DE2558511C2 - Zentralheizungsanlage mit einer Wärmepumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine 1 ^ntralheizungsanlage. insbesondere mit einem Brauchwasserbeheizer, bei der hinter einer Wärmepumpe ein Durchlauferhitzer und parallel zu dieser Wärmepumpe eine Umgehungsleitung mit einem Ventil geschaltet sind.

Dem praktischen Einsatz einer Wärmepumpe in einer Zentralheizungsanlage, die den Wärmebedarf, beispielsweise eines Wohnhauses, ganzjährig decken soll, stehen verschiedene Schwierigkeiten im Wege. Aus Grünaen der Wirtschaftlichkeit empfiehlt es sich nicht die Wärmepumpe so groß zu dimensionieren, daß sie jeden Spitzen-Wärmebedarf decken kann. Es ist deshalb in der Literaturstelle Dörr. H.: »Außenluft-Wasser-Wärmepumpe mit Zusatz-Propangasheizung für Einfamilienhäuser« in HLH 26 (1975) Nr. I. Seiten 15 bis 18 eine Anlage vorgeschlagen, bei der hinter eine Wärmepumpe ein Gasdurchlauferhitzer geschaltet ist. Die Wärmepumpe bzw. der Gasdurchlauferhitzer werden in Abhängigkeit von der Außentemperatur und von dem Elekm/itätsversorgungsunternehmen festgelegten Sperr/eiten geschaltet.

In der DE OS 23 55 167 ist eine Zentralheizungsanlage beschrieben, bei der ebenfalls in Reihe zur Wärmepumpe ein Gasdurchlauferhitzer geschaltet ist. Parallel zum Gasdurchlauferhitzer ist eine Umgehungsleitung vorgesehen, mit der mittels eines thermostatischen Drosselorgans die Temperatur auf einer für die Brauchwasserbereitung und eine wirtschaftliche Speicherung geeigneter Höhe gehalten wird.

Weder in der genannten Litefalürstelle noch in der DE-OS 23 55 167 ist die Rückfauflemperätur zum Schalten der Wärmepumpe herangezogen. Bei einer Wärmepumpe ist der wenig «lastische Regelbereich ungünstig. Sie arbeitet wirtschaftlich nur zwischen relativ begrenzten Temperaturniveaus. Selbst eine Vergrößerung der Leistung der Wärmepumpe ändert hieran wenig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentralheizungsanlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der ein unwirtschaftlicher Betrieb der Wärmepumpe vermieden ist
Nach der Erfindung ist obige Aufgabe bei einer

ίο Zentralheizungsanlage der eingangs genamten Gattung dadurch gelöst, daß das Ventil in Abhängigkeit von der Wassertemperatur in der Rücklaufleitung geöffnet ist wenn diese Temperatur nur wenig unterhalb der mit der Wärmepumpe erreichbaren Vorlauftemperatur liegt, und daß bei gecJfnetem Ventil die Wärmepumpe abgeschaltet ist

Die Wärmepumpe deckt in diesem Fall eine Grundlast Der Durchlauferhitzer kann entweder ein Gas- oder Elektro-Durchlauferhitzer sein. Letzterer arbeitet vorzugsweise in der Niedertarifzeit, wenn die Wärmelieferung der Wärmepumpe nicht zur gewünschten Beheizung der Räume oder des Warmwasserspeichers ausreicht. Durch die Schaltung der Umgehungsleitung ist erreicht, daß dann, wenn die Rücklauftemperatür so hoch ist. daß die Wärmepumpe wirtschaftlich praktisch keine weitere Erwärmung vornehmen kann, die Wärmepumpe außer Betrieb gesetzt und umgangen wird. Dieser Fall.i-.ann insbesondere zur Niedertarifzeit dann auftreten, wenn der Warmwasserspeicher zwar weitgehend, aber noch nicht vollständig die gewünschte Temperatur angenommen hat In diesem Fall erfolgt die Restaufladung cies Warmwasserspeichers ausschließlich durch den Durchlauferhitzer, insgesamt ist somit sowohl für den Fall des hohen Wärmebedarfs als auch für den Fall der hohen Rücklauftemperatur ein wirtschaftlicher Wärmepumpenbetrieb möglich. Beachtlich ist, daß hierbei nicht nur der Stromverbrauch, sondern entscheidend die Anlagekosten der Wärmepumpe und deren von der Betriebsdauer abhängiger

•to Verschleiß ins Gewicht fällt.

Die Rücklauftemperatur, bei dei das Ventil geöffnet und die Wärmepumpe abgeschaltet ist. liegt vorzugsweise über 45'C.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung isi die Rucklauftemperatur von einem Temperaturfühler erfaßt, der über ein Stellglied das Ventil öffnet, die Rücklaufleitung zur Wärmepumpe hin absperrt und die Wärmepumpe abschaltet.

Bei einer Zentralheizungsanlage mit einem Brauchwasserbehei7er !legt auch dessen Rücklauf an der Rücklaufleitung und mündet in die Umgehungsleitung Dadurch ist erreicht, daß. wenn beispielsweise irr. Soramerbetneb. bei dem die Raumheizung abgeschaltet ist, eine hohe Rücklauftemperatur aus dem Brauchwasserbeheizer vorliegt, die Umgehungsleitung geöffnet und die Wärmepumpe abgeschaltet wird. Im Wmterbe trieb, wenn auch die Raum-Heizungsanlage eingeschaltet ist. macht sich der Einfluß der Rücklauftemperatur aus dem Brauchwasserbehei/er weniger bemerkbar

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüihen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung! dargestellt und wird im folgenden, näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt schematisch das Leitungsnetz einer Zentralheizungsanlage mit Wärme* pumpe.

Die Zeniralheizüftgsahlage weist eine Heizeinheit 1 auf. Die Heizeinheit 1 umfaßt eine Wärmepumpe 2 und

einen dieser nachgeschalteten elektrischen Durchlauferheitzer3, sowie eine Umwälzpumpe 4.

Die Wärmepumpe arbeitet — abgesehen von Sperrzeiten der Elektrizitätsverscrgungsunternehmen — in der Hochtarifzeit und in der Niedertarifzeit. Sie heizt das ihr zugeführte Heizwasser auf ca. 60⁰C auf. Ist diese Temperatur für den jeweiligen Wärmebedarf zu gering, schaltet in der Niedertarifzeit der Durchlauferhitzer mit seiner halben oder der vollen Leistung ein, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Heizwassertemperatur führt. Sollte in der Hochtarifzeit eine zusätzliche Beheizung notwendig werden, schaltet eine Teilleistung des Durchlauferhitzers ein.

An die Heizeinheit 1 ist eine Vorlaufleitung 5 und eine Rücklaufleitung 6 angeschlossen. Über ein 3-Wege-Ventil 7 findet eine Verzweigung in einen Vorlaufzweig 8 zu der Raumheizungsanlage 9 und in einen Vorlaufzweig 10 zu einem Brauchwasserbeheizer 11 statt. Das 3-Wege-Ventil 7 ist von einem Stellmotor 12 gesteuert, der in Wirkverbindung mit einem Temperaturfühler 13 im Brauchwasserbereiter 11 steht. Der Brauchwasserbeheizer wird mit Heizwasser versorg', sobald dessen Temperatur unter einen Sollwert, beispielsweise 50"C. abgesunken ist. Die Beheizung des Brauchwassers hat somit Vorrang gegenüber der Heizungsanlage S.

Parallel zur Wärmepumpe 2 liegt eine Umgehungsleitung 14. In diese ist ein Magnetventil 15 eingeschaltet. Dieses Magnetventil ist von einem Kaltwasser-Rücklauftemperaturbegrenzer 16 gesteuert, der der Wärmepumpe 2 vorgeschaltet ist Sobald die Temperatur des Wassers in der Rücklaufleitung 6 einen Wert übersteigt, bei dem die Wärmepumpe nicht mehr wirtschaftlich arbeiten könnte, öffnet der Rücklauftemperaturbegren zer 16 das Magnetventil 15 und sperrt die Rücklaufleitung 6. Die Temperatur, bei der dies erfolgt, liegt beispielsweise oberhalb 45°C. Hierdurch ist erreicht, daß bei höheren Rücklauftemperaturen die Wärmepumpe nicht läuft, wodurch einerseits der Verschleiß der Wärmepumpe 2 vermindert wird und andererseits die zum Betrieb der Wärmepumpe notwendige elektrische Energie gespart wird.

Zwischen den Vorlaufzweig 8 und die Rücklaufleitung 6 ist eine Speichereinheit 17 geschaltet, diese weist drei hintereinandergeschaltete Speicherbehälter 18, 19 und 20 auf. Der Speicherbehälter 18 liegt über ein Magnetventil 21 an dem Vorlaufzweig 8. Der Speicher behälter 20 liegt an der Rücklauflei'ung 6. In einem Leitungszweig parallel zum Magnetventil 2t sind eine Bcimiscnpumpe 22 und ein Rückschlagventil 23 vorgesehen. Zusätzlich ist der mittlere Speicherbehälter 19 an seinem in den Speicherbehälter 18 führenden Ende über ein Magnetventil 24 mit dem Vorlaufzweig 8 verbunden.

Das Magnetventil 21 ist geöffnet, wenn das Magnetventil 24 geschlossen ist und umgekehrt. Die Steuerung der Magletventile 21 und 24 erfolgt über einen Temperaturregler 25, dessen Temperaturfühler im unteren Bereich des Speicherbehälters 18 sitzt. Beim Laden der Speicherbehälter 18, 19 jnd 20 mit heißem Wasser aus der Hei/einheit 1 ist zunächst das Magnetventil 21 geöffnet. Das Magnetventil 24 ist geschlossen. Sobald die Wassertemperatur am Temperaturfühler des Temperaturreglers 25 beispielsweise 6O⁰C erreicht hat, schließt das Magnetventil 21 und das Magnetventil 24 öffnet. Es werden jetzt die Speicherbehalter 19 und 20 geladen. Dieses stufenweise Laden der Speicherbehälter wir'a sich besonders im Fall der Nachladung der Speicherbehälter günstig aus. Beim Entladen der Speicherbehälter wird das Wasser durch die Beimischpumpe 22 gefördert. Das nachfließende kalte Wasser gelangt zuerst in den Behälter 20, dann in den Behälter 19 und erst zum Schluß in den Behälter If. Erfolgt keine vollständige Entladung sämtlicher Speicherbehälter, dann wird in dem Behälter 18 warmes Wasser verbleiben, so daß dieser nicht nachgeladen werden muß. In diesem Fall werden beim Nachladevorgang über das Magnetventil 24 lediglich die Speicherbehälter 19 und 20 mit heißem Wasser gefüllt. Hierdurch ist die zum Laden der Speicherbehälter notwendige Pumparbeit wesentlich verringert, da das Heizwasser des Speicherbehälters 18 nicht in den Speicherbehälter 19 bzw. 20 gepumpt werden muß.

Vor der Heizungsanlage 9 liegt eine Hauspumpe 26 und ein 3-Wege-Mischventil 27. An dieses ist der Vorlaufzweig 8 und über einen Rücklaufbegrenzer 28 eine Querleitung 29 angeschlossen. Wie üblich v/ird über dem Rücklaufbegrenzer 28 bzw. die Querieitung 29 das aus der Heizungsanlage 9 zurückfließende Wasser über das Mischventil 27 teilweise wieder der Heizungsanlage 9 zugeführt, wenn die Rücklau, jmperatur nicht ausreichend niedrig ist. Der Rücklau:begrenzer 28 steuert hierfür das Mischventil 27 über einen Stellmotor 30.

Wenn der von der Heizungsanlage 9 geforderte Wärmebedarf groß ist. muß über den Vorlaufzweig 8 und das Mischventil 27 eine große Menge Heißwasser fließen. Dies ist insbesondere nach Beendigung der Niedenanfzeit (22 bis 6 Uhr) zu erwarten, da in der Niedertarifzeit die Heizungsanlage mit abgesenkter Wärmeabgabe arbeitet. Sobald das Mischventil etwa -7> geöffnet ist, schließt sich ein elektrischer Schaltkontaki 31. Hierdurch wird die Beimischpumpe 22 eingeschaltet und fördert zusätzlich zu der Wärmepumpe 2 Heißwasser zur Heizungsanlage 9. Hierdurch ist erreicht, daß die Solltemperatur in den mit der Heizungsanlage 9 zu beheizenden Räumen schnell erreicht wird. Sobald sie erreicht ist, verkleinert sich der Öffnungsquerschnitt des Mischventils 27. Is» das Mischventil 27 nur mehr weniger als V₅ geöffnet, dann wird die Beimischpumpe 22 wieder abgeschaltet und die weitere Beheizung erfolgt nur über die Wärmepumpe 2 Weiterhin arbeitet die Beimischpumpe 22 auch. wenn. beispielsweise in Sperrzeilen, die Wärmeoumpe 2 abgeschaltet ist.

Auf das Mischventil 27 wirkt zusätzlich ein Witterungsfühler ein. Durch diesen wird die gewünschte Vorlauftemperatur je nach der Außentemperatur bei beispielsweise 50, 60. 70 oder 80 C eingestellt. Im Vergleich ?u der tatsächlich gegebenen Vorlauftempe ratur wiril das Mischventil 27 dann mehr oder weniger geöffne ■

Im Sommer ist eine Beheizung der Speicherbehälter 18 19 ur.d 20 und der Heizungsanlage 9 überflüssig. Ks muß lediglich der Brauchwasserbeheizer 11 arbeiten Da dessen Volumen im Vergleich zu dem der Speicherbehalter niedrig ist, kann mehrfache Brauchwasserentnahme /u einem häufigen, kurzfristigen Einschalten der Wärmepumpe 2 führen. Um dies /u vermeiden, ist ein im Sommerbetrieb wirksames Zeitschaltwerk vorgesehen, das die Wärmepumpe nur an wenigen Stunden zum Einschalten freigibt. Beispielsweise ist das Zettschall· werk 32 so eingestellt, daß die Wärmepumpe zwischen 5.00-6.00 Uhr und 14.00-15.00 Uhr einschalten kann. Im Bedarfsfalle kanr die Wirkung des Zeitschaltwerks auch abgeschaltet werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die Nachhei'zung des Brauchwasserbeheizers

11 erst dann erfolgt, wenn dessen RUcklauftcmpcratur 45⁰C unterschritten hai. Es ist damit erreicht, daß die Wärmepumpe in ihrem wirtschaftlichen Arbeitsbereich arbeitet und ein Einschalten des Durchlauferhitzers weitgehend vermieden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zentralheizungsanlage, insbesondere mit einem Brauchwasserbeheizer, bei der hinter einer Wärmepumpe ein Durchlauferhitzer und parallel zu dieser Wärmepumpe eine Umgehungsleitung mit einem Ventil geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) in Abhängigkeit von der Wassertemperatur in der Rücklaufleitung (6) geöffnet ist, wenn diese Temperatur nur wenig unterhalb der mit der Wärmepumpe (2) erreichbaren Vorlauftemperatur liegt, und bei geöffnetem Ventil (15) die Wärmepumpe (2) abgeschaltet ist.

2. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) bei einer Rücklauftemperatur größer als 45°C geöffnet ist

3. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauftemperatur von einem Temperaturfühler (16) erfaßt ist, der über ein Stellglied das Ventil (15) öffnet, die Rücklauf; λ lung (6) zur Wärmepumpe (2) hin absperrt und die Wärmepumpe 12) abschaltet

4. Zentralheizungsanlage mit einem Brauchwasserbeheizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf des Brauchwasserbeheizers (11) an der Rücklaufleitung (6) liegt und in die Umgehungsleitung (14) mündet.