AT512195A1 - Compact system for providing heat energy to a consumer - Google Patents

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AT512195A1 ATA813/2012A AT8132012A AT512195A1 AT 512195 A1 AT512195 A1 AT 512195A1 AT 8132012 A AT8132012 A AT 8132012A AT 512195 A1 AT512195 A1 AT 512195A1
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Abstract

Eine Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einen Verbraucher umfasst ein Blockheizkraftwerk (2), eine Wärmepumpe (3) und eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung, mit der die Restwärmeleistung des Blockheizkraftwerkes (2) und der Wärmepumpe (3) ebenfalls einem Heizsystem (4) zuführbar ist. Dabei dient die Wärmepumpe (3) zur Bereitstellung einer Grundlast an Wärmeenergie und das Blockheizkraftwerk zur Bereitstellung einer Spitzenlast an Wärmeenergie, und das Blockheizkraftwerk (2) ist bei einem festlegbaren Bivalenzpunkt zuschaltbar. Die Wärmepumpe (3) verwendet einen Solekreislauf (19) zur Aufnahme von Umgebungswärme aus Luft, Erde oder Wasser oder weiteren Wärmequellen. Die Einrichtung zur Wärmerückgewinnung besteht aus einem im Bereich des Blockheizkraftwerks (2) und der Wärmepumpe (3) angeordneten WRG Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher (13), dessen aufgenommene Wärmenergie über eine hydraulische Beimischschaltung (20) über den Solekreislauf (19) direkt an die Wärmepumpe (3) abgegeben wird. Es wird auch ein Verfahren zum Betrieb der Kompaktanlage angegeben.A compact system for the provision of heat energy to a consumer comprises a combined heat and power plant (2), a heat pump (3) and a device for heat recovery, with which the residual heat output of the combined heat and power plant (2) and the heat pump (3) also a heating system (4) can be supplied , In this case, the heat pump (3) is used to provide a base load of heat energy and the combined heat and power plant to provide a peak load of heat energy, and the combined heat and power plant (2) is switchable at a definable bivalence point. The heat pump (3) uses a brine circuit (19) to absorb ambient heat from air, soil or water or other heat sources. The device for heat recovery consists of a in the area of the combined heat and power plant (2) and the heat pump (3) arranged heat recovery heat exchanger (13), the heat energy absorbed via a hydraulic mixing circuit (20) via the brine circuit (19) directly to the heat pump (3) is delivered. It also specifies a method for operating the compact system.

Description

Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einen VerbraucherCompact system for providing heat energy to a consumer

Die Erfindung betrifft eine Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie 5 an einen Verbraucher gemäss Patentanspruch 1.The invention relates to a compact system for the provision of heat energy 5 to a consumer according to claim 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an ein Heizsystem eines Verbrauchers, mit einem Blockheizkraftwerk, einer Wärmepumpe und einer Einrichtung zur 10 Wärmerückgewinnung, wobei mit der Einrichtung zur Wärmerückgewinnung die Restwärmeleistung des Blockheizkraftwerkes und der Wärmepumpe ebenfalls dem Heizsystem zuführbar ist.The invention particularly relates to a compact system for providing heat energy to a heating system of a consumer, with a combined heat and power plant, a heat pump and a device for heat recovery, with the means for heat recovery, the residual heat output of the combined heat and power plant and the heat pump is also fed to the heating system.

Anlagen dieser Art sind grundsätzlich bereits bekannt. So zeigt die EP-15 2'299O98 eine Anlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einenSystems of this type are already known in principle. Thus, EP-15 2'299O98 shows a plant for the provision of heat energy to a

Verbraucher. Die Anlage hat ein Blockheizkraftwerk, wobei das Blockheizkraftwerk in bekannterWeise einen Kühlwasserwärmetauscher zur Übernahme der Kühlwasserwärme aus dem Motorblock des Blockheizkraftwerks und einen Abgaswärmetauscher zur Übernahme der 20 Abgaswärme des Blockheizkraftwerks in ein Heizsystem aufweist.Consumer. The plant has a combined heat and power plant, wherein the cogeneration plant in a known way a cooling water heat exchanger for taking over the cooling water heat from the engine block of the cogeneration plant and an exhaust heat exchanger for taking over the exhaust heat of 20 cogeneration plant in a heating system.

Die Anlage gemäss EP-2'299'098 hat auch eine Wärmepumpe mit einem Solekreislauf zur Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Boden, aus der Luft oder aus Wasser. Die Wärmepumpe dient zur Bereitstellung einer Grundlast an 25 Wärmeenergie und das Blockheizkraftwerk dient zur Bereitstellung einer Spitzenlast an Wärmeenergie an den Verbraucher. Dabei ist das Blockheizkraftwerk bei einem festlegbaren Bivalenzpunkt zu der Wärmepumpe zuschaltbar. 30 Weiterhin hat diese Anlage gemäss EP-2'299'098 auch eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung, mit der die Restwärmeleistung des Blockheizkraftwerkes und der Wärmepumpe ebenfalls dem HeizsystemThe system according to EP-2'299'098 also has a heat pump with a brine circuit for receiving heat energy from the ground, from the air or from water. The heat pump serves to provide a base load of heat energy and the combined heat and power plant provides a peak load of heat energy to the consumer. The combined heat and power plant can be connected to the heat pump at a definable bivalence point. Furthermore, this system according to EP-2'299'098 also has a device for heat recovery, with the residual heat output of the combined heat and power plant and the heat pump also the heating system

zuführbar ist. Die Einrichtung zur Wärmerückgewinnung ist in diesem Fall jedoch eine zweite, ausserhalb des Maschinenraums angeordnete Wärmepumpe. 5 Nachteilig bei der EP-2'299’098 ist der relativ komplexe und .verteilte'can be fed. However, the heat recovery device in this case is a second heat pump located outside the engine room. 5 A disadvantage of EP-2'299'098 is the relatively complex and 'distributed'

Gesamtaufbau. Sie kann nämlich nur insofern als Kompaktanlage gesehen werden, als die Hauptkomponenten, nämlich das Blockheizkraftwerk und die Wärmepumpe zur Gewinnung von Wärmeenergie aus, Luft, Wasser oder Erde in kompakter Form in einem containerartigen Maschinenraum untergebracht 10 sind. Fast alle Komponenten mit denen die Restwärmeleistung desOverall design. It can only be considered as a compact system insofar as the main components, namely the cogeneration unit and the heat pump for the recovery of heat energy from air, water or earth are housed in a compact form in a container-like machine room 10. Almost all components with which the residual heat output of the

Blockheizkraftwerkes und der Wärmepumpe zurückgewonnen und ebenfalls dem Heizsystem zugeführt wird, sind aber ausserhalb dieses Maschinenraumes angeordnet. Das trifft auch für den Abgaswärmetauscher zu. 15 Zwar gibt es bei Blockheizkraftwerken auch Lösungen, beispielsweise wie in der DE-3’912'113 offenbart, bei denen mit einer im Maschinenraum installierten Wärmepumpe die Restwärmeleistung, also die Abstrahlungsverlustleistung von Motorblock und Generator, ebenfalls dem Heizsystem zugeführt wird. Allerdings handelt es sich hier nicht um eine Kompaktanlage im eingangs erwähnten Sinn, 20 denn es ist kein bivalentes Heizungssystem.Combined heat and power plant and the heat pump recovered and also supplied to the heating system, but are located outside this engine room. This also applies to the exhaust gas heat exchanger. Although there are also solutions for cogeneration plants, for example as disclosed in DE-3'912'113, in which with a heat pump installed in the engine room, the residual heat output, ie the Abstrahlungsverlustleistung of the engine block and generator, also supplied to the heating system. However, this is not a compact system in the sense mentioned, because it is not a bivalent heating system.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an ein Heizsystem eines Verbrauchers im eingangs erwähnten Sinn anzugeben, die einfacher und kompakter ist. 25 Weiterhin soll auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage angegeben werden.It is the object of the present invention to provide a compact system for the provision of heat energy to a heating system of a consumer in the aforementioned sense, which is simpler and more compact. Furthermore, a method for operating such a system should also be specified.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung beinhaltet, dass bei einer gattungsgemässen 30 Kompaktanlage die Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einem imThis object is achieved by the feature combination of claim 1. The solution includes that in a generic 30 compact system, the device for heat recovery from a in the

Bereich des Blockheizkraftwerks und der Wärmepumpe angeordneten WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher besteht, welcher die Temperatur tmArea of the combined heat and power plant and the heat pump arranged WRG (heat recovery) heat exchanger consists, which the temperature tm

II

♦ · ♦# · ·Φ· »·♦ · ♦ # · · Φ · »·

Maschinenraum auf einem vordefinierten Wert konstant hält und die aufgenommene Wärmenergie über eine hydraulische Beimischschaltung über den Solekreislauf direkt an die Wärmepumpe abgibt. Im Bereich des Blockheizkraftwerks und der Wärmepumpe’ bedeutet hier sinngemäss 5 .innerhalb eines containerartigen Maschinenraums’, wenn, wie obenstehend genannt, grösstmögliche Kompaktheit angestrebt wird. Selbstverständlich funktioniert eine derartige Anordnung aber auch in herkömmlichen Maschinenräumen. 10 Der Hauptvorteil liegt natürlich in der Vereinfachung, weil es nämlich möglich ist, anstelle einer weiteren Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung im Wesentlichen lediglich einen sehr viel einfacherer WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher einzusetzen, der überdies auch noch weniger Platz braucht. Realisierbar ist dies, weil der WRG 15 {Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher strukturell auf ganz andere Weise in das Gesamtsystem eingebunden ist, indem nämlich dessen aufgenommene Wärmenergie über eine hydraulische Beimischschaltung an den Solekreislauf, mit dem Nutzwärme aus Luft, Erde oder Wasser gewonnen wird, direkt an die Wärmepumpe ab- bzw. zurückgegeben wird. 20Keeps engine room at a predefined value constant and delivers the absorbed heat energy via a hydraulic mixing circuit via the brine circuit directly to the heat pump. In the area of the combined heat and power plant and the heat pump 'here means analogously 5 .innerhalb a container-like engine room', if, as mentioned above, the greatest possible compactness is sought. Of course, such an arrangement works but also in conventional engine rooms. Of course, the main advantage lies in the simplification, because it is possible to use only a much simpler WRG (heat recovery) heat exchanger instead of another heat pump for heat recovery, which also requires even less space. This is feasible because the WRG 15 (heat recovery) heat exchanger is structurally integrated into the overall system in a completely different way, namely by directly absorbing its absorbed heat energy via a hydraulic mixing circuit to the brine circuit, which uses the useful heat from air, earth or water is returned to the heat pump and returned. 20

Das Gesamtsystem lässt sich so insgesamt sehr viel kompakter bauen, weil es zudem auch möglich ist, nicht nur den Kühlwasserwärmetauscher des Blockheizkraftwerks, sondern auch den Abgaswärmetauscher des Blockheizkraftwerkes innerhalb des Maschinenraumes anzuordnen. Zur 25 weiteren Ausnutzungssteigerung kann man sogar noch mindestens einen zusätzlichen, dem Abgaswärmetauscher nachgeschalteten weiteren Abgaswärmetauscher im Maschinenraum oder ausserhalb desselben vorsehen. Die offensichtlichen Vorteile bestehen dann darin, dass man auf diese Weise die Zahl der Hauptanschlüsse, mit denen die Kompaktanlage mit den 30 aussenliegenden Komponenten verbunden ist, stark reduziert kann. Da eine kleine Zahl von Hauptanschlüssen die aufwendigen und teuren Anpassungen und Anschlussarbeiten an aussenliegende Komponenten stark reduziert, erzieltThe overall system can be built much more compact overall because it is also possible to arrange not only the cooling water heat exchanger of the combined heat and power plant, but also the exhaust gas heat exchanger of the cogeneration plant within the engine room. In order to further increase utilization, it is even possible to provide at least one additional additional exhaust gas heat exchanger downstream of the exhaust gas heat exchanger in or outside the engine room. The obvious advantages are that in this way the number of main connections with which the compact system is connected to the 30 external components can be greatly reduced. Since a small number of main connections greatly reduces the time-consuming and expensive adjustments and connection work to external components

I I • · • 2 * • I * • *I • • • 2 * • I * • *

• * * fe 9 « 9 ·9 9 9 man auch wesentliche Kosteneinsparungen bei der Installation einer solchen Anlage.• * * fe 9 «9 · 9 9 9 also significant cost savings when installing such a system.

Selbst innerhalb der Kompaktanlage lässt sich, ebenfalls mit dem Ziel der S Reduktion der Zahl der Hauptanschlüsse, mit denen die Kompaktanlage mit den aussenliegenden Komponenten verbunden ist, eine Vereinfachung erzielen, indem man nämlich den Ausgangskreislauf eines weiteren Abgaswärmetauschers, der ebenfalls im Maschinenraum angeordnet ist, dem Ausgangskreislauf der Wärmepumpe parallel zugeschaltet und dann dem 10 Heizsystem zuführt. Dies ist möglich, weil diese beiden Wärmeerzeuger das gleiche Temperaturniveau haben.Even within the compact system can be, also with the aim of S reduction in the number of main connections, with which the compact system is connected to the external components, achieve a simplification, namely by the output circuit of another exhaust gas heat exchanger, which is also located in the engine room, connected in parallel to the output circuit of the heat pump and then fed to the heating system. This is possible because these two heat generators have the same temperature level.

Die erfindungsgemässe Kompaktanlage stützt sich wesentlich auf das Konzept der Möglichkeit zur alternativen Nutzung weiterer Wärmequellen. Als Basis 15 dient ein Solekreislauf, mit dem Wärmeenergie aus einem Primärmedium, also beispielsweise Luft, Erde oder Wasser dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeführt wird. Analog zu der bereits erwähnten Integration der Restwärmeleistung aus dem WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher übereine gängige, hydraulische Beimischschaltung, soll es auch möglich sein, 20 andere und weitere Wärmequellen mit weiteren hydraulischenThe inventive compact system relies substantially on the concept of the possibility for alternative use of other heat sources. The base 15 is a brine circuit, with the heat energy from a primary medium, so for example air, earth or water is fed to the evaporator of the heat pump. Analogous to the already mentioned integration of the residual heat output from the heat recovery heat exchanger heat exchanger over a common, hydraulic mixing circuit, it should also be possible 20 other and further heat sources with other hydraulic

Beimischschaltungen oder in Serie alternativ zusätzlich zu nutzen. So ist es beispielsweise möglich, die Wärmepumpe primär für den Wärmebezug aus der Umgebungsluft auszulegen, zusätzlich und gleichzeitig aber beispielsweise auch noch Erdwärme zu nutzen. 25Admix or in series alternatively alternatively to use. So it is possible, for example, the heat pump designed primarily for the heat from the ambient air, in addition to and at the same time, for example, even to use geothermal energy. 25

Ein weiterer bedeutsamer Aspekt beim Einsatz von Blockheizkraftwerken ist schliesslich auch die Lärm- und Schwingungsdämmung. Die platzsparende Anordnung der Komponenten der Anlage in einem containerartigen und schalldämmenden Maschinenraum bedeutet auch, dass gewisse Komponenten 30 der Anlage teils übereinander angeordnet eingebaut sein müssen.Another significant aspect of the use of combined heat and power plants is the noise and vibration insulation. The space-saving arrangement of the components of the system in a container-like and sound-insulating machine room also means that certain components 30 of the system must be partly installed one above the other.

Schwingungserzeugende Komponenten wie der Motor und der Generator des Blockheizkraftwerks werden zur Minimierung der Entstehung und AusbreitungVibration generating components such as the engine and generator of the combined heat and power plant are used to minimize the formation and spread

J 4"!: ύ *ι #«« • ι « ·· von Schwingungen und Körperschall jedoch in der Bodennähe des Maschinenraums angeordnet.J 4 "!: Ύ * ι #« «• ι« ·· arranged by vibrations and structure-borne noise, however, near the bottom of the engine room.

Insgesamt erlaubt es die erfindungsgemässe Kompaktanlage, sehr flexibel und 5 bedarfsgerecht auf die Wärmeanforderungen eines Verbrauchers zu reagieren.Overall, the compact system according to the invention makes it possible to react very flexibly and 5 to the heat requirements of a consumer as required.

Es ist deshalb auch vorgesehen, die Kompaktanlage mit einer Steuerung zu versehen, die diesen Anforderungen Rechnung trägt. Die Steuerung soll es auch ermöglichen, dass das Blockheizkraftwerk und die Wärmepumpe grundsätzlich entweder gemeinsam oder unabhängig voneinander betreibbar 10 sind.It is therefore also intended to provide the compact system with a controller that meets these requirements. The control should also allow the combined heat and power plant and the heat pump to be operated in principle either together or independently of one another.

Mit der Steuerung wird ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemässen Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einen Verbraucher realisiert, bei dem: 15 - eine Grundlast an Wärmeenergie von der Wärmepumpe allein oder inWith the control, a method for operating a compact system according to the invention for the provision of heat energy to a consumer is realized, in which: 15 - a base load of heat energy from the heat pump alone or in

Kombination mit dem WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher bereitgestellt wird, - eine Spitzenlast an Wärmeenergie von dem Blockheizkraftwerk bereitgestellt wird, 20 - und das Blockheizkraftwerk zur Abdeckung der Spitzenlast bei einem festlegbaren Bivalenzpunkt zugeschaltet wird, wobei der Bivalenzpunkt in Abhängigkeit von einer definierten Vorlauftemperatur des Heizsystems und der Temperatur des Primärenergiequellenmediums der Wärmepumpe in einer Weise festgelegt wird, dass die Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) 25 im Bereich >2 arbeitet.20 is provided and the cogeneration plant is switched on to cover the peak load at a definable bivalence point, the bivalence point being dependent on a defined flow temperature of the heating system and the temperature of the primary energy source medium of the heat pump is set in such a manner that the heat pump operates at an annual work rate (JAZ) 25 in the range> 2.

Mit der Steuerung soll es zusätzlich aber auch möglich sein, sowohl bei laufendem wie auch bei nichtlaufendem Blockheizkraftwerk die Wärmepumpe möglichst optimal zu nutzen. Deshalb ist die Wärmepumpe derart mit dem 30 Betrieb des Blockheizkraftwerks gekoppelt, dass - sie bei laufendem Blockheizkraftwerk zur Aufnahme der Restwärmeleistung aus dem Blockheizkraftwerk und der Wärmepumpe ausgebildet ist sowie zurIn addition, with the control, it should also be possible to use the heat pump as optimally as possible, both in running as well as in non-running cogeneration plant. Therefore, the heat pump is so coupled with the operation of the cogeneration plant that - it is formed while running the combined heat and power plant to absorb the residual heat output from the combined heat and power plant and the heat pump and the

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Aufnahme von Wärmeleistung aus der Umgebungsluft und/oder weiterer Wärmequellen, und dass - sie bei nicht laufendem Blockheizkraftwerk zur Aufnahme der Restwärmeleistung aus der Wärmepumpe sowie zur Aufnahme von 5 Wärmeleistung aus der Umgebungsluft und/oder weiterer Wärmequellen ausgebildet ist.Recording of heat output from the ambient air and / or other heat sources, and that - it is formed when not running cogeneration plant for receiving the residual heat output from the heat pump and for receiving 5 heat output from the ambient air and / or other heat sources.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kompaktanlage anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die 10In the following, an embodiment of a compact system according to the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. It shows the 10th

Fig. 1 ein Blockschema einer erfindungsgemässen KompaktanlageFig. 1 is a block diagram of an inventive compact system

Die Figur 1 zeigt in schematischer Welse einen Maschinenraum 1 15 (strichpunktierte Linie), in dem ein Blockheizkraftwerk 2 und eine Wärmepumpe 3 angeordnet sind. Beide, das Blockheizkraftwerk 2 und die Wärmepumpe 3 dienen der Bereitstellung von Wärmeenergie in der Form von Warmwasser an einen Verbraucher, beispielsweise eine Heizsystem 4. 20 Das Blockheizkraftwerk 2 umfasst in bekannter Weise einen Motor 5, einen Generator 6, einen Kühlwasserwärmetauscher 7 und einen Abgaswärmetauscher 8, wobei diese Komponenten innerhalb des Maschinenraumes 1 angeordnet sind. Das Blockheizkraftwerk 2 ist eine modular aufgebaute Anlage und dient zur Erzeugung von elektrischem Strom 25 und Wärme nach dem Prinzip der Wärme-Kraft bzw. Kraft-Wärme-Kopplung. Als Primärenergie zum Antrieb des Motors dient vorzugsweise ein Gas- oder Flüssigtreibstoff, beispielsweise Flüssiggas, Erdgas oder Biogas, oder im Fall von Flüssigtreibstoff Biodiesel, Ethanol oder ein anderer Treibstoff aus einer erneuerbaren Energiequelle. Mit der Verwendung eines Blockheizkraftwerkes 2 30 lässt sich bekanntlich gegenüber der herkömmlichen Kombination von lokaler Heizung und zentralem Großkraftwerk ein höherer Gesamtnutzungsgrad erzielen, der aus der Nutzung der Abwärme der Stromerzeugung direkt am OrtFIG. 1 schematically shows a machine room 15 (dash-dotted line) in which a combined heat and power plant 2 and a heat pump 3 are arranged. Both, the cogeneration unit 2 and the heat pump 3 are used to provide heat energy in the form of hot water to a consumer, such as a heating system 4. 20 The cogeneration unit 2 comprises in a known manner a motor 5, a generator 6, a cooling water heat exchanger 7 and an exhaust gas heat exchanger 8, wherein these components are arranged within the machine room 1. The combined heat and power plant 2 is a modular system and is used to generate electricity 25 and heat according to the principle of heat-power or combined heat and power. The primary energy used to drive the engine is preferably a gas or liquid fuel, for example liquefied petroleum gas, natural gas or biogas, or in the case of liquid fuel biodiesel, ethanol or another fuel from a renewable energy source. With the use of a cogeneration plant 2 30 is known to achieve over the conventional combination of local heating and central power plant, a higher overall efficiency, the use of the waste heat of power generation locally

t* »1*1 • ♦ * * • · 9 « # · · « _ * * · · 7 ♦ * • · * ♦ I * · ♦ 4 ·t * »1 * 1 • ♦ * * • · 9« # · · «_ * * · · 7 ♦ * • * * ♦ I * · ♦ 4 ·

Mt ·· der Entstehung resultiert. Durch die ortsnahe Nutzung der Abwärme wird die eingesetzte Primärenergie sehr effizient genutzt, weshalb sich mit Blockheizkraftwerken auch ein relativ hoher Anteil an Primärenergie einsparen lässt. Bei der vorliegenden erfindungsgemässen Anlage steht die Erzeugung 5 und Nutzung von Wärmeenergie im Vordergrund, weshalb die Stromerzeugung mittels des Generators 6 hier nicht weiter und detaillierter ausgeführt ist.Mt ·· the genesis results. The local use of waste heat means that the primary energy used is used very efficiently, which is why combined heat and power plants can also save a relatively high proportion of primary energy. In the present inventive plant is the production and use 5 of thermal energy in the foreground, which is why the power generation by means of the generator 6 is not carried out here and in more detail.

Die Wärmepumpe 3 umfasst in bekannter Weise einen motorgetriebenen Verdichter 9, der ein Arbeitsmedium in einem wärmepumpeninternen Kreislauf 10 durch einen Verflüssiger 10, ein Entspannungsventif 11 und einen Verdampfer 12 zirkulieren lässt. Ebenfalls dargestellt ist ein Primärmediumskreislauf, beispielsweise ein Solekretslauf 19 zum Bezug von Wärme aus einem Primärmedium (Erde, Luft oder Wasser), dessen Ausseneinheit 17 mit dem Verdampfer 12 gekoppelt ist. Weiterhin dargestellt ist ein Ausgangskreislauf der 15 Wärmepumpe, hier ein Warmwasserkreislauf, der mit dem Verflüssiger 10 gekoppelt ist und der dem Heizsystem 4 zugeführt wird. Wie bereits erwähnt ist vorgesehen, dass die Wärmepumpe 3 zum Bezug von Wärmeenergie aus der Luft, aus Wasser oder aus der Erde oder auch aus weiteren Energiequellen oder Kombinationen davon ausgebildet sein kann. 20The heat pump 3 comprises in known manner a motor-driven compressor 9, which circulates a working medium in a heat pump internal circuit 10 through a condenser 10, a flash valve 11 and an evaporator 12. Also shown is a primary medium circuit, for example, a brine circuit 19 for drawing heat from a primary medium (earth, air or water), the outdoor unit 17 is coupled to the evaporator 12. Also shown is an output circuit of the heat pump, here a hot water circuit, which is coupled to the condenser 10 and which is supplied to the heating system 4. As already mentioned, it is provided that the heat pump 3 can be designed to draw heat energy from the air, from water or from the earth or else from other energy sources or combinations thereof. 20

Weiterhin ist innerhalb des Maschinenraumes 1 ein WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher 13 sowie ein Ventilator 14 vorgesehen. Der Ventilator 14 dient dazu, einen maschinenraumintern aktiv geförderten Kühlluftkreislauf K zu erzeugen. Mit dem Kühlluftkreislauf K werden 25 die bisher erwähnten restwärmeabgebenden Anlagekomponenten imFurthermore, a heat recovery (heat recovery) heat exchanger 13 and a fan 14 is provided within the engine room 1. The fan 14 serves to generate a cooling air circulation K actively conveyed inside the machine-room. With the cooling air circuit K 25 the previously mentioned residual heat dissipating system components in

Maschinenraum gekühlt und die Temperatur im Maschinenraum auf einem vordefinierten Wert gehalten. Die Kühlluft nimmt dabei die Restwärme des Blockheizkraftwerkes 2 und der Wärmepumpe 3 auf. Der WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher 13 wird ebenfalls mit Sole betrieben; 30 es ist also ein Sole/Luftwärmetauscher. Die vom WRG-Wärmetauscher 13 aufgenommene Restwärme wird über eine hydraulische Beimischschaltung 20 direkt in den Solekreis 19 eingespiesen. Somit wird die so aufgenommeneEngine room cooled and kept the temperature in the engine room at a predefined value. The cooling air takes up the residual heat of the cogeneration unit 2 and the heat pump 3. The heat recovery heat exchanger 13 is also operated with brine; 30 So it's a brine / air heat exchanger. The heat absorbed by the heat exchanger heat exchanger 13 residual heat is fed via a hydraulic mixing circuit 20 directly into the brine circuit 19. Thus, the recorded so

Restwärme direkt an die Wärmepumpe 3 ab- bzw. zurückgegeben. Es besteht somit ein dem Gesamtsystem überlagerter Rückführungskreis für die Rest-bzw. Verlustwärme. Anstelle einer hydraulischen Beimischschaltung 20 könnte auch eine hydraulische Serieschaltung verwendet werden.Residual heat directly to the heat pump 3 off or returned. There is thus a total system superimposed feedback loop for the rest or. Waste heat. Instead of a hydraulic mixing circuit 20 and a hydraulic series circuit could be used.

Die Hauptkomponenten innerhalb des Maschinenraumes 1 sind natürlich das Blockheizkraftwerk 2 und die Wärmepumpe 3. Absichtsgemäss ist die Wärmepumpe 3 dazu vorgesehen, eine Grundlast des Wärmebedarfes der Heizung 4 im Jahresverlauf zu decken. Im Grundlastbetrieb wird somit der Verdichter 9 mit Antriebsmotor der Wärmepumpe 3 einen Anteil der Verlustwärme erzeugen. Im Verbundbetrieb, also dann, wenn das Blockheizkraftwerk 2 zugeschaltet wird, wird u.a. der Motor 5 und der Generator 6 einen weiteren und grösseren Anteil an Verlustwärme erzeugen. Sind beide Hauptkomponenten im Betrieb, so werden mit dem Kühlluftkreislauf K auch beide Hauptkomponenten gekühlt und die Temperatur im Maschinenraum auf einem vordefinierten Wert gehalten, womit deren Gesamtwirkungsgrad gesteigert und die dem Kühlluftkreislauf K entnommene Restwärme wieder genutzt wird.The main components within the engine room 1 are, of course, the combined heat and power plant 2 and the heat pump 3. Intended, the heat pump 3 is intended to cover a base load of the heat demand of the heater 4 during the year. In base load operation, the compressor 9 with the drive motor of the heat pump 3 will thus generate a proportion of the heat loss. In combined operation, ie when the combined heat and power plant 2 is switched on, u.a. the motor 5 and the generator 6 generate a further and greater proportion of heat loss. If both main components are in operation, both main components are cooled with the cooling air circuit K and the temperature in the engine room is kept at a predefined value, thus increasing their overall efficiency and reusing the residual heat removed from the cooling air circuit K.

Wie in der Fig. 1 ersichtlich, werden die Abgase des Blockheizkraftwerks 2 durch eine Abgasanlage 16 abgeführt. Dabei werden die Abgase auch noch über mindestens einen weiteren Abgaswärmetauscher 15, der dem früher erwähnten Abgaswärmetauscher 8 nachgeschaltet ist, geführt. Der weitere Abgaswärmetauscher 15 dient zur direkten Wärmenutzung im Heizsystem 4. Dabei ist der Ausgangskreislaufs des weiteren Abgaswärmetauschers 15 dem Ausgangskreislauf des Wärmetauschers der Wärmepumpe 3, der dem Heizsystem 4 zugeführt ist, parallel zugeschaltet. Das ist möglich, weil diese beiden Wärmeerzeuger das gleiche Temperaturniveau haben.As can be seen in FIG. 1, the exhaust gases of the combined heat and power plant 2 are discharged through an exhaust system 16. In this case, the exhaust gases are also still at least one further exhaust gas heat exchanger 15, which is connected downstream of the exhaust gas heat exchanger 8 mentioned earlier. The further exhaust gas heat exchanger 15 is used for direct heat utilization in the heating system 4. Here, the output circuit of the further exhaust gas heat exchanger 15 is the output circuit of the heat exchanger of the heat pump 3, which is supplied to the heating system 4, connected in parallel. This is possible because these two heat generators have the same temperature level.

Wie weiterhin ebenfalls in der Fig. 1 ersichtlich, können dem Solekreis 19 alternativ auch noch weitere Wärmequellen 18 zugeschaltet werden. So kann beispielsweise neben der Wärme aus Luft auch noch Erdwärme gleichzeitig genutzt werden. Auch hier erfolgt die Zuschaltung analog zur Zuschaltung des WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauschers über eine hydraulische Beimischschaltung oder über eine hydraulische Serieschaltung. 5 Im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässenAs can also be seen in FIG. 1, the brine circuit 19 can alternatively also be connected with further heat sources 18. For example, in addition to the heat from air geothermal heat can be used simultaneously. Again, the connection takes place analogous to the connection of the heat recovery (heat recovery) heat exchanger via a hydraulic mixing circuit or via a hydraulic series circuit. 5 In the present embodiment of an inventive

Kompaktanlage sind das Blockheizkraftwerk 2 und die Wärmepumpe 3 platzsparend übereinander angeordnet. Schwingungserzeugende Komponenten wie der Motor 5 und der Generator 6 des Blockheizkraftwerks 2 sind zur Minimierung der Ausbreitung von Schwingungen und Körperschall 10 jedoch in der Bodennähe des Maschinenraums 1 auf Dämpfern angeordnet.Compact system, the combined heat and power plant 2 and the heat pump 3 are arranged to save space on each other. Vibration-generating components such as the motor 5 and the generator 6 of the combined heat and power plant 2 are arranged to minimize the propagation of vibrations and structure-borne noise 10, however, in the vicinity of the engine room 1 on dampers.

Der containerartige Maschinenraum 1 selbst ist als schalldämmende Konstruktion ausgeführt. Direkte Schallaustragungen nach aussen, die vor allem bei laufendem Blockheizkraftwerk in Erscheinung treten, erfolgen somit vonwiegend über die Abgasanlage 16. Selbstverständlich können aber auch hier 15 noch geeignete und an sich bekannte zusätzliche Schalldämpfungsmassnahmen getroffen werden.The container-like machine room 1 itself is designed as a sound-insulating construction. Direct Schallaustragungen to the outside, which occur especially when the cogeneration power plant in appearance, thus carried out mainly on the exhaust system 16. Of course, but also here 15 suitable and known per se additional soundproofing measures are taken.

Die der Steuerung der Kompaktanlage des vorliegenden Ausführungsbeispieles zugrunde liegenden Prinzipien wurden bereits im einleitenden allgemeinen Teil 20 umrissen. So soll das Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemässenThe principles underlying the control of the compact system of the present embodiment have already been outlined in the introductory general part 20. Thus, the method for operating an inventive

Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einen Verbraucher grundsätzlich ermöglichen, dass 25 » · * 9 *· ♦ • « * ·· * t * · 9 • ··» i * * • Λ * # • * m * *9 9 • • • * « w 9·· + · · 1. das Blockheizkraftwerk 2 und die Wärmepumpe 3 gemeinsam oder unabhängig voneinander betreibbar sind, 2. bei gemeinsamem Betrieb (Verbundbetrieb) eine Grundlast an Wärmeenergie von der Wärmepumpe 3 allein bereitgestellt wird, eine Spitzenlast an Wärmeenergie von dem Blockheizkraftwerk 2 bereitgestellt wird, und das Blockheizkraftwerk 2 zur Abdeckung der Spitzenlast bei einem festlegbaren Bivalenzpunkt zuschaitbar ist, und 3. bei gemeinsamem Betrieb (Verbundbetrieb) die Wärmepumpe 3 so mit dem Betrieb des Blockheizkraftwerks 2 gekoppelt ist, dass sie bei 30 ·· fr·»· •fr • «fr · • fr fr fr 4 « * fr I · · «· frfrIn principle, a compact system for the provision of heat energy to a consumer can enable a consumer to be provided with the necessary information. 25 * · * 9 * · ♦ • «* ·· * t * · 9 • ··» i * * • Λ * # * * m * * 9 9 • • 1. the combined heat and power plant 2 and the heat pump 3 are operated together or independently of each other, 2. in common operation (interconnected operation) a base load of heat energy is provided by the heat pump 3 alone, a peak load of heat energy from cogeneration unit 2, and cogeneration unit 2 is closable to cover the peak load at a definable bivalence point, and 3. in co-operation, the heat pump 3 is coupled to the operation of cogeneration unit 2 at 30 ·· fr · «fr fr« fr fr 4 «* fr I · ·« · frfr

fr • • fr fr« fr • •frfr fr • fr fr fr fr fr·· fr« laufendem Blockheizkraftwerk 2 die Restwärmeleistung aus dem Blockheizkraftwerk 2 und der Wärmepumpe 3 aufnimmt, und dass sie bei nicht laufendem Blockheizkraftwerk 2 die Restwärmeleistung aus der Wärmepumpe 3 aufnimmt. 5fr • fr fr fr fr fr fr fr fr fr fr fr fr fr for the running combined heat and power plant 2 receives the residual heat output from the combined heat and power plant 2 and the heat pump 3, and that they are not running cogeneration plant 2, the residual heat output from the heat pump 3 receives. 5

Der Begriff .Gemeinsamer Betrieb' (teilweise auch .Verbundbetrieb’ genannt), soll in diesem Kontext also lediglich bedeuten, dass die erwähnte Abhängigkeit bezüglich der Zuschaltung des Blockheizkraftwerkes (Bivalenzpunkt) besteht. Eine weitere und andere Abhängigkeit muss natürlich darin gesehen werden, 10 dass die Rückgewinnung der Restwärmeleistung (im Maschinenraum) mit der erfindungsgemässen Konfiguration der Kompaktanlage stets nur dann möglich ist, wenn die Wärmepumpe läuft (da sie ja selber Bestandteil der Wärmerückgewinnungseinrichtung ist). Dennoch erfordern natürlich Sicherheits- und Zuverlässigkeitsüberlegungen, dass die unabhängige 15 Betreibbarkeit von Wärmepumpe und Blockheizkraftwerk gewährleistet sein muss. «*·« * * * * * Λ Λ * • · * ♦ ί1 * «· ·· · *·* • ·· «· * • ··* 9 Φ Φ I · I ♦ ·♦ «·The term "joint operation" (sometimes also called "group operation"), in this context, therefore, merely means that the mentioned dependence on the connection of the combined heat and power plant (bivalence point) exists. Of course, another and other dependency must be seen in the fact that the recovery of the residual heat output (in the engine room) with the configuration of the compact system according to the invention is always possible only when the heat pump is running (since it itself is part of the heat recovery device). Nevertheless, safety and reliability considerations naturally require that the independent operation of the heat pump and combined heat and power plant must be guaranteed. «* *« * * * * * Λ Λ * • * * ♦ ί1 * «· ··· * · * • ··« · * • ·· * 9 Φ Φ I · I ♦ · ♦ «·

Bezugsziffern liste: 1 Maschinenraum 2 Biockheizkraftwerk (BHKW) 5 3 Wärmepumpe (WP) 4 Heizsystem 5 Motor 6 Generator 7 Kühlwasserwärmetauscher 10 8 Abgaswärmetauscher 9 Verdichter 10 Verflüssiger 11 Entspannungsventil 12 Verdampfer 15 13 WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher 14 Ventilator 15 weiterer Abgaswärmetauscher 16 Abgasanlage Blockheizkraftwerk 17 Ausseneinheit (des Verdampfers) 20 18 weitere Wärmequelle 19 Solekreislauf 20 Beimischschaltung Κ Kühlluftkreislauf 25Reference numbers list: 1 Engine room 2 Combined heat and power plant (CHP) 5 3 Heat pump (WP) 4 Heating system 5 Engine 6 Generator 7 Cooling water heat exchanger 10 8 Exhaust gas heat exchanger 9 Compressor 10 Condenser 11 Expansion valve 12 Evaporator 15 13 Heat recovery heat exchanger 14 Fan 15 Additional exhaust gas heat exchanger 16 Exhaust system Combined heat and power plant 17 Outdoor unit (of the evaporator) 20 18 additional heat source 19 brine circuit 20 mixing circuit Κ Cooling air circuit 25

Claims (8)

·· ·*·· ·· ·*·· * · · · • · « · • · · · • · ♦ · ·* ·«······························································· « ·· Μ· #· · 9 *·· 4 · · t · · ·*· ·· Patentansprüche: 1. Kompaktanlage zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einen Verbraucher, mit einem Btockheizkraftwerk (2) mit einem Kühlwasserwärmetauscher (7) und 5 einem Abgaswärmetauscher (8) zur Übernahme der Kühlwasserwärme aus dem Motorblock des Blockheizkraftwerks (2) und der Abgaswärme des Blockheizkraftwerks in ein Heizsystem (4), wobei die Kompaktanlage eine Wärmepumpe (3) mit einem Solekreislauf (19) zur Aufnahme von Umgebungswärme aufweist, und wobei die Wärmepumpe (3) zur Bereitstellung 10 einer Grundlast an Wärmeenergie und das Blockheizkraftwerk zur Bereitstellung einer Spitzenlast an Wärmeenergie an den Verbraucher ausgelegt ist, und wobei das Blockheizkraftwerk (2) bei einem festlegbaren Bivalenzpunkt zuschaltbar ist, und wobei weiterhin auch eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung vorhanden ist, mit der die Restwärmeleistung des 15 Blockheizkraftwerkes (2) und der Wärmepumpe (3) ebenfalls dem Heizsystem (4) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus einem im Bereich des Blockheizkraftwerks (2) und der Wärmepumpe (3) angeordneten WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher (13) besteht, dessen aufgenommene Wärmenergie über eine 20 hydraulische Beimischschaltung (20) über den Solekreislauf (19) direkt an die Wärmepumpe (3) abgegeben wird.1. Compact system for the provision of heat energy to a consumer, with a Btockheizkraftwerk (2) with a cooling water heat exchanger (7) and a 5 Exhaust gas heat exchanger (8) for taking over the cooling water heat from the engine block of the combined heat and power plant (2) and the waste heat of the combined heat and power plant in a heating system (4), wherein the compact system comprises a heat pump (3) with a brine circuit (19) for receiving ambient heat, and wherein the heat pump (3) is adapted to provide a base load of heat energy and the cogeneration plant to provide a peak load of heat energy to the consumer, and wherein the combined heat and power plant (2) is switchable at a settable bivalence point, and further including means for heat recovery is, with the residual heat output of 15 cogeneration plant (2) and the heat pump (3) ebenfall s the heating system (4) can be fed, characterized in that the means for heat recovery from a in the area of the combined heat and power plant (2) and the heat pump (3) arranged heat recovery (heat recovery) heat exchanger (13), the recorded heat energy over a 20 hydraulic mixing circuit (20) via the brine circuit (19) is discharged directly to the heat pump (3). 2. Kompaktanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Abgaswärmetauscher (15) dem Abgaswärmetauscher 25 (8) nachgeschaltet ist, wobei der Ausgangskreislaufs des weiteren Abgaswärmetauschers (15) einem Ausgangskreislauf des Wärmetauschers der Wärmepumpe (3) parallel zugeschaltet ist und dem Heizsystem (4) zugeführt ist.2. Compact system according to claim 1, characterized in that at least one further exhaust gas heat exchanger (15) is connected downstream of the exhaust gas heat exchanger 25 (8), wherein the output circuit of the further exhaust gas heat exchanger (15) an output circuit of the heat exchanger of the heat pump (3) is connected in parallel and the Heating system (4) is supplied. 3. Kompaktanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk (2) und die Wärmepumpe (3), sowie der WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher (13), der Kühlwasserwärmetauscher ·« • fr ·· »· ·««· Pt«« « • · 9 · *3. Compact system according to claim 1 or 2, characterized in that the combined heat and power plant (2) and the heat pump (3), and the heat recovery (heat recovery) heat exchanger (13), the cooling water heat exchanger · «• fr ··» · · «« · Pt «« «• · 9 · * «·« ♦ ·· m * • · ·* (7), der Abgaswärmetauscher (8) und der weitere Abgaswärmetauscher (15) platzsparend in einem containerartigen und schalldämmenden Maschinenraum (1) angeordnet sind.(7), the exhaust gas heat exchanger (8) and the further exhaust gas heat exchanger (15) are arranged to save space in a container-like and sound-absorbing engine room (1). 4. Kompaktanlage nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk (2) zur Minimierung von Schwingungen und Körperschall in Bodennähe des Maschinenraums (1) angeordnet sind.4. Compact system according to claim 3, characterized in that the cogeneration unit (2) to minimize vibrations and structure-borne sound near the bottom of the machine room (1) are arranged. 5. Kompaktanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch 10 gekennzeichnet, dass der Maschinenraum (1) im wesentlichen mit vier Hauptanschlüssen bestückt ist, namentlich: - einem Anschluss für den Solekreislauf für die Verbindung mit einer Ausseneinheit (17) und/oder weiteren Wärmequellen (18), - einem Anschluss für den WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher (13) 15 - einem Anschluss für das Heizsystem (4), und - einem Anschluss für die Abgasanlage (16).5. Compact system according to one of the claims 1 to 4, characterized 10 that the engine room (1) is equipped with four main connections, namely: - a connection for the brine circuit for connection to an outdoor unit (17) and / or others Heat sources (18), - a connection for the heat recovery (heat recovery) heat exchanger (13) 15 - a connection for the heating system (4), and - a connection for the exhaust system (16). 6. Kompaktanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk (2) und die Wärmepumpe (3) 20 gemeinsam oder unabhängig voneinander betreibbar sind.6. Compact system according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the combined heat and power plant (2) and the heat pump (3) 20 are operated jointly or independently of each other. 7. Verfahren zum Betrieb einer Kompaktanlage nach Patentanspruch 1 zur Bereitstellung von Wärmeenergie an einen Verbraucher, wobei 25 - eine Grundlast an Wärmeenergie von der Wärmepumpe (3) allein oder in Kombination mit dem WRG (Wärmerückgewinnungs-) Wärmetauscher (13) bereitgestellt wird, - eine Spitzenlast an Wärmeenergie von dem Blockheizkraftwerk (2) bereitgestellt wird, 30 - und das Blockheizkraftwerk (2) zur Abdeckung der Spitzenlast bei einem festlegbaren Bivalenzpunkt zugeschaltet wird, wobei der Bivalenzpunkt in Abhängigkeit von einer definierten Vorlauftemperatur und der Temperatur des ft ft ft f!4 • ft ft Primärenergiequellenmediums der Wärmepumpe (3) in einer Weise festgelegt wird, dass die Wärmepumpe (3) mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) im Bereich >2 arbeitet.7. A method for operating a compact system according to claim 1 for providing heat energy to a consumer, wherein 25 - a base load of heat energy from the heat pump (3) alone or in combination with the heat recovery (heat recovery) heat exchanger (13) is provided, a peak load of heat energy is provided from the combined heat and power plant (2), 30 - and the cogeneration plant (2) is switched on to cover the peak load at a definable bivalence point, the bivalence point being dependent on a defined flow temperature and the temperature of the ft ft ft f! 4 • ft ft primary energy source medium of the heat pump (3) is set in such a way that the heat pump (3) with an annual working load (JAZ) in the range> 2 works. 8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (3) derart mit dem Betrieb des Blockheizkraftwerks (2) gekoppelt ist, dass - sie bei laufendem Blockheizkraftwerk (2) zur Aufnahme der Restwärmeleistung aus dem Blockheizkraftwerk (2) und der Wärmepumpe (3) 10 ausgebildet ist sowie zur Aufnahme von Wärmeleistung aus der Umgebungsluft und/oder weiterer Wärmequellen (18) ausgebildet ist, und dass - sie bei nicht laufendem Blockheizkraftwerk (2) zur Aufnahme der Restwärmeleistung aus der Wärmepumpe (3) sowie zur Aufnahme von Wärmeleistung aus der Umgebungsluft und/oder weiterer Wärmequellen (18) 15 ausgebildet ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the heat pump (3) is so coupled with the operation of the cogeneration plant (2), that - they are running cogeneration plant (2) for receiving the residual heat output from the combined heat and power plant (2) and the heat pump (3) 10 is formed and for receiving heat output from the ambient air and / or further heat sources (18) is formed, and that - they are not running cogeneration plant (2) for receiving the residual heat output from the heat pump (3) and for receiving Heat output from the ambient air and / or other heat sources (18) 15 is formed.
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