DE102022109795A1

DE102022109795A1 - Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE102022109795A1
Application number: DE102022109795.1A
Authority: DE
Inventors: Julian Kruck
Original assignee: Ratiotherm & Co Kg GmbH
Current assignee: Ratiotherm & Co Kg GmbH
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2023-10-26
Also published as: EP4265981A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer Wärmepumpe, wobei die Wärmepumpe einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren und als Heiz- und/oder Kühlkreislauf ausgebildeten Fluidkreislauf (1) aufweist, wobei der Fluidkreislauf (1) einen Verdichter (3), einen ersten Wärmetauscher (5), einen zweiten Wärmetauscher (7) und eine Drosseleinheit (11) aufweist, die über Fluidverbindungen strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei eine Steuer- und/oder Regeleinheit (41) vorgesehen ist, mittels der der Fluidkreislauf (1) steuerbar ist. Erfindungsgemäß weist die Drosseleinheit (11) wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Expansionsventile (13, 15) auf, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind und die, gesteuert mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (41), einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer Wärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Gebäude nach dem Oberbegriff des Anspruchs 21. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Gebäudeheizung und/oder -kühlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 22.
Bei einer beispielhaften Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer Wärmepumpe, ist die Wärmepumpe in einem Gebäude verbaut oder an dieses angebunden. Die Wärmepumpe weist einen geschlossenen Fluidkreislauf auf. Im Betrieb der Wärmepumpe zirkuliert ein Arbeitsmedium in dem Fluidkreislauf, der je nach Anwendungsfall als Heiz- und/oder Kühlkreislauf betreibbar ist. In den Fluidkreislauf sind ein Verdichter, zwei Wärmeüberträger und eine Drosseleinheit eingebunden, die ein Expansionsventil aufweist. Mit dem Expansionsventil wird der Zustrom des Arbeitsmediums zum Verdichter geregelt, so dass der Verdichter stets mit einer ausreichenden Menge an Arbeitsmedium beschickt wird und sichergestellt ist, dass nur gasförmiges Kältemittel den Verdichter erreicht. In dem Expansionsventil ist eine Düse mit einer Düsenöffnung angeordnet. Die Düsenöffnung kann geschlossen und/oder um einen bestimmten Wert - den Ist-Öffnungsgrad - geöffnet sein, so dass das Arbeitsmedium durch das Expansionsventil hindurchströmen kann.
Je nach Durchmesser der Düsenöffnung - dem Düsendurchmesser - ergibt sich strömungsbedingt ein Nenn- Öffnungsgradbereich der Düsenöffnung, in dem das Expansionsventil effizient betreibbar ist. Nachteilig daran ist, dass das Expansionsventil in einem vom optimalen Betriebszustand der Wärmepumpe abweichenden Betriebszustand in einen Ist-Öffnungsgrad verstellt werden muss, der außerhalb des Nenn-Öffnungsbereiches liegt und in dem das Expansionsventil ineffizient arbeitet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer in ihrer Effizienz gesteigerten Wärmepumpe bereitzustellen. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung ist, ein Gebäude, insbesondere ein Wohngebäude, mit einer derartigen Gebäudeheizung und/oder -kühlung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Gebäudeheizung und/oder -kühlung effizienter betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 1 ist eine Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer Wärmepumpe vorgesehen, wobei die Wärmepumpe einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren und als Heiz- und/oder Kühlkreislauf ausgebildeten Fluidkreislauf aufweist. Dieser Fluidkreislauf weist einen Verdichter, einen ersten Wärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher und eine Drosseleinheit auf, die über Fluidverbindungen strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Diese Aufzählung ist nicht abschließend zu verstehen, selbstverständlich können noch andere oder mehr Bauteile im Fluidkreislauf vorhanden sein. Ferner ist eine Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen, mittels der der Fluidkreislauf steuer- bzw. regelbar ist (nachstehend wird der Einfachheit halber nur noch von „Steuern“ gesprochen, auch wenn damit ein „Regeln“ gemeint ist bzw. gemeint sein kann). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Drosseleinheit wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Expansionsventile aufweist, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind und die, gesteuert mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit, einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind.
Der erste Wärmetauscher kann als erster Wärmeüberträger und der zweite Wärmetauscher kann als zweiter Wärmeüberträger ausgebildet sein. Der erste Wärmetauscher kann als erster Wärmeüberträger bezeichnet werden und der zweite Wärmetauscher kann als zweiter Wärmeüberträger bezeichnet werden.
Das heißt mit anderen Worten, dass die Drosseleinheit mehrere parallel geschaltete Expansionsventile aufweist, die je nach Auslegung des Fluidkreislaufs paar- bzw. gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit zueinander in einer Parallelschaltung angeordnet sein können.
Im Vergleich zu bisher bekannten Wärmepumpen sind in der Drosseleinheit somit wenigstens zwei Expansionsventile in einer hydraulischen Parallelschaltung zusammengefasst, wodurch die Drosseleinheit so eingestellt werden kann, dass, zum Beispiel bezogen auf den Fall zweier Expansionsventile, das Arbeitsmedium nur durch ein erstes Expansionsventil oder nur durch ein zweites Expansionsventil oder durch beide Expansionsventile strömt. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmepumpe auch bei unterschiedlichen, vorzugsweise sich ändernden, Quelltemperaturen effizient betrieben werden kann.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel können die mehreren Expansionsventile zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher angeordnet sein. Dadurch, dass die Expansionsventile jeweils zwischen den Wärmetauschern in den Fluidkreislauf eingebunden sind, tragen die Expansionsventile in vorteilhafter Weise dazu bei, das unter Druck stehende Arbeitsmedium zu entspannen und abzukühlen.
Beispielhaft können genau zwei Expansionsventile, vorzugsweise das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil, vorgesehen sein. Es kann eine erste Fluidverbindung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem ersten Expansionsventil bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Fluidverbindung kann zwischen dem ersten Expansionsventil und dem zweiten Wärmetauscher bestehen. Im Reparaturfall ist es daher ausreichend, nur das erste Expansionsventil zu tauschen, wobei die erste und die zweite Fluidverbindung wieder verwendet werden können. Die Fluidverbindungen können auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel kann eine Bypass-Fluidverbindung zwischen der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung vorgesehen sein, die das erste Expansionsventil überbrückt. Das zweite Expansionsventil kann strömungstechnisch in die Bypass-Fluidverbindung eingebunden sein. Dadurch, dass die Bypass-Fluidverbindung zusätzlich zu der ersten Fluidverbindung und zusätzlich zu der zweiten Fluidverbindung vorgesehen ist, sind an der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung nur geringfügige Änderung nötig, um die Bypass-Fluidverbindung bei einem bestehenden Fluidkreislauf zu ergänzen.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Bypass-Fluidverbindung einen ersten Bypass-Fluidverbindungsabschnitt und einen zweiten Bypass-Fluidverbindungsabschnitt aufweisen. Der erste Bypass-Fluidverbindungsabschnitt kann eine strömungstechnische Verbindung zwischen der ersten Fluidverbindung und dem zweiten Expansionsventil bereitstellen. Der zweite Bypass-Fluidverbindungsabschnitt kann eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem zweiten Expansionsventil und der zweiten Fluidverbindung bereitstellen. Dadurch, dass die Bypass-Fluidverbindung in die Bypass-Fluidverbindungsabschnitte unterteilt ist, kann zwischen den Bypass-Fluidverbindungsabschnitten mit geringem Montageaufwand ein handelsübliches Expansionsventil eingesetzt werden. Ein mechanisches Trennen der Bypass-Fluidverbindung ist hierfür nicht notwendig.
Bevorzugt können das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil Gleichteile sein. Vorzugsweise können das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausgestaltung und/oder hinsichtlich ihrer Auslegungsparameter gleich ausgebildet sein. Für die Montage der Drosseleinheit sind somit im Hinblick auf einen geringen Logistikaufwand nur baugleiche Expansionsventile vorzuhalten.
Alternativ können das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil unterschiedlich ausgebildet sein, vorzugsweise hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausgestaltung und/oder hinsichtlich ihrer Auslegungsparameter ungleich ausgebildet sind. Dadurch, dass sich die Expansionsventile konstruktiv unterscheiden, weist auch jedes Expansionsventil einen anderen Nenn-Öffnungsgradbereich auf, in dem es besonders strömungsgünstig von dem Arbeitsmedium durchströmbar ist. In Abhängigkeit des Betriebszustandes der Wärmepumpe kann dann das für diesen Betriebszustand am besten geeignete Expansionsventil eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt kann bei wenigstens einem der parallel geschalteten Expansionsventile ein Ist-Öffnungsgrad einstellbar sein, vorzugsweise im Falle zweier parallel geschalteter Expansionsventile bei dem ersten Expansionsventil oder bei dem zweiten Expansionsventil oder bei beiden Expansionsventilen ein Ist-Öffnungsgrad, vorzugsweise des Expansionsventils, einstellbar sein. Die parallel geschalteten Expansionsventile können so auf definierte Werte - den Ist-Öffnungsgraden - geöffnet werden. In vorteilhafter Weise ist daher eine exakte und wiederholgenaue Einstellung eines Durchflusses an Arbeitsmedium durch die Expansionsventile ermöglicht.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Ist-Öffnungsgrad bei mehreren der parallel geschalteten Expansionsventile einstellbar sein, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Ist-Öffnungsgrade der Expansionsventile unabhängig voneinander einstellbar sind. Im Vergleich zu miteinander gekoppelten und nur gemeinsam einstellbaren Expansionsventilen, ist es außerdem möglich, auch nur eines der Expansionsventile zu öffnen und das andere gezielt geschlossen zu halten. In vorteilhafter Weise kann damit das Wirkungsgradpotential eines jeden Expansionsventils optimal genutzt werden.
Bevorzugt kann der Ist-Öffnungsgrad in einem für das jeweilige Expansionsventil spezifischen Nenn-Öffnungsgradbereich liegen. Somit kann jedes Expansionsventil in einem für das jeweilige Expansionsventil strömungsgünstigen Bereich betrieben werden.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel können die parallel geschalteten Expansionsventile jeweils eine Düse mit einer, vorzugsweise kreisrunden, Düsenöffnung mit einem Düsendurchmesser aufweisen, wobei die parallel geschalteten Expansionsventile einen gleichen oder unterschiedlichen Düsendurchmesser aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass im Falle zweier Expansionsventile das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil, jeweils eine Düse mit einer, vorzugsweise kreisrunden, Düsenöffnung aufweist und der Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung gleich oder unterschiedlich zu dem Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung ist. Kreisrunde Düsenöffnungen sind im Vergleich zu geometrisch komplexeren Düsenöffnungen kostengünstiger herstellbar. So ist beispielsweise eine kreisrunde Düsenöffnung kostengünstig unter Einsatz eines preiswerten Spiralbohrers herstellbar.
Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel kann sich der Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von dem Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung unterscheiden. Die unterschiedlichen Düsenöffnungen sind beim Hersteller der Expansionsventile mit geringem Herstellungsaufwand realisierbar. So sind beispielsweise lediglich Bohrer mit unterschiedlichen Bohrer-Durchmessern ausreichend, um Expansionsventile mit unterschiedlichen Nenn-Öffnungsgradbereichen herstellen zu können. Die senkt in vorteilhafter Weise die Herstellkosten der Expansionsventile. Zusätzlich kann jeder Düsenöffnung eine Düsennadel oder ein Düsenstößel zugeordnet sein, der an den jeweiligen Düsendurchmesser angepasst ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung und/oder der Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung herstellungsbedingt vorgegeben sein, das heißt vorzugsweise ohne mechanische Bearbeitung der Düse nicht veränderbar sein. Dadurch haben die Expansionsventile nur eine geringe Anzahl an beweglichen Teilen, wodurch in vorteilhafter Weise die Ausfallsicherheit erhöht ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm liegen, wobei der Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung vorzugsweise 1,65 mm beträgt. Der Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung kann in einem Bereich von 3 mm bis 3,5 mm liegen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung 3,2 mm beträgt. Diese Düsendurchmesser ermöglichen einen besonders effizienten Betrieb der Wärmepumpe, insbesondere im Bereich gängiger Quelltemperaturen.
Bevorzugt kann wenigstens eines der parallel geschalteten Expansionsventile derart ausgebildet sein, dass die Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer Düsennadel freigebbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, das erste Expansionsventil derart ausgebildet sein, dass die erste Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer ersten Düsennadel freigebbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Expansionsventil derart ausgebildet sein, dass die zweite Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer zweiten Düsennadel freigebbar ist. Die Durchflussmenge an Arbeitsmedium ist somit in feinen Abstufungen einstellbar. Dies hat den Vorteil, dass der Ist-Öffnungsgrad der Expansionsventile schnell und vor allem exakt an sich ändere Betriebszustände der Wärmepumpe angepasst werden kann.
Beispielhaft kann der Verdichter mechanisch, bevorzugt über eine Verdichter-Welle, mit einem drehzahlregelbaren Verdichter-Antriebsmotor verbunden sein. Der Verdichter-Antriebsmotor kann in Signalverbindung mit einem Frequenzumrichter stehen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Frequenzumrichter dazu ausgebildet ist, den Verdichter-Antriebsmotor mit einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen, vordefinierten Frequenzen zu versorgen. Jeder vordefinierten Frequenz ist eine Verdichter-Drehzahl zugeordnet. Die Drehzahl des Verdichter-Antriebsmotors kann somit reinelektrisch auf den jeweiligen, momentan vorliegenden Betriebszustand der Wärmepumpe angepasst werden. Die Leistung der Wärmepumpe ist somit bedarfsgerecht einstellbar, wodurch insbesondere in Zeiten niedriger Leistungsanforderung an die Wärmepumpe im Vergleich zu einem Verdichter-Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl Energie gespart wird.
Bevorzugt kann in den Fluidkreislauf ein Umkehrventil eingebunden sein, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Umkehrventil durch ein 4-Wege-Umkehrventil gebildet ist. Mit dem Umkehrventil kann die Zirkulationsrichtung im Fluidkreislauf umgedreht werden. Der Fluidkreislauf ist somit flexibel einsetzbar, und zwar je nach Zirkulationsrichtung sowohl als Kühlkreislauf als auch als Heizkreislauf.
Besonders bevorzugt kann eine dritte Fluidverbindung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Umkehrventil bestehen und/oder eine vierte Fluidverbindung zwischen dem Umkehrventil und dem zweiten Wärmetauscher bestehen und/oder eine fünfte Fluidverbindung zwischen einer Ausgangsseite des Verdichters und dem Umkehrventil bestehen und/oder eine sechste Fluidverbindung zwischen dem Umkehrventil und einer Eingangsseite des Verdichters bestehen. Mit diesen Fluidverbindungen ist gewährleistet, dass das Arbeitsmedium den Fluidkreislauf verlustarm durchströmen kann.
Bei einer konkreten Ausführungsform kann der erste Wärmetauscher als Platten-Wärmetauscher oder als Rippenrohr-Wärmetauscher ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch der zweite Wärmetauscher als Platten-Wärmetauscher oder als Rippenrohr-Wärmetauscher ausgebildet sein. Diese Arten von Wärmetauschern weisen eine große Oberfläche auf, wodurch in vorteilhafter Weise ein hoher Wärmestrom übertragbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Wärmepumpe als eine Sole/Wasser-Wärmepumpe oder eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Wärmepumpe als Kompressionswärmepumpe ausgebildet, wobei die Wärmepumpe besonders bevorzugt als Hochdruck-Kompressionswärmepumpe ausgebildet sein kann. Je nach Ausgestaltung der Wärmepumpe sind unterschiedliche Energiequellen nutzbar, wie beispielweise warmes Wasser aus einem Industrieprozess bei der Wasser/Wasser-Wärmepumpe. Die Gesamtenergiebilanz des Industrieprozesses kann verbessert werden, indem die Abwärme nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird, sondern mittels der Wärmepumpe beispielsweise zur Erwärmung von Trinkwasser genutzt wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der erste Wärmetauscher thermisch an einen Eingangs-Kreislauf gekoppelt sein. Vorzugsweise ist eine Wärmeübertragung zwischen dem im Fluidkreislauf zirkulierenden Arbeitsmedium und einem in dem Eingangskreislauf zirkulierenden Eingangs-Fluid ermöglicht. Das Eingangs-Fluid kann somit Wärme an das Arbeitsmedium abgeben. Dies hat den Vorteil, dass das Arbeitsmedium in der Wärmepumpe bereits vorgewärmt ist und der Energieaufwand der Wärmepumpe dadurch niedrig bleibt.
Bevorzugt kann eine Mindest-Quelltemperatur des Eingangs-Fluids in einem Bereich von -20°C bis +20°C, vorzugsweise in einem Bereich von -10°C bis +15°C liegen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Mindest-Quelltemperatur -10°C, -5°C, +5°C oder +15°C beträgt. Eine Maximal-Quelltemperatur des Eingangs-Fluids kann in einem Bereich von -10°C bis +30°C, vorzugsweise in einem Bereich von -5°C bis +25°C liegen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Maximal-Quelltemperatur-5°C, +5°C, +15°C oder +25°C beträgt. Die Mindest-Quelltemperatur kann also stark variieren, wobei mittels der beiden Expansionsventile die Wärmepumpe an die jeweils aktuell vorherrschende Mindest-Quelltemperatur anpassbar ist. Die Wärmepumpe kann also bei unterschiedlichen Mindest-Quelltemperaturen gleichermaßen auf hohem Niveau effizient betreiben werden.
Bevorzugt kann der Eingangs-Kreislauf durch einen Fernwärme-Kreislauf gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Prozesswärme aus einem industriellen Prozess nicht ungenutzt verloren geht, sondern dass damit beispielsweise Trinkwasser erwärmt oder ein Gebäude mittels der Gebäudeheizung und/oder -kühlung beheizt werden kann.
Besonders bevorzugt kann der zweite Wärmetauscher thermisch an einen Ausgangs-Kreislauf gekoppelt sein, so dass vorzugsweise eine Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium im Fluidkreislauf und einem in dem Ausgangs-Kreislauf zirkulierenden Ausgangs-Fluid ermöglicht sein kann. Über den Ausgangs-Kreislauf kann das Arbeitsmedium Wärme abgeben, so dass mittels des Fluidkreislaufes eine effiziente und dauerhafte Wärmeübertragung vom Eingangs-Kreislauf zum Ausgangs-Kreislauf ermöglicht ist.
Beispielhaft kann der Ausgangs-Kreislauf durch einen Heiz-Kreislauf der Gebäudeheizung und/oder-kühlung gebildet sein. Dadurch dass der Ausgangs-Kreislauf ein Heiz-Kreislauf der Gebäudeheizung und/oder -kühlung ist, kann der Primärenergieaufwand zum Heizen des Gebäudes gesenkt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann bei einer Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm die Mindest-Quelltemperatur bei -10°C und die Maximal-Quelltemperatur bei -5°C liegen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann bei einer Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich zwischen 3 mm und 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei -5°C und die Maximal-Quelltemperatur bei +5°C liegen.
Beispielhaft kann bei einer Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm und bei einem Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich von 3 mm bis 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei +5°C und die Maximal-Quelltemperatur bei -15°C liegen.
Bevorzugt kann bei der Hälfte der Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm die Mindest-Quelltemperatur bei -10°C und die Maximal-Quelltemperatur bei -5°C liegen.
Besonders bevorzugt kann bei der Hälfte der Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich zwischen 3 mm und 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei +5°C und die Maximal-Quelltemperatur bei +15°C liegen.
Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel kann bei der Hälfte der Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm und bei einem Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich von 3 mm bis 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei +15°C und die Maximal-Quelltemperatur bei +25°C liegen.
Die angegebenen Düsendurchmesser der Düsenöffnungen und die Angaben der Mindest- und Maximal-Quelltemperaturen haben sich als besonders vorteilhaft und effizient für den Betrieb der Wärmepumpe herausgestellt.
Erfindungsgemäß ist auch ein Gebäude, vorzugsweise ein Wohngebäude, welches eine Gebäudeheizung- und/oder kühlung nach zumindest einem der vorbeschriebenen Aspekte aufweist.
Ferner ist ein Verfahren zum Betreiben einer Gebäudeheizung und/oder - kühlung, vorzugsweise einer Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorbeschriebenen Aspekte, die einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren und als Heiz- und/oder Kühlkreislauf ausgebildeten Fluidkreislauf aufweist. Der Fluidkreislauf weist einen Verdichter, einen ersten Wärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher und eine Drosseleinheit auf, die über die Fluidverbindungen strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Zusätzlich ist eine Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen, mittels der der Fluidkreislauf steuerbar ist. Diese Aufzählung ist nicht abschließend zu verstehen, selbstverständlich können noch andere oder mehr Bauteile im Fluidkreislauf vorhanden sein. Ferner ist eine Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen, mittels der der Fluidkreislauf steuer- bzw. regelbar ist (nachstehend wird der Einfachheit halber nur noch von „Steuern“ gesprochen, auch wenn damit ein „Regeln“ gemeint ist bzw. gemeint sein kann). Erfindungsgemäß weist die Drosseleinheit wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Expansionsventile auf, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind und die, gesteuert mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit, einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit von dem Arbeitsmedium durchströmt werden.
Im Vergleich zu bisher bekannten Wärmepumpen sind in der Drosseleinheit somit zwei Expansionsventile in einer hydraulischen Parallelschaltung zusammengefasst. Die Drosseleinheit kann so eingestellt werden, dass das Arbeitsmedium nur durch das erste Expansionsventil oder nur durch das zweite Expansionsventil oder durch beide Expansionsventile hindurchströmt. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmepumpe bei unterschiedlichen, vorzugsweise sich ändernden, Quelltemperaturen effizient betrieben werden kann.
Bevorzugt kann der Verdichter-Antriebsmotor mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit in seiner Verdichter-Drehzahl steuer- und/oder regelbar sein.
Vorzugsweise wird die Verdichter-Drehzahl an eine an die Wärmepumpe gestellte Leistungsanforderung angepasst. Bei Wärmepumpen mit Verdichter-Antriebsmotor mit unveränderlicher Drehzahl wird bei einer geringen Leistungsanforderung an die Wärmepumpe die Wärmepumpe im Taktbetrieb betrieben. Dabei wird die Wärmepumpe in vordefinierten Zeitabständen für vordefinierte Zeitabschnitt bei voller Leistung betrieben, wohingegen zwischen den vordefinierten Zeitabschnitten die Wärmepumpe nicht in Betrieb ist. Insbesondere im Teillastbereich kann die Wärmeabgabe der Wärmepumpe erfindungsgemäß durch Anpassung der Drehzahl des Verdichter-Antriebsmotors gesteuert werden. Dies führt insbesondere im Teillastbereich zu einer Energieeinsparung.
Besonders bevorzugt kann die erste Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium mittels der Regel- und/oder Steuereinheit in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer ersten Düsennadel freigegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium mittels der Regel- und/oder Steuereinheit in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer zweiten Düsennadel freigegeben werden. Die Durchflussmenge an Arbeitsmedium ist somit in kleinen Stufen einstellbar. Dies hat den Vorteil, dass der Ist-Öffnungsgrad der Expansionsventile schnell und vor allem exakt an sich ändere Betriebszustände der Wärmepumpe angepasst werden kann.
Beispielhaft können die Düsenöffnungen der Expansionsventile mittels der Regel- und/oder Steuereinheit unabhängig voneinander und/oder gemeinsam freigegeben werden. Im Vergleich zu miteinander gekoppelten und nur gemeinsam einstellbaren Expansionsventilen, ist es möglich, auch nur eines der Expansionsventile zu öffnen und das andere gezielt geschlossen zu halten. In vorteilhafter Weise kann damit das Wirkungsgradpotential eines jeden Expansionsventils optimal genutzt werden.
Besonders bevorzugt können die Fluidverbindungen, die Bypass-Fluidverbindung und die Bypass-Fluidverbindungsabschnitte jeweils durch Schläuche oder Leitungen gebildet sein.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figurenbeschreibung beispielhaft näher beschrieben.
Es zeigen:

1 in einer rein schematischen Darstellung ein Schaltbild eines Fluidkreislaufes einer Wärmepumpe; und
2 in einem Schaltbild den Fluidkreislauf gemäß der 1 eingesetzt in einer Wärmepumpe gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel.

In der 1 ist ein Schaltbild dargestellt, welches den prinzipiellen Aufbau eines Fluidkreislaufes 1 in einer Wärmepumpe veranschaulicht, die in einem Heiz- und einem Kühlmodus betreibbar ist. Der Fluidkreislauf 1 ist als ein geschlossener Fluidkreislauf ausgebildet, in dem ein Arbeitsmedium zirkuliert, wie bspw. ein Kältemittel.
Als Teile des Fluidkreislaufes 1 sind in den Fluidkreislauf ein Verdichter 3, ein erster und als Plattenwärmetauscher ausgebildeter Wärmetauscher 5, ein zweiter und als Plattenwärmetauscher ausgebildeter Wärmetauscher 7, ein als 4-Wege-Umkehrventil ausgebildetes Umkehrventil 9 und eine Drosseleinheit 11 eingebunden. Die Drosseleinheit 11 weist ein erstes Expansionsventil 13 und ein zweites Expansionsventil 15 auf.
Zusätzlich weist der Fluidkreislauf 1 mehrere Fluidverbindungen auf. Eine erste Fluidverbindung 17 verbindet den ersten Wärmetauscher 5 strömungstechnisch mit dem ersten Expansionsventil 13 und dem zweiten Expansionsventil 15. Über eine zweite Fluidverbindung 19 stehen sowohl das erste Expansionsventil 13 als auch das zweite Expansionsventil 15 in Strömungsverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher 7. Sowohl das erste Expansionsventil 13 als auch das zweite Expansionsventil 15 ist strömungstechnisch zwischen dem ersten Wärmetauscher 5 und dem zweiten Wärmetauscher 7 angeordnet. Eine dritte Fluidverbindung 21 besteht zwischen dem ersten Wärmetauscher 5 und dem Umkehrventil 9. Eine vierte Fluidverbindung 23 besteht zwischen dem Umkehrventil 9 und dem zweiten Wärmetauscher 7. Zwischen einem Ausgangsanschluss des Verdichters 3 und dem Umkehrventil 9 besteht eine fünfte Fluidverbindung 25. Zwischen dem Umkehrventil 9 und einem Eingangsanschluss des Verdichters 3 besteht eine sechste Fluidverbindung 27.
Als Bypass um das erste Expansionsventil 13 herumführend ist eine Bypass-Fluidverbindung 29 vorgesehen, die in Strömungsverbindung mit der ersten Fluidverbindung 17 und in Strömungsverbindung mit der zweiten Fluidverbindung 19 ist. In die Bypass-Fluidverbindung 29 ist das zweite Expansionsventil 15 strömungstechnisch eingebunden, so dass das erste Expansionsventil 13 und das zweite Expansionsventil 15 in einer Parallelschaltung angeordnet und/oder zueinander parallelgeschaltet sind. Die Bypass-Fluidverbindung 29 weist einen ersten Bypass-Fluidverbindungsabschnitt 29a und einen zweiten Bypass-Fluidverbindungsabschnitt 29b auf. Der erste Bypass-Fluidverbindungsabschnitt 29a stellt eine strömungstechnische Verbindung zwischen der ersten Fluidverbindung 17 und dem zweiten Expansionsventil 15 bereit. Der zweite Bypass-Fluidverbindungsabschnitt 29b stellt eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem zweiten Expansionsventil 15 und der zweiten Fluidverbindung 19 bereit. Die Fluidverbindungen 17, 19, 21, 23, 25, 27 und die Bypass-Fluidverbindung 29 bzw. die Bypass-Fluidverbindungsabschnitte 29a, 29b können jeweils als Fluidleitung ausgebildet sein.
Das Umkehrventil 9 ist strömungstechnisch zwischen dem Verdichter 3 und dem ersten Wärmetauscher 5 sowie strömungstechnisch zwischen dem Verdichter 3 und dem zweiten Wärmetauscher 7 eingebunden. Je nach Stellung des in zwei Schaltstellungen schaltbaren Umkehrventils 9 ist der Fluidkreislauf 1 als Heiz- oder als Kühlkreislauf ausgebildet, so dass die Wärmepumpe im Heiz- oder im Kühlmodus betreibbar ist.
In einer ersten Schaltstellung des Umkehrventils 9 ist der Fluidkreislauf 1 als Heizkreislauf ausgebildet und die Wärmepumpe wird im Heizmodus betrieben. Das Arbeitsmedium im Fluidkreislauf 1 strömt ausgehend vom zweiten Wärmetauscher 7 über die in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 in Richtung des ersten Wärmetauschers 5. Dabei ist ein Eingangskreislauf 31 durch den ersten Wärmetauscher 5 hindurch geschleift. Ein im Eingangskreislauf 31 zirkulierendes Eingangs-Fluid gibt im ersten Wärmetauscher 5 mittels Wärmeübertragung Wärme an das im Fluidkreislauf 1 zirkulierende Arbeitsmedium ab. Ein Ausgangskreislauf 33 ist durch den zweiten Wärmetauscher 7 hindurch geschleift. Das im Fluidkreislauf 1 zirkulierende Arbeitsmedium gibt im zweiten Wärmetauscher 7 mittels Wärmeübertragung Wärme an ein im Ausgangskreislauf 33 zirkulierendes Ausgangs-Fluid ab. Im Heizmodus wirkt der erste Wärmetauscher 5 als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher 7 als Verflüssiger.
In einer zweiten Schaltstellung des Umkehrventils 9 ist der Fluidkreislauf 1 als Kühlkreislauf ausgebildet und die Wärmepumpe wird im Kühlmodus betrieben. Das Arbeitsmedium im Fluidkreislauf 1 strömt ausgehend vom ersten Wärmetauscher 5 über die in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 in Richtung des zweiten Wärmetauschers 7. Dabei ist der Eingangskreislauf 31 durch den ersten Wärmetauscher 5 hindurch geschleift. Das im Eingangskreislauf 31 zirkulierende Eingangs-Fluid nimmt im ersten Wärmetauscher 5 mittels Wärmeübertragung Wärme von dem im Fluidkreislauf 1 zirkulierenden Arbeitsmedium auf. Der Ausgangskreislauf 33 ist durch den zweiten Wärmetauscher 7 hindurch geschleift. Das im Fluidkreislauf 1 zirkulierende Arbeitsmedium nimmt im zweiten Wärmetauscher 7 mittels Wärmeübertragung Wärme von dem im Ausgangskreislauf 33 zirkulierenden Ausgangs-Fluid auf. Im Kühlmodus wirkt der erste Wärmetauscher 5 als Verflüssiger und der zweite Wärmetauscher 7 als Verdampfer.
Der Verdichter 3 ist über eine Verdichter-Welle 35 mit einem Verdichter-Antriebsmotor 37 mechanisch verbunden. Der Verdichter-Antriebsmotor 37 ist in seiner Verdichter-Drehzahl steuer- bzw. regelbar und ist zu diesem Zweck in Signalverbindung mit einem Frequenzwandler 39. Über den Frequenzwandler 39 wird der Verdichter-Antriebsmotor 37 mit elektrischer Spannung versorgt, so dass der Verdichter 3 angetrieben wird. Eine Soll-Drehzahl des Verdichter-Antriebsmotors 37 kann dabei dadurch gesteuert oder geregelt werden, dass der Verdichter-Antriebsmotor 37 von dem Frequenzwandler 39 mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, die eine zur Soll-Drehzahl korrespondierende Frequenz aufweist. Mittels des angetriebenen Verdichters 3 wird das Arbeitsmedium in dem Fluidkreislauf 1 in Zirkulation versetzt.
Da der Verdichter 3 mit unterschiedlichen Verdichter-Drehzahlen betreibbar ist, kann die Verdichter-Drehzahl bedarfsgerecht an die Leistungsanforderung an die Wärmepumpe angepasst werden. In Abhängigkeit der Verdichter-Drehzahl werden die in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 von einer mit den Expansionsventilen 13, 15 in Signalverbindung stehenden Steuer- und/oder Regeleinheit 41 angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, dass der Verdichter 3 für den Betrieb der Wärmepumpe stets mit einer ausreichenden bzw. einer optimalen Menge an Arbeitsmedium beschickt wird. Insbesondere ist sichergestellt, dass nur gasförmiges Kältemittel den Verdichter 3 erreicht. Die Aufgabe der in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 besteht somit nicht nur darin, heißes und unter Druck stehendes Arbeitsmedium zu entspannen und dadurch den Druck und die Temperatur des Arbeitsmediums abzusenken, sondern auch darin, dem Verdichter 3 das Arbeitsmedium bedarfsgerecht zuzuführen.
Beide Expansionsventile 13, 15 weisen jeweils eine Düse mit einer kreisförmigen Düsenöffnung und einer relativ zur Düsenöffnung verstellbaren Düsennadel auf. Durch Verstellen der Düsennadel relativ zur Düsenöffnung wird das Expansionsventil entweder ganz geschlossen oder zwischen der Düsennadel und einem Öffnungsrandbereich der Düsenöffnung ein Strömungsdurchlass für das Arbeitsmedium freigegeben. Eine relative Position zwischen der Düsennadel und dem Öffnungsrandbereich wird nachfolgend als Ist-Öffnungsgrad bezeichnet.
Die Düsendurchmesser der Düsenöffnungen beider Expansionsventile 13, 15 unterscheiden sich voneinander, wobei der Düsendurchmesser der Düsenöffnung des ersten Expansionsventils 13 kleiner dimensioniert ist als der Düsendurchmesser der Düsenöffnung des zweiten Expansionsventils 15. Die Düsendurchmesser der Düsenöffnungen sind konstruktionsbedingt vorgegeben. Physikalisch- bzw. strömungsbedingt kann jedem Düsendurchmesser einer Düsenöffnung eines Expansionsventils ein Nenn-Öffnungsgradbereich zugeordnet werden, in dem das Expansionsventil effizient arbeitet. Das heißt, dass bei einem fest vorgegebenen Düsendurchmesser der Düsenöffnung das Expansionsventil dann effizient zu betreiben ist, insofern ein Ist-Öffnungsgrad eingestellt ist, der innerhalb des Nenn-Öffnungsgradbereiches liegt.
Die in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 können von der Steuer- und/oder Regeleinheit 41 völlig unabhängig voneinander angesteuert werden. Beide Expansionsventile 13, 15 können daher in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdichters in ihrem spezifischen Nenn-Öffnungsgradbereich betrieben werden. Je nach Drehzahl des Verdichters 3 kann hierzu entweder nur eines der beiden in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 oder beide gleichermaßen von der Steuer- und/oder Regeleinheit 41 in einen Ist-Öffnungsgrad verstellt werden, der innerhalb des spezifischen Nenn-Öffnungsgradbereiches eines jeden der Expansionsventile 13, 15 liegt.
Dadurch, dass beide in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 eingebunden sind, kann auch die Wärmepumpe als Ganzes flexibel, das heißt in einem breiten Quelltemperatur-Bereich betrieben werden. Anders ausgedrückt: Dadurch, dass die in Parallelschaltung angeordneten Expansionsventile 13, 15 in der oben beschriebenen Weise bedarfsgerecht ansteuerbar und effizient betreibbar sind, kann auch die Wärmepumpe mit unterschiedlichen Quelltemperaturen effizient betrieben werden. Die Quelltemperatur ist dabei die Temperatur des Eingangs-Fluids, welches über thermische Koppelung in dem ersten Wärmetauscher 5 Wärme in das Arbeitsmedium des Fluidkreislaufes 1 überträgt.
In der 2 ist ein Schaltbild des Fluidkreislaufes 1 in einer Wärmepumpe gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in den Fluidkreislauf 1, in den Eingangskreislauf 31 und den Ausgangskreislauf 33 mehrere nicht dargestellte Sensoren eingebunden, mittels derer Drücke und/oder Temperaturen des Arbeitsmediums, des Eingangs-Fluids oder des Ausgangs-Fluids an vordefinierten Stellen des Fluidkreislaufes 1, des Eingangskreislaufes 31 oder des Ausgangskreislaufes 33 gemessen und als Signale weitergeleitet werden, und zwar bspw. an die Steuer- und/oder Regeleinheit 41, in der sie verarbeitet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind in die zweite Fluidverbindung 19 ein Schauglas 43 mit Indikator und ein Filtertrockner 45 eingebunden, wobei das Schauglas benachbart zum ersten Expansionsventil 13 und der Filtertrockner 45 zwischen dem Schauglas 43 und dem zweiten Wärmetauscher 7 vorgesehen ist. In Strömungsrichtung stromauf- und stromabwärts des Verdichters 3 ist jeweils ein Schraderventil 47, 49 vorgesehen, wobei jedes Schraderventil 47, 49 in hydraulischer Verbindung mit der fünften Fluidverbindung 25 oder mit der sechsten Fluidverbindung 27 steht.
In den als Fernwärme-Kreislauf ausgebildeten Eingangskreislauf 31 sind Kugelventile 51, 53, ein elektromotorisch betätigbares Ventil 55, eine Fernwärmepumpe 57, eine Rückschlagklappe 59, ein Strömungsmessgerät 61 und der erste Wärmetauscher 5 strömungstechnisch eingebunden. Zwischen dem Kugelventil 51 und der Fernwärmepumpe 57 ist ein Kugelhahn 63 zur Entleerung des Eingangskreislauf-Fluids vorgesehen. Zwischen dem ersten Wärmetauscher 5 und dem elektromotorisch betätigbaren Ventil 55 ist ein Kugelhahn 65 zur Entleerung des Eingangskreislauf-Fluids vorgesehen. Die Rückschlagklappe 59 ist zwischen dem Kugelventil 53 und der Fernwärmepumpe 57 angeordnet.
In den als Heiz-Kreislauf ausgebildeten Ausgangskreislauf 33 sind Kugelventile 67, 69, 71, ein Rückschlagventil 73, eine Zirkulationspumpe 75, ein Elektro-Heizstab 77 und der zweite Wärmetauscher 7 strömungstechnisch eingebunden. Zwischen dem Elektro-Heizstab 77 und dem Kugelventil 67 ist ein Kugelhahn 79 zur Entleerung des Ausgangs-Fluids vorgesehen. Zwischen dem Kugelventil 69 und der Zirkulationspumpe 75 ist ein Kugelhahn 81 zur Entleerung des Ausgangs-Fluids vorgesehen. Das Rückschlagventil 73 ist zwischen dem zweiten Wärmetauscher 7 und der Zirkulationspumpe 75 angeordnet. An- bzw. eingebunden in den Ausgangskreislauf 33 ist zusätzlich eine externe Sicherheitsgruppe 83.
Bezugszeichenliste

1: Fluidkreislauf
3: Verdichter
5: erster Wärmetauscher
7: zweiter Wärmetauscher
9: Umkehrventil
11: Drosseleinheit
13: erstes Expansionsventil
15: zweites Expansionsventil
17: erste Fluidverbindung
19: zweite Fluidverbindung
21: dritte Fluidverbindung
23: vierte Fluidverbindung
25: fünfte Fluidverbindung
27: sechste Fluidverbindung
29: Bypass-Fluidverbindung
29a: erster Bypass-Fluidverbindungsabschnitt
29b: zweiter Bypass-Fluidverbindungsabschnitt
31: Eingangskreislauf
33: Ausgangskreislauf
35: Verdichter-Welle
37: Verdichter-Antriebsmotor
39: Frequenzwandler
41: Steuer- und/oder Regeleinheit
43: Schauglas
45: Filtertrockner
47, 49: Schraderventil
51, 53: Kugelventil
55: elektromotorisch betätigbares Ventil
57: Fernwärmepumpe
59: Rückschlagklappe
61: Strömungsmessgerät
63, 65: Kugelhahn
67, 69, 71: Kugelventil
73: Rückschlagventil
75: Zirkulationspumpe
77: Elektro-Heizstab
79; 81: Kugelhahn
83: Sicherheitsgruppe

Claims

Gebäudeheizung und/oder -kühlung mit einer Wärmepumpe, wobei die Wärmepumpe einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren und als Heiz- und/oder Kühlkreislauf ausgebildeten Fluidkreislauf (1) aufweist, wobei der Fluidkreislauf (1) einen Verdichter (3), einen ersten Wärmetauscher (5), einen zweiten Wärmetauscher (7) und eine Drosseleinheit (11) aufweist, die über Fluidverbindungen strömungstechnisch miteinander verbunden sind, wobei eine Steuer- und/oder Regeleinheit (41) vorgesehen ist, mittels der der Fluidkreislauf (1) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (11) wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Expansionsventile (13, 15) aufweist, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind und die, gesteuert mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (41), einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit von dem Arbeitsmedium durchströmbar sind.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Expansionsventile (13, 15) strömungstechnisch zwischen dem ersten Wärmetauscher (5) und dem zweiten Wärmetauscher (7) angeordnet sind.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Expansionsventile (13, 15), vorzugsweise ein erstes Expansionsventil (13) und ein zweites Expansionsventil (15), vorgesehen sind, dass eine erste Fluidverbindung (17) zwischen dem ersten Wärmetauscher (5) und dem ersten Expansionsventil (13) besteht, dass eine zweite Fluidverbindung (19) zwischen dem ersten Expansionsventil (13) und dem zweiten Wärmetauscher (7) besteht, und dass eine Bypass-Fluidverbindung (29) zwischen der ersten Fluidverbindung (17) und der zweiten Fluidverbindung (19) besteht, die das erste Expansionsventil (13) überbrückt, und dass das zweite Expansionsventil (15) strömungstechnisch in die Bypass-Fluidverbindung (29) eingebunden ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsventil (13) und das zweite Expansionsventil (15) Gleichteile sind, vorzugsweise hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausgestaltung und/oder hinsichtlich ihrer Auslegungsparameter gleich ausgebildet sind.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsventil (13) und das zweite Expansionsventil (15) unterschiedlich ausgebildet sind, vorzugsweise hinsichtlich ihrer konstruktiven Ausgestaltung und/oder hinsichtlich ihrer Auslegungsparameter ungleich ausgebildet sind.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem der parallel geschalteten Expansionsventile (13, 15) ein Ist-Öffnungsgrad einstellbar ist, vorzugsweise im Falle zweier parallel geschalteter Expansionsventile (13, 15) bei dem ersten Expansionsventil (13) oder bei dem zweiten Expansionsventil (15) oder bei beiden Expansionsventilen (13, 15) ein Ist-Öffnungsgrad des Expansionsventils (13, 15) einstellbar ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Öffnungsgrad bei mehreren der parallel geschalteten Expansionsventile (13, 15) einstellbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Ist-Öffnungsgrade der Expansionsventile (13, 15) unabhängig voneinander einstellbar ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Öffnungsgrad in einem für das jeweilige Expansionsventil (13, 15) spezifischen Nenn-Öffnungsgradbereich liegt.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel geschalteten Expansionsventile (13, 15) jeweils eine Düse mit einer, vorzugsweise kreisrunden, Düsenöffnung aufweisen, wobei die parallel geschalteten Expansionsventile (13, 15) einen gleichen oder unterschiedliche Düsendurchmesser aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass im Falle zweier Expansionsventile (13, 15) das erste Expansionsventil (13) und das zweite Expansionsventil (15), jeweils eine Düse mit einer, vorzugsweise kreisrunden, Düsenöffnung aufweisen und der Düsendurchmesser einer ersten Düsenöffnung gleich oder unterschiedlich zu dem Düsendurchmesser einer zweiten Düsenöffnung ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsendurchmesser einer ersten Düsenöffnung in einem Bereich von 1 mm bis 2 mm liegt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung 1,65 mm beträgt, und/oder dass der Düsendurchmesser einer zweiten Düsenöffnung in einem Bereich von 3 mm bis 3,5 mm liegt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung 3,2 mm beträgt.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der parallel geschalteten Expansionsventile (13, 15) derart ausgebildet ist, dass die Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer Düsennadel freigebbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das erste Expansionsventil (13) derart ausgebildet ist, dass die erste Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer ersten Düsennadel freigebbar ist und/oder dass das zweite Expansionsventil (15) derart ausgebildet ist, dass die zweite Düsenöffnung für durchströmendes Arbeitsmedium in diskreten Schritten oder stufenlos mittels einer zweiten Düsennadel freigebbar ist.
Gebäude nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (3) mechanisch, bevorzugt über eine Verdichter-Welle (35), mit einem drehzahlregelbaren Verdichter-Antriebsmotor (37) verbunden ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Verdichter-Antriebsmotor (37) in Signalverbindung mit einem Frequenzumrichter (39) steht, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass der Frequenzumrichter (39) dazu ausgebildet ist, den Verdichter-Antriebsmotor (37) mit einer elektrischen Spannung mit unterschiedlichen, vordefinierten Frequenzen zu versorgen.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fluidkreislauf (1) ein Umkehrventil (9) eingebunden ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Umkehrventil (9) durch ein 4-Wege-Umkehrventil gebildet ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Fluidverbindung (21) zwischen dem ersten Wärmetauscher (5) und dem Umkehrventil (9) besteht, und/oder dass eine vierte Fluidverbindung (23) zwischen dem Umkehrventil (9) und dem zweiten Wärmetauscher (7) besteht, und/oder dass eine fünfte Fluidverbindung (25) zwischen einer Ausgangsseite des Verdichters (3) und dem Umkehrventil (9) besteht, und/oder dass eine sechste Fluidverbindung (27) zwischen dem Umkehrventil (9) und einer Eingangsseite des Verdichters (3) besteht.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (5) thermisch an einen, vorzugsweise als Fernwärme-Kreislauf ausgebildeten, Eingangs-Kreislauf (31) gekoppelt ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass eine Wärmeübertragung zwischen dem im Fluidkreislauf (1) zirkulierenden Arbeitsmedium und einem in dem Eingangskreislauf (31) zirkulierenden Eingangs-Fluid ermöglicht ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mindest-Quelltemperatur des Eingangs-Fluids in einem Bereich von -20°C bis +20°C, vorzugsweise in einem Bereich von -10°C bis +15°C liegt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Mindest-Quelltemperatur -10°C, -5°C, +5°C oder +15°C beträgt.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximal-Quelltemperatur des Eingangs-Fluids in einem Bereich von -10°C bis +30°C, vorzugsweise in einem Bereich von -5°C bis +25°C liegt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Maximal-Quelltemperatur -5°C, +5°C, +15°C oder +25°C beträgt.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (7) thermisch an einen, vorzugsweise als Heiz-Kreislauf eines Gebäudes ausgebildeten, Ausgangs-Kreislauf (33) gekoppelt ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium im Fluidkreislauf (1) und einem in dem Ausgangs-Kreislauf (33) zirkulierenden Ausgangs-Fluid ermöglicht ist.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors (37) und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm die Mindest-Quelltemperatur bei -10°C und die Maximal-Quelltemperatur bei -5°C liegt, und/oder dass bei einer Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors (37) und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich zwischen 3 mm und 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei -5°C und die Maximal-Quelltemperatur bei +5°C liegt, und/oder dass bei einer Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors (37) und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm und bei einem Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich von 3 mm bis 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei +5°C und die Maximal-Quelltemperatur bei -15°C liegt.
Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Hälfte der Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors (37) und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm die Mindest-Quelltemperatur bei -10°C und eine Maximal-Quelltemperatur bei -5°C liegt und/oder dass bei der Hälfte der Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors (37) und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich zwischen 3 mm und 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei +5°C und die Maximal-Quelltemperatur bei +15°C liegt, und/oder dass bei der Hälfte der Maximaldrehzahl des Verdichter-Antriebsmotors (37) und bei einem Düsendurchmesser der ersten Düsenöffnung von 1,65 mm oder in einem Bereich zwischen 1 mm und 2 mm und bei einem Düsendurchmesser der zweiten Düsenöffnung von 3,2 mm oder in einem Bereich von 3 mm bis 3,5 mm die Mindest-Quelltemperatur bei +15°C und die Maximal-Quelltemperatur bei +25°C liegt.
Gebäude, insbesondere Wohngebäude, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäude wenigstens eine Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Gebäudeheizung und/oder -kühlung, vorzugsweise einer Gebäudeheizung und/oder -kühlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen von einem Arbeitsmedium durchströmbaren und als Heiz- und/oder Kühlkreislauf ausgebildeten Fluidkreislauf (1) aufweist, wobei der Fluidkreislauf (1) einen Verdichter (3), einen ersten Wärmetauscher (5), einen zweiten Wärmetauscher (7) und eine Drosseleinheit (11) aufweist, die über die Fluidverbindungen strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und wobei eine Steuer- und/oder Regeleinheit (41) vorgesehen ist, mittels der der Fluidkreislauf (1) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheit (11) wenigstens zwei, vorzugsweise genau zwei, Expansionsventile (13, 15) aufweist, die in einer Parallelschaltung angeordnet sind und die, gesteuert mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (41), einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit von dem Arbeitsmedium durchströmt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter-Antriebsmotor (37) mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit (41) in seiner Verdichter-Drehzahl steuer- und/oder regelbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Verdichter-Drehzahl an eine an die Wärmepumpe gestellte Leistungsanforderung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen der Expansionsventile (13, 15) mittels der Regel- und/oder Steuereinheit (41) unabhängig voneinander und/oder gemeinsam freigegeben werden.