Die in den Wohnräumen anfallende Feuchte wird permanent abgeführt, so daß Bauschäden durch Feuchteanfall vermieden werden. Durch die Nutzung der Abluftwärme zur Vorerwärmung der Zuluft kann der Heizwärmebedarf gesenkt und somit Energie eingespart werden. Deshalb werden diese Systeme im Rahmen der geltenden Wärmeschutzverordnung und aller Voraussicht nach auch bei der neuen Energieeinsparverordnung durch einen Bonus berücksichtigt.

Wird ein derartiges Lüftungssystem mit einem Erdreichwärmeübertrager zur Vorerwärmung der Frischluft kombiniert, liegt das Temperaturniveau der Fortiuft auch nach der Wärmeabgabe an die Zuluft in einer Größe, die eine energieeffiziente Nutzung durch eine Wärmepumpe zuläßt. Die Wärmepumpe kann die rückgewonnene Wärme zusammen mit der in Wärme umgewandelten Antriebsenergie bei Heizbedarf an die Zuluft abgeben und sonst für die Trinkwassererwärmung bereitstellen.

Im Niedrigenergiehaus kann damit ein nennenswerter Anteil der Heizwärme gedeckt werden. Außerhalb der Kernheizperiode kann die Warmwasserbereitung vollständig von der Abluftwärmepumpe gedeckt werden, wobei die Kombination mit einer thermischen Solaranlage die Energieeffizienz steigert.

Im Passivhaus kann durch die oben beschriebene Gerätekombination eine fast vollstandige Deckung des gesamten Wärmebedarfs erfolgen. Durch die Einsparung des im Niedrigenergiehaus noch notwendigen zusatzlichen Heizsystems kommt es zu geringeren Investitionen in die Haustechnik.

Der Wärmebedarf zur Brauchwassererwärmung erreicht im Niedrigenergiehaus eine Größe von 30 bis 50% des gesamten Wärmebedarfs und kann im Passivhaus sogar dominieren. Wird das Wasser von der Wärmepumpe erwärmt, so ist ein höheres Temperaturniveau gefordert als bei der Zulufterwärmung. Dadurch sinkt üblicherweise die Effizienz (Leistungszahl) von Wärmepumpen.

Überdies wird für einen gesteigerten sommerlichen Komfort oft eine Kühlung der Wohnräume gewünscht. Der steigende Absatz meist wenig effizienter Splitgeräte zur Raumkühlung zeigt den herrschenden Bedarf.

Es gibt für die Realisierung der Wärmenutzung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus bereits unterschiedliche Ansätze. Grundsätzlich werden dabei zwei Verflüssiger derart miteinander verschaltet, daß sie vom Kältemittel in Reihe durchströmt werden. Wenn allerdings nur eine der beiden Wärmeanforderungen besteht (also Luftheizung oder Brauchwassererwärmung) muß entweder jeweils ein Verflüssiger durch einen Bypass umgangen werden oder es erfolgt eine unerwünschte Wärmeabgabe an einer Stelle, an der kein Bedarf besteht.

Soll dieser Wärmeverlust vermieden werden und wird zusatzlich gefordert, daß die Wärmepumpe im Kühimodus betrieben werden kann und dabei nach Möglichkeit auch noch Brauchwasser erwärmt, so sind bisher sehr aufwendige und damit teure und störungsanfällige Schaltungen realisiert worden.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lüftungsanordnung für Gebäude derart anzugeben, daß die vorstehend beschriebene, teilweise dominierende Wärmeanforderung mit gesteigerter Leistungszahl und erhöhtem Warmwasserkomfort zu erfüllen ist. Dabei soll die Kombination mit unterschiedlichen Pufferspeichern für thermische Solaranlagen problemlos möglich sein.

Überdies soll für einen gesteigerten sommerlichen Komfort eine Kühlung der Wohnräume möglich sein. Schließlich soll die Lüftungsanordnung günstig in der Herstellung und im Betrieb sein und überdies sicher gegen Störanfälle sein.

Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 1. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ansprüche 11 ff. richten sich darüber hinaus auf vorteilhafte Verwendungsweisen der erfindungsgemäßen Lüftungsanordnung.

Kurze Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 Prinzipdarstellung der neuen Lüftungsanordnung, Fig. 2 Lüftungsanordnung im Brauchwasserbetrieb, Fig. 3 Lüftungsanordnung im Zuluftheizbetrieb, Fig. 4 Lüftungsanordnung für Brauchwassererwärmung und Zuluftheizung Fig. 5 Lüftungsanordnung im Kühlbetrieb und gleichzeitiger Wassererwärmung und Fig. 6 Lüftungsanordnung zur Kühlung der Zuluft unter Abgabe der Überschußwärme an die Abluft.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Mit dem in Figur 1 dargestellten Konzept wird eine sehr einfache Schaltung realisiert, die alle oben genannten Anforderungen erfüllt. Kernstück ist die Reihenschaltung eines Kaltemittel/Wasser-Warmeübertragers WW mit wasserseitig geregeltem Massenstrom W und eines Kältemittel/Luft-Wärmeübertragers LWzu oder LWAb, für den ein Bypass vorgesehen ist. Durch die Wasserpumpe WP besteht die Möglichkeit, den Wärmeentzug aus dem Kaltemittel einfach zu regeln. Besteht Bedarf an warmem Wasser, aber nicht an Heizenergie, wird die Pumpe WP mit Nenndrehzahl betrieben. Dadurch wird dem Kaltemittel die Wärme bis zur Unterkühlung entzogen und das flüssige Kältemittel fließt in den Kältemittelsammler KS. Hierbei kann durch geschickte konstruktive Gestaltung sogar das Dreiwegeventil durch ein einfaches Magnetventil ersetzt werden.

Besteht jedoch nur Heizbedarf und kein Bedarf an warmem Wasser, so wird die Pumpe WP ausgeschaltet. In diesem Fall erwärmt sich nur der Inhalt des Wärmeübertragers WW ohne Wärme an den Brauchwasserkreis W abzugeben. Wird er konstruktiv in der Zuluft Lzu angeordnet, so dient seine Wärmeabgabe ausschließlich der gewünschten Zulufterwärmung.

Liegen jedoch beide Anforderungen gleichzeitig vor, so kann die Pumpe WP mit einer geringeren Drehzahl als der Nenndrehzahl betrieben werden. Dadurch wird nur ein Teil der Wärme auf das Wasser übertragen, der Rest geht an die Zuluft.

Für die Regelung der Pumpe gibt es zwei Möglichkeiten : Wird eine drehzahigeregelte Pumpe mit vorgeschaltetem Inverter verwendet, so kann der Durchfluß stufenlos geregelt werden. Mit einem Temperatursensor am Wasseraustritt des Wärmeübertragers kann somit innerhalb weiter Betriebsgrenzen eine definierte Austrittstemperatur des Wassers eingestellt werden. Hierdurch kann ein hoher Brauchwasserkomfort erreicht werden, da sehr schnell Wasser von gewünschter Temperatur in einem Warmwasserspeicher zur Verfügung steht. Da gleich die gewünschte Endtemperatur erreicht wird, könnte bei einem Pufferspeicherkonzept auf eine Ladelanze verzichtet werden. Beachtet werden muß der relativ hohe Preis der geregelten Pumpe, des Inverters und des Sensors.

Außerdem darf der Inverter möglichst keinen oder zumindest einen sehr geringen Stand-by-Stromverbrauch haben.

Einfacher wäre die Verwendung einer Wechselstrompumpe und eine Ansteuerung dieser Pumpe mit Phasenanschnittsteuerung oder mit Pulsweitenmodulation.

Mit einer zweistufigen Pumpe kann ein definierter Wassermassenstrom für den gemischten Betrieb eingestellt werden. Durch die Nutzung des starken Unterschiedes des Wärmeübertragungsvermögens bei laminarer und turbulenter Strömung des Wassers im Wärmeübertrager kann die Differenz der Drehzahl begrenzt werden. Dieses Konzept hat den Vorteil einer sehr einfachen Regelung und geringerer Kosten, kann jedoch nicht den oben beschriebenen Komfort gewährleisten.

Eine weitere Alternative zur Massenstromregelung für den, durch den Wärmeübertrager fließenden Massenstrom stellt die Nutzung des Auftriebes des erwärmten Wassers innerhalb des Wärmeübertragers dar. Durch den thermischen Auftrieb des erwärmten Wassers innerhalb des Wärmetauschers ist eine automatische Beladung eines Pufferspeichers ohne den Einsatz von Hilfsenergie möglich. Zwar ist hierfür eine konstruktive Abstimmung von Lüftungsgerät mit Wärmepumpe und einem Solarspeicher erforderlich, doch kann durch das Vermeiden von Hilfsenergie die Leistungszahl der Wassererwärmung erheblich gesteigert werden.

Durch die geringere Dichte des erwärmten Wassers strömt dieses durch eine Beladevorrichtung-vorzugsweise eine Schichtlanze mit Beladeöffnungen in mehreren Höhen-bis zu einer Höhe mit gleicher Temperatur im Speicher. Dieses Prinzip wird inThermosyphon-Solarkollektoren (Standard im Mittelmeerraum) und früher in der Schwerkraftheizung genutzt.

Mit Hilfe des in Figur 1 ebenfalls dargestellten Vierwegeventils kann die Funktion des Verflüssigers in der Luft und des Verdampfers ausgetauscht werden. Damit kann die Zuluft bei sommerlichem Kühlbedarf als Wärmequelle für die Brauchwassererwärmung verwendet werden. Damit ergibt sich ein doppelter Nutzen der eingesetzten elektrischen Antriebsenergie.

Besteht jedoch kein Bedarf an warmem Wasser, weil der Warmwasserspeicher z. B. bereits von einer thermischen Solaranlage erwärmt wurde, kann die Überschußwärme auch an die Abluft abgegeben werden. Dann besteht der Nutzen allerdings nur noch in der Kühileistung, die aus Gründen der rationellen Energienutzung möglichst selten in Anspruch genommen werden sollte. Deshalb sollte auf eine gute Gestaltung des Gebäudes und die vorrangige Nutzung eines eventuellen Erdreichwärmeübertragers zur Frischluftkühlung Wert gelegt werden.

Der Betrieb der Wärmepumpe WP im Brauchwasserbetrieb ist in Figur 2 dargestellt.

Die Wasserpumpe WP läuft bei höchster Drehzahl, so daß die gesamte Enthitzung, Kondensation und Unterkühlung im Kaltemittel/Wasser-Warmeübertrager WW stattfindet. Das Dreiwegeventil gibt den Bypass zum Kältemittelsammler frei. Die Pfeile an den Leitungen geben die Richtung des Kältemittel-Massenstromes an.

Der Kreislauf im Massenstrom erfolgt wie folgt : Die Wasserpumpe WP fördert kaltes Wasser in den Wärmeübertrager WW. Dort wird das Brauchwasser W aufgewärmt.

Durch WW fließt vom Verdichter V überhitztes Kältemittel Kzu, das vom Wärmeübertrager LAb über das 4-Wege-Ventil und den Abscheider A herrührt. Vom Wärmeübertrager WW gelangt das abgekühlte Kättemitte) über das 3-Wege-Ventil in den Kältemittelsammler KS und wird mittels Expansionsventil verflüssigt und abgekühlt. Ein kalter Kaltemittel-Flüssigkeitsstrom gelangt in den Abluft- Wärmeübertrager LWAb.

In Figur ist als Legende angegeben welche Stoffströme wie temperiert sind. Die dicke Linienführung entspricht einem warmen Stoffstrom, die normal durchgezogene Linie entspricht einem abgewärmten Stoffstrom und die zickzack ausgeführte Linienform entspricht einem kalten Stoffstrom. Auf die derart eingeführte Linienbedeutung wird auch in den weiteren Figuren entsprechend Bezug genommen.

Die ausschließliche Zulufterwärmung ist in Figur 3 skizziert. Dafür wird die Wasserpumpe WP ausgestellt und das Dreiwegeventil gibt die Verbindung zum Eingang des Vierwegeventils frei.

Der Kreislauf im Massenstrom der Figur 3 erfolgt wie folgt : Durch WW fließt vom Verdichter überhitztes Kältemittel, das vom Wärmeübertrager LAb über das 4-Wege-Ventil und den Abscheider herrührt. Vom Wärmeübertrager WW gelangt das überhitzte Kältemittel unverändert über das 3-Wege-Ventil und das 4-Wege-Ventil an den Zuluftwärmeübertrager LWzu. Hier wird die Zuluft erwärmt, wobei der in der Leitung strömende Kaltemittel-Massenstrom verflussigt wird.

Abgewärmt gelangt der Strom über eine Rückschlagklappe in den Kältemittelsammler KS und über ein Expansionsventil wieder in den Abluftwärmeübertrager LWAb.

In Figur 4 wird die gleichzeitige Wassererwärmung und Zuluftheizung dargestellt : Durch den Betrieb der Wasserpumpe WP mit geringerer Drehzahl wird bei gleicher Ventilstellung wie im Zuluftheizbetrieb gemäß Figur 3 ein Teil der Wärme an das Wasser abgegeben. Wird eine drehzahlgeregelte Wasserpumpe verwendet, so kann die Austrittstemperatur des Wassers aus dem Wärmeübertrager auf die gewünschte Solltemperatur eingestellt werden.

In Figur 5 ist ein Kühlbetrieb mit gleichzeitiger Wassererwärmung gezeigt : Besteht sommerlicher Bedarf an Warmwasser, der nicht ausreichend durch eine thermische Solaranlage gedeckt wird, so kann durch Umschalten des Vierwegeventils die Wärme der Zuluft entnommen werden. Dadurch kann gleichzeitig ein Komfortgewinn durch Kühlung der Wohnräume erreicht werden.

Hierbei strömt durch den Wärmetauscher WW überhitztes Kältemittel, dessen Wärme an das Wasser W abgegeben wird. Das abgewärmte Kältemittel gelangt über den Kaltemittelsammler in das Expansionsventil, in dem ein Abkühiprozeß stattfindet.

Der kalte Stoffstrom entnimmt der Zuluft im Zuluft-Warmetauscher LWzu Wärme und kühit diese dadurch. Der aus dem Zuluft-Wärmetauscher LWzu austretende erwärmte Kältemittelstrom gelangt über das 4-Wege-Ventil und den Abscheider wieder in den Verdichter.

In Figur 6 ist eine Lüftungsanordnung zur Kühlung der Zuluft bei Abgabe der Überschußwärme an die Fortiuft angegeben. Diese Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere für den Abtaubetrieb des Verdampfers.

Die Wärmepumpe WP eignet sich in der beschriebenen Schaltung ebenfalls zur reinen Kühlung der belüfteten Räume. Wenn der Wasserspeicher ein maximales Temperaturniveau erreicht hat wird mit dem Dreiwegeventil auf den Kaltemittel/Luft- Wärmeübertrager für die Abluft LAb umgeschaltet. Damit hat die bereitgestellte Wärme allerdings i. a. keinen Nutzen mehr. Dieser Fall sollte also möglichst selten auftreten. Er bietet allerdings den Bewohnern einen höheren thermischen Komfort an besonders heißen Tagen und hat eine höhere Effizienz als sonst eventuell eingesetzte einfache Split-Kühigeräte.

Die Schaltung kann ebenfalls zur Abtauung des Verdampfers LWAb im winterlichen Betrieb in einem der drei ersten Falle verwendet werden. Dabei wird die mit Reif bzw.

Eis bedeckte Oberflache des Verdampfers in der feuchten Abluft von der Wärmepumpe aktiv erwärmt. Dafür muß die Erstarrungsenthalpie des gefrorenen Wassers zugeführt werden. Das flüssige Wasser fließt dann über den Abfluß ab, so daß die vorher, dem in der Abluft befindlichen Wasserdampf entzogene Verdampfungsenthalpie als Wärmegewinn erhalten bleibt.

Die Wärme für die Abtauung wird mit der Leistungszahl der Wärmepumpe zur Verfügung gestellt. Dafür wird die Zuluft kurzzeitig abgekühit. Diese Energiemenge kann die Wärmepumpe anschließend wiederum mit entsprechender Leistungszahl der Wärmebereitung ausgleichen. Damit ist diese Abtauung einer direktelektrischen ebenso wie einer Bypass-Heißgasabtauung energetisch überlegen.

Je nach Auslegung der Stellsignale dauert dieser Vorgang drei bis sechs Minuten. In dieser Zeit darf es nicht zu unbehaglichen Zulufttemperaturen in den belüfteten Räumen kommen. Für einen noch genauer zu untersuchenden Zeitraum wird die thermische Speichermasse der Zuluftseite des Lüftungsgerätes und des Luftverteilnetzes für eine Anhebung der Temperatur auf mindestens 17 °C sorgen. Diese Zeit darf beim Abtauvorgang nicht überschritten werden. Andererseits braucht die Wärmepumpe nach einer Abtauung wiederum eine gewisse Zeit, bis die Leistungszahlen des konstanten Betriebes wieder hergestellt sind. Zwischen diesen beiden Zielen ist in der konkreten Auslegung der Wärmepumpe eine Optimierung durchzuführen.