Die Erfindung betrifft eine raumluft- und wärmetechnische Vorrichtung.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass so genannte Niedrigenergie-Häuser etc. in der Regel so gut abgedichtet sind, dass eine Zwangsbelüftung notwendig ist, um eine ausreichende Luftqualität zu gewährleisten und Schimmelbildung zu vermeiden. Hierzu sind bereits so genannte Wohnungslüftungsaggregate in Gebrauch. Diese ermöglichen zwar auch eine Erwärmung der Zuluft mit aus der Abluft zurückgewonnener Energie. Die bekannten Wohnungslüftungsaggregate enthalten jedoch keine Brauch- bzw. Heizwasserbereitungseinrichtung. Hierzu finden bisher separate Aggregate Verwendung. Es ist daher nur eine ungenügende Nutzung der in der Abluft enthaltenen Wärme erreichbar.
So wird beispielsweise bei hohen Aussentemperaturen die in der Abluft enthaltene Wärme zur Erwärmung der Zuluft nicht benötigt und daher ungenutzt an die Umgebung abgegeben, während andererseits aber das zur Erhitzung des Brauchwassers vorgesehene Aggregat in Betrieb ist, ohne die Abwärme zu nutzen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Verwendung von voneinander unabhängigen Aggregaten zu einer vergleichsweise sperrigen Gesamtbauweise und zu einem vergleichsweise hohen Montageaufwand führt.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannten Nachteile zu vermeiden und ein Kompaktgerät zu schaffen, in welches eine Raumluft- und wärmetechnische Vorrichtung integriert ist, die eine ganzjährige, hohe Nutzung der in der Abluft enthaltenen Energie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die dem Anspruch 1 zu Grunde liegende Kombination gelöst. Die hiernach vorgeschlagene, raumluft- und wärmetechnische Vorrichtung enthält eine einen Zuluftstrom und einen Abluftstrom erzeugende Lüftungseinrichtung, wenigstens eine mit ihrer Luftseite der Lüftungseinrichtung nachgeordnete Luft-Wasser-Wärmepumpe und wenigstens einen von dieser beheizbaren Wasserspeicher, wobei zwischen einem vom Zuluftstrom und Abluftstrom durchströmbaren, einen Aussenluftanschluss und einen Abluftausgang aufweisenden, Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscherelement der Lüftungseinrichtung und einem vorzugsweise als Verdichteraufnahme ausgebildeten Eingangskammerelement der Luft-Wasser-Wärmepumpe eine Mischkammer vorgesehen ist,
in welches der Abluftstrom der Lüftungseinrichtung einführbar ist und die einen absperrbaren Aussenluftanschluss und einen absperrbaren Fortluftanschluss aufweist und von der aus die Eingangskammer der Luft-Wasser-Wärmepumpe zugänglich ist.
Diese Massnahmen ermöglichen den Bau eines Kompaktgeräts, das bereits werkstattseitig weitestgehend verrohrt und verdrahtet werden kann und das mit einem bereits geschlossenen Kältemittelkreislauf lieferbar ist, was eine einfache und zuverlässige Endmontage ermöglicht. Dennoch bleiben die einzelnen Komponenten leicht zugänglich und im Notfall austauschbar, was die Wartung und Instandhaltung erleichtert. Abgesehen davon ermöglichen die erfindungsgemässen Massnahmen eine universelle Betriebsweise der erfindungsgemässen raumluft- und wärmetechnischen Vorrichtung. Die der Lüftungseinrichtung nachgeordnete, einen Aussenluftanschluss aufweisende Mischkammer ermöglicht in vorteilhafter Weise die Nutzung eines Aussenluftstroms in Kombination mit dem Abluftstrom.
Die erfindungsgemässen Massnahmen ermöglichen aber neben der kombinierten, einen Aussenluftstrom und den Abluftstrom nutzenden Betriebsweise von Lüftungseinrichtung und Luft-Wasser-Wärmepumpe auch einen separaten Betrieb der Lüftungseinrichtung oder der Luft-Wasser-Wärmepumpe. Insgesamt ergibt sich daher ein ausgezeichneter Gesamtwirkungsgrad.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Fortbildungen der übergeordneten Massnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. So können zweckmässig dem Aussenluftanschluss und dem Fortluftanschluss der Mischkammer steuerbare Klappensysteme zugeordnet sein. Hierbei handelt es sich um bewährte Elemente mit kompakter Bauweise, die kurze Reaktionszeiten aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Massnahme kann darin bestehen, dass auch der Abluftstrom und/oder der Durchgang zwischen der Mischkammer und der hieran anschliessenden Eingangskammer der Luft-Wasser-Wärmepumpe vorzugsweise ebenfalls mittels steuerbarer Klappensysteme absperrbar ist bzw. sind. Dies erleichtert die separate Betriebsweise der Wärmepumpe bzw. der Lüftungseinrichtung.
Vorteilhaft kann die Lüftungseinrichtung einen ihrem Zuluftanschluss vorgeordneten, vom Zuluftstrom durchströmbaren Kondionierungswärmetauscher aufweisen. Dieser ermöglicht in vorteilhafter Weise eine über die Vorwärmung im Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher noch hinausgehende Erwärmung bzw. eventuell eine Kühlung der Zuluft. In einer einfachen Ausführung kann der Kondionierungswärmetauscher hierzu zumindest an den beheizbaren Wasserspeicher, vorzugsweise an diesen und eine Kaltwasserquelle, anschliessbar sein.
In weiterer Fortbildung der übergeordneten Massnahmen kann eine zweite, der Mischkammer vorgeordnete, nur vom Abluftstrom durchströmbare Wärmepumpe vorgesehen sein. Diese zweite Wärmepumpe kann kleiner als die erste Wärmepumpe ausgebildet sein, sodass die grosse erste Wärmepumpe bei vergleichsweise geringem Wärmebedarf ausser Betrieb bleiben kann, was sich günstig auf die anfallenden Betriebskosten auswirkt. Die mittels der zweiten Wärmepumpe erzeugte Wärme kann einfach in den Speicher eingespeist oder alternativ auch direkt dem im Zuluftstrom angeordneten Kondionierungswärmetauscher zugeführt werden, indem dieser als Kondensator betrieben wird.
Eine besonders zu bevorzugende Fortbildung dieser Massnahmen kann dabei darin bestehen, dass der über den Konditionierungswärmetauscher führende Kältemittelkreislauf der zweiten Wärmepumpe umkehrbar ist. Hierbei kann der Konditionierungswärmetauscher wahlweise als Kondensator oder als Verdampfer betrieben werden, sodass die Zuluft mittels der zweiten Wärmepumpe wahlweise erwärmt oder gekühlt werden kann. Eine Wasserkühlung und der hiermit verbundene Wasserverbrauch und Bauaufwand können daher entfallen.
In weiterer Fortbildung der übergeordneten Massnahmen kann ein die Komponenten der Lüftungseinrichtung, die Mischkammer sowie zumindest die Luftseite der ersten Wärmepumpe enthaltende Gehäuseanordnung vorgesehen sein, die an den Wasserspeicher ansetzbar ist. Hierbei ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung, wobei jeder dem Wasserspeicher zugeordnete, in diesen hineinragende Kondensator einer Wärmepumpe bereits mit den übrigen Aggregaten der zugehörigen Wärmepumpe verrohrt sein kann. Es ist daher eine Lieferung mit bereits geschlossenem Kältemittelkreislauf möglich, was die Endmontage ausserordentlich erleichtert und eine hohe Sicherheit gewährleistet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Fortbildungen der übergeordneten Massnahmen sind in den restlichen abhängigen Ansprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer Wärmepumpe,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit zwei Wärmepumpen und
Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2.
Raumluft- und wärmetechnische Vorrichtungen der hier vorliegender Art dienen zur Lüftung von Räumen wie Wohnräumen sowie zur Rückgewinnung und Erzeugung von Wärme.
Die in Fig. 1 dargestellte raumluft- und wärmetechnische Vorrichtung enthält eine von einem Zuluftstrom 1 und einem Abluftstrom 2 durchströmbare Lüftungseinrichtung 3, eine in Verlängerung der Lüftungseinrichtung 3 angeordnete Mischkammer 4 und eine an diese luftseitig anschliessende Luft-Wasser-Wärmepumpe 5 sowie einen von dieser beheizbaren Wasserspeicher 6.
Die Vorrichtung ist modulartig aufgebaut. Die Lüftungseinrichtung 3 enthält ein Ventilatormodul 7 und ein benachbartes Wärmetauschermodul 8. Das Ventilatormodul 7 enthält zwei nebeneinander angeordnete, mit einem Zuluftanschluss 9 bzw. Abluftanschluss 10 versehene Ventilatorkammern 11, 12, in denen jeweils ein Ventilator 13, 14 zur Erzeugung des Zuluftstroms 1 bzw. Abluftstroms 2 angeordnet ist. Das an das Ventilatormodul 7 anschliessende Wärmetauschermodul 8 enthält einen als Kreuzstrom-Wärmetauscher ausgebildeten Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 15. Dieser ist so in einem Gehäuse angeordnet, dass sich vier voneinander getrennte, paarweise dem Zuluftstrom 1 bzw. Abluftstrom 2 zugeordnete Ein- bzw. Ausgangsbereiche ergeben. Der dem Zuluftstrom 1 zugeordnete Eingangsbereich ist mit einem Aussenluftanschluss 16 versehen.
Der dem Abluftstrom 2 zugeordnete Ausgangsbereich besitzt einen in die benachbarte Mischkammer 4 mündenden Durchlass 17. Ebenso sind Durchlässe zu den Ventilatorkammern 11, 12 vorgesehen. Der Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 15 ermöglicht eine Vorwärmung der Zuluft mittels der Abluft entzogener Wärme.
An das Wärmetauschermodul 8 schliesst sich ein die Mischkammer 4 enthaltendes Mischkammermodul 18 an. Dieses enthält ein die Mischkammer 4 aufnehmendes Gehäuse, das mit einem mittels eines steuerbaren Klappensystems 19 absperrbaren Aussenluftanschluss 20 und mit einem mittels eines steuerbaren Klappensystems 19 absperrbaren Fortluftanschluss 21 versehen ist. Zum abluftseitigen Ausgangsbereich des Wärmetauschermoduls 8 ist, wie schon erwähnt, ein Durchlass 17 vorgesehen, sodass die Abluft in die Mischkammer 4 einströmen kann. Dem Durchlass 17 ist ebenfalls ein steuerbares Klappensystem 19 zugeordnet. Im Bereich der wärmepumpenseitigen Wand des Mischkammermoduls 18 ist ein Durchlass 22 vorgesehen, der hier ebenfalls mittels eines steuerbaren Klappensystems 19 absperrbar ist. Darauf kann allerdings auch verzichtet werden.
Die der Mischkammer 4 nachgeordnete Luft-Wasser-Wärmepumpe 5 enthält ein Verdichtermodul 23, Verdampfermodul 24 und Ventilatormodul 25. Das dem Mischkammermodul 18 benachbarte Verdichtermodul 23 enthält eine einen Verdichter 26 aufnehmende Eingangskammer 27, die über den Durchlass 22 von der Mischkammer 4 aus zugänglich ist und gegenüber dem einen Verdampfer 28 enthaltenden Verdampfermodul 24 offen ist. Auf diese Weise wird die Abwärme des luftgekühlten Verdichters 26 von der vorbeistreichenden Luft aufgenommen, bevor diese den Verdampfer 28 durchströmt. Zwischen dem Verdampfermodul 24 und dem benachbarten Ventilatormodul 25 besteht ebenfalls Strömungsverbindung. Dieses Modul ist mit einem Fortluftanschluss 29 versehen und beherbergt einen Ventilator 30 zur Erzeugung eines über den Durchlass 22 eintretenden und über den Fortluftauslass 29 austretenden Luftstroms 31.
Der über einen Kältemittelkreislauf 32 mit dem Verdichter 26 und Verdampfer 28 verknüpfte Kondensator 33 der Wärmepumpe 5 ist im dargestellten Beispiel nach Art einer Heizschlange im Wasserspeicher 6 platziert, der hierüber beheizbar ist. Selbstverständlich wäre es aber auch denkbar, dein Kondensator 33 einen zwischengeschalteten Wärmetauscher zuzuordnen und über diesen den Wasserspeicher 6 zu beheizen. Dies ermöglicht die Beibehaltung bereits vorhandener oder die Verwendung nicht handelsüblicher Speicher.
Die Gehäuse der aneinander anschliessenden Moduln 7, 8, 18, 23, 24, 25 ergeben ein über alle Moduln sich erstreckendes, strömungskanalartiges Maschinengehäuse 34. Dieses ist so mit dem Wasserspeicher 6 kombiniert, dass der über den Kältemittelkreislauf 32 mit dem Verdichter 26 und Verdampfer 28 verknüpfte Kondensator 33 als in den Speicher 6 einschiebbares Einschubteil ausgebildet sein kann. Im dargestellten Beispiel ist das Maschinengehäuse 34 hierzu auf den Speicher 6 aufgesetzt, der einen oberen Zugang zum Einführen des Kondensators 23 aufweisen kann. Die zur Bildung des Maschinengehäuses 34 aneinander angesetzten Moduln ermöglichen eine rationelle Herstellung sowie einfache Wartung und Instandhaltung.
Der in die Mischkammer 4 eingeführte Abluftstrom 2 kann durch entsprechende Steuerung der Klappensysteme 19 wahlweise über den Fortluftauslass 21 der Mischkammer 4 an die Umgebung abgegeben oder über den Durchlass 22 der Wärmepumpe 5 zugeführt werden. Im ersten Fall sind die Klappen des Klappensystems 19 des Fortluftauslasses 21 geöffnet. Sofern der Durchlass 22 mit einem Klappensystem 19 versehen ist, sind dessen Klappen geschlossen. Dies gewährleistet eine besonders widerstandsarme Strömung des Abluftstroms 2, sodass der Abluftventilator 14 vergleichsweise schwach dimensioniert sein kann. Im zweiten Fall sind die Klappen des Klappensystems 19 des Fortluftausgangs 21 geschlossen und, sofern vorhanden, die Klappen des Klappensystems 19 im Bereich des Durchlasses 22 geöffnet.
Ebenso sind die Klappen des Klappensystems 19 des Aussenluftanschlusses 20 der Mischkammer 4 geöffnet, sodass in die Mischkammer 4 auch Aussenluft einströmen kann, die dort mit der Abluft vermischt wird. Der Luftdurchsatz durch die Wärmepumpe 5 ist wesentlich höher als der Luftdurchsatz durch die Lüftungseinrichtung 3. Dementsprechend ist auch der Ventilator 30 wesentlich stärker dimensioniert als der Zuluftventilator 13 bzw. Abluftventilator 14. Das Mengenverhältnis zwischen der über den Aussenluftanschluss 20 der Mischkammer 4 angesaugten Frischluft und der in die Mischkammer 4 einströmenden Abluft beträgt etwa 10:1.
Für den Fall, dass es gewünscht wird, dass die Wärmepumpe 5 auch allein, d.h. ohne die Lüftungseinrichtung 3 in Betrieb genommen werden kann, ist der Abluftstrom 2 vor seinem Eintritt in die Mischkammer 4 absperrbar. Im dargestellten Beispiel ist hierzu dem Durchlass 17 ein Klappensystem 19 zugeordnet. Es wäre aber auch denkbar, ein derartiges Klappensystem beispielsweise in der dem Abluftstrom 2 zugeordneten Ventilatorkammer 12 vorzusehen. Sofern die Wärmepumpe 5 bei passivierter Lüftungseinrichtung 3 aktiviert ist, ist die Mischkammer 4 abluftseitig abgeschottet. Im dargestellten Beispiel ist hierzu das dem Durchlass 17 zugeordnete Klappensystem 19 geschlossen. Ebenso ist das dem Fortluftanschluss 21 zugeordnete Klappensystem 19 geschlossen.
Die übrigen Klappensysteme können geöffnet sein, sodass über den Aussenluftanschluss 20 Frischluft in die Mischkammer 4 einströmen und über den Durchlass 22 der Wärmepumpe 5 zugeführt werden kann.
In der den Zuluftstrom 1 zugeordneten Ventilatorkammer 3 ist ein als Rohrregister ausgebildeter Konditionierungs-Wärmetauscher 35 angeordnet. Dieses Rohrregister wird aussen vom Zuluftstrom 1 und innen von warmem Wasser durchströmt, das aus dem Speicher 6 entnehmbar ist, wie durch eine Versorgungsschleife 36 angedeutet ist. Der Konditionierungs-Wärmetauscher 35 ermöglicht eine Erwärmung der Zuluft, falls die durch den Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 15 bewerkstelligte Vorwärmung der Zuluft nicht ausreichen sollte. Sofern eine Kühlung der Zuluft erwünscht sein sollte, kann der Konditionierungs-Wärmetauscher 35 alternativ an eine Kaltwasser-Schleife anschliessbar sein, wie in Fig. 1 bei 37 angedeutet ist. Der Speicher 6 dient selbstverständlich zur Versorgung weiterer Brauchwasser- und/oder Heizwasserverbraucher, wie durch Pfeile 38 angedeutet ist.
Der grundsätzliche Aufbau der Anordnungen gemäss Fig. 2 und 3 entspricht der Anordnung gemäss Fig. 1. Es genügt daher, wenn nachstehend die Unterschiede beschrieben werden, wobei für die gleich bleibenden Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 Verwendung finden.
Die Fig. 2 zeigt eine zweite, kleine Wärmepumpe 40, deren Komponenten in Form eines Verdichters 41, Verdampfers 42 und Kondensators 43 durch einen geschlossenen Kältemittelkreislauf 44 miteinander verbunden sind. Diese zweite Wärmepumpe 40 ist kleiner als die erste Wärmepumpe 5. Die Wärmepumpe 40 ist so angeordnet, dass sie luftseitig nur vom Abluftstrom 2 beaufschlagt wird, bevor dieser in die Mischkammer 4 eintritt. Die erforderliche Strömung wird durch den Abluftventilator 14 erzeugt. Die als Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgebildete Wärmepumpe 40 benötigt daher keinen eigenen Ventilator.
Im dargestellten Beispiel sind der Verdichter 41 und der Verdampfer 42 dem Durchlass 17 zwischen Wärmetauschermodul 8 und Mischkammermodul 18 nachgeordnet und dementsprechend in zugeordneten, von der Mischkammer 4 abgetrennten Kammern 45 des Mischkammermoduls 18 angeordnet. Es wäre selbstverständlich auch denkbar, die genannten Komponenten der Wärmepumpe 40 im dem Abluftstrom 2 zugeordneten Ausgangsbereich und dementsprechend in einem dem Durchgang 17 vorgeordneten Bereich des Wärmetauschermoduls 8 anzuordnen.
Die Wärmepumpe 4 dient zur zusätzlichen oder alternativen Beheizung des Speichers 6. Dementsprechend ragt der Kondensator 43 der Wärmepumpe 40 ebenfalls in den Speicher 6 hinein. Hierzu kann der Kondensator 43 zweckmässig nach Art einer Heizschlange ausgebildet sein, die von einem einer Einführöffnung zugeordneten Deckel absteht. Dasselbe gilt, wie oben schon ausgeführt wurde, für den Kondensator 33 der Wärmepumpe 5. In Zeiten mit geringem Wärme- und viel Lüftungsbedarf reicht die zweite Wärmepumpe 40 aus, um den Wärmebedarf zu decken. Die erste, grössere Wärmepumpe 5 kann dabei passiviert sein, was sich günstig auf die Betriebskosten auswirkt. Bei dieser Betriebsweise sind die Klappen des dem Durchgang 17 zwischen Wärmetauschermodul 8 und Mischkammermodul 18 zugeordneten Klappensystems 19 geöffnet.
Ausserdem sind zumindest noch die Klappen des Fortluftausgangs 21 der Mischkammer 4 zugeordneten Klappensystems 19 geöffnet. Sofern, wie beim dargestellten Beispiel, auch dem Durchgang 22 zwischen Mischkammer 4 und Eingangskammer 27 der ersten Wärmepumpe 5 ein Klappensystem 19 zugeordnet ist, sind dessen Klappen geschlossen. Die Klappen des Klappensystems 19 des Aussenluftanschlusses 20 der Mischkammer 4 können geöffnet oder geschlossen sein.
Die Ausführung gemäss Fig. 3 unterscheidet sich von der Anordnung gemäss Fig. 2 dadurch, dass der dem Zuluftstrom zugeordnete Konditionierungs-Wärmetauscher 35 nicht durch warmes Wasser aus dem Speicher 6 beheizbar ist, sondern alternativ zum im Speicher 6 angeordneten Kondensator 43 der zweiten Wärmepumpe 40 in deren Kältemittelkreislauf einbeziehbar ist. Dieser ist dementsprechend so verzweigt, dass sich eine über den Kondensator 43 führende Schleife 44a und eine über den Konditionierungs-Wärmetauscher 35 führende Schleife 44b ergeben. Hierdurch ist es möglich, dass der Zuluftstrom 1 mittels der Wärmepumpe 40 alternativ zum Speicher 6 direkt beheizbar ist.
Im dargestellten Beispiel ist die Wärmepumpe 40 so ausgebildet, dass ihr Kältemittelkreislauf bei aktivierter Schleife 44b umkehrbar ist. Dies bedeutet, dass der Konditionierungs-Wärmetauscher 35 auch als Verdampfer betreibbar ist. In diesem Fall kann der Zuluftstrom 1 mittels der Wärmepumpe 40 nicht nur beheizt, sondern auch gekühlt werden. Die bei der Kühlung gewonnene Energie kann über den Kondensator 43 in den Speicher 6 eingespeist werden. Der Verdampfer 42 ist dabei vom Kältemittelkreislauf abgetrennt. Bei der Ausführung gemäss Fig. 3 sind dementsprechend Warm- und Kaltwasserleitungen zum Konditionierungs-Wärmetauscher 35 entbehrlich.
Die Antriebe der Ventilatoren 13, 14 und 30 sowie der Verdichter 26 und 41 der Wärmepumpen 5 und 40 und der Klappensysteme 19 werden durch eine in den dargestellten Ausführungsbeispielen nicht näher ausgeführte Steuereinrichtung geschaltet. Diese ist so ausgebildet, dass sie auf Wärme- und/oder Frischluftanforderungen entsprechend reagiert und ist hierzu mit geeigneten Sensoren versehen.
The invention relates to a ventilation and heating device.
Experience has shown that so-called low-energy houses etc. are usually so well sealed that forced ventilation is necessary to ensure adequate air quality and to prevent mold growth. So-called home ventilation units are already in use for this purpose. These also allow the supply air to be heated with energy recovered from the extract air. However, the known home ventilation units do not contain any domestic hot water heating device. So far, separate units have been used for this. Therefore, insufficient use of the heat contained in the exhaust air can be achieved.
For example, at high outside temperatures, the heat contained in the exhaust air is not required to heat the supply air and is therefore released to the environment unused, while on the other hand, the unit intended to heat the process water is in operation without using the waste heat. Another disadvantage can be seen in the fact that the use of mutually independent units leads to a comparatively bulky overall construction and to a comparatively high outlay on assembly.
Proceeding from this, it is therefore the object of the present invention to avoid the disadvantages mentioned at the outset and to create a compact device in which an air conditioning and heating device is integrated, which enables year-round, high utilization of the energy contained in the exhaust air.
This object is achieved by the combination on which claim 1 is based. The air-conditioning and heat-technical device proposed according to this contains a ventilation device that generates a supply air flow and an exhaust air flow, at least one air-water heat pump arranged downstream of the ventilation device with its air side, and at least one water reservoir that can be heated by the latter, one between which the supply air flow and the exhaust air flow can flow Outside air connection and an exhaust air outlet, heat recovery heat exchanger element of the ventilation device and an inlet chamber element of the air-water heat pump, preferably designed as a compressor receptacle, are provided,
into which the exhaust air flow of the ventilation device can be introduced and which has a lockable outside air connection and a lockable exhaust air connection and from which the entrance chamber of the air-water heat pump is accessible.
These measures enable the construction of a compact device that can be largely piped and wired in the workshop and that can be supplied with an already closed refrigerant circuit, which enables simple and reliable final assembly. However, the individual components remain easily accessible and can be replaced in an emergency, which makes maintenance and repair easier. Apart from that, the measures according to the invention enable universal operation of the ventilation and heating device according to the invention. The mixing chamber arranged downstream of the ventilation device and having an outside air connection advantageously enables the use of an outside air flow in combination with the exhaust air flow.
However, in addition to the combined mode of operation of the ventilation device and the air-water heat pump, which uses an outside air flow and the exhaust air flow, the measures according to the invention also allow the ventilation device or the air-water heat pump to be operated separately. Overall, this results in an excellent overall efficiency.
Advantageous refinements and appropriate further training of the higher-level measures are specified in the dependent claims. Controllable flap systems can be expediently assigned to the outside air connection and the exhaust air connection of the mixing chamber. These are tried-and-tested elements with a compact design that have short response times.
A further advantageous measure can consist in that the exhaust air flow and / or the passage between the mixing chamber and the adjoining input chamber of the air-water heat pump can also preferably be shut off by means of controllable flap systems. This facilitates the separate operation of the heat pump or the ventilation device.
Advantageously, the ventilation device can have a condensation heat exchanger upstream of its supply air connection and through which the supply air flow can flow. This advantageously enables heating or possibly cooling of the supply air that goes beyond preheating in the heat recovery heat exchanger. In a simple embodiment, the condensation heat exchanger can be connected at least to the heatable water reservoir, preferably to this and a cold water source.
In a further development of the higher-level measures, a second heat pump, which is arranged upstream of the mixing chamber and can only flow through the exhaust air flow, can be provided. This second heat pump can be made smaller than the first heat pump, so that the large first heat pump can remain out of operation with a comparatively low heat requirement, which has a favorable effect on the operating costs incurred. The heat generated by means of the second heat pump can simply be fed into the storage unit or, alternatively, can also be fed directly to the condensing heat exchanger arranged in the supply air flow by operating it as a condenser.
A particularly preferred further development of these measures can consist in the fact that the refrigerant circuit of the second heat pump leading through the conditioning heat exchanger is reversible. The conditioning heat exchanger can be operated either as a condenser or as an evaporator, so that the supply air can be either heated or cooled using the second heat pump. Water cooling and the associated water consumption and construction work can therefore be dispensed with.
In a further development of the higher-level measures, a housing arrangement which contains the components of the ventilation device, the mixing chamber and at least the air side of the first heat pump and which can be attached to the water reservoir can be provided. This results in a particularly compact arrangement, with each condenser of a heat pump assigned to the water reservoir and projecting into it being able to be already piped to the other units of the associated heat pump. A delivery with an already closed refrigerant circuit is therefore possible, which greatly simplifies the final assembly and ensures a high level of safety.
Further advantageous refinements and expedient further developments of the superordinate measures are specified in the remaining dependent claims and can be found in more detail in the following description of the examples with reference to the drawing.
In the drawing described below:
1 is a schematic representation of a device according to the invention with a heat pump,
Fig. 2 is a schematic representation of a device according to the invention with two heat pumps and
3 shows a variant of FIG. 2.
Air conditioning and heat technology devices of the type in question serve to ventilate rooms such as living rooms and to recover and generate heat.
1 contains a ventilation device 3 through which a supply air flow 1 and an exhaust air flow 2 can flow, a mixing chamber 4 arranged in the extension of the ventilation device 3 and an air-water heat pump 5 connected to this on the air side and one of these heatable water storage 6.
The device has a modular structure. The ventilation device 3 contains a fan module 7 and an adjacent heat exchanger module 8. The fan module 7 contains two fan chambers 11, 12 which are arranged next to one another and are provided with a supply air connection 9 or exhaust air connection 10, in each of which a fan 13, 14 for generating the supply air flow 1 or Exhaust air flow 2 is arranged. The heat exchanger module 8 connected to the fan module 7 contains a heat recovery heat exchanger 15 designed as a cross-flow heat exchanger. This is arranged in a housing in such a way that there are four separate input and output areas, which are assigned to the supply air flow 1 and exhaust air flow 2 in pairs. The input area assigned to the supply air flow 1 is provided with an outside air connection 16.
The outlet area assigned to the exhaust air flow 2 has a passage 17 opening into the adjacent mixing chamber 4. Also, passages to the fan chambers 11, 12 are provided. The heat recovery heat exchanger 15 enables preheating of the supply air by means of heat extracted from the exhaust air.
A mixing chamber module 18 containing the mixing chamber 4 is connected to the heat exchanger module 8. This contains a housing accommodating the mixing chamber 4, which is provided with an outside air connection 20 which can be shut off by means of a controllable flap system 19 and with an exhaust air connection 21 which can be shut off by means of a controllable flap system 19. As already mentioned, a passage 17 is provided to the outlet area of the heat exchanger module 8 on the exhaust air side, so that the exhaust air can flow into the mixing chamber 4. A controllable flap system 19 is also assigned to the passage 17. In the area of the heat pump-side wall of the mixing chamber module 18, a passage 22 is provided, which can also be shut off here by means of a controllable flap system 19. However, this can also be dispensed with.
The air-water heat pump 5 arranged downstream of the mixing chamber 4 contains a compressor module 23, evaporator module 24 and fan module 25. The compressor module 23 adjacent to the mixing chamber module 18 contains an inlet chamber 27 which receives a compressor 26 and which is accessible via the passage 22 from the mixing chamber 4 and is open to the evaporator module 24 containing an evaporator 28. In this way, the waste heat of the air-cooled compressor 26 is absorbed by the air flowing past before it flows through the evaporator 28. There is also a flow connection between the evaporator module 24 and the adjacent fan module 25. This module is provided with an exhaust air connection 29 and houses a fan 30 for generating an air flow 31 entering via the passage 22 and exiting via the exhaust air outlet 29.
The condenser 33 of the heat pump 5, which is connected to the compressor 26 and evaporator 28 via a refrigerant circuit 32, is placed in the illustrated example in the manner of a heating coil in the water reservoir 6, which can be heated thereby. Of course, it would also be conceivable to assign your condenser 33 to an intermediate heat exchanger and to heat the water reservoir 6 via this. This allows you to keep existing storage or use non-commercial storage.
The housings of the adjoining modules 7, 8, 18, 23, 24, 25 result in a flow channel-like machine housing 34 that extends over all modules. This is combined with the water reservoir 6 in such a way that it flows through the refrigerant circuit 32 with the compressor 26 and evaporator 28 linked capacitor 33 can be designed as an insertable part into the memory 6. In the example shown, the machine housing 34 is placed on the memory 6, which can have an upper access for inserting the capacitor 23. The modules attached to one another to form the machine housing 34 enable rational production and simple maintenance and repair.
The exhaust air stream 2 introduced into the mixing chamber 4 can optionally be released to the environment via the exhaust air outlet 21 of the mixing chamber 4 by appropriate control of the flap systems 19 or can be supplied to the heat pump 5 via the passage 22. In the first case, the flaps of the flap system 19 of the exhaust air outlet 21 are open. If the passage 22 is provided with a flap system 19, its flaps are closed. This ensures a particularly low-resistance flow of the exhaust air flow 2, so that the exhaust air fan 14 can be dimensioned comparatively weak. In the second case, the flaps of the flap system 19 of the exhaust air outlet 21 are closed and, if present, the flaps of the flap system 19 in the area of the passage 22 are open.
Likewise, the flaps of the flap system 19 of the outside air connection 20 of the mixing chamber 4 are opened, so that outside air can also flow into the mixing chamber 4, which is mixed there with the exhaust air. The air throughput through the heat pump 5 is significantly higher than the air throughput through the ventilation device 3. Accordingly, the fan 30 is also dimensioned much stronger than the supply air fan 13 or exhaust air fan 14. The quantitative ratio between the fresh air drawn in via the outside air connection 20 of the mixing chamber 4 and the Exhaust air flowing into the mixing chamber 4 is approximately 10: 1.
In the event that it is desired that the heat pump 5 also stand alone, i.e. The exhaust air flow 2 can be shut off before it enters the mixing chamber 4 without the ventilation device 3 being put into operation. In the example shown, a flap system 19 is assigned to the passage 17. However, it would also be conceivable to provide such a flap system, for example, in the fan chamber 12 assigned to the exhaust air flow 2. If the heat pump 5 is activated with a passivated ventilation device 3, the mixing chamber 4 is sealed off on the exhaust air side. In the example shown, the flap system 19 assigned to the passage 17 is closed for this purpose. The flap system 19 assigned to the exhaust air connection 21 is also closed.
The other flap systems can be opened so that fresh air can flow into the mixing chamber 4 via the outside air connection 20 and can be supplied to the heat pump 5 via the passage 22.
A conditioning heat exchanger 35 designed as a tube register is arranged in the fan chamber 3 assigned to the supply air flow 1. This pipe register is flowed through from the outside by the supply air flow 1 and from the inside by warm water, which can be removed from the store 6, as indicated by a supply loop 36. The conditioning heat exchanger 35 enables the supply air to be heated if the preheating of the supply air brought about by the heat recovery heat exchanger 15 is not sufficient. If cooling of the supply air should be desired, the conditioning heat exchanger 35 can alternatively be connected to a cold water loop, as indicated at 37 in FIG. 1. The store 6 is of course used to supply other process water and / or heating water consumers, as indicated by arrows 38.
The basic structure of the arrangements according to FIGS. 2 and 3 corresponds to the arrangement according to FIG. 1. It is therefore sufficient if the differences are described below, the same reference numerals as in FIG. 1 being used for the parts that remain the same.
FIG. 2 shows a second, small heat pump 40, the components of which in the form of a compressor 41, evaporator 42 and condenser 43 are connected to one another by a closed refrigerant circuit 44. This second heat pump 40 is smaller than the first heat pump 5. The heat pump 40 is arranged such that it is only acted upon by the exhaust air stream 2 on the air side before it enters the mixing chamber 4. The required flow is generated by the exhaust air fan 14. The heat pump 40 designed as an air-water heat pump therefore does not require its own fan.
In the example shown, the compressor 41 and the evaporator 42 are arranged downstream of the passage 17 between the heat exchanger module 8 and the mixing chamber module 18 and are accordingly arranged in associated chambers 45 of the mixing chamber module 18 which are separated from the mixing chamber 4. It would of course also be conceivable to arrange the aforementioned components of the heat pump 40 in the outlet area assigned to the exhaust air flow 2 and accordingly in an area of the heat exchanger module 8 upstream of the passage 17.
The heat pump 4 is used for additional or alternative heating of the store 6. Accordingly, the condenser 43 of the heat pump 40 also projects into the store 6. For this purpose, the condenser 43 can expediently be designed in the manner of a heating coil which projects from a cover assigned to an insertion opening. The same applies, as already explained above, to the condenser 33 of the heat pump 5. In times with low heat and a lot of ventilation requirements, the second heat pump 40 is sufficient to cover the heat requirement. The first, larger heat pump 5 can be passivated, which has a favorable effect on the operating costs. In this mode of operation, the flaps of the flap system 19 assigned to the passage 17 between the heat exchanger module 8 and the mixing chamber module 18 are opened.
In addition, at least the flaps of the exhaust air outlet 21 of the flap system 19 assigned to the mixing chamber 4 are still open. If, as in the example shown, a flap system 19 is also assigned to the passage 22 between the mixing chamber 4 and the inlet chamber 27 of the first heat pump 5, its flaps are closed. The flaps of the flap system 19 of the outside air connection 20 of the mixing chamber 4 can be opened or closed.
The embodiment according to FIG. 3 differs from the arrangement according to FIG. 2 in that the conditioning heat exchanger 35 assigned to the supply air flow cannot be heated by hot water from the store 6, but instead as an alternative to the condenser 43 of the second heat pump 40 arranged in the store 6 can be included in their refrigerant circuit. This is accordingly branched in such a way that a loop 44a leading over the condenser 43 and a loop 44b leading over the conditioning heat exchanger 35 result. This makes it possible for the supply air flow 1 to be heated directly by means of the heat pump 40 as an alternative to the store 6.
In the example shown, the heat pump 40 is designed such that its refrigerant circuit can be reversed when the loop 44b is activated. This means that the conditioning heat exchanger 35 can also be operated as an evaporator. In this case, the supply air flow 1 can not only be heated but also cooled by means of the heat pump 40. The energy obtained during cooling can be fed into the memory 6 via the capacitor 43. The evaporator 42 is separated from the refrigerant circuit. In the embodiment according to FIG. 3, hot and cold water lines to the conditioning heat exchanger 35 are accordingly unnecessary.
The drives of the fans 13, 14 and 30 and the compressors 26 and 41 of the heat pumps 5 and 40 and the flap systems 19 are switched by a control device which is not detailed in the exemplary embodiments shown. This is designed so that it responds appropriately to heat and / or fresh air requirements and is provided with suitable sensors for this purpose.