DE102005011700A1 - Wärmepumpensystem - Google Patents
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- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
Abstract
Ein Wärmepumpensystem ist vorgesehen, welches ein Abluftmodul mit einer Wärmeübertragungseinheit zum Entziehen von Abluftwärme und eine Wärmepumpe zum Entziehen der Wärme einer Wärmequelle aufweist. Ferner ist eine Wärmequellenpumpe zum Pumpen eines ersten Fluids von der Wärmequelle in die Wärmepumpe und zum Pumpen eines zweiten Fluids durch das Abluftmodul vorgesehen, um einen Volumenstrom durch das Abluftmodul sicherzustellen. Die Wärmequellenpumpe übernimmt dabei die Pumpenleistung für die Wärmepumpe und die Pumpenleistung für das Abluftmodul. Eine zusätzliche Pumpe im Abluftmodul kann eingespart werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem mit einer Wärmepumpe und einem Abluftmodul sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmepumpensystems.
- Wärmepumpensysteme wie beispielsweise Sole/Wasser-Wärmepumpen werden zum Bereitstellen von Heizwärme und Warmwasser verwendet. Sole/Wasser-Wärmepumpen können dabei beispielsweise mit Abluftmodulen kombiniert werden. Ein Abluftmodul besteht im Wesentlichen aus einem Ventilator und einem Wärmeaustauscher. Der Ventilator saugt die Abluft aus einem Gebäude oder aus einer Wohnung und bläst sie ins Freie. Der Wärmeaustauscher entzieht die sich in der Abluft befindliche Wärme und überträgt diese auf die Sole, welche in der Wärmepumpe als Wärmequelle dient. Als Sole wird dabei typischerweise ein Gemisch von Wasser und Frostschutz verwendet, welches im Erdreich Wärme aufnimmt und diese dann in der Wärmepumpe zum Bereitstellen von Heizwärme oder warmem Wasser verwendet.
- In dem Abluftmodul wird die Energie der Abluft mittels eines Wärmeübertragers auf die Wärmequellflüssigkeit, d. h. die Sole, übertragen. Durch die Kombination einer Sole/Wasser-Wärmepumpe mit einem Abluftmodul können die Wärmequellen wie z. B. die Erdsonde um den Wärmeertrag aus der Abluft kleiner ausgelegt werden. Somit kann durch das Abluftmodul eine kostengünstige Abluftanlage realisiert werden.
- Typischerweise werden die Abluftmodule dabei derart betrieben, dass Sole durch den Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager gepumpt wird. Die dann auf die Sole übertragene Wärme der Abluft wird der Wärmequelle im Erdreich zugeführt.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres Wärmepumpensystem vorzusehen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 1 und Anspruch 4 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
- Somit wird ein Wärmepumpensystem vorgesehen, welches ein Abluftmodul mit einer Wärmeübertragungseinheit zum Entziehen von Abluftwärme und eine Wärmepumpe zum Entziehen der Wärme einer Wärmequelle aufweist. Ferner ist eine Wärmequellenpumpe zum Pumpen eines ersten Fluids von der Wärmequelle in die Wärmepumpe und zum Pumpen eines zweiten Fluids durch das Abluftmodul vorgesehen, um einen Volumenstrom des Abluftmoduls sicherzustellen.
- Dadurch, dass die Wärmequellenpumpe nicht nur die Pumpleistung für die Wärmepumpe, sondern auch die Pumpleistung für das Abluftmodul übernimmt, kann eine zusätzliche Pumpe im Abluftmodul eingespart werden.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Wärmequellenpumpe in der Wärmepumpe integriert ausgestaltet sein.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Eintritt des zweiten Fluids des Abluftmoduls an den Rücklauf der Wärmequelle angeschlossen. Ein Austritt des zweiten Fluids des Abluftmoduls ist an den Vorlauf der Wärmequelle angeschlossen. Somit werden sowohl die Wärmequelle als auch das Abluftmodul durch die Wärmequellenpumpe parallel durchströmt.
- Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Wärmepumpensystem mit einem Abluftmodul mit einer Wärmeübertragungseinheit zum Extrahieren von Abluftwärme sowie einer Wärmepumpe zum Extrahieren der Wärme einer Wärmequelle. Ein Fluid wird durch die Wärmeübertragungseinheit bis zu einem ersten Zeitpunkt nach Abschalten der Wärmepumpe gepumpt, um die Abluftwärme der Wärmequelle zuzuführen.
- Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmepumpensystems mit einem Abluftmodul mit einer Wärmeübertragungseinheit sowie mit einer Wärmepumpe. Abluftwärme wird mittels der Wärmeübertragungseinheit extrahiert, und Wärme einer Wärmequelle wird mittels der Wärmepumpe extrahiert, wobei ein Fluid durch die Wärmeübertragungseinheit bis zu einem ersten Zeitpunkt (τN) nach einer Abschaltung der Wärmepumpe gepumpt wird, um die Abluftwärme der Wärmequelle zuzuführen.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Wärmepumpensystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und -
2 zeigt einen Zusammenhang zwischen Soletemperatur und Nachlaufzeit eines Abluftmoduls gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. -
1 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Wärmepumpensystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Wärmepumpensystem weist eine Wärmepumpe100 , eine Wärmequellenpumpe5 , eine Vielzahl von Erdsonden401 sowie ein Abluftmodul200 mit einem Wärmeübertrager300 auf. Durch die Wärmequellenpumpe5 wird Sole in die Erdsonden400 gepumpt, welche sich innerhalb einer Wärmequelle500 wie beispielsweise Erdreich befinden. Die in den Erdsonden401 erwärmte Sole wird dann wieder zurück zur Wärmepumpe100 gepumpt. Parallel zu diesem Kreislauf wird ein Solekreislauf des Abluftmoduls, d. h. der Solekreislauf durch den Wärmeübertrager300 , angeschlossen. Der Soleeintritt1 des Abluftmoduls200 wird an den Rücklauf2 von der Wärmequelle400 angeschlossen, und der Soleaustritt3 des Abluftmoduls200 wird an den Vorlauf4 von der Wärmequelle400 angeschlossen. Somit werden sowohl der Solekreislauf der Wärmequelle400 bzw. die Erdsonden401 als auch der Solekreislauf des Abluftmoduls200 durch die Wärmequellenpumpe angetrieben und parallel durchströmt. Dadurch wird eine zusätzliche Pumpe für das Abluftmodul nicht mehr benötigt. - Die Sole wird vorzugsweise aus einem Gemisch von Wasser und Frostschutz gebildet.
- Die Wärmequellenpumpe
5 kann dabei innerhalb der Wärmepumpe100 integriert werden oder kann als eigenständige Komponente ausgebildet sein. - Ein Wärmepumpensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel stellt ein Wärmepumpensystem mit einer verbesserten Steuerung eines Abluftmoduls dar. Das Wärmepumpensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht dabei im Wesentlichen dem Wärmepumpensystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Abluftmodul optional eine eigene Pumpe bzw. Solepumpe aufweisen kann.
- Um die Effizienz des Wärmepumpensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zu verbessern, wird das Abluftmodul nur dann in Betrieb genommen, wenn die Wärmepumpe
100 ebenfalls in Betrieb ist. Zusätzlich dazu kann das Abluftmodul auch nach einer Abschaltung der Wärmepumpe für einen definierten Zeitraum weiter betrieben werden, d. h. es kann weiterhin Sole durch die Wärmeübertragungseinheit300 des Abluftmoduls in die Erdsonden401 gepumpt werden, um Abluftwärme zur Wärmequelle zu übertragen. Vorzugsweise wird der Zeitpunkt des Abschaltens des Abluftmoduls bzw. des Abschaltens der Solepumpe nach einem Abschalten der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Soletemperatur und ggf. von einstellbaren Konstanten bestimmt. Ein Abschalten des Abluftmoduls bezieht sich dabei auf ein Abschalten der Durchströmung der Wärmeübertragungseinheit300 mit Sole, d. h. ein Abschalten der Solepumpe. - Somit kann ein Abschalten des Abluftmoduls
200 und somit eine Wärmezufuhr von dem Abluftmodul zu der Wärmequelle400 in Abhängigkeit eines Wärmezufuhrbedarts des Erdreiches der Wärmequelle400 erfolgen. Das Erdreich, welches die Wärmequelle400 einer Sole/Wasser-Wärmepumpe darstellt, wird im Kurzzeitbereich umso stärker belastet, je häufiger die Wärmepumpe100 betrieben wird. Während des Betriebs des Abluftmoduls200 wird der Wärmequelle400 auch dann Wärme zugeführt, wenn die Wärmepumpe100 beispielsweise im Sommer nicht in Betrieb ist und das Erdreich ohnehin warm ist. Ferner kann dem Erdreich der Wärmequelle400 beim Betrieb des Abluftmoduls200 auch während einer Heizsaison beispielsweise bei langen Stillstandzeiten der Wärmepumpe100 Wärme zugeführt werden, welche das Erdreich nicht benötigt. In einem derartigen Fall wird die Energie zum Betreiben der Umwälzpumpe bzw. der Solepumpe zum Pumpen der Sole durch den Wärmetauscher verschwendet. - Um dies zu verhindern, wird die Umwälzpumpe bzw. die Solepumpe in dem Abluftmodul nach Abschalten der Wärmepumpe ebenfalls direkt abgeschaltet, oder noch eine gewisse Zeit lang weiter betrieben, um Wärme in das Erdreich der Wärmequelle
400 einzuspeisen. Somit erfolgt eine Einspeisung von Wärme aus dem Abluftmodul in das Erdreich nur dann, wenn die Wärmepumpe aktiviert wird. Die Einspeisung von Wärme aus dem Abluftmodul200 in das Erdreich der Wärmequelle400 entspricht somit also dem tatsächlichen Belastungszustand der Wärmequelle100 . Wenn die Stillstandzeit der Wärmepumpe kleiner ist als die Nachlaufzeit des Abluftmoduls, wird von dem Abluftmodul permanent Wärme in das Erdreich der Wärmequelle400 gespeist. - Das Wärmepumpensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erweist sich ebenfalls im Langzeitbetrieb als vorteilhaft, da die Nachlaufzeit der Solepumpe bzw. Umwälzpumpe des Abluftmoduls in Abhängigkeit von der tatsächlichen Soletemperatur ermittelt wird. Mit anderen Worten, je tiefer die Soletemperatur, desto länger die Nachlaufzeit der Solepumpe für das Abluftmodul. Somit kann eine langfristige Belastung des Erdreichs der Wärmequelle
400 berücksichtigt werden. Eine Belastung des Erdreichs durch die Wärmepumpe kann zu einer Abnahme der Temperatur des Erdreichs und somit der Soletemperatur erfolgen. -
- Hierbei stellt τN die Nachlaufzeit, C1–C4 positive Konstanten und ts die Temperatur der Sole dar.
-
2 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Nachlaufzeit des Abluftmoduls in Abhängigkeit der Soletemperatur für verschiedene Konstanten. - Ein Nutzer des Wärmepumpensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise die Konstante C1 entsprechend beeinflussen, so dass der Betrieb des Wärmepumpensystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel an die individuellen Bedürfnisse eines Nutzers angepasst werden kann.
- Mit anderen Worten, die Solepumpe des Abluftmoduls ist während der Laufzeit der Wärmepumpe und für einen definierten Zeitraum nach Abschaltung der Wärmepumpe in Betrieb. Der Zeitraum, den die Solepumpe nach Abschaltung der Wärmepumpe in Betrieb ist, wird in Abhängigkeit der Temperatur der Sole berechnet. Der Zeitraum, den die Solepumpe nach Abschaltung der Wärmepumpe in Betrieb ist, fällt umso länger aus, je niedriger die Soletemperatur ist. Der Zeitraum, den die Pumpe nach Abschaltung der Wärmepumpe in Betrieb ist, kann von dem Nutzer durch Auswahl eines Parameters, vorzugsweise der Konstante C1, beeinflusst werden.
Claims (9)
- Wärmepumpensystem, mit einem Abluftmodul (
200 ) mit einer Wärmeübertragungseinheit (300 ) zum Extrahieren von Abluftwärme, einer Wärmepumpe (100 ) zum Extrahieren der Wärme einer Wärmequelle (400 ), und einer Wärmequellenpumpe (5 ) zum Pumpen eines ersten Fluids von der Wärmequelle (400 ) zu der Wärmepumpe (100 ) sowie zum Pumpen eines zweiten Fluids durch die Wärmeübertragungseinheit (300 ) des Abluftmoduls (200 ), um einen Volumenstrom des Abluftmoduls (200 ) sicherzustellen. - Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Wärmequellenpumpe (
5 ) in der Wärmepumpe (100 ) integriert ist. - Wärmepumpensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Eintritt (
1 ) des zweiten Fluids des Abluftmoduls (200 ) an den Rücklauf (2 ) der Wärmequelle (400 ) angeschlossen ist, und wobei ein Austritt (3 ) des zweiten Fluids des Abluftmoduls (200 ) an einen Vorlauf (4 ) für die Wärmequelle (400 ) angeschlossen ist. - Wärmepumpensystem, mit einem Abluftmodul (
200 ) mit einer Wärmeübertragungseinheit (300 ) zum Extrahieren von Abluftwärme, einer Wärmepumpe (100 ) zum Extrahieren der Wärme einer Wärmequelle (400 ), wobei ein Fluid durch die Wärmeübertragungseinheit (300 ) des Abluftmoduls (200 ) bis zu einem ersten Zeitpunkt (τN) nach Abschaltung der Wärmepumpe gepumpt wird, um die Abluftwärme der Wärmequelle (400 ) zuzuführen. - Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei der erste Zeitpunkt (τN) in Abhängigkeit einer Temperatur (ts) des Fluids bestimmt wird.
- Wärmepumpensystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Zeitpunkt (τN) in Abhängigkeit von positiven Konstanten (C1–C4) und einer Temperatur (ts) des Fluids bestimmt wird.
- Verfahren zum Betreiben eines Wärmepumpensystems mit einem Abluftmodul mit einer Wärmeübertragungseinheit (
300 ) sowie mit einer Wärmepumpe (100 ), mit den Schritten: Extrahieren von Abluftwärme mittels der Wärmeübertragungseinheit (300 ), Extrahieren von Wärme einer Wärmequelle (400 ) mittels der Wärmepumpe (100 ), wobei ein Fluid durch die Wärmeübertragungseinheit bis zu einem ersten Zeitpunkt (τN) nach einer Abschaltung der Wärmepumpe (100 ) gepumpt wird, um die Abluftwärme der Wärmequelle (400 ) zuzuführen. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Zeitpunkt (τN) in Abhängigkeit einer Temperatur (ts) des Fluids bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste Zeitpunkt in Abhängigkeit von positiven Konstanten (C1–C4) und einer Temperatur (ts) des Fluids bestimmt wird.
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