DE102013012116A1

DE102013012116A1 - Heizen mit Umweltwärme

Info

Publication number: DE102013012116A1
Application number: DE201310012116
Authority: DE
Inventors: Michael Bauer; Manfred Bauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Heizungsanlage für Gebäude wobei den Erdkollektoren (3,0), die als Flächenkollektor oder als Tiefenbohrung ausgestaltet sind, Wärmetauschereinheiten (4,0) vorgeschaltet sind, die die Wärme der Umgebungsluft aufnehmen und einer Wärmepumpe (1,0) mittels eines Wärmeträgers zuführen. Alternativ den Erdkollektoren (3,0), die als Flächenkollektor oder als Tiefenbohrung ausgestaltet sind, Wärmetauschereinheit en (4,0) vorgeschaltet sind, die die Wärme dem Wasser von stehenden oder fließenden Gewässern aufnehmen und einer Wärmepumpe (1,0) mittels eines Wärmeträgers zuführen.

Description

Stand der Technik
Bekannt sind die Systeme, die mit der Hilfe einer Wärmepumpe (1,0) Umgebungstemperaturen erhöhen oder senken können. So gibt es Systeme, die durch Umschalten der Anlage ihre Funktion umkehren können. Eine häufige Anwendung für die Beheizung von Wohnanlagen und sonstigen Gebäuden ist so gestaltet, dass sie der Umgebungsluft die Wärme entzieht und mittels eines Wärmeträgermediums in das Haus transportiert, wobei sie die Temperatur dieses Mediums erhöht und die Wärme an die Raumluft oder eine Flüssigkeit abgibt. Diese Flüssigkeit ist in der Regel Wasser, das in einer Heizanlage umgewälzt wird. Für andere Anlagen werden Bohrungen in den Boden eingebracht und Wasser aus dem Boden gepumpt, das in der Wärmepumpenanlage abgekühlt wird und anschließend in einem weiteren Schluckbrunnen dem Boden zurückgeführt.
Es gibt desweiteren Anlagen die die Wärme aus dem Boden entnehmen und dabei in ein Medium übernehmen, das in der Wärmepumpe gekühlt wird um eine niedere Temperatur dieses Mediums zu erreichen, dass es im Boden durch die erreichte Temperaturdifferenz wieder Wärme aufnehmen kann. Dieses Medium ist ein flüssiger oder gasförmiger Werkstoff, der bei den tiefen Temperaturen nicht gefriert. Dies wird oft durch Zugabe von Frostschutzmitteln erreicht.
Zudem gibt es Anlagen, die dem fließenden Wasser aus Flüssen oder Bächen, stehenden Gewässern oder dem Abwassersystem Wärme entnehmen.
Es gibt Mittel, die selbst bei den niedrigen Temperaturen im Boden in einen gasförmigen Zustand übergehen können und durch die Nutzung der Verdampfungswärme eine hohe Wärmeaufnahme ermöglichen. Jede dieser Anlagen hat ihren optimalen Einsatzbereich bei den verschiedenen Außentemperaturen oder Umweltbedingungen. Zudem ist bekannt, dass es bei einigen Bodenanlagen zum Einfrieren und somit zur Verschlechterung der Wärmepumpenanlage kam.
Kritik am Stand der Technik
Diese Anlagen nutzen nur eine Form der Umgebungswärme, die entweder der Luft, dem Wasser, dem Abwasser oder dem Boden entzogen wird. Bekannt ist, dass es für jede Anwendung optimale Umgebungs- oder Nutzungsfälle gibt. Deshalb werden oftmals mehrere Wärmepumpenanlagen (1,0) so miteinander verbunden, dass diese Anlagen die Wärme aus der Luft dann entnehmen, wenn sich hierfür die besseren Umweltbedingen anbieten, und wenn die Leistungen der anderen Systeme besser sind, werden diese Systeme eingeschaltet. Dieses Verfahren erfordert eine Anlage, die zwei oder gar mehrere Wärmepumpensysteme nebeneinander erfordert und damit hohe Anschaffungskosten verursacht.
Erfindungsgemäße Lösung
Die erfindungsgemäße Kombination von mindestens zwei Systemen zur Gewinnung von Wärme in einer Anlage führt zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe (1,0). Hierzu wird erfindungsgemäß der Wärmeträger in einem Wärmeträgerkreislauf (2,0), der herkömmlich in die Energiekollektoren geführt wird, eine weitere Wärmetauschereinheit (4,0) zur Nutzung der Wärme der Umgebungsluft, aus stehenden oder fließenden Gewässern, aus dem Abwassersystem, aus industriellen Prozessen, aus technischen Einrichtungen vor-, parallel- oder nachgeschaltet. So ist es auch möglich Sonnenkollektoren (6,0) und (7,0), die Wasser, Luft oder ein Wärmeträgermedium erwärmen, als Zusatzwärmequelle einzubeziehen. An besonders warmen Tagen kann die Wärmepumpenanlage zur Kühlung der Gebäude genutzt werden und die entstehende Überschusswärme durch die Energiekollektoren (3,0) in die Erde eingespeist werden.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
Wärmepumpenanlage mit Energiekollektor (3,0), dem zuschaltbare Wärmetauscher (4,0) vorgeschaltet sind, die mit Wasser oder Luft durchströmt werden (1) und die mit Ventilen (5,0) zugeschaltet werden können (2), wenn die Temperatur über dem Gefrierpunkt des Wassers liegt. Diese Wärmetauscher (4,0) wärmen den Wärmeträger vor dem Eintritt in den Energiekollektor bereits vor, so dass aus dem Boden eine geringere Wärmemenge entnommen werden muss. Diese Wärmetauscher können auch parallel zu den Energiekollektoren (3,0) geschaltet werden (3), wenn die Temperatur der Umgebungsluft eine höhere Soletemperatur erwirkt als die Energiekollektoren (3,0). Durch die Nutzung von Solarluftkollektoren (6,0) kann die Luft zusätzlich vorgewärmt werden, um die Wirkung der Wärmepumpenanlage zu erhöhen (4).
Desweiteren kann der Energiekollektor ausgeschaltet werden, wenn der Wärmeeintrag der Luftkollektoren ausreicht, um die Heizleistung sicherzustellen. Es ist möglich Wärme, die aus Gebäuden oder Gebäudeteilen zur Kühlung derer abgeführt werden muss, dem System zuzuführen.
Zur Optimierung der Wärmegewinnung ist es zweckmäßig, die vorrübergehend nicht genutzten Wärmesonden mit Ventilen (5,0) zu drosseln oder gar abzusperren.
Es ist auch möglich den Wärmetauschern mit Hilfe von einem oder mehreren Solarkollektoren (6,0) und (7,0) die Temperatur der Sole zusätzlich zu erhöhen (5).
Durch die Umkehr des Wärmeflusses lassen sich Gebäude oder Gebäudeteile gezielt kühlen.
Dies dient der Schonung des Bodens als Wärmequelle und verringert den Energiebedarf der Wärmepumpen (1,0) und der Umwälzpumpen (8,0).

Claims

Heizungsanlage für Gebäude, Strassen, Brücken, Start- und Landebahnen, Plätze, Freiflächen, Schienensysteme, Unterkünfte, behelfsmässige Nichtwohngebäude, freistehende selbständige Konstruktionen, Schacht- und Stollenbauten des Bergwerks, technische Einrichtungen und industrielle und handwerkliche Prozesse, dadurch gekennzeichnet, dass den Energiekollektoren (3,0), die als Flächenkollektor, Energiekorb, Energiepfeil oder als Tiefenbohrung ausgestaltet sind oder die Wärme des Wassers von stehenden oder fließenden Gewässern oder des Abwassers aufnehmen, Wärmetauschereinheiten (4,0) vor-, parallel- oder nachgeschaltet sind, die die Wärme der Umgebungsluft aufnehmen und einer Wärmepumpe (1,0) mittels eines Wärmeträgers zuführen.
Heizungsanlage für Gebäude, Strassen, Brücken, Start- und Landebahnen, Plätze, Freiflächen, Schienensysteme, Unterkünfte, behelfsmässige Nichtwohngebäude, freistehende selbständige Konstruktionen, Schacht- und Stollenbauten des Bergwerks, technische Einrichtungen und industrielle und handwerkliche Prozesse, dadurch gekennzeichnet, dass den Energiekollektoren (3,0), die als Flächenkollektor, Energiekorb, Energiepfeil oder als Tiefenbohrung ausgestaltet sind oder die Wärme des Wassers von stehenden oder fließenden Gewässern oder des Abwassers aufnehmen, Wärmetauschereinheiten (4,0) vor-, parallel- oder nachgeschaltet sind, die die Wärme des Wassers von stehenden oder fließenden Gewässern oder des Abwassers aufnehmen und einer Wärmepumpe (1,0) mittels eines Wärmeträgers zuführen.
Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Wärmetauschereinheiten durch Ventile (5,0) zugeschaltet werden können.
Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekollektoren durch Ventile (5,0) getrennt werden können und ein alleiniger Betrieb mit den zusätzlichen Wärmetauschereinheiten ermöglicht wird.
Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftwärmetauschereinheit (4,0) mit einem oder mehreren Solarkollektoren (6,0) verbunden sind, die die Luft im Zusatzwärmetauscher zusätzlich erwärmen.
Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Energiekollektoren ein oder mehrere Solarkollektoren (7,0) vor-, parallel- oder nachgeschaltet sind, die durch Ventile zugeschaltet werden können und die Sole zusätzlich erwärmen.
Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Energiekollektoren ein oder mehrere Wärmetauscher (4,0) zugeschaltet werden, die Wärme aus Gebäuden, Gebäudeteilen, Schienensystemen, Unterkünften, behelfsmässigen Nichtwohngebäuden, freistehenden selbständigen Konstruktionen, Schacht- und Stollenbauten des Bergwerks, technischen Einrichtungen und industriellen und handwerklichen Prozessen abführen, zugeschaltet sind, die durch Ventile zu- und abgeschaltet werden können und den Wärmeträger zusätzlich erwärmen.
Heizungsanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbezeichneten Anlagen nicht der Beheizung sondern dem Kühlen dienen.
Heizungsanlagen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbezeichneten Anlagen der Bereitstellung von erwärmtem Betriebs-, Brauch-, Nutz- oder Trinkwasser dienen.
Heizungsanlagen nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die bereitgestellte Wärme oder Kälte in ein Versorgungsnetz eingespeist wird.
Heizungsanlagen nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzlichen Wärmetauschereinheit ein oder mehrere Lüfter, Pumpen, Spiegel oder andere technische oder natürliche Einrichtungen zugeschaltet werden, die den Wärmeeintrag in die Wärmetauschereinheit erhöhen.