DE2558513A1

DE2558513A1 - Off peak heating system with heat pump - draws stored water to supplement heat pump for peak demand

Info

Publication number: DE2558513A1
Application number: DE19752558513
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Ing Grad Bakos; Manfred Ing Grad Fischer; Hans Juergen Dipl Ing Kohnke
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1977-07-07
Also published as: DE2558513C2

Abstract

Heating unit contains a heat pump followed by continuous flow electric heaters operating at a low off peak tariff. It supplies primary hot water to a domestic hot water calorifier and to space heaters. The space heaters are fed through a three way diverter valve and a branch from the flow to the valve fills e.g. three storage vessels with primary water heated during the off peak period. A limit switch on the diverter valve operates the solenoid valves and pumps so that when the valve opens fully for maximum demand stored hot water is added to the flow coming directly from the heat pump. This arrangement provides rapid warming up at times of peak heating demand.

Description

Zentralheizungsanlage mit Wärmepumpe und Central heating system with heat pump and

Heizwasserspeicher. Heating water storage tank.

Die Erfindung betrifft eine Zentralheizungsanlage mit Wärmepumpe, Heizwasserspeicher und einem Ventil vor der Raumheizungsanlage, dessen Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit vom Wärmebedarf der Raumheizungsanlage mittels eines Stellantriebs gesteuert ist.The invention relates to a central heating system with a heat pump, Heating water storage tank and a valve in front of the space heating system, its opening cross-section depending on the heat demand of the space heating system by means of an actuator is controlled.

Stand der Technik ist eine Zentralheizungsanlage, die mit einem Durchlauferhitzer arbeitet, der in Niedertarifzeiten einen Heizwasserspeicher lädt. Zur Hochtarifzeit wird das Heizwasser des Speichers zur Raumbeheizung eingesetzt. Bei einer solchen Anaage erfolgt die Raurnbeheizung entweder direkt Über den Durchlauferhitzer oer aus dem Heizwasserspeicher. Es mu3 demnach sowohl der Durchlauferhitzer als auch der Heizwasserspeicher so groß ausgelegt werden, dafl- sie den maximalen Wärmebedarf decken können. Besonders ung'1nstig ist dieses System beim Einsatz einer wärmepumpe, die an sich geeignet ist auch in der Hochtarifzeit eine Grundlast wirtschaftlich u decken. Ein besonders großer Wärmebedarf tritt zu Beginn der Hochtari£zeit, beispielsweise um G.00 Uhr dann auf, wenn, wie r;blich, in der vorangegangenen Nacht die zu beheizenden Räume nur wenig erwärmt wurden. Diesen Wärmebedarf mit der Wärmepumpe allein in angemessen kurzer Zeit zu decken, lçlrde eine unverhältnismäßig starke Dimensionierung der Wärmepumpe erfordern.The state of the art is a central heating system with a flow heater works, which loads a heating water storage tank in low tariff periods. At high tariff time the heating water of the storage tank is used for room heating. With such a The room heating takes place either directly via the water heater or via the water heater from the heating water storage tank. It must therefore be both the water heater and the heating water storage tank is designed to be large enough to meet the maximum heat demand can cover. This system is particularly unfavorable when using a heat pump, which in itself is suitable for a base load even in the high tariff period u cover. A particularly big one Heat demand occurs at the beginning of the high tariff period, for example at G.00 o'clock if, as usual, the previous night the rooms to be heated were only slightly heated. This heat demand with the heat pump Covering in a reasonably short time alone would kill a disproportionately strong one Require dimensioning of the heat pump.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Zentralheizungsanlage zu schaffen, die eine schnelle Raumaufheizung gestattet, ohne daß die Wärmepumpe oder der Heizwasserspeicher allein zur Deckung eines maximalen Wärmebedarfs ausgelegt ist.The object of the invention is to create a central heating system, which allows the room to be heated up quickly without the need for the heat pump or the heating water storage tank is designed solely to cover a maximum heat demand.

Nach der Erfindung ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Raumheizungsanlage bei großem Üffnungsquerschnitt des Ventils zusätzlich zu dem von der Wärmepumpe erwärmten Wasser mit Heizwasser aus dem Heizwasserspeicher gespeist ist. In diesem Fall braucht die Wärmepumpe nicht auf einen maximalen Wärmebedarf ausgelegt zu sein, da sie in Fällen hohen Wärmebedarfs von dem Heizwasserspeicher unterstützt ist. Die Erwärmung der Räume auf die gewünschte Solltemperatur erfolgt dadurch sehr schnell.According to the invention, the above object is achieved in that the space heating system with a large opening cross-section of the valve in addition to that of the heat pump heated water is fed with heating water from the heating water storage tank. In this In this case, the heat pump does not need to be designed for a maximum heat demand, because it is supported by the heating water storage tank in cases of high heat demand. As a result, the rooms are heated to the desired target temperature very quickly.

In Ausgestaltung der Erfindung ist dem Heizwasserspeicher eine Beimischpumpe vorgeschaltet, die ebenso wie eine der ärmepumpe vorgeschaltete Umwälzpumpe mit dem Ventil verbunden ist, wobei die Beimischpumpe bei großem Öffnungsquerschnitt des Ventils arbeitet. Vorzugsweise läuft die Beimischpumpe ab etwa der 2/3-Öffnung des Ventils. Sobald durch die temperaturgesteuerte Öffnung des Ventils angezeigt wird, daß ein erhöhter Wärmebedarf vorliegt, wird die Rauniheizungsanlage nicht nur durch die Wärmepumpe, sondern auch aus dem in der vorhergehenden Niedertarifzeit erhitzten Heizwasserspeicher gespeist. Vorzugsweise wird die Beimischpumpe von einem Kontakt geschaltet, der von dem Stellantrieb des Ventils betätigt ist.In an embodiment of the invention, the heating water storage tank is an admixing pump upstream, which as well as a circulation pump upstream of the heat pump is connected to the valve, the admixing pump with a large opening cross-section of the valve is working. The admixing pump preferably runs from about the 2/3 opening of the valve. Once through the temperature-controlled opening of the valve it is indicated that there is an increased demand for heat, the room heating system is switched off not only from the heat pump, but also from the one in the previous low tariff period heated heating water storage tank. The admixing pump is preferably from one Contact switched, which is actuated by the actuator of the valve.

Sobald der Kontakt bei der, beispielsweise 2/3-Öffnung des Ventils schließt, wird zusätzlich zu dem Heizwasser der Wärmepumpe Heißwasser aus dem Heizwasserspeicher der Raumheizanlage zugeführt. Selbstverständlich arbeitet die Beimischpumpe auch dann, wenn in etwaigen Sperrzeiten die Wärmepumpe nicht eingeschaltet ist und ein Wärmebedarf vorliegt, der zu einer weitgehenden Öffnung des Ventils führt.As soon as the contact at the, for example 2/3 opening of the valve closes, hot water from the heating water storage tank is used in addition to the heating water from the heat pump fed to the space heating system. Of course, the admixing pump also works when the heat pump is not switched on and on in any off-periods There is a heat requirement that leads to the valve opening to a large extent.

Auf den Stellantrieb des Ventils wirkt in Ausgestaltung der Erfindung einerseits die Vorlauftemperatur und andererseits die Außentemperatur ein. Hierbei wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur die zur Raumbeheizung notwendige Vorlauftemperatur eingestellt.An embodiment of the invention acts on the actuator of the valve on the one hand the flow temperature and on the other hand the outside temperature. Here depending on the respective outside temperature, the room heating required Flow temperature set.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist zwischen die Wärmepumpe und die Umwälzpumpe ein Durchlauferhitzer eingeschaltet. Hierdurch ist, insbesondere in der Niedertarifzeit, eine zusätzliche, wirtschaftliche Beheizung des Heizwasserspeichers möglich.In an advantageous development of the invention is between the heat pump and the circulation pump switched on a water heater. This is, in particular In the low tariff period, additional, economical heating of the heating water storage tank possible.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen. Die Figur zeigt schematisch das Leitungsnetz einer Zentralheizungsanlage mit Wärmepumpe.Further refinements of the invention emerge from the following Description of an embodiment and the subclaims. The figure shows schematically the pipe network of a central heating system with heat pump.

Die Zentralheizungsanlage weist eine Heizeinheit 1 auf. Die Heizeinheit 1 umfasst eine Wärmepumpe 2 und einen dieser nachgeschalteten elektrischen Durchlauferhitzer 3, sowie eine Umwälzpumpe 4.The central heating system has a heating unit 1. The heating unit 1 comprises a heat pump 2 and an electrical instantaneous water heater connected downstream of this 3 and a circulation pump 4.

Die Wärmepumpe arbeitet - abgesehen von Sperrzeiten der Elektrlzitätsversorgungsunternehnen - in der Hochtarifzeit und in der Niedertarifzeit. Sie heizt das ihr zugeführte Heizwasser auf ca. 60 o C auf. Ist diese Temperatur für den jeweiligen Warmebedarf 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 erden, schaltet eine Teilleistung des Durchlauferhitzers ein.The heat pump works - apart from the shutdown periods of the electricity supply companies - in the high tariff period and in the low tariff period. It heats what is supplied to it Heating water to approx. 60 o C. Is this temperature for the respective heating requirement too low, the instantaneous water heater switches at half its rate during the low tariff period or full output, which leads to a corresponding increase in the heating water temperature leads. If additional heating is necessary during the high tariff period, it switches a partial output of the water heater.

An die Heizeinheit 1 ist eine Vorlauf leitung 5 und eine Rücklauf leitung 6 angeschlossen. Über ein 3-Wege-Ventil 7 findet eine Verzweigung in einen Vorlaufzweig 8 zu der Raumheizungs-.To the heating unit 1 is a flow line 5 and a return line 6 connected. A 3-way valve 7 branches off into one Flow branch 8 to the space heating.

anlage 9 und in einen Vorlauf zweig 10 zu einem Brauchwasserbeheizer 11 statt. Das 3-Wege-Ventil 7 ist von einem Stellmotor 12 gesteuert, der in Wirkverbindung mit einem Tcmperaturfühler 13 im Brauchwasserbereiter 11 steht. Der Brauchwasserbeheizer wird mit Heizwasser versorgt, sobald dessen Temperatur unter einen Sollwert, beispielsweise 50 ° C, abwcsunken ist. Die Beheizung des Brauchwassers hat somit Vorrang gegenüber cser heizungsanlage 9.system 9 and in a flow branch 10 to a domestic water heater 11 instead. The 3-way valve 7 is from a servomotor 12 controlled, which is in operative connection with a temperature sensor 13 in the domestic water heater 11. The domestic water heater is supplied with heating water as soon as its temperature has fallen below a setpoint, for example 50 ° C. The heating of the domestic water therefore has priority over cser heating system 9.

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 Tenperatur des Wassers in der Rücklaufleitung 6 einen Wert übersteigt, bei den die Wärmepuinpe nicht mehr wirtschaftlich arbeiten könnte, öffnet der Rücklauftemperaturbegrenzer 16 das Magnetventil 15 und sperrt die Rücklaufleitung 6. Die Temperatur, bei der dies erfolgt, liegt beispielsweise oberhalb 45 0 C. Hierdurch ist erreicht, daß bei höheren Rücklauftemperaturen die Wärmepumpe nicht läuft, wodurch einerseits der Verschleiß der Wärmepumpe 2 vermindert wird und andererseits die zun Betrieb der Wärmepumpe notwendige elektrische Energie gespart wird.A bypass line 14 is located parallel to the heat pump 2 a solenoid valve 15 is switched on. This solenoid valve is from a cold water return temperature limiter 16 controlled, which is connected upstream of the heat pump 2. As soon as the temperature of the Water in the return line 6 exceeds a value at which the heat pump could no longer work economically, the return temperature limiter opens 16 the solenoid valve 15 and blocks the return line 6. The temperature at which this is done, for example, is above 45 ° C. This achieves that at higher return temperatures the heat pump does not run, which on the one hand the wear of the heat pump 2 is reduced and, on the other hand, the increase in operation The electrical energy required by the heat pump is saved.

Zwischen den Vorlauf zweig 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 Vorlauf Zweig 8. Der Speicherbehälter 20 liegt an der Rücklaufleitung 6. In einen Leitungszweig parallel zum Magnetventil 21 sind eine Beimischpumpe 22 und ein Rückschlagventil 23 vorgesehen. Zusätzlich ist der mittlere Speicherbehälter 19 an selnem in den Speicherbehälter 18 führenden Ende über ein Magnetventil 24 mit dem Vorlaufzaeig 8 verbunden.Between the flow branch 8 and the return line 6 is a storage unit 17 switched, -this has three storage containers 18 connected in series, 19 and 20 on. Of the Storage container 18 is located over a solenoid valve 21 on the flow branch 8. The storage tank 20 is located on the return line 6. An admixing pump 22 is located in a line branch parallel to the solenoid valve 21 and a check valve 23 is provided. In addition, there is the middle storage container 19 at the same end leading into the storage container 18 via a solenoid valve 24 connected to the Vorlaufzaeig 8.

Das Magnetventil 21 ist geöffnet, wenn das Magnetventil 24 geschlossen ist und ungekehrt. Die Steuerung der Magnetventile 21 und 24 erfolgt über einen Temperaturregler 25, dessen Temperaturfühler im untcren Bereich des Speicherbehälters 18 sitzt. Beim Laden der Speicherbehalter 18, 19 und 20 mit heißem Wasser aus der Heizeinheit 1 ist zunächst das Magnetventil 21 geöffnet. Das Magnetventil 24 ist geschlossen Sobald die Wassertemperatur am Temperaturfühler des Temperaturreglers 25 beispielsweise 60 ° C erreicht hat, schließt das Magnetventil 21 und das Magnetventil 24 öffnet. Es werden jetzt die Speicherbehälter 19 und 20 geladen. Dieses stufenweise Laden der Speicherbehälter wirkt sich besonders im Fall der Nachladung der Speicherbehälter gunstig aus.The solenoid valve 21 is open when the solenoid valve 24 is closed is and reversed. The solenoid valves 21 and 24 are controlled via a Temperature regulator 25, its temperature sensor in the lower area of the storage container 18 seated. When loading the storage tank 18, 19 and 20 with hot water from the Heating unit 1, the solenoid valve 21 is initially open. The solenoid valve 24 is closed as soon as the water temperature on the temperature sensor of the temperature controller 25 has reached 60 ° C, for example, the solenoid valve 21 and the solenoid valve closes 24 opens. The storage containers 19 and 20 are now loaded. This gradually Loading the storage tank has an effect particularly in the case of reloading the storage tank cheap from.

Beim Entladen der Speicherbehälter wird das Wasser durch die Beimischpumpe 22 gefördert. Das nachfliessende kalte Wasser gelangt zuerst in den Eehäiter 20, dann in den Behälter 19 und erst zuin Schluß in den Behälter 18. Erfolgt keine vollständige Entladung sämtlicher Speicherbehälter, dann wird in dem Behalter 18 warmes Wasser verbleiben, so daß dieser nicht nachgeladen werden muß. In diesem Fall werden beim Nachladevorgang über das Ngnetventii 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.When the storage tank is unloaded, the water is pumped through the mixing pump 22 funded. The cold water that flows in first enters the reservoir 20, then into the container 19 and only at the end in the container 18. There is no complete Discharge of all storage tanks, then in the container 18 warm water remain so that it does not have to be recharged. In this Only the storage containers are used during the reloading process via the Ngnetventii 24 19 and 20 filled with hot water. This makes it possible to load the storage container necessary pumping work is significantly reduced, since the heating water of the storage tank 18 does not have to be pumped into the storage container 19 or 20.

Vor der Heizungsanlage 9 liegt eine Ilauspumpe 26 und ein 3-Wege-Mischventil 27. An dieses ist der Vorlauf zweig 8 und über einen Rücklaufbegrenzer 28 eine Querleitung 29 angeschlossen. Wie üblich wird über den Rücklaufbegrenzer 28 bzw. die Querleitung 29 das aus der Heizungsanlage 9 zurückfliessende Wasser über das Mischventil 27 teilweise wieder der Heizungsanlage 9 zugeführt, wenn die Rücklauftemperatur nicht ausreichend niedrig ist. Der Rücklaufbegrenzer 28 steuert hierfür das Mischventil 27 über einen Stellmotor 30.In front of the heating system 9 there is an Iauus pump 26 and a 3-way mixing valve 27. At this the flow is branch 8 and via a return limiter 28 is a cross line 29 connected. As usual, the return flow limiter 28 or the cross line 29 the water flowing back from the heating system 9 via the mixing valve 27 partially fed back to the heating system 9 if the return temperature is not is sufficiently low. The return limiter 28 controls the mixing valve for this purpose 27 via a servomotor 30.

Wenn der von der Heizungsanlage 9 geforderte Wärmebedarf groß ist, muß über den Vorlaufzweig 8 und das Mischbentil 27 eine große enge Heißwasser fließen. Dies ist insbesondere nach Beendigung der Niedertarifzeit (22 bis 6 Uhr) zu erwarten, da in der Niedertarifzeit die Heizungsanlage mit abgesenkt er Wärmeabgabe arbeitet. Sobald das Atischventil etwa 2/3 geöffnet ist, schließt sich ein elektrischer Schaltkontakt 31.If the heat demand required by the heating system 9 is high, A large, narrow hot water must flow through the flow branch 8 and the mixing valve 27. This is to be expected especially after the end of the low tariff period (10 p.m. to 6 a.m.), because the heating system works with reduced heat output during the low tariff period. As soon as the static valve is open approximately 2/3, an electrical switching contact closes 31.

Hierdurch wird die Beimischpumpe 22 eingeschaltet und fördert zusätzlich zu der Wärmepumpe 2 Heißwasser zur Heizungsanlage 9.As a result, the admixing pump 22 is switched on and also delivers to the heat pump 2 hot water to the heating system 9.

Hierdurch ist erreicht, daß die Solltemperatur in den mit der Heizungsanlage 9 zu beheizenden Räumen schnell erreicht wird.This ensures that the target temperature in the with the heating system 9 rooms to be heated can be reached quickly.

Sobald sie erreicht ist, verkleinert sich der Öffnungsquerschnitt des Mischventils 27. Ist das Mischventil 27 nur mehr weniger als 2/3 geöffnet, dann wird die Beimischpumpe 22 wieder abgeschaltet und die weitere Beheizung erfolgt nur über die Wärmepumpe 2.As soon as it is reached, the opening cross-section is reduced of the mixing valve 27. If the mixing valve 27 is only open more than 2/3, then the admixing pump 22 is switched off again and further heating takes place only via the heat pump 2.

Weiterhin arbeitet die Beimischpumpe 22 auch, wenn, beispielsweise in Sperrzeiten, die Wärmepumpe 2 abgeschaltet ist.Furthermore, the admixing pump 22 also works when, for example During blocking times, heat pump 2 is switched off.

Auf das Mischventil 27 wirkt zusätzlich ein Witterungsfühler ein. Durch diesen wird die gewünschte Vorlauftemperatur je nach der Au.3entelaperatur bei beispielsweise 50, 60, 70 oder 80 C C eingestellt. Im Vergleich zu der tatsächlich gegebenen Vorlauftemperatur wird das Mischventil 27 dann mehr oder weniger geöffnet.An outside sensor also acts on the mixing valve 27. This sets the desired flow temperature depending on the outdoor temperature set at 50, 60, 70 or 80 C C, for example. Compared to that actually given flow temperature, the mixing valve 27 is then more or less opened.

Im Sommer ist eine Beheizung der Speicherbehälter 18, 19 und 20 und der Heizungsanlage 9 überfliissig. Es muß lediglich der Brauchwasserbeheizer 11 arbeiten. Da dessen Volumen im Verglech zu dem der Speicherbehälter niedrig ist, kann mehrfache Brauch'.asserentnahme zu einem häufigen, kurzfristigen Einschalten der Wärmepuinpe 2 führen. Um dies zu vermeiden, ist ein im Sommerbetrieb wirksames Zeitschaltwerk vorgesehen, das die Wärmepumpe nur an wenigen Stunden zum Einschalten freigibt. Beispielsweise ist das Zeitschaltwerk 32 so eingestellt, , daß die : Wärmepumpe zwischen 5.00 - 6.00 Uhr und 14.00 - 15.00 Uhr einschalten kann. Im Bedarfsfalle kann die Wirkung des Zeitschaltwerks auch abgeschaltet werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die Nachheizung des Brauchwasser beheizers 11 erst dann erfolgt, wenn dessen Rücklauftemperatur 45 ° C unterschritten hat. Es ist damit erreicht, daß die Wärmepumpe in ihrem wirtschaftlichen Arbeitsbereich arbeitet und ein Einschalten des Durchlauferhitzers weitgehend vermieden ist.In summer, the storage tanks 18, 19 and 20 and are heated the heating system 9 superfluous. All that needs to be done is the domestic water heater 11 work. Since its volume is low compared to that of the storage tank, Multiple water withdrawals can become frequent, short-term turn on the heat pump 2 lead. To avoid this, one is effective in summer operation A timer is provided that only switches on the heat pump in a few hours releases. For example, the timer 32 is set so that: the heat pump between 5:00 a.m. and 6:00 a.m. and 2:00 p.m. to 3:00 p.m. If necessary the effect of the timer can also be switched off. In addition, is provided that the after-heating of the domestic water heater 11 takes place only when its return temperature has fallen below 45 ° C. It is achieved with that the heat pump is working in its economic working range and switching on the water heater is largely avoided.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Patent claims 1. Central heating system with heat pump, heating water storage tank and a valve upstream of the space heating system, the opening cross-section of which depends on controlled by the heat demand of the space heating system by means of an actuator is, characterized in that the Raumheizungsaniage (9) with a large opening cross-section of the valve (27) in addition to the water heated by the heat pump (2) with heating water is fed from the heating water storage tank (18, 19, 20).

2. Central heating system according to claim 1, characterized in that there; an admixing pump (22) is connected upstream of the heating water storage tank (18, 19, 20), the circulation pump (4) with the valve, which is connected upstream of the heat pump (2) (27) is connected, and that the admixing pump (22) with a large opening outer section of the valve (27) works.

3. Central heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the admixing pump (22) from about 2/3 opening of the valve (27) works.

4. Central heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the admixing pump (22) is switched by a contact (31) which is actuated by the actuator (30) of the valve (27).

5. Central heating system according to one of the preceding claims, characterized in that the flow temperature is applied to the actuator (30) of the valve (27) and the outside temperature has an effect.

6. Central heating system according to one of the preceding claims, characterized in that in the branch of the heat pump (2) and the circulation pump (4) a water heater (3) is switched on.