DE102016112071A1

DE102016112071A1 - Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage

Info

Publication number: DE102016112071A1
Application number: DE102016112071.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Vaupel; Bernd Hafner; Andreas Bühring
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumenanlage, wobei in einem ersten Betriebszustand mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer ersten, nach einem ersten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle (1) einer Wärmepumpe (3) zugeführt wird und wobei in einem zweiten Betriebszustand mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer zweiten, nach einem zweiten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle (2) der Wärmepumpe (3) zugeführt wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem dritten Betriebszustand zur Einstellung einer Mischtemperatur eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Wärmeträgermedien der ersten und zweiten Wärmequelle (1, 2) bewirkt und der Wärmepumpe (3) ein Mischtemperatur aufweisendes Wärmeträgermedium zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumenanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem

– in einem ersten Betriebszustand einer Wärmepumpenanlage mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer ersten, nach einem ersten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle (zum Beispiel: Solarabsorber) einer Wärmepumpe zugeführt wird und bei dem
– in einem zweiten Betriebszustand einer Wärmepumpenanlage mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer zweiten, nach einem zweiten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle (zum Beispiel: Erdkollektor oder Erdsonde) der Wärmepumpe zugeführt wird,

Es versteht sich dabei von selbst, dass sowohl beim oben beschriebenen Stand der Technik als auch bei der nachfolgend erläuterten erfindungsgemäßen Lösung grundsätzlich auch mehr als zwei Wärmequellen verfügbar sein können. Sind beispielsweise vier Wärmequellen verfügbar, so ergeben sich daraus beim Stand der Technik letztlich vier unterschiedliche Betriebszustände.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden, dass zu einer erhöhten Anlageneffizienz führt.
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass in einem dritten Betriebszustand zur Einstellung einer Mischtemperatur eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Wärmeträgermedien der ersten und zweiten Wärmequelle bewirkt und der Wärmepumpe ein Mischtemperatur aufweisendes Wärmeträgermedium zugeführt wird.
Mit anderen Worten ausgedrückt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass es einen zusätzlichen Betriebszustand gibt, bei dem ein Wärmeträgermedium mit einer Mischtemperatur erzeugt und dieses der Wärmepumpe zugeführt wird.
Je nach Aufbau der Wärmepumpenanlage kann dabei vorgesehen sein, dass die beiden Wärmequellen das gleiche Wärmeträgermedium verwenden und die Mischtemperatur dementsprechend einfach durch stoffliches Vermischen der beiden Medien erzeugt wird. Alternativ, und dies wird die Regel sein, kann aber auch vorgesehen sein, dass die Wärmeträgermedien der beiden Wärmequellen ihre Wärme mittels eines Wärmeübertragers an ein drittes Wärmeträgermedium übertragen, das dann der Wärmepumpe mit entsprechender Mischtemperatur zugeführt wird.
Wie eingangs bereit erläutert, können erfindungsgemäß dabei auch mehr als zwei Wärmequellen vorgesehen sein. Für die Erfindung bedeutet dies, dass es stets mindestens einen Betriebszustand mehr als Wärmequellen gibt, bei dem eine Mischtemperatur erzeugt wird, wobei die Mischtemperatur dabei wiederum mindestens aus den Temperaturen zweier Wärmequellen resultiert, letztlich selbstverständlich aber auch mehr als zwei Wärmequellen zur Erzeugung der Mischtemperatur herangezogen werden können.
Wie sich aus obigen Erläuterungen letztlich ergibt, führt die Einführung eines zusätzlichen Betriebszustandes, bei dem der Wärmepumpe ein Wärmeträgermedium mit einer Mischtemperatur zur Verfügung gestellt wird, dazu, dass der Wärmepumpe ein für ihren optimalen Betriebsbereich möglichst günstig temperiertes Wärmeträgermedium zur Verfügung gestellt werden kann. Dies führt, was nachfolgend noch genauer erläutert wird, zu einer Erhöhung der Anlageneffizienz.
Andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele genauer erläutert.
Es zeigt
1 ein Gebäude mit zwei Wärmequellen, nämlich einem Eisspeicher und einem Absorber;
2 ein Gebäude, bei dem das Grundwasser und ein Kollektor als Wärmequelle verwendet werden;
3 ein Gebäude, bei dem das Erdreich und eine thermisch gekühlte Photovoltaik-Anlage als Wärmequelle verwendet werden;
4 ein Gebäude, bei dem eine Erdsonde und ein Absorber als Wärmequelle verwendet werden;
5 ein Gebäude, bei dem eine Erdsonde und ein Luftwärmetauscher als Wärmequelle verwendet werden;
6 ein Gebäude, bei dem eine Erdsonde, ein Luftwärmetauscher und ein Absorber als Wärmequelle verwendet werden; und
7 ein Funktionsdiagramm für die Wahl des Betriebszustands zwischen einer sich stetig und einer sich langsam regenerierenden Wärmequelle.
Ausgangspunkt der erfindungsgemäßen Lösung ist ein an sich bekanntes Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumenanlage, bei dem in einem ersten Betriebszustand mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer ersten, nach einem ersten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle 1 einer Wärmepumpe 3 zugeführt wird und bei dem in einem zweiten Betriebszustand mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer zweiten, nach einem zweiten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle 2 der Wärmepumpe 3 zugeführt wird. In den 1 bis 6 sind dabei beispielhaft mögliche Konstellationen bezüglich verwendbarer Wärmequellen wie Eisspeicher, Absorber, Grundwasser, Kollektor, Erdreich, thermisch gekühlte Photovoltaik-Anlage, Erdsonde und Luft-Wärmetauscher dargestellt. Grundsätzlich kommen für die erfindungsgemäße Lösung alle Wärmequellen in Betracht, die ein für eine Wärmepumpenanlage geeignetes Temperaturniveau liefern können.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass in einem dritten Betriebszustand zur Einstellung einer Mischtemperatur eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Wärmeträgermedien der ersten und zweiten Wärmequelle 1, 2 bewirkt und der Wärmepumpe 3 ein Mischtemperatur aufweisendes Wärmeträgermedium zugeführt wird.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Mischtemperatur orientiert an einer für die Wärmepumpe 3 wärmequellenseitig optimalen Eingangstemperatur eingestellt wird.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass bei Verwendung unterschiedlicher Wärmeträgermedien die Mischtemperatur mit Hilfe eines Wärmeübertragers (Wärmetauschers) erzeugt wird. Alternativ kann bei Verwendung gleicher Wärmeträgermedien vorgesehen sein, dass die Mischtemperatur durch Vermischen der Wärmeträgermedien erzeugt wird.
In 7 ist anhand der Kombination zweier Wärmequellen, von denen sich eine stetig (also zum Beispiel ein Solarabsorber) und von denen sich eine langsam (also zum Beispiel ein Eisspeicher) regeneriert, dargestellt, wie das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem es letztlich darum geht, der Wärmepumpe stets die höchst mögliche Primäreingangstemperatur zur Verfügung zu stellen, funktioniert:
Können beispielsweise beide Wärmequellen 1, 2 lediglich eine Temperatur von –5°C liefern (siehe P1 in 7), wird der Wärmepumpenanlage ausschließlich die Wärme der zweiten Wärmequelle 2 zugeführt.
Liefert dagegen die zweite Wärmequelle 2 sogar lediglich eine Temperatur von –9°C, die erste Wärmequelle 1 dagegen aber immerhin –5°C (siehe P2 in 7), so wird der Wärmepumenanlage ausschließlich die Wärme der ersten Wärmequelle 1 zugeführt.
Kann dagegen die zweite Wärmequelle 2 eine Temperatur von 7°C liefern, die erste Wärmequelle 1 dagegen nur 0°C (siehe P3 in 7), so wird der Wärmepumenanlage ausschließlich die Wärme der zweiten Wärmequelle 2 zugeführt.
Der erfindungsgemäße dritte Betriebszustand, bei dem der Wärmepumenanlage Wärme aus beiden Wärmequellen zugeführt wird, findet gemäß 7 zum Beispiel dann statt, wenn die erste Wärmequelle 1 eine Temperatur von 0°C und die zweite Wärmequelle 2 eine Temperatur von 2°C liefert (siehe P4 in 7).
Außerdem wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel stets gemischt, wenn die erste Wärmequelle 1 eine Temperatur zwischen 20°C und 25°C und die zweite Wärmequelle 2 eine Temperatur zwischen –10°C und 15°C liefert (siehe zum Beispiel P5 in 7).
Die genaue Festlegung, wann nur die eine Wärmequelle herangezogen wird, wann nur die andere Wärmequelle herangezogen wird oder wann die verfügbaren Wärmen gemischt verwendet werden, wird orientiert an den verwendeten Wärmequellen entsprechend festgelegt (vergleiche 7) und in einer entsprechenden Regelung der Wärmepumenanlage hinterlegt.
Bezugszeichenliste

1: erste Wärmequelle
2: zweite Wärmequelle
3: Wärmepumpe

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumenanlage, wobei in einem ersten Betriebszustand mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer ersten, nach einem ersten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle (1) einer Wärmepumpe (3) zugeführt wird und wobei in einem zweiten Betriebszustand mittels eines Wärmeträgermediums Wärme einer zweiten, nach einem zweiten Funktionsprinzip Wärme bereitstellenden Wärmequelle (2) der Wärmepumpe (3) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebszustand zur Einstellung einer Mischtemperatur eine Wärmeübertragung zwischen den beiden Wärmeträgermedien der ersten und zweiten Wärmequelle (1, 2) bewirkt und der Wärmepumpe (3) ein Mischtemperatur aufweisendes Wärmeträgermedium zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischtemperatur orientiert an einer für die Wärmepumpe (3) wärmequellenseitig optimalen Eingangstemperatur eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung unterschiedlicher Wärmeträgermedien die Mischtemperatur mit Hilfe eines Wärmeübertragers erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung gleicher Wärmeträgermedien die Mischtemperatur durch Vermischen der Wärmeträgermedien erzeugt wird.