DE102009054126A1 - Wärmepumpenanlage für Heiz- und Kühlzwecke - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage (1) für Heiz- und Kühlzwecke, zumindest umfassend einen Verdampfer (2), einen Verdichter (4), einen Kondensator (5), ein Vierwegeumschaltventil (8.1) und Entspannungsorgane (6), die durch ein im Kreisprozess geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, wobei auf der Hochdruckseite der Wärmepumpenanlage (1) zwischen dem Verdichter (4) und dem Kondensator (5) ein als Enthitzer ausgebildeter Zwischenwärmeübertrager (8) angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird der Verdichter durch einen Gasmotor (3) angetrieben, der zumindest einen ersten Gasmotor-Wärmeübertrager (7.1) aufweist, welcher sekundärseitig in ein nachgeordnetes Wärmeübertragungs- und Speichersystem eingebunden ist, wobei die Sekundärseite des Zwischenwärmeübertragers (8), die Sekundärseite des ersten Gasmotor-Wärmeübertragers (7.1) sowie ein im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierter Speicherladekreiswärmeübertrager (15) sich zu einem durch einen ersten Wärmeträger beaufschlagbaren ersten Speicherladekreis (11) für einen ersten Wärmespeicher (9) ergänzen, und die Sekundärseite des Kondensators (5) in einen durch einen zweiten Wärmeträger beaufschlagbaren zweiten Speicherladekreis (12) für einen im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierten zweiten Wärmespeicher (10) eingebunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage für Heiz- und Kühlzwecke, zumindest umfassend einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator, ein Vierwegeumschaltventil und Entspannungsorgane, die durch ein im Kreisprozess geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, wobei auf der Hochdruckseite der Wärmepumpenanlage zwischen dem Verdichter und dem Kondensator ein als Enthitzer ausgebildeter Zwischenwärmeübertrager angeordnet ist.
  • Aus dem Stand der Technik ist hierzu die WO 2007/059732 A1 vorbekannt, in der eine Vorrichtung zur Steuerung der Heizleistung einer Wärmepumpe mit einem Speicherkreislauf und einem Speicherbehälter zur Pufferung transportierter Wärmeenergie beschrieben ist. Im Kreislauf des Wärmeträgermediums ist erfindungsgemäß ein gattungsgemäßer Enthitzer platziert, dem ein Volumenstrom des Wassers, von einem Verflüssiger der Wärmepumpe gesteuert, zugeleitet werden kann.
  • Der Einsatz eines solchen Enthitzers ist ebenso aus dem Schlussbericht „Kleinwärmepumpen mit Ammoniak" des Forschungsprogramms Umgebungs- und Abwärme, Wärme-Kraft-Kopplung (UAW), von Prof. Dr. T. Boymann, Th. Schmid und A. Flück vorbekannt.
  • Die Grenzen des Einsatzes eines gattungsgemäßen Enthitzers bestehen in der Winterperiode darin, dass bei den vorliegenden niedrigen Temperaturen der Wärmequelle (Außenluft) auch die Verdampfungstemperatur niedrig ist. Auf Grund des hohen Druckverhältnisses ist je nach verwendetem Kältemittel und Verdichtertyp in diesem Fall die Kondensationstemperatur begrenzt, so dass das Brauchwasser im Enthitzer nur bis auf etwa 55°C erwärmt werden kann.
  • In der Sommerperiode hingegen ist die Temperatur der Wärmequelle hoch, wodurch auch die Verdampfungstemperatur hoch und das Druckverhältnis für den Verdichter gering ist. Auch hierbei ist die Kondensationstemperatur in jedem Fall auf 55°C begrenzt, wobei der Enthitzer in der Regel als Kondensator arbeitet. Bei günstigen Strömungsverhältnissen der Medien und den entsprechenden Volumenströmen ist es möglich, dass beim Eintritt des Kältemittels in den Enthitzer auch ein Teil der Enthitzung genutzt werden kann, wodurch die Wasseraustrittstemperatur in etwa der Kondensationstemperatur entspricht.
  • Für die Aufbereitung von häuslichem oder industriellem Warmwasser reicht dieses Temperaturniveau jedoch nicht aus, um den derzeit geltenden hygienischen Vorschriften zu entsprechen. Periodisch werden hierbei Wassertemperaturen von über 60°C zur Legionellenabtötung benötigt. In der Regel werden deshalb Wärmepumpen bivalent unter Verwendung eines zusätzliches Wärmeerzeugers, beispielsweise ein elektrischer Heizstab oder ein Durchlauferhitzer, betrieben, um die auftretenden Spitzenlasten abdecken zu können.
  • Außerdem haftet elektrisch betriebenen Wärmepumpen der Nachteil an, dass bei dem vorausgesetzten Temperaturniveau keine wesentlich höhere energetische Effizienz im Vergleich zu anderen Wärmeerzeugern möglich ist. Das Verhältnis verbessert sich zugunsten der elektrisch angetriebenen Wärmepumpe, wenn beispielsweise Abwärme oder Geothermie auf hohem Temperaturniveau als untere Wärmequelle genutzt werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Wärmepumpenanlage vorzuschlagen, mit welcher in einem nachgeordneten Wärmeübertragungs- und Speichersystem ein den hygienischen Vorschriften entsprechendes Temperaturniveau von mindestens 60°C erzielt werden kann, die effizient ausgebildet und zudem kostengünstig zu fertigen ist.
  • Nach der Konzeption der Erfindung umfasst die Wärmepumpenanlage für Heiz- und Kühlzwecke zumindest einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Kondensator, ein Vierwegeumschaltventil und Entspannungsorgane, die durch ein im Kreisprozess geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, wobei auf der Hochdruckseite der Wärmepumpenanlage zwischen dem Verdichter und dem Kondensator ein als Enthitzer ausgebildeter Zwischenwärmeübertrager angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß wird der Verdichter durch einen Gasmotor angetrieben, der zumindest einen ersten Gasmotor-Wärmeübertrager aufweist, welcher sekundärseitig in ein nachgeordnetes Wärmeübertragungs- und Speichersystem eingebunden ist. Die Sekundärseite des Zwischenwärmeübertragers, die Sekundärseite des ersten Gasmotor-Wärmeübertragers sowie ein im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierter Speicherladekreiswärmeübertrager ergänzen sich dabei zu einem mit einem ersten Wärmeträger beaufschlagbaren ersten Speicherladekreis für einen ersten Wärmespeicher. Die Sekundärseite des Kondensators hingegen ist in einen mit einem zweiten Wärmeträger beaufschlagbaren zweiten Speicherladekreis für einen im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierten zweiten Wärmespeicher eingebunden.
  • Im Sinne der Erfindung ist unter der Primärseite eines wie auch immer gearteten Wärmeübertragers die Wärmequelle, also das Medium mit einer hohen Zulauftemperatur, zu verstehen. Die Sekundärseite der beschriebenen Wärmeübertrager hingegen entspricht der Wärmesenke, also dem Medium mit einer niedrigeren Zulauftemperatur.
  • Sofern nicht die speziellen Begriffe Verdampfer oder Kondensator erwähnt sind, so findet bei allen anderen beschriebenen Wärmeübertragern kein Phasenwechsel der an der Wärmeübertragung beteiligten Medien statt. Eine Ausnahme bildet jedoch der Enthitzer. Denn in Abhängigkeit der vorhandenen Temperaturverhältnisse kann in diesem der Dampf soweit abgekühlt werden, dass Sattdampf aus dem Enthitzer tritt, was mit einer Teilkondensation des Kältemittels einhergeht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage für Heiz- und Kühlzwecke finden ein Kältemittel und zwei Wärmeträger Verwendung, von denen ein erster Wärmeträger für die Auskopplung der Wärme des ersten Gasmotor-Wärmeübertragers und die des Zwischenwärmeübertragers und die Übertragung auf den Speicherladekreiswärmeübertrager vorgesehen ist, während der zweite Wärmeträger ausschließlich der Beaufschlagung der entsprechenden Wärmeübertrager der beiden Wärmespeicher dient.
  • Gegenüber dem Stand der Technik kann durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Gasmotors als Antrieb des Verdichters in Kombination mit einem Enthitzer eine deutlich höhere energetische Effizienz der Wärmepumpenanlage erreicht werden. Bei einer Auskopplung der Motorabwärme unter Annahme von 10% Wärmeverlust und einem energetischen Wirkungsgrad des Gasmotors von 35% können primärenergiebezogene Leistungszahlen von über 1,8 erzielt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Speicherladekreis zwei parallel zueinander geschaltete Speicherladepfade auf, von denen haben der erste Speicherladepfad einen im ersten Wärmespeicher platzierten Wärmeübertrager und der zweite Speicherladepfad einen im zweiten Wärmespeicher platzierten Wärmeübertrager. Wahlweise der erste Speicherladepfad und/oder der zweite Speicherladepfad sind unter Verwendung von regelbaren Absperreinrichtungen mit dem zweiten Wärmeträger beaufschlagbar ausgebildet.
  • Der erste Wärmespeicher ist vorzugsweise als Trinkwasserspeicher und der zweite Wärmespeicher – in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart Heizen oder Kühlen – als Heizungswasserpufferspeicher bzw. Kältepuffer ausgebildet.
  • Der als Trinkwasserspeicher ausgebildete erste Wärmespeicher umfasst zwei in unterschiedlicher Höhe platzierte Wärmeübertrager, wie dies üblicherweise auch im Stand der Technik vorgesehen ist. Der obere Wärmeübertrager ist dabei mit dem ersten Wärmeträger des ersten Speicherladekreises und der untere Wärmeübertrager mit dem zweiten Wärmeträger des zweiten Speicherladekreises beaufschlagt. Aufgrund der Temperaturschichtung wird zum Zwecke der Vorwärmung des im Trinkwasserspeicher auf Zapftemperatur zu erwärmenden Kaltwassers dessen unterer Wärmeübertrager mit dem die Kondensationswärme aufweisenden zweiten Wärmeträger des zweiten Speicherladekreises beaufschlagt.
  • Die beiden Speicherladekreise weisen vorzugsweise jeweils eine den Volumenstrom des zugehörigen Wärmeträgers steuerbare Vorrichtung, beispielsweise eine drehzahlgeregelte Pumpe, auf.
  • Durch die erfindungsgemäße Platzierung des Gasmotor-Wärmeübertragers im Zusammenwirken mit dem als Enthitzer ausgebildeten Zwischenwärmeübertrager, der auf der Hochdruckseite der Gaswärmepumpenanlage zwischen Verdichter und Kondensator angeordnet ist, kann die im Kreisprozess verfügbare Energie effizient zur Anhebung des Temperaturniveaus im Wärmeübertragungs- und Speichersystem sowie in dem diesen nachgeordneten Verbraucherkreis(en) in Abhängigkeit der Betriebsführung auf 60°C genutzt werden. Es ist für den Fachmann auf dem Gebiet der thermischen Energietechnik selbstverständlich, dass für jeden im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierten Wärmeübertrager die zur Wärmeübertragung erforderliche Temperaturdifferenz von etwa 2–6 Kelvin dabei entsprechend zu berücksichtigen ist.
  • Der im ersten Speicherladekreis vorgesehene Speicherladekreiswärmeübertrager ist primärseitig mit den Sekundärseiten des Zwischenwärmeübertragers und des Kondensators und sekundärseitig mit dem im ersten Wärmespeicher platzierten oberen Wärmeübertrager gekoppelt. Mit anderen Worten, der erste Speicherladekreis ist hydraulisch vom Speicherladekreiswärmeübertrager getrennt. Dies hat den Vorteil, dass der als Trinkwasserspeicher ausgebildete erste Wärmespeicher nicht mit zu hohen Temperaturen beladen wird. Zudem wird das Risiko eines direkten Kontakts von Trinkwasser mit Substanzen mit gesundheitsschädigender Wirkung bei eventuell auftretenden Undichtigkeiten mit dieser Anordnung der Komponenten stark reduziert.
  • Es hat sich aus Gründen der Effizienzsteigerung der Gaswärmepumpenanlage als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein zweiter Gasmotor-Wärmeübertrager vorgesehen wird, welcher primärseitig unter Verwendung von regelbaren Absperreinrichtungen parallel zum ersten Gasmotor-Wärmeübertrager geschaltet und sekundärseitig dem Verdichter vorgeschaltet ist.
  • Unter Absperreinrichtungen sind alle den Volumenstrom der Wärmeträger oder des Kältemittels beeinflussenden Organe mit definierter Kennlinie, wie zum Beispiel als Magnetventile ausgebildete Einwege- oder Mehrwegeventile, zu verstehen.
  • Im Kühlbetrieb der Gaswärmepumpenanlage wird erfindungsgemäß der erste Gasmotor-Wärmeübertrager vorzugsweise vollständig mit der Abwärme des Gasmotors beaufschlagt. Im Heizbetrieb hingegen wird der Vorteil des zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers besonders deutlich, da in Abhängigkeit der Wärmequellentemperatur die Abwärme des Gasmotors unter Verwendung des zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers zumindest teilweise zur Überhitzung des Kältemittels genutzt wird. Der sekundärseitige Zulauf erstreckt sich dabei vorzugsweise von einem beliebig wählbaren Ort auf der Hochdruckseite der Gaswärmepumpenanlage zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer unter Verwendung eines zusätzlichen Drosselorgans bis zum zweiten Gasmotor-Wärmeübertrager. Der sekundärseitige Rücklauf erstreckt sich ausgehend vom zweiten Gasmotor-Wärmeübertrager bis zu einem beliebig wählbaren Ort auf der Niederdruckseite zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter.
  • Als primärseitige Wärmequelle für den Verdampfer ist erfindungsgemäß Luft vorgesehen. Dabei kann es sich um Abluft, Umluft oder Umgebungsluft handeln.
  • Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
    • • Mittels eines Gasmotor-Wärmeübertragers eines Gasmotors im Zusammenwirken mit einem als Enthitzer ausgebildeten Zwischenwärmeübertragers können im nachgeordneten Wärmeübertragungs- und Speichersystem bzw. Verbraucherkreis Temperaturen von über 60°C erzielt werden;
    • • Unter Verwendung des Enthitzers und des Kondensators werden zwei Speicherladekreise ausgebildet, deren zugehörige Wärmeträger eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, wodurch die Wärmenutzung zielgerichteter erfolgen kann;
    • • Durch Platzierung eines zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers parallel zum ersten Gasmotor-Wärmeübertrager kann im Heizbetrieb ein definierter Volumenstrom zur Sicherstellung der Sauggasüberhitzung eingesetzt werden, wodurch einerseits die Verdichtungsendtemperatur und folglich auch die Leistung des Enthitzers steigen;
    • • Durch die erzielbare Temperaturniveauerhöhung kann auf einen zusätzlichen Wärmeerzeuger verzichtet werden;
    • • Eine sichere Warmwasseraufbereitung ist auch bei tiefen Temperaturen der Außenluft als Wärmequelle des Verdampfers möglich.
  • Mit dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung weiter erläutert, ohne sie jedoch auf diese Ausführungsform einzuschränken.
  • Die zugehörige Zeichnung – 1 – zeigt eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage.
  • Die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage 1 für Heiz- und Kühlzwecke umfasst einen Verdampfer 2, einen durch einen Gasmotor 3 angetriebenen Verdichter 4, einen Kondensator 5, ein Vierwegeumschaltventil 8.1 und Entspannungsorgane 6, die durch ein im Kreisprozess geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind. Zur Regelung aller Anlagenteile, wie beispielsweise der vorgenannten Anlagenteile sowie auch der an späterer Stelle beschriebenen als Magnetventile ausgebildeten Absperreinrichtungen und Sensoren, ist eine zentrale Regelung vorgesehen, die jedoch nicht dargestellt ist. Als primärseitige Wärmequelle ist für den Verdampfer 2 Umgebungsluft vorgesehen. Die am Gasmotor 3 entstehende Wärme wird unter Verwendung eines ersten Gasmotor-Wärmeübertragers 7.1 und eines zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers 7.2 ausgekoppelt. Der erste Gasmotor-Wärmeübertrager 7.1 ist sekundärseitig in ein dem Verbraucherkreis vorgeschaltetes Wärmeübertragungs- und Speichersystem eingebunden. Als Wärmeübertragungs- und Speichersystem sind hierbei diejenigen Anlagenteile der Gaswärmepumpenanlage 1 zu verstehen, die nicht unmittelbar an der Wärmeerzeugung bzw. Kälteerzeugung beim eigentlichen Kreisprozess beteiligt sind. Ferner ist ein zweiter Gasmotor-Wärmeübertrager 7.2 vorgesehen, welcher primärseitig unter Verwendung von regelbaren Absperreinrichtungen 13 parallel zum ersten Gasmotor-Wärmeübertrager 7.1 geschaltet und sekundärseitig dem Verdichter 4 vorgeschaltet ist. Als regelbare Absperreinrichtungen 13 finden hierbei 3-Wege-Ventile (regelungstechnisch 2-Wege-Ventile) Verwendung, die in Abhängigkeit der Betriebsweise und Betriebsführung der als Gaswärmepumpenanlage ausgebildeten Wärmepumpenanlage 1 wahlweise die Beaufschlagung des ersten Gasmotor-Wärmeübertragers 7.1 und/oder des zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers 7.2 mit der Abwärme des Gasmotors 3 ermöglichen. Es versteht sich für den Fachmann, dass die primärseitige Verrohrung der Gasmotor-Wärmeübertrager 7.1, 7.2 auch eine Pumpe 14.1 umfasst. Im Kühlbetrieb der Wärmepumpenanlage 1 wird der erste Gasmotor-Wärmeübertrager 7.1 vollständig mit der Abwärme des Gasmotors 3 beaufschlagt. Im Heizbetrieb hingegen wird – in Abhängigkeit der Temperatur der Wärmequelle des Verdampfers 2 – die Abwärme des Gasmotors 3 unter Verwendung des zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers 7.2 zumindest teilweise zur Überhitzung des Kältemittels genutzt. Erfindungswesentlich ist, dass auf der Hochdruckseite der Wärmepumpenanlage 1 zwischen dem Verdichter 4 und dem Kondensator 5 ein als Enthitzer ausgebildeter Zwischenwärmeübertrager 8 angeordnet ist, wobei die Sekundärseite des Zwischenwärmeübertragers 8, die Sekundärseite des ersten Gasmotor-Wärmeübertragers 7.1 sowie ein im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierter Speicherladekreiswärmeübertrager 15 sich zu einem mit einem ersten Wärmeträger beaufschlagbaren ersten Speicherladekreis 11 für einen ersten Wärmespeicher 9 ergänzen, und die Sekundärseite des Kondensators 5 in einen durch einen zweiten Wärmeträger beaufschlagbaren zweiten Speicherladekreis 12 für einen im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierten zweiten Wärmespeicher 10 eingebunden ist. Der im ersten Speicherladekreis 11 platzierte Speicherladekreiswärmeübertrager 15 ist primärseitig mit den Sekundärseiten des Zwischenwärmeübertragers 8 und des Gasmotor-Wärmeübertragers 7.1 und sekundärseitig mit dem im ersten Wärmespeicher 9 platzierten oberen Wärmeübertrager 9.1 gekoppelt. Der zweite Speicherladekreis 12 umfasst zwei parallel zueinander geschaltete Speicherladepfade 12.1, 12.2, von denen der Speicherladepfad 12.2 einen im als Trinkwasserspeicher ausgebildeten ersten Wärmespeicher 9 platzierten Wärmeübertrager 9.2 und der Speicherladepfad 12.1 einen im als Heizungswasserpufferspeicher ausgebildeten zweiten Wärmespeicher 10 platzierten Wärmeübertrager 10.1 aufweist. Wahlweise kann dabei der erste Speicherladepfad 12.1 und/oder der zweite Speicherladepfad 12.2 unter Verwendung von Absperreinrichtungen 16.1, 16.2 mit dem zweiten Wärmeträger beaufschlagt werden. Der als Trinkwasserspeicher ausgebildete erste Wärmespeicher 9 weist zwei in unterschiedlicher Höhe platzierte Wärmeübertrager 9.1, 9.2 auf, von denen der obere Wärmeübertrager 9.1 mit dem Wärmeträger des ersten Speicherladekreises 11 und der untere Wärmeübertrager 9.2 mit dem Wärmeträger des zweiten Speicherladekreises 12 beaufschlagt ist. Das sich im Trinkwasserspeicher schichtende Trinkwasser weist im unteren Bereich, in welchem der Kaltwasserzulauf platziert ist, eine niedrigere Temperatur auf als im oberen Bereich, in welchem der Warmwasseranschluss angeordnet ist. Zum Zwecke der Vorwärmung des zulaufseitigen Kaltwassers wird der untere Wärmeübertrager 9.2 des Trinkwasserspeichers mit dem die Kondensationswärme aufweisenden zweiten Wärmeträger des zweiten Speicherladekreises 12 beaufschlagt. Wie ersichtlich, weisen die beiden Speicherladekreise 11, 12 jeweils eine den Volumenstrom des zugehörigen Wärmeträgers steuerbare Vorrichtung, beispielsweise eine regelbare Pumpe 14, auf. Erfindungsgemäß beträgt die Temperatur des ersten Wärmeträgers des ersten Speicherladekreises 11 mindestens 60°C, zuzüglich einer erforderlichen Temperaturdifferenz von jeweils etwa 2–6 Kelvin für den im ersten Wärmespeicher 9 platzierten oberen Wärmeübertrager 9.1 sowie für den Speicherladekreiswärmeübertrager 15.
  • Nach dem als Enthitzer ausgebildeten Zwischenwärmeübertrager 8, welcher nur sensible Wärme aufnimmt, gelangt das Kältemittel in den Kondensator 5. Zwischen dem Enthitzer 8 und dem Kondensator 5 ist ein Vierwegeumschaltventil 8.1 platziert. Mittels dieses Vierwegeumschaltventiles 8.1 erfolgt der Wechsel zwischen Heiz- bzw. Kühlbetrieb.
  • Im Falle des Kühlbetriebs arbeitet der Verdampfer 2 als Kondensator. Der Kondensator 5 hingegen arbeitet als Verdampfer. Der Wärmespeicher 10 übernimmt dann die Funktion eines Kältepuffers, wobei dem Speicher 9 weiterhin die Wärmemenge aus dem Enthitzer 8 und die Motorwärme aus dem Gasmotor-Wärmeübertrager 7.1 über den Speicherladekreiswärmeübertrager 15 zugeführt wird. Über die als Magnetventile 16.1, 16.2 ausgebildeten Absperreinrichtungen erfolgt die Beaufschlagung des Wärmeübertrages 10.1 mit dem durch den zweiten Speicherladekreis 12 fließenden Wärmeträger und die gleichzeitige Abschaltung des Wärmeübertragers 9.2.
  • Im Heizbetrieb hingegen sind die beiden als Magnetventile 16.1, 16.2 ausgebildeten Absperreinrichtungen geöffnet, um den als Wärmespeicher arbeitenden zweiten Wärmespeicher 10 und gleichzeitig den Wärmeübertrager 9.2 mit Wärme zu versorgen. Bei Außentemperaturen < 5°C wird die Abwärme des Gasmotors 3 über den Gasmotor-Wärmeübertrager 7.2 zumindestens teilweise dem Verdichter 4 zugeführt, um eine ausreichend hohe Temperatur des Kältemittels vor dem Verdichter 4 zu erreichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmepumpenanlage
    2
    Verdampfer/Kondensator
    3
    Gasmotor
    4
    Verdichter
    5
    Kondensator/Verdampfer
    6
    Entspannungsorgan
    7.1
    erster Gasmotor-Wärmeübertrager
    7.2
    zweiter Gasmotor-Wärmeübertrager
    8
    Zwischenwärmeübertrager
    8.1
    Vierwegeumschaltventil
    9
    erster Wärmespeicher
    9.1
    Wärmeübertrager
    9.2
    Wärmeübertrager
    10
    zweiter Wärmespeicher
    10.1
    Wärmeübertrager
    11
    erster Speicherladekreis
    12
    zweiter Speicherladekreis
    12.1
    erster Speicherladepfad
    12.2
    zweiter Speicherladepfad
    13
    Absperreinrichtungen
    14.1
    Pumpe
    14.2
    Pumpe
    14.3
    Pumpe
    14.4
    Pumpe
    15
    Speicherladekreiswärmeübertrager
    16.1
    Magnetventil
    16.2
    Magnetventil
  • 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
    • WO 2007/059732 A1 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Kleinwärmepumpen mit Ammoniak” des Forschungsprogramms Umgebungs- und Abwärme, Wärme-Kraft-Kopplung (UAW), von Prof. Dr. T. Boymann, Th. Schmid und A. Flück [0003]

Claims (10)

  1. Wärmepumpenanlage (1) für Heiz- und Kühlzwecke, zumindest umfassend einen Verdampfer (2), einen Verdichter (4), einen Kondensator (5), ein Vierwegeumschaltventil (8.1) und Entspannungsorgane (6), die durch ein im Kreisprozess geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, wobei auf der Hochdruckseite der Wärmepumpenanlage (1) zwischen dem Verdichter (4) und dem Kondensator (5) ein als Enthitzer ausgebildeter Zwischenwärmeübertrager (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter durch einen Gasmotor (3) angetrieben wird, der zumindest einen ersten Gasmotor-Wärmeübertrager (7.1) aufweist, welcher sekundärseitig in einem nachgeordneten Wärmeübertragungs- und Speichersystem eingebunden ist, wobei a. die Sekundärseite des Zwischenwärmeübertragers (8), die Sekundärseite des ersten Gasmotor-Wärmeübertragers (7.1) sowie ein im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierter Speicherladekreiswärmeübertrager (15) sich zu einem durch einen ersten Wärmeträger beaufschlagbaren ersten Speicherladekreis (11) für einen ersten Wärmespeicher (9) ergänzen und b. die Sekundärseite des Kondensators (5) in einen durch einen zweiten Wärmeträger beaufschlagbaren zweiten Speicherladekreis (12) für einen im Wärmeübertragungs- und Speichersystem platzierten zweiten Wärmespeicher (10) eingebunden ist.
  2. Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Speicherladekreis (12) zwei parallel zueinander geschaltete Speicherladepfade (12.1, 12.2) aufweist, von denen der Speicherladepfad (12.2) einen im ersten Wärmespeicher (9) platzierten Wärmeübertrager (9.2) und der Speicherladepfad (12.1) einen im zweiten Wärmespeicher (10) platzierten Wärmeübertrager (10.1) aufweist, wobei wahlweise der Speicherladepfad (12.1) oder der Speicherladepfad (12.2) unter Verwendung von regelbaren Absperreinrichtungen (16.1, 16.2) mit dem zweiten Wärmeträger beaufschlagbar ausgebildet sind.
  3. Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmespeicher (9) als Trinkwasserspeicher und der zweite Wärmespeicher (10) – in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart Heizen oder Kühlen – als Heizungswasserpufferspeicher bzw. Kältepuffer ausgebildet sind.
  4. Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmespeicher (9) zwei in unterschiedlicher Höhe platzierte Wärmeübertrager (9.1, 9.2) aufweist, von denen der obere Wärmeübertrager (9.1) mit dem ersten Wärmeträger des ersten Speicherladekreises (11) und der untere Wärmeübertrager (9.2) mit dem zweiten Wärmeträger des zweiten Speicherladekreises (12) beaufschlagbar ausgebildet sind.
  5. Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Vorwärmung des im ersten Wärmespeicher (9) bevorrateten Kaltwassers dessen unterer Wärmeübertrager (9.2) mit dem die Kondensationswärme aufweisenden zweiten Wärmeträger des zweiten Speicherladekreises (12) beaufschlagbar ist.
  6. Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speicherladekreise (11, 12) jeweils eine den Volumenstrom des zugehörigen Wärmeträgers steuerbare Vorrichtung, beispielsweise eine regelbare Pumpe (14.2, 14.3), umfassen.
  7. Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des ersten Wärmeträgers des ersten Speicherladekreises (11) mindestens 60°C zuzüglich einer Temperaturdifferenz von etwa 2–6 Kelvin für den im ersten Wärmespeicher (9) platzierten oberen Wärmeübertrager (9.1) beträgt.
  8. Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gasmotor-Wärmeübertrager (7.2) vorgesehen ist, welcher primärseitig unter Verwendung von regelbaren Absperreinrichtungen (13) parallel zum ersten Gasmotor-Wärmeübertrager (7.1) geschaltet und sekundärseitig dem Verdichter (4) vorgeschaltet ist.
  9. Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlbetrieb der Gaswärmepumpenanlage (1) der erste Gasmotor-Wärmeübertrager (7.1) vollständig mit der Abwärme des Gasmotors (3) beaufschlagbar ist und im Heizbetrieb – in Abhängigkeit der Wärmequellentemperatur – die Abwärme des Gasmotors (3) unter Verwendung des zweiten Gasmotor-Wärmeübertragers (7.2) zumindest teilweise zur Überhitzung des Kältemittels genutzt wird.
  10. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als primärseitige Wärmequelle für den Verdampfer (2) Luft verwendet wird.
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