DE102007024524A1 - Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz - und Kühlsystem - Google Patents

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Abstract

Mit dem ganzheitlichen Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, Fig. 1, ist der Einbau eines Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystems in einem Neu- oder Altbau durch vorgefertigte Bauteile möglich. Hierbei ist die Kälte- und Wärmeaufnahmeseite und die Kälte und Wärme abgebende Seite einer umschaltbaren Wärmepumpe (5) mit Frostschutz-Sole gefüllt, so dass für den Solarwärmeeintrag in das Gebäude-Heizsystem keine Wärmetauscher mit Temperaturverlust benötigt werden. Durch den eingebauten Überströmmischzylinder (4) werden die Solarwasserströme getrennt, so dass der Wärmepumpenkreis und der Gebäudekreis entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden. Gleichzeitig wird die Solarkreis-Sole über eine Injektordüse in den Überströmmischzylinder (4) in drehender Bewegung eingeführt, damit eine Durchmischung von Solar- und Heizkreis-Sole entsteht. Die Rohre in dem Erdreichspeichersystem (6) sind mit Wärmeübertragungsplatten versehen. Darüber ist ein Düsenrohr mit Regen- oder Trinkwasseranschluss angebracht. Diese werden als eine kompakte Baueinheit in der erweiterten Baugrube eines Neubaus oder in 20 cm breiten Bodenschlitzen in ca. 1,0 m Tiefe eingebracht und mit Stein-freiem Erdreich verfüllt. Bei Einbau von frostsicheren Sonnenkollektoren oder Vakuumröhren nach dem Heat-Pipe-Prinzip sind die Solaranschlussleitungen außerhalb des Gebäudes mit einer Frostschutzbegleitheizung versehen und gegen das Einfrieren isoliert. Es genügt dann ein entsprechend niedriger ...

Description

  • Stand der Technik
  • Für die Hausbeheizung und -kühlung ist z. Zt. ein erheblicher Material- und Montageaufwand erforderlich. Da die Heizungs- oder die Kältebauer sich meistens nur in Ihrem jeweiligen Fachgebiet gut auskennen, scheuen sie sich, Wärmepumpen mit einer Solaranlage und einem Erdspeicher zu einer sinnvollen und wirtschaftlichen Betriebseinheit zu verbinden.
  • Großflächige Erdspeicher mit der 2-fachen beheizten Fußbodenheizfläche werden aus Erdflächenmangel und auch aus Kostengründen nur selten ausgeführt.
  • Aufgabenstellung
  • Nachdem der CO2-Ausstoss schon in naher Zukunft um 20% reduziert wird, ist es ein Gebot der Stunde, Ganzheitliche Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsysteme zu entwickeln, die von einem Heizungsbauer, ohne Kenntnisse in der Kältetechnik sowie von einem Kältebauer, ohne Kenntnisse in der Heizungstechnik als steckerfertige Bauteile installiert werden.
  • Funktionsbeschreibung
  • Bei dem Ganzheitlichen Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem ist sowohl der energieaufnehmende Kreis als auch der energieabnehmende Kreis zu einem Betriebs- und Flüssigkeitskreis mit dem erforderlichen Frostschutzmittel gefüllt, so dass die sonst üblichen Wärmetauscher entfallen und zwischen den Sonnenkollektoren und dem Heizsystem kein Temperaturabfall entsteht.
  • Da bei der umstellbaren Wärmepumpe der Verdampfer und der Kondensator entsprechend dem Carnot-Kälteprozess vertauscht werden, ist bei Kühlbetrieb auf der Verbraucherseite der Wärmepumpe kein Einfrieren des Verdampfers mehr gegeben.
  • Bei Verwendung von frostsicheren Sonnenaufnahmesystemen oder bei Einbau von Vakuumröhren nach dem Heat-Pipe-Prinzip mit der entsprechenden Frostschutzeinrichtung der im Freien liegenden Solarleitungen ist die Reduzierung der Frostschutzmittelfüllung auf wenige Minusgrade möglich.
  • Durch den Einbau des Überströmmischzylinders (4) ist der Ausgleich der verschiedenen Flüssigkeitsströme von der Wärmepumpe (5) und dem Gebäude-Heiz- und Kühlkörper (3) gegeben. Bei Solarwärmeeintrag in das Gebäude-Heizsystem wird die Solarflüssigkeit über einen Einströminjektor im Überströmmischzylinder (4) mit dem Wärmestromkreis (3) vermischt, so dass keine Über- oder Untertemperatur im Gebäude-Heizkreis entsteht.
  • Die Rohrleitungen im Erdreichspeicher-system (6) sind mit aufgeklipsten Wärmeübertragungsplatten versehen und in der Hausbaugrube entsprechend den örtlichen Gegebenheiten eingebaut und mit steinfreiem Erdreich verfüllt.
  • In das Erdreichspeichersystem (6) wird Regen- oder Brauchwasser über das Wasserdüsenrohr und der Regenwasserpumpe mit Regenwasserbehälter-Pumpeninjektor sowie Schwimmerschalter zeitweise bewässert, so dass der Erdspeicher feucht gehalten wird.
  • Die technischen Geräte einschließlich Verkabelung und Verrohrung sind in einem Schrank mit Geräuschisolierung eingebaut und mit Anschlussverschraubungen oder Stecker versehen, damit diese an der Baustelle nur noch angeschlossen und in Betrieb genommen werden müssen.
    • 1
    Sonnenkollektoren
    2
    Zweizonen-Warmwasserbereiter
    3
    Gebäude-Heiz- und Kühlkörper
    4
    Überström-Mischzylinder
    5
    gasseitig umschaltbare Wärmepumpe
    6
    Erdreichspeichersystem
    7
    Regulierbare Umwälzpumpe Gebäude-Heiz- und Kühlkörper
    8
    Regelbare Umwälzpumpe Solaranlage
    9
    Boiler-Nachheizung
    10
    Umwälzpumpe Wärmepumpe
    11
    Umwälzpumpe Wärmepumpe regelbar
    12
    Dreiwegeklappe Solar-Boiler
    13
    Dreiwegeklappe Solar-Heizung
    14
    Umschaltklappe Erdreich-Kollektor
    15
    Solar-Injektor
    16
    Gebäude-Dreiwege-Ventil

Claims (9)

  1. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage nach dem Schemabild, 1, ohne Flüssigkeitstrennung von Sonnenkollektoren (1), Wärmepumpe (5) und dem Erdreichspeichersystem sowie dem Gebäude-Heiz- und Kühlkörper (3) erfolgt und alle Anlageteile mit Frostschutzmittel gefüllt sind.
  2. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf die Wärmeübertragungsrohre im Erdreichspeichersystem (6) Übertragungsplatten aufgeklipst sind.
  3. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiwegeklappen (12) und (13) sowie die Umschaltklappe (14) so in das System eingebaut sind, dass die einzelnen Verbraucher entsprechend der jeweiligen Sonneneinstrahlung ein- und ausgeschaltet werden.
  4. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Verbraucherseite, der Überströmmischzylinder (4) eingebaut ist.
  5. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Erdreichspeichersystem-Zuleitung der Solarinjektor (15) eingebaut ist.
  6. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (5) neben der Sonderausführung für gasseitige Umstellung des Kondensators und des Verdampfers noch zusätzlich ein Kondensator für den Anschluss der Boiler-Nachheizung (9) eingebaut ist.
  7. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzpumpen 11 + 7 + 8 – 10 sowohl als Kalt- als auch für Warmwasser mit drehzahlgesteuerter Leistungsregelung ausgestattet sind.
  8. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einbau von Vakuumröhren nach dem Heat-Pipe-Prinzip die Solaranschlussleitungen ausserhalb des Gebäudes mit einer Frostschutz-Begleitheizung versehen und frostschutzisoliert sind.
  9. Ganzheitliches Gebäude-Solar-Wärmepumpen-Heiz- und Kühlsystem, 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den Erdkreisrohren ein Wasserdüsenrohr mit Anschluss an einen Regenwasserbehälter, mit Zu- und Überlauf, Regenwasserpumpe und Trinkwasseranschluss mit Ent- und Belüfter eingebaut ist.
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