| Dokumentenidentifikation |
DE102006007848A1 06.09.2007 |
| Titel |
Anlage zum Erwärmen einer Einrichtung wie einer Halle mit hohem Temperaturniveau die entfeuchtet werden muss, insbesonere einer Schwimmhalle |
| Anmelder |
Menerga Apparatebau GmbH, 45473 Mülheim, DE |
| Erfinder |
Doerk, Horst, 45219 Essen, DE |
| Vertreter |
COHAUSZ DAWIDOWICZ HANNIG & SOZIEN, 40237 Düsseldorf |
| DE-Anmeldedatum |
17.02.2006 |
| DE-Aktenzeichen |
102006007848 |
| Offenlegungstag |
06.09.2007 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
06.09.2007 |
| IPC-Hauptklasse |
F24F 3/00(2006.01)A, F, I, 20070215, B, H, DE
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| IPC-Nebenklasse |
F24D 5/12(2006.01)A, L, I, 20070215, B, H, DE
F24F 12/00(2006.01)A, L, I, 20070215, B, H, DE
F24F 5/00(2006.01)A, L, I, 20070215, B, H, DE
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Erwärmen einer mit einem Gebäude verbundenen Einrichtung insbesondere einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle, wobei die Einrichtung durch Zuluft erwärmt wird, die zuvor durch den Kondensator einer Wärmepumpe der Anlage strömt, wobei zum Vorerwärmen der Zuluft vor dem Kondensator der Wärmepumpe ein Wärmetauscher angeordnet ist, der von der Zuluft durchströmt ist und an dem der Vorlauf der Gebäudeheizung insbesondere mit einer Gebäudewärmepumpe oder einer Niedertemperaturheizung angeschlossen ist.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Erwärmen einer mit einem
Gebäude verbundenen Einrichtung insbesondere einer Halle mit hohem Temperaturniveau,
die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle, wobei die Einrichtung
durch Zuluft erwärmt wird, die zuvor durch den Kondensator einer Wärmepumpe
der Anlage strömt.
Schwimmbäder oder Sporthallen werden ebenso geheizt wie daneben
stehende Gebäude, wobei die Heizung des daneben stehenden Gebäudes in
der Regel nur aufgrund des für die Beheizung der Einrichtung hohem Temperaturniveaus
mit sehr hohen Vorlauftemperaturen betrieben wird, die für die Beheizung des
Gebäudes nicht erforderlich sind.
Hauswärmepumpen können Warmwasservorlauftemperaturen im
Bereich von 35°C bis 50°C erzeugen. Aufgrund der reduzierten Heizleistungszahl
bei hohen Vorlauftemperaturen kommen in den betreffenden Gebäuden vorranging
Flächenheizungssysteme zum Einsatz, die eine ausreichende Beheizung der Wohnräume
mit tiefen Vorlauftemperaturen ermöglichen.
Warmwasservorlauftemperaturen unter 45°C sind jedoch nicht ausreichend,
um zum Beispiel die zur Deckung der Transmissionswärmeverluste der Schwimmhalle
erforderliche Zulufttemperatur zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der Eingangs genannten Art
so zu verbessern, dass zusätzlich zur Beheizung einer neben einem Gebäude
stehenden Einrichtung, insbesondere einer Halle wie einer Schwimmhalle die Heizung
des Gebäudes für die Einrichtung nutzbar ist, ohne das Temperaturniveau
der Heizung des Gebäudes anzuheben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass zum Vorerwärmen der Zuluft vor dem Kondensator der Wärmepumpe ein
Wärmetauscher angeordnet ist, der von der Zuluft durchströmt ist und an
dem der Vorlauf der Gebäudeheizung insbesondere mit einer Gebäudewärmepumpe
oder einer Niedertemperaturheizung angeschlossen ist.
Durch eine solche Lösung ist keine zusätzliche Wärmepumpe
erforderlich, sondern es wird die Wärmepumpe genutzt, die bereits in der Anlage
der Halle zur Entfeuchtung vorhanden ist. Durch einen zusätzlichen Verdampfer
gelingt es, der Wärmepumpe der Anlage eine weitere Funktion zu geben und damit
zu erreichen, dass die Heizungsanlage des Gebäudes zusätzlich nach Bedarf
für die Halle auch dann nutzbar ist, wenn die Gebäudeheizung auf einem
niedrigeren Temperaturniveau betrieben wird, als das der Anlage, bzw. der Einrichtung.
Bei einfacher Konstruktion und Regelung wird eine erhebliche Energieeinsparung
erreicht.
Für die Kombination mit einer Hauswärmepumpe oder einer
Niedertemperaturheizung wurde eine speziell für diesen Anwendungsfall ausgelegte
integrierte Wärmepumpe entwickelt.
Um mit dem integrierten Wärmetauscher bei niedrigen Vorlauftemperaturen
der Gebäudeheizung eine maximale Heizleistung zu erzielen, wird der Wärmetauscher
in Luftrichtung vor dem Luftkondensator der Wärmepumpe in den Zuluftstrom eingebaut.
Aufgrund der an dieser Position niedrigeren Eintrittstemperatur in den Wärmetauscher
kann auch bei niedrigen Warmwasservorlauftemperaturen die Zuluft vorgeheizt werden.
Im nachgeschalteten Luftkondensator kann die Zuluft auf eine für die Deckung
der Transmissionswärmeverluste ausreichende Zulufttemperatur erwärmt werden.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn im Umluftbetrieb der Anlage
die Wärmepumpe der Anlage abschaltbar ist und die Zuluft nur noch durch die
Gebäudeheizung erwärmt wird. Hierdurch wird ein Umluftbetrieb zum Heizen
erreicht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn im Umluftbetrieb der Anlage
die Wärmepumpe über einen an dem Vorlauf der Gebäudeheizung insbesondere
der Gebäudewärmepumpe angeschlossenen Verdampfer die Zuluft im Kondensator
der Wärmepumpe nach Vorerwärmung erwärmt.
Um neben dem Heizen der Halle auch eine Entfeuchtung insbesondere
auch mit Außenluft (insbesondere im Winter) zu erreichen, wird vorgeschlagen,
dass im Fortluftkanal der Anlage ein Verdampfer einer Wärmepumpe angeordnet
ist, um durch diese der Fortluft entzogene Wärme die Temperatur der Zuluft
durch einen Kondensator der Wärmepumpe zu erhöhen.
Um nur mit einer einzigen Wärmepumpe auszukommen, wird vorgeschlagen,
dass der Wärmepumpekreislauf einen Verdichter, einen Kondensator und zwei Verdampfer
aufweist.
Für einen Entfeuchtungsbetrieb inklusive Heizung, aber ohne einer
Zufuhr von Außenluft wird vorgeschlagen, dass zur Entfeuchtung der Abluft der
Einrichtung diese nicht als Fortluft nach außen strömt, sondern in den
Kanal geführt wird, der die Außenluft einbringt bei geschlossener oder
teilgeschlossener Außenluftzufuhr.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verdichter der Wärmepumpe
leistungsgeregelt ist, um die Heiz- und/oder die Entfeuchtungsleistung zu regeln.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
1 den Umluftbetrieb zum Heizen einer Schwimmhalle ohne
Entfeuchtung;
2 den Betrieb der Anlage mit Beheizung und mit Außenluftbeimischung,
insbesondere im Winter;
3 die Beheizung und der Entfeuchtungsbetrieb ohne Außenluft;
4 der Sommerbetrieb ohne Beheizung und ohne Entfeuchtung.
Es ist häufig anzutreffen, dass neben einem Gebäude wie
einem Hotel oder Wohnhaus oder Büro eine Schwimmhalle steht. Hierbei besteht
zur Erwärmung und Entfeuchtung der Innenluft der Einrichtung eine Außenluftzufuhr
10, die über einen Kanal 11 zu einer Zuluft 12 –
Öffnung führt. Ferner weist die Einrichtung eine Abluftöffnung
13 auf, von der ein Kanal 14 zu einer Fortluftlöffnung
15 führt. Die beiden Kanäle 11 und 14 kreuzen
sich hierbei 2-mal und zwar innerhalb eines ersten Wärmetauschers
2a und eines zweiten Wärmetauschers 2b, die jeweils von einem
Kreuzstrom Wärmetauscher gebildet sein können und zusammen ein Kreuzgegenstromwärmetauscher
2 bilden.
In dem in 1 dargestellten Umluftheizbetrieb
ist der Kanal 14 mit dem Kanal 11 derart verbunden, dass die aus
der Einrichtung über die Öffnung 13 eingehende Innenluft als
Abluft direkt zum Kanal 11 geführt wird, ohne in den Kreuzgegenstromwärmetauscher
2 zu gelangen, so dass die Abluft direkt wieder zur Zuluft wird. Hierbei
sind im Kanal 11 nahe der Zuluftöffnung 12 zwei Wärmetauscher
1 und 22 angeordnet, die die Abluft erwärmen bevor sie zur
Zuluft wird.
Der Wärmetauscher 1 befindet sich als Kondensator im
Kreislauf einer Wärmepumpe, die einen Verdichter 5, zwei Verdampfer
3 und 4 aufweist. Über den Verdampfer 4 wird der
Kreislauf dieser Wärmepumpe direkt an den Heizkreislauf 7,
8 des Gebäudes angeschlossen. Somit entzieht die Wärmepumpe die
Wärmeenergie auf niedrigem Temperaturniveau dem Gebäude und führt
sie dem Wärmetauscher, bzw. dem Kondensator 1 zu, um die Abluft zu
erwärmen und dann wiederum als Zuluft der Einrichtung, bzw. der Halle zuzuführen.
Damit entzieht der Verdampfer 4 auf niedrigem Temperaturniveau die Wärme
dem Wärmepumpenkreislauf, der am Gebäude angeschlossen ist und gibt sie
über den Kondensator an die Abluft, bevor diese zur Zuluft wird, auf hohem
Temperaturniveau ab.
Von dem Vorlauf der Gebäudeheizung 7 zweigt ein weiterer
Kreislauf ab, in dem ein Wärmetauscher 22 liegt, der weder als Kondensator,
noch als Verdampfer arbeitet und allein die Aufgabe hat, die im Gebäude oder
die vom Gebäude erhaltene Wärme über den Wärmetauscher
22 die Abluft im Kanal 11 zusätzlich oder allein zu erwärmen,
damit sie dann als warme Zuluft 12 in die Einrichtung (Halle) gelangt.
Hierbei arbeitet der Wärmetauscher 22 als ein Vorerwärmer vor
dem Kondensator 1.
Während bisher nur beschrieben wurde wie die Abluft die Einreichung
(Halle) erwärmt und als Zuluft wieder zugeführt wird, zeigt die
2 wie durch diese Anlage die Abluft der Einrichtung
(Halle) entfeuchtet und insbesondere mit Außenluft insbesondere im Winter versetzt
wird. Zusätzlich erfolgt hier auch noch eine Heizung. Hierzu strömt von
der Öffnung 10 über den Kanal 11 die Außenluft
zu dem Kreuzstromwärmetauscher 2b um von der kreuzenden Abluft im
Kanal 14 ein erstes Mal erwärmt zu werden. Danach strömt durch
den Kanal 11 die vorerwärmte Außenluft zum Kreuzstromwärmetauscher
2a, um dort ein zweites Mal von der Abluft des Kanals 14 erwärmt
zu werden. Diese zweifach vorerwärmte Außenluft gelangt dann durch die
zwei Wärmetauscher, d.h. den Wärmetauscher 22 und den Kondensator
1, wobei wahlweise auch nur einer der beiden Wärmetauscher eingeschaltet
ist, bzw. Wärme abgeben kann.
Die durch die Abluftöffnung 13 und den Kanal
14 zu dem Kreuzgegenstromwärmetauscher 2 geführte Abluft
wurde damit durch die beiden Kreuzstromwärmetauscher 2a und
2b zwei Mal abgekühlt, so dass nach dieser zweifachen Abkühlung
eine ausreichende Temperaturminderung erreicht sein kann um die Abluft zu entfeuchten.
Zusätzlich ist hierbei (2) noch ein weiterer Verdampfer
3 angeordnet sein, der in demselben oben beschriebenen Kreislauf der Wärmepumpe
angeordnet ist. Dieser Verdampfer 3 entzieht der Abluft die Wärme,
die dann über den Wärmepumpenkreislauf durch den Kondensator
1 der Zuluft zugeführt wird. Die Abluft wird damit durch den Verdampfer
3 zum dritten Mal heruntergekühlt und kann dann noch weiter entfeuchtet
zu werden. Dies führt zu einem erheblichen zusätzlichen Wärmegewinn,
wobei diese Wärme über die Wärmepumpe an den Kondensator
1 und über den Kondensator 1 an die Zuluft abgegeben wird.
In 3 ist dargestellt, wie die Anlage
im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb arbeitet ohne Außenluft einzubringen und
Fortluft abzuführen. Bei diesem Entfeuchtungsbetrieb ist der Kanal
14 mit dem Kanal 11 nahe der Fort- und Außenluftöffnung
verbunden, so dass die Abluft, nachdem sie den Kreuzgegenstromwärmetauscher
2 und den Verdampfer 3 durchströmt hat, in den Kanal
11 zurückgeführt wird, um von dort wieder quer in den Kreuzgegenstromwärmetauscher
2 zu strömen, um in den Wärmetauschern 2a und
2b jeweils erwärmt zu werden und dann wiederum zu dem Wärmetauscher
22 und dem Kondensator 1 zu gelangen. Die Abluft wird somit drei
Mal heruntergekühlt um dann zu kondensieren und ihre Wärme durch die Verbindung
des Verdampfers 3 mit dem Kondensator 1 an sich selbst nach dem
Kondensieren abzugeben. Die Abluft wird somit heruntergekühlt, kondensiert
und damit entfeuchtet, danach wieder erwärmt und als Zuluft zurück in
die Einrichtung (Halle) geführt.
In den Zeichnungen sind noch Klappen 27, 28 an den
Außenluft- und Fortluftöffnungen 10, 15 dargestellt,
um dafür zu sorgen, dass diese nur dann einströmt, wenn dies gewünscht
ist. Ferner befinden sich in den Kanälen 11 und 14 nahe der
Zuluftöffnung 12 und der Abluftöffnung 13 jeweils ein
Gebläse oder Ventilator 23, 24. Auch sind Luftfilter
25, 26 vor dem Gebläse 24 und hinter der Außenluftöffnung
10 angeordnet.
In dem in 4 dargestellten Sommerbetrieb
ist bei ausreichend warmer Außenluft die Wärmepumpe nicht in Betrieb.
Es kommt zu keinerlei Austausch von Wärme, sondern die Abluft strömt vom
Ablufteinlass 13 über den Kanal 14 zum Fortluftausgang
15 und die Zuluft strömt von der Zuluftöffnung 12 über
den Kanal 11 zum Außenluftauslaß 10.
Zur Vermeidung von Störungen am Kältesystem wird die in
der Anlage integrierte Wärmepumpe mit einem geeigneten Kältemittel ausgerüstet,
wodurch hohe Kondensationstemperaturen ermöglicht werden.
Um auch im Umluft-Heizen-Betrieb (Raumsollwert Feuchte ist erreicht,
keine Entfeuchtung erforderlich) eine ausreichende Erwärmung der Zuluft sicherzustellen,
wird somit im integrierten Kältesystem ein Wasserverdampfer parallel zum Verdampfer
in der Fortluft integriert. Die auf niedrigem Temperaturniveau zur Verfügung
stehende Wärme der Hauswärmepumpe wird durch die in der Anlage integrierte
Wärmepumpe auf das erforderliche Temperaturniveau zur Deckung der Transmissionswärmeverluste
der Schwimmhalle gebracht.
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| Anspruch[de] |
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Anlage zum Erwärmen einer mit einem Gebäude verbundenen Einrichtung
insbesondere einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss,
insbesondere einer Schwimmhalle, wobei die Einrichtung durch Zuluft erwärmt
wird, die zuvor durch den Kondensator (1) einer Wärmepumpe (1,
3, 4, 5) der Anlage strömt, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Vorerwärmen der Zuluft vor dem Kondensator (1) der Wärmepumpe
ein Wärmetauscher (22) angeordnet ist, der von der Zuluft durchströmt
ist und an dem der Vorlauf der Gebäudeheizung insbesondere mit einer Gebäudewärmepumpe
oder einer Niedertemperaturheizung angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Umluftbetrieb
der Anlage die Wärmepumpe der Anlage abschaltbar ist und die Zuluft nur noch
durch die Gebäudeheizung erwärmt wird.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Umluftbetrieb
der Anlage die Wärmepumpe (1, 3, 4, 5)
über einen an dem Vorlauf (7) der Gebäudeheizung insbesondere
der Gebäudewärmepumpe angeschlossenen Verdampfer (4) die Zuluft
im Kondensator (1) der Wärmepumpe nach Vorerwärmung erwärmt.
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass im Fortluftkanal der Anlage ein Verdampfer (3) einer Wärmepumpe
angeordnet ist, um durch diese der Fortluft entzogene Wärme die Temperatur
der Zuluft durch einen Kondensator (1) der Wärmepumpe zu erhöhen.
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmepumpekreislauf einen Verdichter (5), einen Kondensator
(1) und zwei Verdampfer (3, 4) aufweist.
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Entfeuchtung der Abluft der Einrichtung diese nicht als Fortluft nach außen
strömt, sondern in den Kanal (11) geführt wird, der die Außenluft
einbringt bei geschlossener oder teilgeschlossener Außenluftzufuhr (10).
Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdichter (5) der Wärmepumpe leistungsgeregelt ist, um die
Heiz- und/oder die Entfeuchtungsleistung zu regeln.
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