DE4100674C2

DE4100674C2 -

Info

Publication number: DE4100674C2
Application number: DE4100674A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 3559 Battenberg De Viessmann
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1993-02-18
Also published as: DE4100674A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Lüftungsanlage für mehrere von einem Heizungskreis erfaßte Räume gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Heizungs- und Lüftungsanlage ist nach HLH, Bd. 39 (1988) Nr. 6, Seiten 271 bis 276 (insbes. Fig. 4) bekannt. Diese Anlage hat getrennte Kreisläufe für Heizung und Lüftung. Eine bivalente Außenluft-Wärmepumpe versorgt dabei die Fußbodenheizung mit Wasser oder Luft als Wärmeträger, der in geschlossenem Kreislauf zirkuliert. Die Zuluft wird in einem Wärmetauscher im Gegenstrom zur Abluft erwärmt und gegebenenfalls befeuchtet, bevor sie auf die Räume verteilt wird. Die Abluft wird entweder hinter dem Wärmetauscher durch den Verdampfer der Brauchwasser-Wärmepumpe geführt oder davor. Durch die Wärmerückgewinnung an der Abluft soll die Energieausnutzung verbessert und der Wärmebedarf verringert werden. Unter der Vorraussetzung, daß in einem Gebäude eine Heizungsanlage mit einem hohen Jahresnutzungsgrad und damit optimaler Energieausnutzung betrieben wird, läßt sich der Energieverbrauch weiter reduzieren, wenn der Wärmebedarf des Gebäudes verringert wird.

Entscheidend für den Einsatz einer solchen Anlage für Heizung und Lüftung ist, daß die dafür erforderliche Gerätetechnik sowohl vom Heizungsfachmann als auch vom Anlagenbetreiber befürwortet wird. Nur dann kann sich die kombinierte Wohnungslüftung und -heizung überhaupt erst durchsetzen, wobei folgende Forderungen Berücksichtigung finden müssen:

- geringer Energieaufwand und angepaßte Frischluftzufuhr,
- Abluftwärmeausnutzung bzw. Wärmerückgewinnung,
- überschaubare, leicht durchzuführende Planung,
- kompakte, einfach einzubauende Geräte,
- geringer Montageaufwand,
- einfache Wartung/Service,
- hoher Komfort (niedriger Geräuschpegel; zugfrei, saubere Luft).

Davon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Heizungs- und Lüftungsanlage zu schaffen, mit der die Wärmerückgewinnung auf möglichst einfache Weise erreicht wird und mit der sich bestehende Heizungsanlagen einfach nachrüsten lassen.

Diese Aufgabe ist mit einer Heizungs- und Lüftungsanlage der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale ge löst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Diese erfindungsgemäße Anlage weist also drei Hauptkompo nenten auf, nämlich Wärmeerzeugung (Heizkessel), Lüftungs gerät mit Zuluftverteilung und Abluftführung mit Wärme rückgewinnung (Wärmepumpe). Wesentlich ist dabei, wie diese Elemente (Heizkessel, Brauchwasserspeicher, Wärme pumpe und Lüftungsgerät) innerhalb der Anlage miteinan der verknüpft sind.

Die erfindungsgemäße Anlage behält also die herkömmliche Warmwasserheizung bei, kombiniert diese aber in Verknüpfung mit einem Lüftungs- und Wärmerückgewinnungssystem, wobei, was sich noch aus der Beschreibung im einzelnen ergibt, alle Voraussetzungen dafür gegeben sind, daß der Heizungsfachmann die mit der Einführung der Wohnungsbelüftung verbundenen Aufgaben leicht realisieren kann, zumal dieser die dafür erforderlichen Einzelkomponenten im wesentlichen aus seiner bisherigen Tätigkeit kennt. Der Heizkessel ist dabei wie bisher in die Anlage eingebunden - sowohl hydraulisch wie auch abgasseitig -, was es, wie noch erläutert werden wird, ermöglicht, die komplette Wohnungslüftung bei vorhandenen Kesselanlagen nachzurüsten. Mit der Anordnung der meisten Gerätekomponenten im Aufstellraum des Heizkessels sowie des Lüftungsgerätes mit seinem geringen Platzbedarf an einem Ort, der in den meisten Fällen nur kurze Zuluftleitungen verlangt, sind die Voraussetzungen für einen geringen Montageaufwand gegeben.

Ein Vergleich mit der eingangs erwähnten Anlage ergibt folgendes:
Die bekannte Anlage sieht, wie erwähnt, getrennte Kreisläufe der Wärmeversorgung für Heizung und Lüftung vor. Bei der erfindungsgemäßen Anlage handelt es sich um integrierte Wärmekreisläufe. Solange die von der Wärmepumpe zur Verfügung gestellte Wärmemenge ausreicht, besteht ein geschlossener Kreislauf zwischen Wärmetauscher des Brauchwasserspeichers und dem Wärmetauscher des Lüftungsgerätes. Bei weiterem Bedarf an Wärme, z. B. bei niedrigen Außentemperaturen wird über das Dreiwegeventil der Heizkreis des Kessels zugeschaltet.

Die Brauchwasserwärmepumpe entzieht lediglich der Abluft die Wärme, während bei der erfindungsgemäßen Anlage die Wärme aus Abluft und Umgebungsluft genutzt wird. Bei der bekannten Anlage wird nur Brauchwasser erwärmt. Demgegenüber wird durch die Wärmepumpe Brauchwasser erwärmt, der Wärmetauscher des Lüftungsgerätes zur Wärmung der Zuluft mit Wärme versorgt und während der Sommerzeit wird zusätzlich das Bad beheizt. Ein zusätzlicher Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung in der bekannten Anlage wird nicht benötigt. Mit der erfindungsgemäßen Anlage kann die Brauchwassererwärmung über die Wärmepumpe auch dann erfolgen, wenn die Lüftungsanlage nicht in Betrieb ist. Dann nutzt die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung und kann damit Brauchwasser erwärmen und den Naßstrang mit Wärme versorgen. In der bekannten Anlage ist für die Vorerwärmung der Zuluft grundsätzlich ein Wärmetauscher zwischen Abluft und Außenluft vorgesehen. Dieser Wärmetauscher ist bei der erfindungsgemäßen Anlage nicht erforderlich, zumal durch die von der Wärmepumpe nutzbare Wärmemenge aus Abluft und Umgebung Wärme zur Erwärmung der Zuluft ausreicht bzw. sich bei niedrigen Außentemperaturen der Heizkessel zuschaltet. Außerdem dient der Brauchwasserspeicher als Puffer für die Wärmeversorgung des Wärmetauschers im Lüftungsgerät und für die Wärmeversorgung des Naßstranges vom Badezimmerheizkörper. Eine solche Wärmepuffer-Möglichkeit ist bei der bekannten Anlage nicht gegeben.

Die erfindungsgemäße Heizungs- und Lüftungsanlage wird nachfolgend anhand der zeichnerischen und schematischen Darstellung eines Ausführungs- und Anordnungsbeispieles näher erläutert.

Orientiert an diesem dargestellten Anlagenbeispiel er folgt die Gebäude- bzw. Wohnungsbeheizung durch den Heiz kessel 1 (Heizkreis I), der im Keller aufgestellt ist und in bekannter Weise mit dem Heizungskreis (II) in Verbin dung steht. Das im Wohnbereich angeordnete Lüftungsgerät 4 ist für eine Luftleistung von bspw. 200 m³/h ausgelegt. Damit können durchschnittliche Wohnungen ausreichend mit frischer Luft versorgt werden. Dieses relativ kleine Abmessungen (ca. 640·340·200 mm³) aufweisende Lüftungsgerät 4 ist mit einem Luftfilter, einem Wärmetauscher 3 sowie einem Gebläse 17 ausgerüstet und kann zusätzlich mit einem elektrischen Heizelement 16, das nur eine relativ geringe Heizleistung aufweisen muß, wie dargestellt, versehen sein.

Die gefilterte Außenluft wird durch den an mit dem Hei zungskreis II in Verbindung stehenden Wärmetauscher 3 auf Raumtempe ratur erwärmt. Der Anschluß an den Heizungskreis II, (und zwar im Bereich des Brauchwasserspeichers 2) schafft in Verbindung mit einem im Vorlauf des Lüftungsgerätes 4 eingebauten Thermostat ventil die Voraussetzung dafür, daß die Zulufttemperatur auf dem gewünschten Wert gehalten wird. Die Zuluft wird durch die Luftabgabeleitung 9 mit ihren Luftausblasöff nungen 10 den Wohn- und Schlafräumen zugeführt. Durch eine zentrale Anordnung des Lüftungsgerätes 4 bspw. in der Diele oder im Flur, ergeben sich kurze Luftzufuhrleitungen zu den Räumen, wodurch der Montageaufwand gering gehalten wird. Die warme Abluft bspw. aus Küche Bad und WC wird durch Ansaugöffnungen 8 und eine Luftzufuhrleitung 5′ der im Keller aufgestellten Wärmepumpe 5 zugeführt, die die Funktion der Wärmerückgewinnung übernimmt. Durch den entstehenden leichten Unterdruck in diesen Räumen wird erreicht, daß Küchengerüche und Badezimmerfeuchtigkeit nicht in die Wohn- und Schlafräume gelangen. Gggf. kann auch warme Ab luft aus dem Kesselaufstellraum der Wärmepumpe 5 zuge führt werden.

Verwendet wird eine Wärmepumpe 5, die am Brauchwasserspeicher 2 angebaut ist.

Der im Brauchwasserspeicher 2 unten angeordnete Wärmetauscher 7 (Ver flüssiger) der Wärmepumpe 5 überträgt die der Abluft ent zogene Wärme an das Brauchwasser im Brauchwasserspeicher 2. Die dem Brauchwasserspeicher 2 durch die Wärmepumpe 5 zugeführte Wärmemenge deckt vorrangig den für die Brauchwassererwärmung benötig ten Energiebedarf. Bei einem zugrundegelegten Abluft- Volumenstrom von ca. 200 m³/h lassen sich ca. 800 W aus der Abluft zurückgewinnen. Pro Tag liefert die Wärme rückgewinnung aus der Abluft somit maximal eine Wärmemenge von ca. 19 kWh. Bei einem Vier-Personen-Haushalt kann für die täglich erforderliche Wärmemenge zur Brauchwas sererwärmung einschließlich der Zirkulations- und Spei cherverluste von durchschnittlich 10 kWh ausgegangen wer den. Mit dem Differenzbetrag von 9 kWh zuzüglich der Wär meabgabe des Verdichters der Wärmepumpe 5 von 14 kWh wird das Lüftungsgerät 4 zur Erwärmung der Außenluft versorgt. Der im Brauchwasserspeicher 2 vorhandene Wärmetauscher 6 dient dazu, dem Brauchwasserspeicher 2 die hierfür erforderliche Wärme zu entneh men. Die Wärmemenge reicht aus, um 200 m³/h Außenluft von 11 auf 25°C aufzuheizen. Bei tieferen Außentem peraturen erfolgt eine Nachheizung durch den Heizkessel 1. Zudem besteht die Möglichkeit, im Sommer oder der Über gangszeit das Bad über einen separaten Naßstrang auf die se Weise mit Wärme zu versorgen.

Der Wärmetauscher 6 im Brauchwasserspeicher 2 ermöglicht es weiterhin, diesen vom Heizkessel 1 aus zu beheizen, was durch einen kurzfristig auftretenden hohen Warmwasserbedarf erforderlich sein kann. Die Einbindung der Wärmepumpe 5 in die Anlage, wie beschrieben und dargestellt, sowohl zur Warmwasserbereitung als auch zur Wärmeversorgung für das Lüftungsgerät schafft ideale Voraussetzungen zur Nut zung der Abwärme von der Wohnungsbelüftung. Einen ent scheidenden Einfluß hierauf hat die nahezu ganzjährig konstante Ablufttemperatur im Bereich von 20 bis 22°C.

Die der Wärmepumpe 5 hiermit zur Verfügung stehende Tem peratur liegt somit höher als dies bei der Versorgung mit Luft aus Aufstellräumen, z. B. dem Keller, der Fall ist. Die hohe Ansaugtemperatur und der ganzjährige Be trieb der Wärmepumpe 5 ermöglichen deren besonders wirt schaftliche Funktion.

Ein wesentliches Merkmal der Anlage ist die unkompli zierte hydraulische Einbindung der Lüftung in die Hei zung. Damit sind auch sehr gute Voraussetzungen für die Integration dieses Systems in bereits vorhandene Anlagen gegeben.

An der dem Heizkessel nachgeschalteten Wärmeverteilung ist, wie erwähnt, zusätzlich der Wärmetauscher 3 des Lüftungsgerätes 4 angeschlossen. Die erforderliche Wärme für den Wärmetauscher wird im Sommer und in der Übergangszeit über den im Brauchwasserspeicher 2 angeordneten Wärmetauscher 6 dem bevorrateten Brauchwas ser entnommen. Während dieser Zeit ist der Heizkessel 1 außer Betrieb.

Mit dem Beginn der Heizperiode erhöht sich auch der Wärme bedarf für die Erwärmung der kalten Außenluft. Die Lei stung der Wärmepumpe 5 reicht bei Außentemperaturen im Bereich von +8 bis +12°C nicht mehr aus, neben der Brauch wassererwärmung das Lüftungsgerät 4 ausreichend mit Wärme zu versorgen. Der Heizkessel 1 wird dann automatisch über das Dreiwegeventil 12 zugeschaltet. Dabei wird das Rücklaufwasser des Lüftungsgerätekreises LK zunächst über die Rücklaufleitung 11 dem Wärmetauscher 6 im Brauchwasserspeicher 2 zugeführt und vorge wärmt. Die Nachheizung auf die erforderliche Temperatur erfolgt dann durch den Heizkessel 1, der während der Heizperiode ohnehin in Betrieb ist.

Neben der unkomplizierten hydraulischen Einbindung zeich net sich dieses System auch durch einen geringen regelungs technischen Aufwand aus. Die drei Hauptkomponenten dieses Systems - Wärmeerzeugung durch den Heizkessel, Lüftungs gerät und Abluftführung mit Wärmerückgewinnung - stellen jeweils in sich geschlossene Regelkreise dar und können ohne großen Aufwand miteinander verknüpft werden. Einer diesbezüglichen genaueren Erläuterung bedarf es nicht, da dafür bekannte Elemente und Schaltungsprinzipien ohne wei teres verfügbar und bekannt sind.

Wie aus der Beschreibung und Darstellung hervorgeht, be steht die ganze Anlage praktisch aus fünf Kreisen, nämlich dem in bekannter Weise miteinander in Verbindung stehenden Heiz- und Heizungskreis I, II, dem Lüftungsgerätekreis LK, dem Speicherkreis SK und dem Wärmepumpenkreis WK, wobei der Speicherkreis SK, d. h. dessen Wärmetauscher 6, gleich zeitig auch einen Teil des Lüftergerätekreises LK bildet.

Wie vorerwähnt, kann im Lüftungsgerät 4 ein elektrisches Heizelement 16 vorgesehen werden das nicht die gleiche Wärmeleistung erbringt wie der Wärmetauscher 3, der mit Heizungswasser betrieben die Zuluft anwärmt und aufheizt. Über einen Thermostaten kann sich der elektrische Heiz widerstand einschalten, wenn z. B. die Außentemperatur abgesunken ist, aber nicht so stark, daß die Raumheizung eingeschaltet werden muß. In dieser Übergangs phase heizt der elektrische Heizelement 16 die Raumluft zusätz lich auf die erforderliche Temperatur auf. Auch hierbei ist die Regelung einfach, da nur ein Thermostat vorzusehen ist, dessen Wärmefühler hinter dem Wärmetau scher 3 angeordnet wird, der das Heizelement 16 nach Be darf ein- und ausschaltet.

Mit einer ggf. dem Lüftungsgerät 4 zugeordneten Zeit schaltuhr (nicht dargestellt) kann dafür gesorgt werden, daß sich das Gebläse 17 periodisch ein- und ausschaltet. Der Antrieb für das Gebläse 17 ist zweckmäßig zweistufig schaltbar ausgebildet, um bedarfsangepaßt Frischluft för dern zu können.

Claims

1. Heizungs- und Lüftungsanlage für mehrere von einem Heizungskreis erfaßte Räume, bestehend aus einer Wärmepumpe mit einer Luftzufuhrleitung, die mehrere auf verschiedene Räume verteilte Ansaugöffnungen aufweist, einem Lüftungsgerät mit einer Luftabgabeleitung, die mehrere, auf verschiedene Räume verteilte Luftausblasöffnungen aufweist, und einem Brauchwasserspeicher, in dem der Verflüssiger der Wärmepumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

1.1 der mit dem Heizungskreis (II) verbundene Heizkreis (I) des Kessels (1) ist mit dem Brauchwasserspeicher (2) verbunden ist,
1.2 das Lüftungsgerät (4) einen Wärmetauscher (3) aufweist,
1.3 im Brauchwasserspeicher (2) ein mit dem Wärmetauscher (3) des Lüftungsgerätes (4) verbundener Wärmetauscher (6) angeordnet ist, wobei
1.4 die Rücklaufleitung (11) des Wärmetauschers (3) im Lüftungsgerät (4) über den Wärmetauscher (6) des Brauchwasserspeichers (2) und ein Dreiwegeventil (12) in einer Verbindung (13) zwischen Vor- und Rücklauf (14, 15) des Heizkessels (1) geführt ist und
1.5 die Vorlaufleitung (11′) des Wärmetauschers (3) im Lüftungsgerät (4) sowohl mit dem Vorlauf (14) des Heizkessels (1) als auch mit dem Dreiwegeventil (12) in Verbindung steht.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Lüftungsgerät (4) ein elektrisches Heizelement (16) angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüftungsgerät (4) mit einer Zeitschaltuhr versehen ist, für eine periodische Ein- und Ausschaltung eines im Lüftungsgerät (4) angeordneten Gebläses (17).

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Luftzuführleitung (5′) saugseitig ein Gebläse (18) angeordnet und dieses druckseitig auf den betreffenden Wärmetauscher der Wärmepumpe (5) gerichtet ist.

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (17) im Lüftungsgerät (4) mit einem zweistufig schaltbaren Antrieb versehen ist.