1: in schematischer Darstellung eine Warmwasserheizungsanlage nach der Erfindung mit einem Vertikalschnitt durch den Wärmepuffer gemäss Linie A-A für den oberen Pufferteil und B-B für den unteren Pufferteil, und
    • Fig. 2: eine Draufsicht auf den Wärmepuffer.
  • Die in der Zeichnung ohne die Verbraucher gezeigte Warmwasserheizungsanlage hat einen Wärmepuffer 1, der aus einem geschlossenen Behälter 2 und einem von vier Leitungen durchsetzten Deckel 3 besteht. Dies sind die beiden Kältemittelleitungen 4 und 5, der Heizwasservorlauf 6 und der Heizwasserrücklauf 7. Im Inneren des Behälters 2 ist in dessen oberem Bereich ein Kondensator 8 angeordnet. Der Kondensator 8 besteht aus einem Doppelrohr-Wärmetauscher mit einem Innenrohr 9, das in ein Aussenrohr 10 koaxial eingeschoben ist. Das untere Ende des Innenrohrs 9 ist an ein Rohr 11 angeschlossen, das zum unteren Bereich 12 des Wärmepuffers 1 führt. In dieses Rohr sind eine Umwälzpumpe 13 sowie ein Rückschlagventil 14 eingeschaltet. Vor der Umwälzpumpe 13 und hinter dem Rückschlagventil 14 ist je ein Absperrschieber 15 eingeschaltet. Der Raum zwischen dem Innenrohr 9 und dem Aussenrohr 10 des Kondensators 8 ist vom Kältemittel durchflossen. Hierbei ist das obere Ende des Aussenrohres 10 an die Kältemittelleitung 5 angeschlossen. Das Innenrohr 9 endet im oberen Bereich deswärmepuffers. Die letzte Windung des Innenrohrs 9 liegt frei im Wasser des Wärmepuffers und hat an ihrer Oberseite eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 22, verteilt auf ihren ringförmigen Umfang. Oberhalb dieses Endes des Innenrohrs 9 ist mit geringem Abstand ein Brauchwassererhitzer 23 angeordnet, der entsprechend dem ringförmigen Ende des Innenrohrs 9 ausgebildet ist. Dieser Brauchwassererhitzer 23 liegt also unmittelbar über den Austrittsöffnungen 22 und dem Kondensator 8, so dass er wirksam mit dem warmen Wasser in Berührung kommt. Der Kaltwasserzulauf für den Brauchwassererhitzer ist mit 24 und der Warmwasseraustritt mit 26 bezeichnet. Unterhalb des Brauchwassererhitzers 23 ist am Puffergehäuse 2 ein weiterer Anschluss vorgesehen, dessen Funktion nachstehend noch erläutert werden wird.
  • Der Heizwasserrücklauf 7 endet als Rohr im'unteren Bereich des Wärmetauschers 1 innerhalb des Behälters 2. Die Austrittsöffnungen 16 dieses Rohres haben zusammen einen Querschnitt, der grösser ist als der Querschnitt des Rücklaufrohres, so dass das aus den Öffnungen 16 austretende Wasser eine relativ geringe Geschwindigkeit hat und beim Eintritt in das Heizwasser des Wärmepuffers keine wesentlichen Verwirbelungen verursacht. Das aus dem Heizungsrücklauf 7 austretende Wasser fällt dann oder steigt, je nach seiner Temperatur relativ zum Umgebungswasser.
  • In die Kältemittelleitung 4 sind ein Druckmessgerät und ein Regler 17 eingeschaltet, welche den von der Wärmepumpe 18 kommenden Druck des Kältemittels messen und die Drehzahl und damit die Leistung der Umwälzpumpe 13 so regeln, dass der Kältmitteldruck im Kondensator 8 konstant bieibt. Die Wärmepumpe 18, die über die Kältemittelleitungen 4 und 5 and den Kondensator 8 im Wärmepuffer 1 angeschlossen ist, kann beliebiger Art sein.
  • Im Wärmepuffer 1 und in der Leitung 11 sind je ein Temperaturfühler 19 bzw. 20 eingeschaltet, deren Messwerte einer Schalteinrichtung 21 zugeführt werden.
  • Die Anlage arbeitet wie folgt: Befindet sich kaltes Wasser im Wärmepuffer 1, so wird der Druck des Kältemittels in der Kältemittelleitung 4 so niedrig sein, dass der Regler 17 die Umwälzpumpe 13 ausser Betrieb hält. Bei dieser Betriebsweise durchströmt das Kältemittel den Kondensator 8 und gibt seine Wärme ähnlich einem Tauchsieder an die Umgebung ab. Da sich der Kondensator 8 im oberen Viertel des Wärmepuffers befindet, wird dieser Bereich des Wärmepuffers sehr schnell erwärmt, so dass bereits nach kurzer Zeit der Heiz-oder Brauchwasserbetrieb aufgenommen werden kann. Steigt die Temperatur des Heizwassers in der Umgebung des Kondensators 8, so erhöht sich der Druck des Kältemittels in der Leitung 4, und die Umwälzpumpe 13 wird eingeschaltet. Nunmehr wird kaltes Wasser aus dem unteren Bereich des Wärmepuffers dosiert dem Kondensator durch das Innenrohr 9 zugeführt. Die Leistung der Umwälzpumpe wird so gesteuert, dass der Druck des Kältemittels in der Kältemittelleitung 4 im wesentlichen konstant gehalten wird. Sollte die Umwälzpumpe 13 zuviel kaltes Wasser aus dem unteren Bereich des Puffers fördern, so dass der Druck in der Druckmittelleitung 4 sinkt, so regelt der Regler 17 die Leistung der Umwälzpumpe 13 so lange herunter, bis der Druck wieder auf seinen vorgegebenen Sollwert steigt. Hierdurch kann jeweils die optimale Menge Wasser zu der Nennleistung der Wärmepumpe erwärmt werden.
  • Der oberhalb des Wärmetauschers 8 angeordnete Brauchwassererhitzer 23 wird über die Leitung 24 mit Kaltwasser gespeist und gibt über die Leitung 26 sein Warmwasser ab. In die Leitung 26 ist ein Temperaturfühler 27 eingeschaltet, der die Temperatur des warmen Brauchwassers misst. Sollte diese Temperatur zu niedrig sein, was auf eine zu niedrige Temperatur im Wärmepuffer 1 zurückgeht, so wird entweder die Wärmepumpe 18 zugeschaltet oder, falls diese bereits arbeiten sollte und keine ausreichende Leistung erbringt, die Zusatzheizung eingeschaltet. Über diese Zusatzheizung wird dann über den Heizwasservorlauf 6 warmes Wasser in den Wärmepuffer eingedrückt, das unmittelbar auf den Brauchwassererhitzer 23 trifft. Dicht unterhalb des Brauchwassererhitzers 23 ist der oben erwähnte Anschluss 25 angeordnet, über den das über den Heizwasservorlauf eingedrückte Wasser zur Zusatzheizung zurückfliesst. Diese Anordnung gestattet es, auf einen zusätzlichen Behälter für die Brauchwassererzeugung zu verzichten. Erreicht die Temperatur im Rohr 11 einen vorgegebenen Sollwert, so werden die Wärmepumpe 18 und die Umwälzpumpe 13 abgeschaltet.

Claims (10)

1. Warmwasserheizungsanlage mit Wärmepumpe (18), deren Kondensator (8) von einem Doppelrohr-Wärmetauscher (9, 10) gebildet ist, dessen Innenrohr (9) im Kreislauf über eine Umwälzpumpe (13) an einen Wärmepuffer (1 ) angeschlossen ist, der aus einem mit Heizwasser gefüllten aufrechtstehenden Behälter (2) mit Anschlüssen für den Heizwasservor- (6) und -rücklauf (7) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (8) innerhalb des Pufferbehälters (2) in dessen oberem Bereich angeordnet ist und sein Innenrohr (9) mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen in den oberen Bereich des Behälters (2) mündet, während die Umwälzpumpe (13) aus dem unteren Bereich des Behälters (2) saugt, und dass die Fördermenge der Umwälzpumpe (13) in Abhängigkeit vom Kältemitteldruck im Aussenrohr (10) des Kondensators (8) regelbar ist, derart, dass der Kältemitteldruck im Betrieb konstant gehalten wird.
2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (8) im oberen Viertel des Pufferbehälters (2) angeordnet ist.
3. Heizungsanlage nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss für den Heizwasserrücklauf (7) unterhalb des Kondensators (8) in den Pufferbehälters (2) mündet und einen derart grossen Austrittsquerschnitt aufweist, dass eine Verwirbelung des Heizwassers im Pufferbehälter (2) vermieden wird.
4. Heizungsanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein in den Pufferbehälter (2) geführtes Rücklaufrohr (7) mit einer Vielzahl von horizontal gerichteten Auslassöffnungen (16).
5. HeizungsanlagenacheinemderAnsprüchel 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (11) für das Heizwasser zum Innenrohr (9) des Kondensators (8) ein Temperaturfühler (20) angeordnet ist, der die Wärmepumpe (18) und die Umwälzpumpe (13) bei Erreichen einer bestimmten Heizwassertemperatur abschaltet.
6. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (8) als aufrechtstehende Doppelrohrwendel ausgebildet ist.
7. Heizungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr des Kondensators (8) am oberen Ende der Doppelrohrwendel um eine Windung länger als das äussere Rohr (10) ist und die Austrittsöffnungen des Innenrohrs (9) am Umfang dieser Windung verteilt sind.
8. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Pufferbehälter (2) oberhalb des Kondensators (8) ein Brauchwassererhitzer (23) angeordnet ist.
9. Heizungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchwassererhitzer (23) unmittelbar vor den Austrittsöffnungen (22) des Innenrohrs (9) des Kondensators (8) angeordnet ist.
10. Heizungsanlage nach einem der beiden Ansprüche 8 oder 9 mit einem konventionellen heizbaren zusätzlichen Heizwasserkessel, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des im zusätzlichen Heizwasserkessel erzeugten Heizwassers in den Pufferbehälter (2) durch dessen Vorlaufanschluss (6) einleitbar und durch einen dicht unterhalb des Brauchwassererhitzers (23) gelegenen weiteren Anschluss (25) in den Heizkessel rückleitbar ist.
EP81107879A 1980-10-04 1981-10-03 Warmwasser-Heizungsanlage mit Wärmepumpe und Wärmepuffer Expired EP0049503B1 (de)

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