DE102010010357A1

DE102010010357A1 - Wärmepumpenanlage für Heiz- und Kühlzwecke

Info

Publication number: DE102010010357A1
Application number: DE102010010357A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Scheffel Franz
Original assignee: WAERMETECHNIK QUEDLINBURG KLIMABAU GmbH; Warmetechnik Quedlinburg Klimabau GmbH
Current assignee: WAERMETECHNIK QUEDLINBURG KLIMABAU GmbH; Warmetechnik Quedlinburg Klimabau GmbH
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage (1) für Heiz- und/oder Kühlzwecke, zumindest umfassend einen mittels Gasmotor (2.1) angetriebenen Verdichter (2), ein Expansionsventil (3.1, 4.1, 5.1), einen Außenwärmeübertrager (3) sowie einen Wärmeübertrager (4), die jeweils in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart – Heizen oder Kühlen – wechselseitig als Verdampfer und als Kondensator fungieren und unter Verwendung des Verdichters (2) durch ein im Kältemittelkreislauf (1.1) geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, sowie einen nachgeordneten Warmwasserspeicher (6) und Kaltwasserspeicher (7), wobei im Heizbetrieb die Umgebungsluft als Wärmequelle dient. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass die Wärmepumpenanlage (1) eine mittels Sole beaufschlagbare Erdkollektoranlage (10) aufweist, die in der Betriebsart Heizen als weitere Wärmequelle und/oder in der Betriebsart Kühlen als weitere Kältequelle vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage für Heiz- und/oder Kühlzwecke, zumindest umfassend einen mittels Gasmotor angetriebenen Verdichter, ein Expansionsventil, einen in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart – Heizen oder Kühlen – wechselseitig als Verdampfer und als Kondensator betreibbar ausgebildeten Außenwärmeübertrager, der unter Verwendung des Verdichters durch ein im Kreisprozess geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet ist, sowie einen nachgeordneten Warmwasserspeicher und Kaltwasserspeicher, wobei im Heizbetrieb die Umgebungsluft als Wärmequelle dient.
Die Kompressions-Wärmepumpe stellt den Hauptanwendungsfall von Wärmepumpen dar. Das Kältemittel wird dabei in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Es wird von einem Verdichter angesaugt, verdichtet und dem Verflüssiger zugeführt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeübertrager, in dem die Verflüssigungswärme an ein Fluid – zum Beispiel an einen Warmwasserkreis oder an die Raumluft – abgegeben wird. Das verflüssigte Kältemittel wird dann zu einer Entspannungseinrichtung geführt. Durch die adiabate Entspannung wird das Kältemittel abgekühlt. Der Saugdruck wird durch die Regelung des Verdichters in der Wärmepumpe so eingestellt, dass die Sattdampftemperatur des Kältemittels unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. In dem Verdampfer wird somit Wärme von der Umgebung an das Kältemittel übertragen und führt zum Verdampfen des Kältemittels.
Der Antrieb des Verdichters erfolgt dabei elektromotorisch oder mittels eines Gasmotors. Der Einsatz eines Gasmotors führt dabei gegenüber Elektromotoren zu einem deutlich höheren thermischen Wirkungsgrad, da zur Erzeugung technischer Arbeit zum direkten Antrieb des Wärmepumpenverdichters Gas oder Öl als Primärenergie eingesetzt wird. Meistverbreitet ist die Nutzung von Umgebungsluft als Wärmequelle im Heizbetrieb und die Abgabe der entzogenen Wärme an die Umgebungsluft im Kühlbetrieb.
Im Heizbetrieb kann mit der vorgenannten Ausführung – zum Zwecke der Effizienzsteigerung – zusätzlich zur Umgebungswärme auch die aus dem Motorraum abzuführende Wärme genutzt werden. Diese Motorabwärme, die zur Warmwasseraufbereitung verwendet werden kann, wird partiell, bei tiefen Umgebungslufttemperaturen jedoch vollständig, zur Sicherung eines stabilen Wärmepumpenbetriebs benötigt. Im Kühlbetrieb hingegen kann die Motorabwärme vollständig zur Warmwasseraufbereitung eingesetzt werden.
Die im Winterhalbjahr zu verzeichnenden tiefen Außentemperaturen führen zu niedrigen Verdampfungstemperaturen, mit der Folge, dass bei konstanter Kondensationstemperatur der Wärmepumpenwirkungsgrad sinkt. Durch Beaufschlagung mit Tauwasser oder durch Reifanlagerung an den Wärmeübertragungsflächen wird dieser Effekt noch verstärkt, da die für den Abtauprozess benötigte Wärme nicht mehr als effektive Heizwärme zu dem nachgeordneten Verbraucherkreis zur Verfügung gestellt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Wärmepumpenanlage vorzuschlagen, welche auch bei tiefen Außentemperaturen eine hohe energetische Effizienz aufweist.
Nach der Konzeption der Erfindung umfasst die Wärmepumpenanlage für Heiz- und/oder Kühlzwecke zumindest einen mittels Gasmotor angetriebenen Verdichter, ein Expansionsventil, einen Außenwärmeübertrager sowie einen Wärmeübertrager, welche jeweils in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart – Heizen oder Kühlen – wechselseitig als Verdampfer und als Kondensator fungieren und unter Verwendung des Verdichters durch ein im Kältemittelkreislauf geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, sowie einen nachgeordneten Warmwasserspeicher und einen Kaltwasserspeicher, wobei im Heizbetrieb die Umgebungsluft als Wärmequelle dient. Erfindungsgemäß weist die Wärmepumpenanlage eine mittels Sole beaufschlagbare Erdkollektoranlage auf, die in der Betriebsart Heizen als weitere Wärmequelle und/oder in der Betriebsart Kühlen als weitere Kältequelle vorgesehen ist.
Die Erdkollektoranlage liefert – im Gegensatz zu der jahreszeitabhängigen Außentemperatur – eine nahezu konstante Quellentemperatur von 5 bis 8°C in einer Tiefe von 1 bis 3 m. Als Quellentemperatur ist diejenige Temperatur zu verstehen, mit der die Sole beaufschlagt wird.
Durch die Nutzung der Wärme des Erdreichs sind prinzipiell größere Kälte- und Heizleistungen bei niedrigen Außentemperaturen, insbesondere bei Außentemperaturen unter 5°C, zu erwarten. Die mit einem Gasmotor betriebene Wärmepumpe kann sodann in einem Temperaturbereich, welcher in der Nähe der Nennleistungsbedingungen liegt, ununterbrochen betrieben werden.
Der Solekreislauf der Erdkollektoranlage weist bevorzugt eine Pumpe und einen Solewärmeübertrager auf, dessen Primärseite mit dem Kaltwasserspeicher und dessen Sekundärseite mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt sind.
Des Weiteren ist der Kaltwasserspeicher unter Verwendung eines Zwischenwärmeübertragers mit der Primärseite und der Warmwasserspeicher unter Verwendung des Wärmeübertragers mit der Sekundärseite des Solewärmeübertragers gekoppelt.
Mittels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage kann auch passiv gekühlt werden. In der alleinigen Betriebsart Kühlen wird sodann ausschließlich die mittels Sole beaufschlagbare Erdkollektoranlage genutzt, sofern die erforderliche Kühlleistung dem zur Verfügung stehenden Potenzial der Erdwärme entspricht. Der wesentliche Vorteil hierbei besteht darin, dass kein zusätzliches Gas benötigt wird, sondern nur die leistungsgeregelte Solepumpe eingesetzt wird.
Erfindungswesentlich ist außerdem, dass in der Betriebsart Heizen der Außenwärmeübertrager sowie der Solewärmeübertrager als Verdampfer und der Zwischenwärmeübertrager des Warmwasserspeichers als Kondensator fungieren.
Der Gasmotor weist vorzugsweise zumindest einen Gasmotor-Wärmeübertrager auf, dessen Primärseite unmittelbar mit dem Kältemittelkreislauf zum Zwecke der Kältemittelüberhitzung gekoppelt ist und dessen Sekundärseite über einen weiteren Gasmotor-Wärmeübertrager mit dem Warmwasserspeicher koppelbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage unter Verwendung der vorgenannten Vorrichtungsmerkmale ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsart Heizen die Erdkollektoranlage als zusätzliche Wärmequelle und/oder in der Betriebsart Kühlen als weitere Kältequelle zugeschaltet wird.
In der Betriebsart Kühlen kann die abzuführende Wärme unter Umgehung des Außenwärmeübertragers ausschließlich unter Nutzung des Solewärmeübertragers dem Erdreich zugeführt werden.
In der Betriebsart passives Kühlen wird die Sole unter Verwendung der Solepumpe dem Kaltwasserspeicher vorgeschalteten Zwischenwärmeübertrager zu- und anschließend zur Erdkollektoranlage zurückgeführt.
Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:

• Erzielung einer höheren energetischen Effizienz gegenüber herkömmlichen Systemen durch Reduzierung des Primärenergieeinsatzes,
• Einsatz einer Gasmotorwärmepumpe gleichzeitig als Wärmeerzeuger und als Kälteerzeuger,
• Die als Wärmeträger dienende Sole kann unter Verwendung entsprechender Wärmeübertrager und Absperr- und Regelorgane sowohl für Heizzwecke als auch für Kühlzwecke eingesetzt werden,
• Die im Kühlbetrieb frei werdende Wärme kann im Erdreich gespeichert werden und
• In der Betriebsart Kühlen wird zur Energiegewinnung ausschließlich die Erdkollektoranlage eingesetzt.

Mit dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung weiter erläutert, ohne sie jedoch auf diese Ausführungsform einzuschränken.
Die zugehörige Zeichnung zeigt in 1: eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage.
Wärmepumpenanlage 1 für Heiz- und/oder Kühlzwecke, zumindest umfassend einen mittels Gasmotor 2.1 angetriebenen Verdichter 2, Expansionsventile 3.1, 4.1, 5.1, einen Außenwärmeübertrager 3 sowie einen Wärmeübertrager 4, die jeweils in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart – Heizen oder Kühlen – wechselseitig als Verdampfer und als Kondensator fungieren und unter Verwendung des Verdichters 2 durch ein im Kältemittelkreislauf 1.1 geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, sowie einen nachgeordneten Warmwasserspeicher 6 und Kaltwasserspeicher 7, wobei im Heizbetrieb die Umgebungsluft als Wärmequelle dient. Ferner sind ein als Verdampfer fungierender Gasmotor-Wärmeübertrager 8 und ein zweiter Gasmotor-Wärmeübertrager 9 vorgesehen, mittels denen die aus dem Gasmotor-Kühlwasserkreislauf 15 des Gasmotors 2.1 abzuführende Wärme effizient genutzt werden kann. Diese Motorabwärme, die zur Warmwasseraufbereitung verwendet werden kann, wird partiell, bei tiefen Umgebungslufttemperaturen jedoch vollständig, zur Sicherung eines stabilen Wärmepumpenbetriebs benötigt. Im Kühlbetrieb hingegen kann die Motorabwärme vollständig zur Warmwasseraufbereitung eingesetzt werden. Erfindungsgemäß weist die Wärmepumpenanlage 1 eine mittels Sole beaufschlagbare Erdkollektoranlage 10 auf, die in der Betriebsart Heizen als weitere Wärmequelle und/oder in der Betriebsart Kühlen als weitere Kältequelle vorgesehen ist. Der Solekreislauf 11 der Erdkollektoranlage 10 umfasst eine nicht näher bezeichnete Solepumpe und einen Solewärmeübertrager 5, dessen Primärseite mit dem Kaltwasserspeicher 7 gekoppelt ist. Dem Kaltwasserspeicher 7 ist aus thermischen und hygienischen Gründen ein Zwischenwärmeübertrager 12 vorgeschaltet. Zwischen dem Solewärmeübertrager 5 und dem Zwischenwärmeübertrager 12 des Kaltwasserspeichers 7 ist ein steuerbares 3-Wege-Umschaltventil 11.1 zur Ausbildung zweier Strömungspfade platziert. Bei einer ersten Stellung dieses 3-Wege-Umschaltventils 11.1, Pfad AB/B wird die Solezufuhr zum Kaltwasserspeicher 7 verschlossen. Bei einer zweiten Stellung dieses 3-Wege-Umschaltventils 11.1, Pfad AB/A wird hingegen der Zwischenwärmeübertrager 12 des Kaltwasserspeichers 7 mit Sole beaufschlagt, so dass die Kälte auf den Kaltwasserspeicher 7 übertragen wird. Die Sekundärseite des Solewärmeübertragers 5 ist hingegen mit dem Kältemittelkreislauf 1.1 gekoppelt. Dem Warmwasserspeicher 6 ist aus thermischen und hygienischen Gründen der Wärmeübertrager 4 vorgeschaltet. Dieser Wärmeübertrager 4 dient in der Betriebsart Heizen als Verflüssiger und in der Betriebsart Kühlen als Verdampfer. Der Wärmeübertrager 4 ist primärseitig mit dem Kältemittelkreislauf 1.1 der Wärmepumpenanlage 1 gekoppelt, so dass in der Betriebsart Heizen die aus der Sole entzogene Wärme und die aus der Umgebung stammende Wärme gemeinsam zur Warmwassererzeugung genutzt werden können. Zwischen dem Wärmeübertrager 4 und dem Warmwasserspeicher 6 ist ein 3-Wege-Umschaltventil 13.1 angeordnet, welches zur Ausbildung zweier Strömungspfade vorgesehen ist. Bei einer ersten Stellung dieses 3-Wege-Umschaltventils 13.1, Pfad AB/B wird die Wärmezufuhr zum Warmwasserspeicher 6 verschlossen, so dass die Kälte ausschließlich dem Kaltwasserspeicher 7 zugeführt wird. Bei einer zweiten Stellung dieses 3-Wege-Umschaltventils 13.1, Pfad AB/A ist der Pfad AB/A zum Warmwasserspeicher 6 geöffnet, so dass die aus der Sole gewonnene Wärme oder die Umgebungswärme auf den Warmwasserspeicher 6 übertragen wird. In der Betriebsart Kühlen fungieren der Wärmeübertrager 4 als Verdampfer sowie der Außenwärmeübertrager 3 und/oder der Solewärmeübertrager 5 als Kondensator. Mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage 1 können die Betriebsarten Heizen, Kühlen, Heizen und Kühlen sowie passives Kühlen realisiert werden. Bei der Betriebsart Heizen wird als Wärmequelle entweder die Außenluft unter Verwendung des als Verdampfer wirkenden Außenwärmeübertragers 3 oder die Sole unter Verwendung des als Verdampfer wirkenden Solewärmeübertragers 5 genutzt. Nachdem das Kältemittelgas im Verdichter 2 komprimiert wurde, wird es über das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad A–D zu dem als Kondensator wirkenden Wärmeübertrager 4 geleitet. Bei der Nutzung von Außenluft als Wärmequelle bleibt das Magnetventil 4.3 geschlossen. Das Kondensat wird über das geöffnete Magnetventil 4.2 zum Expansionsventil 3.1 geführt. Nach dem Durchströmen des Expansionsventils 3.1 nimmt das Kältemittel im Außenwärmeübertrager 3 aus der Außenluft stammende Wärme auf und verdampft. Das verdampfte Kältemittel wird nachfolgend vom Verdichter 2 angesaugt. Dabei werden das Magnetventil 3.2 und das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad B–C durchströmt. Das Magnetventil 3.3 ist in diesem Fall geschlossen. Durch die Einspritzung eines Teils des Kältemittelgases in den Gasmotor-Wärmeübertrager 8 über das Expansionsventil 4.4 kann Wärme aus dem Gasmotor-Kühlwasserkreislauf 15 zur Sicherung der Dampfüberhitzung bei tiefen Außentemperaturen genutzt werden. Beim Entzug von Wärme aus dem Erdreich ist hingegen das Magnetventil 4.2 geschlossen. Das Kondensat wird über das geöffnete Magnetventil 4.3 zum Expansionsventil 5.1 geführt. Das Kältemittel verdampft nach der Expansion im Solewärmeübertrager 5 und entzieht so Wärme der aus dem Erdreich kommenden Sole. Danach wird der abgekühlte Wärmeträger über das 3-Wege-Umschaltventil 11.1, Pfad AB–B zurück in die Erdkollektoranlage 10 geleitet. Bevor das verdampfte Kältemittel vom Verdichter 2 angesaugt wird, werden das Magnetventil 3.3 und das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad B–C durchströmt. Das Magnetventil 3.2 ist in diesem Fall geschlossen. Bei der Betriebsart Kühlen wird das als Heißgas vorliegende Kältemittel über das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad A–B entweder zum Außenwärmeübertrager 3 oder zum Solewärmeübertrager 5 geleitet und kondensiert dort. Bei Abgabe der entzogenen Wärme an die Außenluft wird das Heißgas zum Außenwärmeübertrager 3 und bei Abgabe in den Solekreislauf 11 und somit bei Wärmespeicherung im Erdreich zum Solewärmeübertrager 5 geführt. Das kondensierte Kältemittel wird über das Expansionsventil 4.1 in den als Verdampfer wirkenden Wärmeübertrager 4 eingespritzt, verdampft dort und bevor der Kältemitteldampf vom Verdichter 2 angesaugt wird, durchströmt er das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad C–D. Das entspannte Kältemittel entzieht Wärme aus dem Speicherladekreis 13 und kühlt somit den Wärmeträger ab. Er wird danach über das 3-Wege-Umschaltventil 13.1, Pfad AB–B zum Kaltwasserspeicher 7 geleitet. Bei Wärmespeicherung im Erdreich wird der aus der Erdkollektoranlage 10 kommende Wärmträger (Sole) durch den Solewärmeübertrager 5 geleitet und nimmt Wärme auf. Nach der Erwärmung des Wärmeträgers wird der Wärmeträger über das 3-Wege-Umschaltventil 11.1, Pfad AB–B zurück zur Erdkollektoranlage 10 geführt. Im Falle der Betriebsart Kühlen wird die Gasmotorabwärme in der Regel an die Umgebung abgegeben. Die vom Gasmotor 2.1 abzuführende Wärme kann u. U. auch bei der Betriebsart Kühlen, beispielsweise zur Warmwasserbereitung, genutzt werden. Die Abführung von Wärme aus dem Gasmotor-Kühlwassers im Gasmotor-Kühlwasserkreislauf 15 kann mit dem Wärmeträger des Speicherladekreises 16 erfolgen. Die aufgenommene Wärme wird dann über den Gasmotor-Wärmeübertrager 9 in den Warmwasserspeicher 6 überführt. Die beim Verdichtungsprozess entstehende Wärme kann an den Wärmeträger (Heizungswasser) des Speicherladekreises 13 abgegeben werden. Der erwärmte Wärmeträger des Speicherladekreises 13 wird über das 3-Wege-Umschaltventil 13.1, Pfad AB–A zum Warmwasserspeicher 6 geleitet. Die erreichbare Heizwassertemperatur im Warmwasserspeicher 6 liegt bei 45–47°C. Ein höhere Temperatur kann unter zusätzlicher Verwendung des Speicherladekreises 16 erreicht werden. Der Wärmeträger des Speicherladekreises 16 kühlt das Gasmotor-Kühlwasser des Gasmotor-Kühlwasserkreislaufes 15 ab und gibt dann die Wärme über den im Warmwasserspeicher 6 angeordneten Wärmeübertrager 6.1 ab. Bei der Betriebsart Heizen und Kühlen wird das Kältemittelgas über das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad A–D in den als Kondensator fungierenden Wärmeübertrager 4 geleitet. Das Kondensat wird über das Magnetventil 4.3 zum Expansionsventil 5.1 geführt. Nach der Expansion verdampft das Kältemittel im Solewärmeübertrager 5. Es nimmt Wärme aus dem Solekreislauf 11 auf und kühlt so die Sole ab. Der vom Verdichter 2 angesaugte Kaltdampf durchfließt das 4-Wege-Umschaltventil 14, Pfad B–C. Die abgekühlte Sole wird nach dem Solewärmeübertrager 5 über das 3-Wege-Umschaltventil 11.1, Pfad AB–A in den Zwischenwärmeübertrager 12 geleitet, nimmt Wärme beim indirekten Kontakt mit dem Wärmeträger, hier das Kaltwasser des Speicherladekreises 17, auf und wird anschließend zur Erdkollektoranlage 10 zurückgeführt. Die Wärmeaufnahme führt zur Absenkung der Temperatur im Kaltwasserspeicher 7. Die beim Verdichtungsprozess entstehende Wärme wird auf den Wärmeträger, respektive das Heizungswasser, des Speicherladekreises 13 übertragen. Der erwärmte Wärmeträger wird über das 3-Wege-Umschaltventil 13.1, Pfad AB–A zum Warmwasserspeicher 6 geleitet. Gleichzeitig wird durch Abkühlung des Gasmotor-Kühlwassers im Gasmotor-Kühlwasserkreislauf 15 mit dem Wärmeträger des Speicherladekreises 16 zusätzlich Wärme, die zur Erhöhung der Temperatur im Warmwasserspeicher 6 genutzt wird, über den im Warmwasserspeicher 6 angeordneten Wärmeübertrager 6.1 übertragen. In der Betriebsart passives Kühlen wird die aus der Erdkollektoranlage 10 kommende Sole über das 3-Wege-Umschaltventil 11.1, Pfad AB–A in den Zwischenwärmeübertrager 12 geleitet. Dort wird Wärme aus dem Speicherladekreis 17 aufgenommen und gleichzeitig der Wärmeträger des Speicherladekreises 17, das Kaltwasser, gekühlt. Der Wärmeträger des Solekreislaufs 11, die erwärmte Sole, wird dann zurück zur Erdkollektoranlage 10 geführt, wo er die aufgenommene Wärme abgibt.
Bezugszeichenliste

1: Wärmepumpenanlage
1.1: Kältemittelkreislauf
2: Verdichter
2.1: Gasmotor
3: Außenwärmeübertrager
3.1: Expansionsventil
3.2: Magnetventil
3.3: Magnetventil
4: Wärmeübertrager
4.1: Expansionsventil
4.2: Magnetventil
4.3: Magnetventil
4.4: Expansionsventil
5: Solewärmeübertrager
5.1: Expansionsventil
6: Warmwasserspeicher
7: Kaltwasserspeicher
8: Gasmotor-Wärmeübertrager (Verdampfer)
9: Gasmotor-Wärmeübertrager
10: Erdkollektoranlage
11: Solekreislauf
11.1: 3-Wege-Umschaltventil
12: Zwischenwärmeübertrager
13: Speicherladekreis
13.1: 3-Wege-Umschaltventil
14: 4-Wege-Umschaltventil
15: Gasmotor-Kühlwasserkreislauf
16: Speicherladekreis
17: Speicherladekreis

Claims

Wärmepumpenanlage (1) für Heiz- und/oder Kühlzwecke, zumindest umfassend einen mittels Gasmotor (2.1) angetriebenen Verdichter (2), ein Expansionsventil (3.1, 4.1, 5.1), einen Außenwärmeübertrager (3) sowie einen Wärmeübertrager (4), die jeweils in Abhängigkeit der gewählten Betriebsart – Heizen oder Kühlen – wechselseitig als Verdampfer und als Kondensator fungieren und unter Verwendung des Verdichters (2) durch ein im Kältemittelkreislauf (1.1) geführtes Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind, sowie einen nachgeordneten Warmwasserspeicher (6) und Kaltwasserspeicher (7), wobei im Heizbetrieb die Umgebungsluft als Wärmequelle dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanlage (1) eine mittels Sole beaufschlagbare Erdkollektoranlage (10) aufweist, die in der Betriebsart Heizen als weitere Wärmequelle und/oder in der Betriebsart Kühlen als weitere Kältequelle vorgesehen ist.
Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solekreislauf (11) der Erdkollektoranlage (10) eine Solepumpe und einen Solewärmeübertrager (5) aufweist, dessen Primärseite mit dem Kaltwasserspeicher (7) und dessen Sekundärseite mit dem Kältemittelkreislauf (1.1) gekoppelt sind.
Wärmepumpenanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltwasserspeicher (7) unter Verwendung eines Zwischenwärmeübertragers (12) mit der Primärseite und der Warmwasserspeicher (6) unter Verwendung des Wärmeübertragers (4) mit der Sekundärseite des Solewärmeübertragers (5) gekoppelt sind.
Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der alleinigen Betriebsart Kühlen ausschließlich die mittels Sole beaufschlagbare Erdkollektoranlage (10) genutzt wird, sofern die erforderliche Kühlleistung dem zur Verfügung stehenden Potenzial der Erdwärme entspricht.
Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsart Heizen der Außenwärmeübertrager (3) sowie der Solewärmeübertrager (5) als Verdampfer und der Wärmeübertrager (4) des Warmwasserspeichers (6) als Kondensator fungieren.
Wärmepumpenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasmotor (2.1) einen Gasmotor-Wärmeübertrager (8) aufweist, dessen Primärseite unmittelbar mit dem Kältemittelkreislauf (1.1) zum Zwecke der Kältemittelüberhitzung gekoppelt ist und dessen Sekundärseite über den Gasmotor-Wärmeübertrager (9) mit dem Warmwasserspeicher (6) koppelbar ist.
Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage unter Verwendung der Vorrichtungsmerkmale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsart Heizen die Erdkollektoranlage (10) als zusätzliche Wärmequelle und/oder in der Betriebsart Kühlen als weitere Kältequelle zugeschaltet wird.
Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsart passives Kühlen die Sole unter Verwendung der Solepumpe dem dem Kaltwasserspeicher (7) vorgeschalteten Zwischenwärmeübertrager (12) zu- und anschließend zur Erdkollektoranlage (10) zurückgeführt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betriebsart Kühlen die abzuführende Wärme ausschließlich unter Nutzung des Solewärmeübertragers (5) dem Erdreich zugeführt wird.