CH629583A5 - Verfahren zur beheizung von wohn-, arbeits- und versammlungsraeumen mit einer waermepumpe als waermeerzeugende vorrichtung und beheizungsanlage dafuer. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beheizung von Wohn-, Arbeits- und Versammlungsräumen mit einer Wärmepumpe als wärmeerzeugende Vorrichtung, die auf ihrer Expansionsseite die Wärme einem zur Verfügung stehenden Wärmeträger entnimmt und diese auf ihrer Kompressionsseite an das zu beheizende Medium abgibt, sowie auf eine Beheizungsanlage dafür. Beheizungsanlagen mit Wärmepumpen als wärmeerzeugender Vorrichtung sind in der technischen Fachliteratur nach ihren theoretischen Grundlagen und ihren praktischen Auswirkungen allgemein bekannt; ihre Verwirklichung in der Praxis ist erst in neuester Zeit aufgegriffen worden, obwohl aus einigen ganz wenigen schon seit Jahrzehnten installierten Ausführungen recht gute Erfahrungen vorlagen. Es bedurfte offenbar erst eines kräftigen Anstosses durch die zunehmende Verteuerung der Primär-Energie, um der Entwicklung auf diesem Gebiet neue Impulse zu geben.

Gemeinhin werden Beheizungsanlagen mit Wärmepumpen derart betrieben, dass die Wärme einem Medium mit grossem Wärmevorrat, z.B. einem grossen Gewässer, dem Grundwasser oder dem Erdreich entnommen, durch Kompression auf höheres Niveau transformiert und die Kompressionswärme an das zu beheizende Medium, z. B. Wasser oder Luft abgegeben wird. Unter durchschnittlichen Voraussetzungen gelingt es dabei, einen sehr erheblichen Teil der zur Beheizung notwendigen Wärme dem betreffenden Wärmevorrats-Medium zu entnehmen, als sozusagen kostenlos zu gewinnen. Anlagen solcher Art die beispielsweise für die Wohnraumbeheizung, oder die Warmwassererzeugung dienen können, werden bisher gemeinhin unter dem Gesichtspunkt der Gewinnung billiger Wärmeenergie, wie zuvor geschildert, betrieben. Dabei erfolgt die Aufgabe der Wärme der Raumbeheizungen bisher stets durch konvektiven Wärmeaustausch mit der Raumluft über Wärmeaustauscher, die nach Art von Radiatoren oder Konvektoren von Zentralheizungen ausgebildet sind.

Es ist allgemein bekannt, dass Strahlungswärme vom Menschen als weitaus angenehmer empfunden wird, als die allgemein übliche Beheizungsart durch Erwärmung der Raumluft. Selbst bei niedriger Lufttemperatur wird durch Wärmestrahlung das physiologische Wohlbefinden viel stärker angeregt, als etwa umgekehrt bei Strahlungsabsorption durch die Umgebung bei hoher Lufttemperatur. Von medizinischer Seite wird daher vielfach die Forderung erhoben, Heizungsanlagen zu entwickeln, die einen grösseren Anteil der fühlbaren Wärme durch Strahlung vermitteln. Eine solche Forderung ist jedoch - abgesehen von den bekannten elektrischen Wärmestrahlen - nur schwer zu verwirklichen.

Hiervon ausgehend ist der Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Beheizung von Wohn-, Arbeits- und Versammlungsräumen mit einer Wärmepumpe als wärmeerzeugende Vorrichtung, die auf ihrer Expansionsseite die Wärme einem zur Verfügung stehenden Wärmeträger entnimmt und diese auf ihrer Kompressionsseite an das zu beheizende Medium abgibt, vorzuschlagen . Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wärme unter Temperatursenkung der Raumluft entnommen und unter Temperaturerhöhung an vor den Umschliessungsflächen des Raumes angeordnet, die Wärme abstrahlende Heizkörper abgegeben wird.

Wie leicht ersichtlich, wird bei der Beheizung nach dem erfindungsgemässen Verfahren nicht der Raum im eigentlichen Sinne beheizt, sondern es wird der vorhandene Wärmeinhalt -

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unter geringfügiger Vermehrung durch die elektrische Energie zum Betrieb der Wärmepumpe - laufend aus der Luftwärme in die als angenehmer empfundene Strahlungswärme umgewandelt; der Ersatz der laufend nach ausserhalb des Systems verlorengehenden Wärme kann mittels konventioneller Beheizungseinrichtungen auf der Basis der Wärmekonvektion erfolgen. Zur Beheizung nach dem erfindungsgemässen Verfahren dient eine Beheizungsanlage mit mindestens einer Wärmepumpe, bei der im Luftraum des zu beheizenden Raumes Wärmeaustauscher angeordnet sind, die die dem Luftraum entnommene Wärme an die Expansionsseite der Wärmepumpe übertragen, und bei der an den Umschliessungsflächen des Raumes als flächenhafte Strahlungsheizkörper ausgebildete Wärmeaustauscher angeordnet sind, die von der Kompressionsseite der Wärmepumpe Wärme empfangen und im wesentlichen als Wärmestrahlung an den zu beheizenden Raum abgeben. Durch die Verwendung flächenhafter, also grossflächiger Strahlungsheizkörper wird es ermöglicht, die gesamte Beheizungsanlage auf verhältnismässig niedrigen Temperaturen zu betreiben, was ebenfalls dem Wohlbefinden dienlich ist.

In einer einfachen Ausführungsform der Beheizungsanlage ist vorgesehen, dass als Wärmeaustauscher mit der Raumluft bzw. als Strahlungsheizkörper die der Wärmepumpe an der Expansionsseite und an der Kompressionsseite zugeordneten primären Wärmeaustauscher, die pumpenseitig unmittelbar von dem Wärmepumpen-Medium durchströmt sind, verwendet werden.

Für Anlagen grösserer Leistung und bei komplizierten räumlichen Verhältnissen empfiehlt es sich indessen, dass den der Wärmepumpe expansionsseitig und bzw. oder kompressionssei-tig zugeordneten primären Wärmeaustauschern je ein sekundärer, vorzugsweise mit Wasser als Wärmeträger betriebener Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist, wobei der expansionsseitige Sekundär-Kreislauf über sekundäre Wärmeaustauscher Raumluftwärme aufnimmt und dem primären Wärmeaustauscher zuführt, und der kompressionsseitige Sekundär-Keislauf von dem primären Wärmeaustauscher Kompressionswärme empfängt und über die als flächenhafte Strahlungs-Heizkörper ausgebildeten, sekundären Wärmeaustauscher in den zu beheizenden Raum abstrahlt. Eine derart vervollkommnete Anlage erweist sich als vorteilhaft, wenn besonders grosse und in mehreren Ebenen liegende Flächen mit Strahlungs-Heizkörpern ausgestattet werden sollen bzw. wenn die Entnahme von Wärme aus der Raumluft an verschiedenen voneinander getrennten Stellen erfolgen soll. Je nach den gegebenen Voraussetzungen kann natürlich entweder nur dem expansionsseitigen primären Wärmeaustauscher, oder nur dem kompressionsseitigen primären Wärmeaustauscher, oder aber auch beiden ein Sekundär-Kreislauf zugeordnet sein.

In einer vorteilhaften weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die flächenhaften Strahlungsheizkörper in geringem Abstand von den Umschliessungsflächen des Raumes (Wände, Decke, Boden) unter Belassung eines Luftspaltes angeordnet sind, und dass zwischen Umschliessungsflächen und Strahlungsheizkörpern im Abstand voneinander Dichtungsstreifen zur Bildung von horizontalen Luftführungskanälen angeordnet sind. Dürch diese Massnahme werden mannigfache zusätzliche Möglichkeiten erschlossen.

So können beispielsweise die expansionsseitigen Wärmeaustauscher im Luftspalt zwischen Umschliessungsflächen und Strahlungsheizkörpern angeordnet sein, wobei sie zweckmässig in innerhalb des Luftspaltes vorgesehenen vertikalen Ventilationsschächten angeordnet sind, oder wobei ihnen eine Luftpumpe zur Zuführung der Warmluft zugeordnet ist. Diese Anordnung bietet nicht nur den Vorteil, dass die technischen Anlagen verborgen bleiben, sondern der Luftspalt wirkt selbst als Ventilationsschacht und sorgt für einen kräftigen Wärmeaustausch. Ebenso liegt es im Sinne einer architektonisch günstigen

Raumgestaltung, nicht nur die expansionsseitigen Wärmeaustauscher, sondern die gesamte Wärmepumpenanlage mit den primären und sekundären Wärmeaustauschern im Luftspalt zwischen Umschliessungsflächen und Strahlungsheizkörpern anzuordnen.

5 In bevorzugter Ausbildung sind die Strahlungsheizkörper mit mehreren bis zahlreichen von der Aussenfläche zur Innenfläche durchgehenden Kanälen versehen, die einen Luftaustausch vom Raum zum Luftspalt zwischen den Umschliessungsflächen und den flächenhaften Strahlungsheizkörpern bzw. umgekehrt er-10 möglichen.

Um zu verhindern, dass ein grösserer Teil der den Strahlungsheizkörpern zugeführten Wärme an die im Luftspalt zwischen Strahlungsheizkörpern und Umschliessungsflächen befindliche Luft zurückgestrahlt wird, erscheint es zweckmässig, die den 15 Umschliessungsflächen des Raumes zugekehrten Aussenflächen der flächenhaften Strahlungs-Heizkörper mit einer Wärmeisolierung zu versehen.

In den Zeichnungen sind Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Beheizungsanlage als Prinzipskizzen in streng 20 schematisierter Darstellung wiedergegeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Beheizungsanlage mit Wärmepumpe in einfachster Ausführungsform;

Fig. 2 eine Beheizungsanlage vervollkommneter Ausführungsform;

25 Fig. 3 einen Wohnraum mit zugehöriger Beheizungsanlage, stark vereinfacht, im Grundriss.

Bei der Beheizungsanlage gemäss Fig. 1 sind die der Wärmepumpe 2, deren Expansionsteil (Kaltteil) mit «K», deren Kompressionsteil (Warmteil) mit «W» bezeichnet ist, zugeordneten 30 primären Wärmeaustauscher 4 (Kaltseite) und 5 (Warmseite) unmittelbar als Wärmeaustauscher für den zu beheizenden Raum eingsetzt. Der kaltseitige Wärmeaustauscher 4 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer von einem Mantelrohr 40 umschlossenen Rohrschlange 41, welche von dem Wär-35 mepumpenmedium durchströmt ist. Das Mantelrohr wird unter Wirkung einer Luftpumpe 6 von der Raumluft durchströmt, die einen Teil ihrer fühlbaren Wärme an das infolge der vorangegangenen Expansion abgekühlte Wärmepumpenmedium abgibt. Der Wärmeaustauscher 5 ist als geschlossene Strahlungsheiz-io platte ausgebildet, die innenseitig von dem Wärmepumpenmedium durchflössen wird.

Eine vervollkommnete Anlage zeigt Fig. 2. Bei dieser ist jedem primären Wärmeaustauscher 4 bzw. 5 ein sekundärer Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet, der vorzugsweise mit Was-45 ser jedoch auch mit zahlreichen anderen Flüssigkeiten als Wärmeträger betrieben werden kann .Bei dieser Anordnung ist dem primären Wärmeaustauscher 4 ein sekundärer Wärmeaustauscher? nebst Umwälzpumpe 8, dem primären Wärmeaustauscher 5 ein sekundärer Wärmeaustauscher 9 nebst Umwälz-50 pumpe lOzugeordnet. Wie aus der Zeichnung leicht zu erkennen , sind bei dieser Ausführungsform - vergleichsweise zu Fig. 1 - die Funktionen der primären Wärmeaustauscher 4,5 hinsichtlich der Raumbeheizung von den sekundären Wärmeaustauschern 7 und 9 übernommen worden. Diese bewirken den 55 Wärmeaustausch mit dem zu beheizenden Raum durch Wärmeentnahme (7) bzw. durch Strahlung (9), wobei als Austauschmedium der Wärmeträger des jeweiligen Sekundärkreislaufs dient, während die primären Wärmeaustauscher 4,5 lediglich zwischen Wärmepumpenmedium und Wärmeträger des Sekun-60 därkreises austauschen. Die Anordnung gemäss Fig. 2 bietet gegenüber der in Fig. 1 dargestellten einfachsten Ausführungsform grosse Vorteile. Die Sekundärkreisläufe können bei Wahl eines geeigneten Wärmeträgers, z.B. Wasser, für drucklose Betriebsweise ausgelegt werden und sie können für die Versor-65 gung einer Mehrzahl von sekundären Wärmeaustauschern bei weitgehend freier Wahl ihres Anbringungsortes und weitgehend beliebiger Leitungsführung ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt ein Prinzipschema einer Raumbeheizung im

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Grundriss, wobei in geringem Abstand von den Umfassungswänden 11 des zu beheizenden Raumes 12 flächenhafte Strahlungs-Heizkörper angeordnet sind, die grosse Teile der Wandflächen abdecken.

Diese Strahlungs-Heizkörper weisen, wie der in Fig. 2 dargestellte, von der einen zur anderen Wandung durchgehende Kanäle auf, die einen Luftaustausch vom Rauminneren zu dem zwischen den Umfassungswänden und dem System der Strahlungsheizkörper verbleibenden Luftspalt 13 gestatten. Aus Gründen der Zeichnerichen Vereinfachung ist bei dieser Figur nur eine vereinfachte Wärmepumpenbeheizung gemäss Fig. 1 dargestellt; bei einer Anlage dieser Ausbildung wird es indessen weitaus günstiger sein, eine Beheizungsanlage gemäss Fig. 2 vorzusehen. Der Wärmeaustauscher 4 bzw. 7 zur Entnahme von

Wärme aus der Raumluft ist in dem Luftspalt 13 angeordnet und zwar sowohl aus räumlichen, als auch aus wärmetechnischen bzw. aerodynamischen Gründen; der Luftspalt wirkt nämlich selbst als Ventilationsschacht, so dass der Wärmeaustauscher 4 5 bzw. 7 der Kaltseite keine Ummantelung zur Erzeugung einer Ventilationswirkung benötigt, sondern als einfache Rohrschlange 41 frei in dem Luftspalt ausgespannt werden kann. Zur Unterstützung der Ventilationswirkung infolge Wärmekonvek-tion können an hierfür vorgesehenen Stellen Dichtungsstreifen aus Kunststoff zwischen den Umfassungswänden und dem System der Strahlungs-Heizkörper angebracht sein, durch die der Luftspalt in aufsteigende und/oder horizontale Kanäle unterteilt wird.

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1 Blatt Zeichnungen

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629 583 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Beheizung von Wohn-, Arbeits-und Versammlungsräumen mit einer Wärmepumpe als Wärme erzeugende Vorrichtung, die auf ihrer Expansionsseite (K) die Wärme einem zur Verfügung stehenden Wärmeträger entnimmt und dièse auf ihrer Kompressionsseite ( W) an das zu beheizende Medium abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme unter Temperatursenkung der Raumluft entnommen und unter Tem-peraturerhöhung an vor den Umschliessungsflächen des Raumes angeordnete, die Wärme abstrahlende Heizkörper abgegeben wird.

2. Beheizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einer Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftraum des zu beheizenden Raumes Wärmeaustauscher (4; 7) angeordnet sind, die die dem Luftraum entnommene Wärme an die Expansionsseite (K) der Wärmepumpe (2) übertragen, und dass vor den Umschliessungsflächen des Raumes als flächenhafte Strahlungs-Heizkörper (5 ; 9) ausgebildete Wärmeaustauscher angeordnet sind, die von der Kompressionsseite der Wärmepumpe Wärme empfangen und im wesentlichen als Wärmestrahlung an den zu beheizenden Raum abgeben (Fig. 1, 2).

3. Beheizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeaustauscher mit der Raumluft und als Strahlungs-Heizkörper die der Wärmepumpe an der Expansionsseite (K) und an der Kompressionsseite ( W) zugeordneten primären Wärmetauscher (4,5), die primärseitig von dem Wärmepumpenmedium durchströmt sind, vorgesehen sind (Fig. 1).

4. Beheizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass den der Wärmepumpe expansionsseitig und bzw. oder kompressionsseitig zugeordneten primären Wärmeaustauschern (4,5) je ein sekundärer, vorzugsweise mit Wasser als Wärmeträger betriebener Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist, wobei der expansionsseitige Sekundär-Kreislauf über sekundäre Wärmeaustauscher (7) Raumluftwärme aufnimmt und dem primären Wärmeaustauscher (4) zuführt, und der kompressionsseitige Sekundär-Kreislauf von dem primären Wärmeaustauscher (5) Kompressionswärme empfängt und über die als flächenhafte Strahlungs-Heizkörper ausgebildeten, sekundären Wärmeaustauscher (9) in den zu beheizenden Raum abstrahlt (Fig. 2).

5. Beheizungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenhaften Strahlungs-Heizkörper (5; 9) im Abstand von den Umschliessungsflächen des Raumes ( 12) - Wände, Decke, Boden - unter Belassung eines Luftspaltes (13) angeordnet sind, und dass zwischen Umschliessungsflächen und Strahlungs-Heizkörpern (5; 9) im Abstand voneinander Dichtungsstreifen zur Bildung von horizontalen Luftführungskanälen angeordnet sind (Fig. 3).

6. Beheizungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Umschliessungsflächen des Raumes zugekehrten Aussenflächen der flächenhaften Strahlungs-Heizkörper (5: 9) wärmeisoliert sind.

7. Beheizungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenhaften Strahlungs-Heizkörper (5; 9) mit von der Aussenfläche zur Innenfläche durchgehenden Kanälen ( 14) versehen sind, die einen Luftaustausch vom Raum zum Luftspalt (13) zwischen den Umschliessungsflächen (11) und den flächenhaften Strahlungs-Heizkörpern bzw- umgekehrt ermöglichen.

8. Beheizungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die expansionsseitigen Wärmeaustauscher (4; 7) im Luftspait (13) zwischen Umschliessungsflächen (11 ) und flächenhaften Strahlungs-Heizkörpern (5; 9) angeordnet sind, und dass sie in innerhalb des Luftspaltes vorgesehenen vertikalen Ventilationsschächten angeordnet sind, oder dass ihnen eine Luftpumpe (6) zur Zuführung der Raumluft zugeordnet ist.

9. Beheizungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage mit den primären und sekundären Wärmeaustauschern im Luftspalt (13) zwischen Umschliessungsflächen (11) und Strahlungs-Heizkörpern (5; 9) angeordnet ist.