DE2401556B2 - Heizungsanlage mit von einem heizmedium gespeisten heizgeraeten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage mit von einem Heizmedium gespeisten Heizgeräten in voneinander getrennten Räumen und mit mehreren Wärmepumpenstufen, wobei die Verdampfungswärme für die erste Wärmepumpenstufe, die ein Transportmedium aufheizt, der Umgebung entnommen und die Verdampfungswärme für die zweite Wärmepumpenstufe dem Transportmedium entnommen wird, dessen Temperatur zwischen der Temperatur der Umgebung und der zur Raumbeheizung erforderlichen Aufheiztemperatur liegt.

Die Beheizung von Gehäuden mittels Wärmepumpen ist seit langer Zeit bekannt (Heizung — Lüftung — Haustechnik 15, 1964, Nr. 11, S. 386 bis 390). Bei einer bekannten Wärmepumpe wird in einem Verdampfer, der einer Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, ein Kältemittel verdampft. Der so entstandene Dampf wird komprimiert wobei sich seine Temperatur erhöht und anschließend in einem Kondensator niedergeschlagen. Das abgekühlte Kondensat gelangt über ein Drosselventil in den Verdampfer zurück. Die bei der Kondensation freiwerdende Wärme wird auf ein Heizmedium übertragen, das durch in zu beheizenden Räumen vorgesehene Radiatoren schließt und dadurch zu einer Erwärmung der Räume führt.

Einer allgemeinen Anwendung des beschriebenen Heizungsprinzips auf Zentralheizungsanlagen stehen jedoch einige Schwierigkeiten im Wege. Ist beipielsweise die Differenz zwischen der Temperatur des als Wärmequelle zur Verfügung stehenden Umgebungsmediums, z. B. Luft, Erde oder Wasser, und der am Kondensator für eine wirksame Raumheizung erforderlichen Temperatur recht groß, dann muß ein Verdichter zur Verwendung kommen, der wesentlich stärker als bei kleinen Teniperaturdifferenzen ist. Eine Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß eine zweistufige ίο Wärmepumpe verwendet wird, wie sie beispielsweise in der DT-PS 3 30 378 beschrieben ist. Auch eine derartige Wärmepumpe führt nicht zu einer in den Einrichtungsund den Betriebskosten wirtschaftlichen Zentralheizanlage, da das Heizwasser auf eine im Vergleich zu dem Umgebungsmedium hohe Temperatur gebracht werden müßte. Dies wäre vor allem deshalb nachteilig, weil der weitläufige Kreislauf des Heizwassers große Wärmeverluste mit sich bringt, die wiederum nur durch einen stärkeren Verdichter ausgeglichen werden können.

Da eine wirtschaftliche Zentral-Wärmepumpenheizung, insbesondere wenn sie auch im Winter die wesentliche Heizquelle darstellen soll, bisher nicht zur Verfügung steht, werden Wärmepumpen-Heizungen hauptsächlich dort verwendet, wo entweder eine

Wärmequelle mit konstanter relativ hoher Temperatur vorhanden ist oder wo auch im Winter eine günstige Temperatur herrscht. Hilfsweise werden zusätzlich zu der Wärmepumpe elektrischen Zusatzheizungen verwendet. Diese führen jedoch dazu, daß sie bei allzu häufigem Betrieb die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage in Frage stellen.

In der deutschen Offenlegungsschrift 21 12 362 ist die Hintereinanderschaltung von Wärmepumpenkreisläufen zur Erzeugung verschiedener Temperaturen in den einzelnen Stufen beschrieben. Diese Anmeldung geht davon aus, daß in größeren Gebäudekomplexen häufig Wärmemengen verschieden hoher Temperaturen benötigt werden. Deshalb ist vorgesehen, das Transportmedium zwischen den einzelnen Wärmepumpenstufen

•»ο stufenweise so zu erwärmen, daß es sich für die jeweilige Beheizungsart eignet. Zur eigentlichen Raumheizung, die die höchste Temperatur benötigt, ist eine letzte Wärmepumpenstufe vorgesehen. Das in dieser Wärmepumpenstufe auf die notwendige Temperatur aufgeheizte Heizwasser wird den einzelnen verteilten Radiatoren zugeführt. Hierbei treten die bereits genannten Wärmeverluste auf. Darüber hinaus ist die Raumbeheizung über die Radiatoren von der Wärmepumpe an sich unabhängig und arbeitet nicht anders als bei konventionellen Heizungsanlagen.

Aus der US-PS 26 77 243 ist eine Heizungsanlage bekannt geworden, bei der das von einer Wärmepumpe erwärmte Medium während Niedertarifzeiten in einen Speicher eingespeist wird. Es wird hier allerdings nicht ein Transportmedium im Sinne der Erfindung, das eine Temperatur unterhalb der Aufheiztemperatur hat, sondern direkt die zur Beheizung eingesetzte Heißluft gespeichert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizungsanlage zur Beheizung von Räumen eines Gebäudes unter Verwendung von zwei Wärmepumpen vorzuschlagen, das sich zur im wesentlichen ganzjährigen Zentralheizung eignet, ohne auf Wärmequellen mit ungewöhnlich hohen Temperaturen oder zusätzlichen Heizeinrichtun-

t>5 gen angewiesen zu sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Transportmedium selbst als Heizmedium eingesetzt ist und daß die Heizgeräte von den zweiten Wärmepum-

penstufen gebildet sind. Es läßt sich also eine Wärmepumpe verwenden, die keine außergewöhnlich hohen Druckdifferenzen erzeugen muß. Es ergibt sich daraus, daß die Temperatur des Transportmediums wesentlich kleiner ist als die Temperatur, die notwendig wäre, wenn das Medium unmittelbar als Heizmedium verwendet werden müßte. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Wärmeverluste längs des Weges des Transportmediums verringert sind. Weiterhin ist vorteilhaft, daß nur in den Räumen, in denen eine Aufheizung erforderiich ist, die zweiten Wärmepumpen in Betrieb genommen werden müssen. Es muß also nicht grundsätzlich im Hinblick auf einen zu erwartenden Wärmebedarf eine große Menge Heizwasser bereitgehalten werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist ein Speicher vorgesehen, in den das Transportmedium während der Niedertarifzeiten eingespeist wird. Es ist damit möglich, den Verdichter der ersten Stufe in Zeiten zu betreiben, in denen die Stromversorgungsunternehmen Strom zu einem günstigen Tarif zur Verfugung stellen. Das Transportmedium, insbesondere Wasser, kann dem Speicher dann in Hochtarifzeiten, während der Verdichter der ersten Wärmepumpe stillsteht, entnommen werden.

Gelegentlich tritt das Bedürfnis auf, einige der an die Zentralheizung angeschlossenen Räume zu kühlen und andere zu wärmen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die einen Räume durch Sonneneinstrahlung stark erwärmt werden, die anderen jedoch im Schatten liegen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich dies einfach dadurch erreichen, daß wenigstens eine der zweiten Wiirmepumpenstufen auf Kühlbetrieb umschaltbar ist und daß im Kühlfalle der Raumluft die durch die auf Kühlbetrieb geschaltete Wärmepumpenstufe entzogene Wärme dem Transportmedium zugeführt wird. Dies is;t bekannterweise dadurch möglich, daß Verdampfer und Kondensator umgeschaltet werden.

Eine weitere Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß der Verdampfer der zweiten Wärmepumpenstufe zusät2;lich zu der Erwärmung durch das Transportmedium von der Luft außerhalb des zu beheizenden Raumes beaufschlagt ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Außenluft im Bereich dieses Verdampfers höher ist als die Temperatur des Transportmediums und eine Wärmeabgabe der diesem Verdampfer zugeordneten zweiten Wärmepumpe gewünscht wird.

Obwohl die ersten und die zweiten Wärmepumpen so so dimensioniert sind, daß sie bei durchschnittlichen Wintertemperaturen zu einer ausreichenden Raumheizung führen, ist es vorteilhaft, für besonders kalte Tage eine Elektro-Zusatzheizeinrichtung vorzusehen, die das Transportmedium zusätzlich erwärmt.

Im folgenden wird eine Zentralheizungsanlage gemäß der Erfindung beschrieben. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung.

Es sind in der Figur eine erste Wärmepumpe 1 und eine zweite Wärmepumpe 2 und 3 dargestellt. Jede der Wärmepumpen weist einen Verdampfer Vl, V2 bzw. V3, einen Verdichter Pl, Pl bzw. F3, einen Kondensator KX, K 2 bzw. K 3 und ein Drosselventil Dl,D2bzw. D3auf.

Der Kondensator K 1 ist an einen Wärmetauscher Wl angeschlossen der in einem Rohrkreislauf liegt, in dem beim Betrieb einer Pumpe P 4 ein Transportmedium zirkuliert. Die Wärmepumpe 1 und die Pumpe P4 sind im Heizungskeller untergebracht. Die Verrohrung führt in die einzelnen Räume bzw. Stockwerke des zu beheizenden Gebäudes. In der Figur sind nur zwei bestimmten Räumen zugeordnete Wärmepumpen 2 und 3 dargestellt. Die Verrohrung des Transportmediums ist an die Verdampfer V2 und V3 über Wärmetauscher W2und W3 angeschlossen.

Der Verdampfer Vl wird beispielsweise von Umgebungsluft von O⁰C beaufschlagt. Dadurch verdampft das in der Wärmepumpe 1 enthaltene Kühlmittel. Es wird mittels des Verdichters P1 auf einen höheren Druck gebracht und kondensiert im Kondensator K 1. Die hierbei frei werdende Wärme wird über den Wärmetauscher VV1 auf das Transportmedium, das insbesondere Wasser ist, übertragen Das hierdurch beispielsweise auf 30°C erwärmte Wasser wird mittels der Pumpe ΡΛ durch die Wärmetauscher W2 und W3 geleitet. Dadurch verdampfen die Kühlmittel in den Wärmepumpen 2 und 3, und die Kondensatoren K 2 und K 3 geben Wärme an den ihnen zugeordneten Raum ab. Die Temperatur ist hierbei entsprechend der Dimensionierung der Wärmepumpe 2 und 3 größer als die Temperatur des Transportmediums. Dem Kondensator K 2 ist zusätzlich eine elektrische Heizeinrichtung 4 zugeordnet, durch die die von ihm abströmende Luft noch stärker erwärmt werden kann.

Ersichtlich können eine oder mehrere der Wärmepumpen durch eine entsprechende Umschaltung der Kondensatoren und der Verdampfer auch zur Raumkühlung verwendet werden.

In der Figur sind strichliert die Leitungen zum Anschluß eines Speicherbehälters 5 an den Kreislauf des Transportmediums dargestellt. Mittels dieses Speicherbehälters ist es möglich, den Verdichter Pl hauptsächlich in Niedertarifzeiten zu betreiben und das erwärmte Transportmedium aufzubewahren, bis es in Hochtarifzeiten bei abgeschaltetem Verdichter Pl an den Wärmetauschern W2und VV3 benötigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Heizungsanlage mit von einem Heizmedium gespeisten Heizgeräten in voneinander getrennten Räumen und mit mehreren Wärmepumpenstufen, wobei die Verdampfungswärme für die erste Wärmepumpenstufe, die ein Transportmedium aufheizt, der Umgebung entnommen und die Verdampfungswärme für die zweite Wärmepumpenstufe dem Transporlmedium tntnommen wird, dessen Temperatur zwischen der Temperatur der Umgebung und der zur Riiumbeheizung erforderlichen Aufheiztempera'.ur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmedium selbst als Heizmedium eingesetzt ist und daß die Heizgeräte von den zweiten Wärmepumpenstufen (2,3) gebildet sind.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (5) vorgesehen ist, in den das Transportmedium während Niedertarifzeiten eingespeist wird.

3. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zweiten Wärmepumpenstufen (2, 3) auf Kühlbetrieb umschaltbar ist und daß im Kühlfalle der Raumluft die durch die auf Kühlbetrieb geschaltete Wärmepumpenstufe (2) entzogene Wärme dem Transportmedium zugeführt wird.

4. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (V2, V3) der zweiten Wärmepumpenstufe (2, 31) zusätzlich zu der Erwärmung durch das Transpon.medium von der Luft außerhalb des zu beheizenden Raumes beaufschlagbar ist.

5. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektro-Zusatzheizeinrichtuvig vorgesehen ist, die das Transportmedium zusätzlich erwärmt.