-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe, die aus einem
Kältemittelkreislauf, einem Wärmeverteilerkreislauf
und einem Wärmequellenkreislauf mit mehr als einer Wärmequelle
besteht. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Regelung
der Quelleneingangstemperatur an einer Wärmepumpe, die
mit mindestens zwei parallel angeordneten und unterschiedliche Temperaturen
aufweisenden Wärmekreisläufen betrieben wird.
-
Wegen
der Verknappung und der damit zu Ende gehenden Verfügbarkeit
von fossilen Energieträgern kommt der Verwendung von regenerativen Energiearten
wie Wasser-, Außenluft- und Solarwärme zu Heizzwecken
eine immer größer werdende Bedeutung zu.
-
Da
die Temperaturen dieser Energieträger zum direkten Einsatz
in der Regel nicht ausreichen, kommen Wärmepumpen zum Einsatz,
die das vorhandene Temperaturniveau auf das erforderliche Temperaturniveau
anheben.
-
Wärmepumpen
besitzen im Allgemeinen einen Kältemittelkreislauf, in
dem sich eingangsseitig ein verdampfender Wärmetauscher
und ausgangsseitig ein verflüssigender Wärmetauscher
befindet. Zwischen dem verdampfenden Wärmetauscher und dem
verflüssigenden Wärmetauscher ist eine antreibbare
Verdichtereinheit angeordnet, die das angewärmte Kältemittel
unter Druck setzt und damit auf eine höhere Temperatur
bringt. In der Durchflussrichtung hinter dem verflüssigenden
Wärmetauscher befindet sich ein Expansionsventil, das das
unter Druck stehende und bereits abgekühlte Kältemittel
wieder entspannt und damit weiter abkühlt und das das Kältemittel
dann wieder dem verdampfenden Wärmetauscher zur Verfügung
stellt.
-
Der
ausgangsseitig angeordnete und verflüssigende Wärmetauscher
erwärmt einen Verbraucherkreislauf, der sich in den zu
beheizenden Räumen oder in einem Wärmespeicher
ausbreitet oder zu einer Entnahmestelle führt.
-
Der
eingangsseitige und verdampfende Wärmetauscher steht im
Kontakt mit einem geeigneten Energieträger, wie beispielsweise
die Außenluft oder die Erde.
-
So
gibt es direkt verdampfende Wärmepumpen, bei denen sich
der verdampfende Wärmetauscher zur Erdwärmenutzung
entweder im Erdreich in Form eines Kollektors, einer Sonde oder
eines anders gearteten Absorbers oder in einem Grundwasserkreislauf
der Erde befindet. Zur Außenluftwärmenutzung ist
der verdampfende Wärmetauscher außerhalb des Gebäudes
angeordnet.
-
Daraus
ergibt sich aber jeweils ein sehr großer Kühlmittelkreislauf,
der funktionell seine Grenzen hat und daher nur einen gebäudenahen
Einsatz erlaubt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der gewählte
Energieträger keine ausreichende Temperatur besitzt oder
auf Dauer zu große Temperaturschwankungen aufweist.
-
Zum
Ausgleich dieser Temperaturschwankungen einzelner Energieträger
wurde beispielsweise in der
US 2006/0288724 A1 und in der
WO 96/00874 bereits vorgeschlagen,
mit der Außenluft und der Erdwärme zwei Energieträger
in einer Wärmepumpeneinheit zu nutzen, wobei die mit dem
höheren Temperaturniveau ausgestattete Energiequelle alternativ
eingesetzt wird. Die Auswahl des günstigeren Energieträgers
trifft eine Steuereinheit.
-
Aus
der
DE 20 2007
013 888 U1 ist auch eine Wärmepumpe bekannt, die
mit Erdwärme betrieben wird und die von einer zweiten Wärmequelle
unterstützt wird. Bei dieser zweiten Wärmequelle
handelt es sich um Solar- oder Umweltwärme, die nicht alternativ
genutzt, sondern in den Erdwärmekreislauf eingespeist wird.
Damit wird die Quelleneingangstemperatur an der Wärmepumpe
angehoben.
-
Es
hat sich aber bei allen mit mehreren Wärmequellen betriebenen
Wärmepumpen gezeigt, dass weder mit der Auswahl einer von
zwei Wärmequellen noch mit der Summierung mehrerer Wärmequellen ein
ausreichend ausgeglichenes Wärmeangebot für die
Wärmepumpe angeboten werden kann, sodass es zwischen dem
verdampfenden Wärmetauscher und dem verflüssigenden
Wärmetauscher weiterhin zu großen und schwankenden
Temperaturunterschieden kommt, die einen erhöhten Aufwand
zur Verdichtung des Kühlmittels erfordert. Das verschlechtert
aber den Wirkungsgrad der direkt verdampfenden Wärmepumpe.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße
Wärmepumpe derart auszubilden und so anzuwenden, dass die
Temperaturdifferenzen über die Verdichtereinheit der Wärmepumpe
gering und weitestgehend ohne Schwankungen gehalten werden können.
-
Diese
Aufgabe wird vorrichtungsseitig dadurch gelöst, dass der
Kältemittelkreislauf mindestens zwei verdampfende Wärmetauscher
besitzt.
-
Verfahrensseitig
wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens zwei Wärmekreisläufe
zum Zwecke des Temperaturausgleichs vor einem verdampfenden Wärmetauscher
zusammen geführt und mengenmäßig vermischt
werden.
-
Zweckdienliche
Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen
2 bis 15 und 17 bis 19.
-
Die
neue Wärmepumpe und das neuen Verfahren beseitigen die
genannten Nachteile des Standes der Technik.
-
Im
Kern besteht die Erfindung darin, mehrere unterschiedliche Wärmequellen
zu nutzen, in dem der aus funktioneller und wirtschaftlicher Sicht
günstigste Wärmequellenkreislauf ausgewählt
und aktiviert wird. Dabei kann die Wärmepumpe nur mit einer Wärmequelle
betrieben werden, so beispielsweise mit der Geowärme oder
der Außenluftwärme, in dem diese Wärmequelle über
einen verdampfenden Wärmetauscher direkt in den Kältemittelkreislauf
eingebunden ist. Es ist aber von besonderem Vorteil, wenn andere
und höher temperierte Wärmequellen genutzt und über
einen zweiten verdamp fenden Wärmetauscher zusätzlich
in den direkt betriebenen Kältemittelkreislauf eingebunden
werden. Das kann die im konkreten Fall nicht genutzte Erdwärme
oder Außenluftwärme, aber auch die Solarwärme
sein. Es ist auch möglich, mehr als eine zusätzliche
Wärmequelle über den zweiten verdampfenden Wärmetauscher in
den Kältemittelkreislauf einzukoppeln, wenn diese Wärmequellen
unterschiedliche und gestaffelte Temperaturen aufweisen. So kann
beispielsweise die bereitgestellte Temperatur einer direkt betriebenen
Geowärmepumpe zunächst durch eine höher
temperierte Außenluftwärme und dann durch eine
geregelte Einbindung von Solarwärme auf die optimale Eingangstemperatur
der Wärmepumpe angehoben werden. Dabei wird die sich aus
der Regelung der Solarenergie als überflüssig
erweisende Solarwärme auf direktem oder indirektem Wege
für andere Zwecke genutzt.
-
An
Stelle der am höchsten temperierten Solarenergie ist es
auch denkbar, eine andere Energiequelle oder einen herkömmlichen
Energieerzeuger wie beispielsweise einen Holzofen, einen Pelletkessel,
einen Gaskessel oder auch eine Fernwärme einzusetzen. Die
neue Wärmepumpe stellt eine Temperatur bereit, die in der
Regel nahe der optimalen Eingangstemperatur an der Verdichtereinheit
liegt. Diese nur noch geringe Differenz über der Verdichtereinheit
erfordert nur noch eine geringe Verdichtungsleistung innerhalb des
Kältemittelkreislaufes, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad
der Wärmepumpe auswirkt. Dieser erhöhte Wirkungsgrad
beeinflusst in besonders vorteilhafter Weise die laufenden Betriebskosten,
weil Energie nur noch im geringen Maße zum Betrieb der
Förderpumpen und der Verdichtereinheit benötigt
wird.
-
Die
neue Wärmepumpe zeichnet sich insbesondere auch dadurch
aus, dass sie durch die Nutzung mehrerer Energiequellen die stets
vorhandenen Temperaturschwankungen einzelner Energiequellen ausgleicht
und dadurch eine bisher noch nicht realisierte Jahresarbeitszahl
erreicht. Außerdem kann der Geowärmebereich der
Wärmepumpe kleiner bemessen werden, wodurch sich die Investitionsaufwendungen
minimieren.
-
Die
Erfindung soll anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher
erläutert werden. Dazu zeigt
-
1:
ein Schaltbild einer direkt verdampfenden Geowärmepumpe
mit zwei verdampfenden Wärmetauschern,
-
2:
ein Schaltbild einer direkt verdampfenden Außenluftwärmepumpe
mit zwei verdampfenden Wärmetauschern,
-
3:
ein Schaltbild einer direkt verdampfenden Außenluftwärmepumpe
mit zwei verdampfenden Wärmetauschern und zwei Expansionsventilen und
-
4:
ein Schaltbild einer direkt verdampfenden Außenluftwärmepumpe
nach der 3 mit einem Wärmemischer
vor dem indirekt verdampfenden Wärmetauscher.
-
Nach
der 1 besitzt die direkt verdampfende Geowärmepumpe
einen Kältemittelkreislauf 1, einen Wärmequellenkreislauf 2 und
einen Wärmeverteilerkreislauf 3, die alle gerätetechnisch
miteinander gekoppelt sind.
-
Der
Kältemittelkreislauf 1 besteht im Wesentlichen
aus einem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4,
einem verflüssigenden Wärmetauscher 5 und
einem im Erdreich eingelassenen zweiten und ebenfalls verdampfenden
Geowärmetauscher 6, die alle über eine
Kältemittelleitung 7 in einem geschlossenen Kreislauf
eingebunden sind. In der Durchflussrichtung hinter dem ersten verdampfenden
Wärmetauscher 4 befindet sich eine in der Regel
elektrisch betriebene Verdichtereinheit 8 und in der gleichen Durchflussrichtung
hinter dem verflüssigenden Wärmetauscher 5 ist
ein Expansionsventil 9 angeordnet.
-
Die
Temperatur abführende Seite des verflüssigenden
Wärmetauschers 5 ist in den Wärmeverteilerkreislauf 3 eingebunden,
der ebenfalls als ein geschlossener Kreislauf ausgeführt
ist und vom verflüssigenden Wärmetauscher 5 über
eine Verteilerleitung 10 zu einem Wärmeverbraucher 11 hin
und zurückführt. Dabei kann der Wärmeverbraucher 11 ein Heizkörper,
ein Wärmespeicher oder eine Entnahmestelle sein.
-
Andererseits
ist die Temperatur eingebende Seite des verdampfenden Wärmetauschers 4 in
den Wärmequellenkreislauf 2 eingebunden. Dieser
Wärmequellenkreislauf 2 wird mit einer frostsicheren Flüssigkeit
betrieben und besteht zunächst aus einem Außenluft wärmekreislauf 12.
Zu diesem Außenluftwärmekreislauf 12 gehört
ein Luftwärmetauscher 13, der über einen
vorzugsweise elektrisch angetriebenen Lüfter 14 mit
einem Luftstrom versorgt wird und der in einem geschlossenen Kreislauf über
eine Luftwärmeleitung 15 mit dem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 des
Kältemittelkreislaufes 1 verbunden ist. Vor der
Temperatur eingebenden Seite des ersten verdampfenden Wärmetauschers 4 ist eine
in Richtung des ersten verdampfenden Wärmetauschers 4 fördernde
Förderpumpe 16 eingesetzt, die von einem Elektromotor
betrieben wird und die das Wasser ständig umfördert.
Hinter der Temperatur eingebenden Seite des ersten verdampfenden
Wärmetauschers 4 befindet sich ein schaltbares
Dreiwegeventil 17, über das der Außenluftkreislauf 12 mit
einem Solarwärmekreislauf 18 verbunden ist. Zu
diesem Solarwärmekreislauf 18 gehört
eine Solarwärmeleitung 19, die vom ersten verdampfenden
Wärmetauscher 4 über das Dreiwegeventil 17 und
einer Förderpumpe 20 zu einem Solarwärmetauscher 21 hin
und von dort über ein weiteres Dreiwegeventil 22 zum
ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 zurückführt.
In dieser Weise sind der Außenluftwärmekreislauf 12 und
der Solarwärmekreislauf 18 parallel zueinander
angeordnet und in der Art miteinander verbunden, dass über
das Dreiwegeventil 17 bestimmt wird, ob einer der beiden
Wärmekreisläufe 12, 18 oder
beide mit dem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 verbunden
sind.
-
Des
Weiteren zweigt vom Dreiwegeventil 22 des Solarwärmekreislaufes 18 eine Überschusswärmeleitung 23 ab,
die in einen geschlossenen Überschusswärmekreislauf 24 den
Solarwärmekreislauf 18 direkt mit dem Wärmeverbraucher 11 des
Wärmeverteilerkreislaufes 3 verbindet. Dazu mündet
die Überschusswärmeleitung 23 in den
Solarwärmekreislauf 18 einerseits in dem Dreiwegeventil 22 und anderseits
in Durchflussrichtung vor der Förderpumpe 20.
Der Solarwärmekreislauf 18 kann über
einen Wärmetauscher auch indirekt mit dem Wärmeverteilerkreislauf 3 verbunden
sein.
-
In
dieser Ausführung ergeben sich mit dem Außenluftwärmekreislauf 12 und
dem Solarwärmekreislauf 18 zwei indirekt verdampfende
Sekundärwärmekreisläufe, die parallel
zueinander angeordnet und alternativ oder gemeinsam nutzbar sind
und die mit dem direkt verdampfenden Kältemittelkreislauf 1 verbindbar
sind. Dabei kann der Solar wärmekreislauf 18 bei
Bedarf und bei einer, die optimale Eingangstemperatur am Kältemittelkreislauf
nicht übersteigenden Solarwärme entweder mit dem
Kältemittelkreislauf 1 oder, im anderen Fall,
mit dem Wärmeverteilerkreislauf 3 verbunden werden.
-
Zur
Realisierung der dazu erforderlichen Schaltfunktionen ist ein Energie-Management-Modul 25 vorgesehen,
das eingangsseitig über vier Leitungen 26 mit
jeweils einem Außenlufttemperaturfühler 27,
mit einem Geotemperaturfühler 28, mit einem Solartemperaturfühler 29 und
mit einem Wärmeverbrauchsfühler 30 im
Wärmeverteilerkreislauf 3 verbunden ist. Das Energie-Management-Modul 25 besitzt
eingangsseitig weiterhin eine Leitung 31, die zu einem
Temperaturfühler 32 in der zulaufenden Luftwärmeleitung 15 und
einem Temperaturfühler 33 in der zurücklaufenden
Luftwärmeleitung 15 führt. Eine weitere
Steuerleitung 43 verbindet den Eingang des Energie-Management-Moduls 25 mit
einem Temperatur- oder Druckfühler 44, der sich
im Kältemittelkreislauf 1 in Durchflussrichtung
vor der Verdichtereinheit 8 befindet.
-
Ausgangsseitig
ist das Energie-Management-Modul 25 über eine
erste Steuerleitung 34 mit dem ersten Dreiwegeventil 17 in
der Luftwärmeleitung 15 und über eine
zweite Steuerleitung 35 mit der Förderpumpe 20 in
der Solarwärmeleitung 19 verbunden. Eine dritte
Steuerleitung 36 verbindet das Energie-Management-Modul 25 mit
dem zweiten Dreiwegeventil 22 in der Solarwärmeleitung 19.
Zur Förderpumpe 16 im Luftwärmekreislauf 12 führt
eine vierte Steuerleitung 37.
-
Die
direkt verdampfende Luftwärmepumpe nach der 2 unterscheidet
sich von der direkt verdampfenden Geowärmepumpe nach der 1 im Wesentlichen
dadurch, dass an Stelle des Geowärmekreislaufes der Luftwärmekreislauf
direkt in den Kältemittelkreislauf 1 eingebunden
ist. Die direkt verdampfende Luftwärmepumpe nach der 2 besitzt daher
ebenfalls einen Kältemittelkreislauf 1, einen Wärmequellenkreislauf 2 und
einen Wärmeverteilerkreislauf 3, die alle gerätetechnisch
miteinander gekoppelt sind. Der Kältemittelkreislauf 1 besteht
hierzu aus dem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4, dem
verflüssigenden Wärmetauscher 5 und einem zweiten
verdampfenden und im Außenbereich aufgestellten Luftwärmetauscher 38,
die alle über eine Kältemittelleitung 7 in
einem geschlossenen Kreislauf eingebunden sind. In der Durchflussrichtung
hinter dem zweiten verdampfenden Wärmetauscher 38 befinden
sich wieder die Verdichtereinheit 8 und das Expansionsventil 9.
Die Temperatur abführende Seite des verflüssigenden
Wärmetauschers 5 ist wieder in den Wärmeverteilerkreislauf 3 eingebunden.
-
Andererseits
ist die Temperatur eingebende Seite des ersten verdampfenden Wärmetauschers 4 in
den Wärmequellenkreislauf 2 eingebunden. Dieser Wärmequellenkreislauf 2 besteht
zunächst aus dem Solarwärmekreislauf 18,
so wie er auch in der Geowärmepumpe nach der 1 verwendet
wird, und einem Geowärmekreislauf 39. Zu diesem
Geowärmekreislauf 39 gehört ein Geowärmetauscher 40,
der in einem geschlossenen Kreislauf über eine Geowärmeleitung 41 mit
dem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 des Kältemittelkreislaufes 1 verbunden ist.
Vor der Temperatur eingebenden Seite des ersten verdampfenden Wärmetauschers 4 ist
eine in Richtung des ersten verdampfenden Wärmetauschers 4 fördernde
Förderpumpe 42 eingesetzt. Die zurückführende
Geowärmeleitung 41 mündet in das Dreiwegeventil 17 des
Solarwärmekreislaufes 18.
-
Die
direkt verdampfende Wärmepumpe wird entweder mit Geowärme
gemäß der 1 oder mit Außenluftwärme
betrieben, wie es die 2 zeigt. Da beide Arten der
Wärmepumpe eine gleiche Funktion aufweisen, wird nachfolgend
nur die Funktion der direkt verdampfenden Geowärmepumpe
an Hand der 1 beschrieben.
-
Im
Regelfall sind die beiden Förderpumpen 16, 20 des
Luftwärmekreislaufes 12 und des Solarwärmekreislaufes 18 abgeschaltet,
sodass die Wärmepumpe zunächst allein mit der
Geowärme betrieben wird. Dazu erzeugt die Verdichtereinheit 8 einen Förderstrom
innerhalb des Kältemittelkreislaufes 1. Dieser
Förderstrom durchfließt den im Erdreich befindlichen
zweiten verdampfenden Geowärmetauscher 6, wo er
die dort vorhandene Geowärme aufnimmt und sie dann zur
Verdichtereinheit 8 transportiert. Das Kältemittel
wird dann in der Verdichtereinheit 8 so stark verdichtet,
dass sich die Temperatur des Kältemittels auf eine nutzbare
Temperatur erhöht. Im verflüssigenden Wärmetauscher 5 wird
diese erhöhte Temperatur an den Wärmeverteilerkreislauf 3 abgegeben
und dort an die Wärmeverbraucher 11 weitergeleitet.
-
Wenn
die bereitstehende Geowärme nicht ausreichend ist und eine
Mindesttemperatur unterschreitet, und die Außenluft und
die Solarenergie gleichzeitig eine höhere Temperatur anzeigen,
dann schaltet das Energie-Management-Modul 25 den höher
temperierten oder wirtschaftlicheren Wärmequellenkreislauf 2 dazu,
was in der Regel der Luftwärmekreislauf 12 ist.
Dazu schalten sich die Förderpumpe 16 und der
Lüfter 14 des Luftwärmekreislaufes 12 ein,
wodurch die wärmere Außenluft über den
Luftwärmetauscher 13 auf den Wasserkreislauf übertragen
und zum ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 transportiert
wird. Dabei bleibt der Solarwärmekreislauf 18 durch
eine entsprechende Stellung des Dreiwegeventils 17 abgesperrt.
Im verdampfenden Wärmetauscher 4 wird die Außenluftwärme
dann indirekt in den Kältemittelkreislauf 1 eingekoppelt.
-
Wenn
an Stelle des Außenluftwärmekreislaufes 12 der
Solarwärmekreislauf 18 genutzt wird, kann es sein,
dass die Solarwärme eine Temperatur besitzt, die über
die für einen Wärmepumpenbetrieb optimale Temperatur
von beispielsweise 20°C hinausgeht. Dann wird das Dreiwegeventil 22 so
geschaltet, dass die überschüssige Wärme
in den Überschusswärmekreislauf 23 eingespeist
wird. Dabei erfolgt die Einspeisung der nutzbaren Solarwärmemenge
in den ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 über
die Drehzahl der Förderpumpe 20 oder über
einen Impulsbetrieb der Förderpumpe im Solarwärmekreislauf 18.
-
Das
gemeinsame Wirken des direkt verdampfenden Geowärmekreislaufes
und des indirekt verdampfenden Luftwärmekreislaufes oder
des indirekt verdampfenden Solarwärmekreislaufes 18 verringert
die Differenz zwischen der bereitgestellten Temperatur und der für
einen wirtschaftlichen Wärmepumpenbetrieb geforderten Temperatur.
-
Es
ist auch möglich und sinnvoll, sowohl den Außenluftwärmekreislauf 12 als
auch den Solarwärmekreislauf 18 gemeinsam zu zuschalten,
wenn ein weiterer Wärmebedarf besteht und die Solarwärme über
das Temperaturniveau der Außenluft hinausgeht. Das geschieht
durch eine entsprechende Stellung des Dreiwegeventils 17.
Wenn die Solarwärme dabei eine Temperatur besitzt, die
wieder über die für einen Wärmepumpenbetrieb
optimale Temperatur von beispielsweise 20°C hinausgeht,
wird das Dreiwegeventil 22 so geschaltet, dass die überschüssige Wärme
in den Überschusswärmekreislauf 23 eingespeist
wird. Die Regelung der einzuspeisenden Solarwärmemenge
in den ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 erfolgt
dann wieder über die Drehzahl der Förderpumpe 20 oder über
einen Impulsbetrieb der Förderpumpe im Solarwärmekreislauf 18.
Mit der Nutzung des direkt verdampfenden Geowärmekreislaufes
und des indirekt verdampfenden Luftwärmekreislaufes und
des indirekt verdampfenden Solarwärmekreislaufes 18 wird
die für einen wirtschaftlichen Wärmepumpenbetrieb
geforderte Temperatur am verdampfenden Wärmetauscher 4 in
der Regel erreicht. Gleichzeitig erhöht sich der Anteil
der Solarwärme, die in den Überschusswärmekreislauf 24 eingespeist
wird.
-
Die
Wärmepumpe nach der 3 unterscheidet
sich von der Wärmepumpe nach den 1 und 2 lediglich
dadurch, dass innerhalb des Kältemittelkreislaufes 1 nicht
mehr ein gemeinsames Expansionsventil für beide verdampfenden
Wärmetauscher 4, 38 eingesetzt wird.
Vielmehr befindet sich in der Kältemittelleitung 7 in
Durchflussrichtung vor dem zweiten verdampfenden Wärmetauscher 38 für die
eine Wärmequelle ein leistungsgeregeltes Expansionsventil 45 mit
einem dazugehörenden steuerbaren Sperrventil 46.
Außerdem ist der erste verdampfende Wärmetauscher 4 der
beiden anderen Wärmequellenkreisläufe 18, 39 über
eine Eingangsleitung 47 mit der flüssigen Seite
des Kältemittelkreislaufes 1 und über
eine Ausgangsleitung 48 mit der dampfenden Seite des Kältemittelkreislaufes 1 verbunden.
In der Eingangsleitung 47 ist ein Expansionsventil 49 vorgesehen,
das in Anlehnung an das Expansionsventil 45 vor dem verdampfenden
Luftwärmetauscher 38 leistungsgeregelt ausgeführt
ist. Diesem Expansionsventil 49 ist ein steuerbares Sperrventil 50 vorgeschaltet.
Durch die Zuordnung eines separaten Expansionsventils 45, 49 zu
jedem verdampfenden Wärmetauscher 38, 4 ist
eine leistungerechte Abstimmung zwischen jedem Expansionsventil 45, 49 und
dem entsprechenden verdampfenden Wärmetauscher 38, 4 möglich.
Das erhöht den Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
-
Die
Wärmepumpe nach der 4 unterscheidet
sich von der Wärmepumpe nach der 3 im Wesentlichen
durch den Einsatz eines steuerbaren Vier-Wege-Mischers 51.
Dieser steuerbare Vier-Wege-Mischer 51 befindet sich vor
der Temperatur eingebenden Seite des ersten und indirekt verdampfenden
Wärmetauschers 4 und verbindet den Geowärmekreislauf 39 mit
dem Solarwärmekreislauf 18 oder vermischt die
Volumenströme des Geowärmekreislaufs 39 und
des Solarwärmekreislaufs 18 miteinander. In dieser
Weise sind der Geowärmekreislauf 39 und der Solarwärmekreislauf 18 in
der Art miteinander verbunden, dass über den Vier-Wege-Mischer 51 bestimmt
wird, ob einer der beiden Wärmekreisläufe 39, 18 oder
beide mit dem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 der
Wärmepumpe verbunden sind.
-
Dazu
ist der steuerbare Vier-Wege-Mischer 51 in besonderer Weise
ausgebildet.
-
In
einer gesperrten Endstellung des Vier-Wege-Mischers 51 sind
der Geowärmekreislauf 39 und der Solarwärmekreislauf 18 voneinander
getrennt, sodass nur der Geowärmekreislauf 39 mit
dem zweiten verdampfenden Wärmetauscher 4 verbunden
ist, während der Solarwärmekreislauf 18 lediglich
umfördert, Überschussenergie direkt zu einem weiteren Wärmeverbraucher
schickt oder abgeschaltet ist.
-
In
der anderen und geöffneten Endstellung des Vier-Wege-Mischers 51 sind
der Geowärmekreislauf 39 und der Solarwärmekreislauf 18 in
Reihe geschalten und so zu einem gemeinsamen Wärmekreislauf 39, 18 vereint,
der dann über den Solarwärmetauscher 21 und
wieder über den Vier-Wege-Mischer 51 zum ersten
verdampfenden Wärmetauscher 4 führt.
-
In
jeder Zwischenstellung schaltet der Vier-Wege-Mischer 51 den
Geowärmekreislauf 39 und den Solarwärmekreislauf 18 parallel
zueinander und vermischt sie zu einem, zum ersten verdampfenden
Wärmetauscher 4 führenden ersten Teilstrom und
zu einem, zum Solarwärmetauscher 21 führenden
zweiten Teilstrom. Dabei wird eine Teilmenge des vom Geowärmetauscher 40 kommenden
Flüssigkeitsstromes mit einer Teilmenge des vom Solarwärmetauscher 21 kommenden
Flüssigkeitsstromes vermischt und zum ersten verdampfenden
Wärmetauscher 4 geführt. Gleichzeitig
vermischen sich auch die verbleibenden Teilströme des Geowärmekreislaufes 39 und
des Solarwärmekreislaufes 18 und gelangen am verdampfenden
Wärmetauscher 4 vorbei wieder zum Solarwärmetauscher 21.
Die Vermischung der Teilmenge des kühleren Geowärmekreislaufes 39 mit
der Teilmenge des wärmeren Solarwärmekreislaufes 18 ergibt
eine Abkühlung des zum ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 geführten
Solarwärmekreislaufes 18. Diese Mischung wird
gezielt so geregelt, dass dem ersten verdampfenden Wärmetauscher 4 gleichbleibend
die optimale Quelleneintrittstemperatur von beispielsweise 20°C zur
Verfügung gestellt wird.
-
Ist
die Solarwärme so hoch, dass ein erhöhter Förderstrom
des Geowärmekreislaufes 39 erforderlich wird,
der vom steuerbaren Vier-Wege-Mischer 51 mengenmäßig
nicht mehr bewältigt werden kann, dann öffnet
ein in einer Umgehungsleitung 52 angeordnetes druckgesteuertes Überströmventil 53 und
leitet eine Teilmenge des Flüssigkeitsstromes am steuerbaren
Vier-Wege-Mischer 51 vorbei. Im gleichen Zuge öffnet
das steuerbare Dreiwegeventil 22 im Solarwärmekreislauf 18 und
speist direkt oder indirekt über einen Wärmetauscher
Solarwärme in den Überschusswärmekreislauf 24 ein.
-
Wenn
die Wärmepumpe keine Wärmeanforderung hat, weil
die Verdichtereinheit 8 ausgeschaltet ist, dann kann die
Solarwärme aus dem Solarwärmetauscher 21 entweder
zum Anheben oder zum Austausch der Temperatur des Geowärmetauschers 40 genutzt
werden. Alternativ kann die Solarwärme dann auch komplett
an den Überschusswärmekreislauf 24 abgegeben
werden.
-
- 1
- Kältemittelkreislauf
- 2
- Wärmequellenkreislauf
- 3
- Wärmeverteilerkreislauf
- 4
- erster
verdampfender Wärmetauscher
- 5
- verflüssigender
Wärmetauscher
- 6
- zweiter
verdampfender Geowärmetauscher
- 7
- Kältemittelleitung
- 8
- Verdichtereinheit
- 9
- Expansionsventil
- 10
- Verteilerleitung
- 11
- Wärmeverbraucher
- 12
- Außenluftwärmekreislauf
- 13
- Luftwärmetauscher
- 14
- Lüfter
- 15
- Luftwärmeleitung
- 16
- Förderpumpe
- 17
- Dreiwegeventil
- 18
- Solarwärmekreislauf
- 19
- Solarwärmeleitung
- 20
- Förderpumpe
- 21
- Solarwärmetauscher
- 22
- Dreiwegeventil
- 23
- Überschusswärmeleitung
- 24
- Überschusswärmekreislauf
- 25
- Energie-Management-Modul
- 26
- Leitung
- 27
- Außenlufttemperaturfühler
- 28
- Geotemperaturfühler
- 29
- Solarwärmetemperaturfühler
- 30
- Wärmeverbrauchsfühler
- 31
- Leitung
- 32
- Temperaturfühler
- 33
- Temperaturfühler
- 34
- Steuerleitung
- 35
- Steuerleitung
- 36
- Steuerleitung
- 37
- Steuerleitung
- 38
- zweiter
verdampfender Luftwärmetauscher
- 39
- Geowärmekreislauf
- 40
- Geowärmetauscher
- 41
- Geowärmeleitung
- 42
- Förderpumpe
- 43
- Steuerleitung
- 44
- Temperatur-
oder Druckfühler
- 45
- erstes
Expansionsventil
- 46
- steuerbares
Sperrventil
- 47
- Eingangsleitung
- 48
- Ausgangsleitung
- 49
- zweites
Expansionsventil
- 50
- steuerbares
Sperrventil
- 51
- Vier-Wege-Mischer
- 52
- Umgehungsleitung
- 53
- druckgeregeltes Überströmventil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2006/0288724
A1 [0009]
- - WO 96/00874 [0009]
- - DE 202007013888 U1 [0010]