DE102022116248B3 - Zweiverbindungssystem für wärmepumpen und erdwärmekollektoren - Google Patents

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Abstract

System, das eine Wärmepumpe, einen Erdwärmekollektor, einen thermischen Solarkollektor, und ein Zweiverbindungssystem umfasst. Das Zweiverbindungssystem enthält ein erstes Fluid in einer ersten Fluidverbindung und ein zweites Fluid in einer zweiten Fluidverbindung. Die erste Fluidverbindung ist mit dem thermischen Solarkollektor und dem Erdwärmekollektor verbunden. Das erste Fluid verbindet den thermischen Solarkollektor mit dem Erdwärmekollektor thermisch. Die zweite Fluidverbindung ist mit dem Erdwärmekollektor und der Wärmepumpe verbunden und das zweite Fluid verbindet den Erdwärmekollektor mit der Wärmepumpe thermisch. Der thermische Solarkollektor ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie bereitzustellen. Der Erdwärmekollektor ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie bereitzustellen, und dazu konfiguriert, Wärmeenergie aufzunehmen. Das System ist dazu konfiguriert, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor zu übertragen und Wärmeenergie an die Wärmepumpe zu übertragen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER VORLIEGENDEN OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Zweiverbindungssystem für Wärmepumpen und Erdwärmekollektoren und auf den Betrieb eines solchen Systems. Das System der vorliegenden Offenbarung ist für das effiziente und nachhaltige Heizen von Gebäuden geeignet.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Alte Gebäude, die nicht hinreichend gut isoliert/gedämmt sind, benötigen eine Heizungsvorlauftemperatur von üblicherweise 60°C und mehr. Wärmepumpen modernerer Bauart können diesen Vorlauf erreichen, benötigen jedoch eine ergiebige Wärmequelle. Bei Luft-Wasser Wärmepumpen sind diese ergiebigen Temperaturverhältnisse in der Heizperiode an kalten Tagen nicht gegeben, so dass eine Wärmepumpe möglicherweise nicht mehr oder nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden kann.
  • Bei Wasser-Wasserwärmepumpen benötigt man ebenso eine ausreichende Wärmequelle, die jedoch im Laufe der Heizperiode üblicherweise immer weniger ergiebiger ist und schließlich auch zu Temperaturen im Temperaturbereich von 0°C oder weniger kommt, so dass der Betrieb einer Wärmepumpe möglicherweise nicht wirtschaftlich ist.
  • Hüsing und Mercker offenbaren im Aufsatz „Energieversorgung im Einfamilienhaus mittels Wärmepumpe, horizontalen Erdwärmekollektoren und photovoltaisch-thermischen Solarkollektoren“ ein Energieversorgungssystem im Einfamilienhaus, bestehend aus Wärmepumpe, horizontalen Erdwärmekollektor und unabgedeckten photovoltaisch-thermischen Solarkollektoren.
  • DE 42 11 576 A1 offenbart eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe, mindestens einer Erdreichsonde und einem Kältemittel, dem in dem Verdampfer Energie von der Erdreichsonde zugeführt wird, wobei die Erdreichsonde als Wärmerohr ausgeführt ist.
  • DE 20 2011 106 855 U1 offenbart ein Wärmeversorgungssystem für Raumwärme und Trinkwarmwasser eines Gebäudes, mit einem aus einem aus Vorlauf und Rücklauf bestehenden, gebäudeintegrierten Wärmeverteilnetz, wobei in zu versorgenden Teilbereichen des Gebäudes dezentrale Wärmepumpen installiert sind, und wobei diese das Wärmeverteilnetz als Wärmequelle verwenden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Abhängige Ansprüche beschreiben Ausführungsformen der Erfindung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein System eine Wärmepumpe, einen Erdwärmekollektor, einen thermischen Solarkollektor, ein Zweiverbindungssystem, wobei das Zweiverbindungssystem ein erstes Fluid in einer ersten Fluidverbindung und ein zweites Fluid in einer zweiten Fluidverbindung enthält, wobei die erste Fluidverbindung mit dem thermischen Solarkollektor und dem Erdwärmekollektor verbunden ist und das erste Fluid den thermischen Solarkollektor mit dem Erdwärmekollektor thermisch verbindet, wobei die zweite Fluidverbindung mit dem Erdwärmekollektor und der Wärmepumpe verbunden ist und das zweite Fluid den Erdwärmekollektor mit der Wärmepumpe thermisch verbindet, wobei der thermische Solarkollektor dazu konfiguriert ist, Wärmeenergie bereitzustellen und/oder abzugeben, wobei der Erdwärmekollektor dazu konfiguriert ist, Wärmeenergie bereitzustellen und/oder abzugeben, und dazu konfiguriert ist, Wärmeenergie aufzunehmen, und wobei das System dazu konfiguriert ist, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor zu übertragen und Wärmeenergie an die Wärmepumpe zu übertragen.
  • Die vorliegende Offenbarung ermöglicht ein gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor, während die Wärmepumpe betrieben wird. Die vorliegende Offenbarung kann ein gleichzeitiges Betreiben der Wärmepumpe und Aufladen und/oder Regenerieren des Erdwärmekollektors ermöglichen. Aufladen und/oder Regenerieren des Erdwärmekollektors kann ein derartiges Übertragen von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor bezeichnen, dass sich die im Erdwärmekollektor gespeicherte Energie erhöht, beispielsweise auch netto erhöht, auch unter Berücksichtigung dessen, dass ein gleichzeitiger Betrieb einer Wärmepumpe dem Erdwärmekollektor Wärmeenergie entziehen kann. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht ein Übertragen von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor, das unabhängig von dem Betrieb der Wärmepumpe erfolgen kann. Es kann beispielsweise mehr Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor übertragen werden als bei Systemen, bei denen entweder nur die Wärmepumpe betrieben werden kann oder aber nur Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor übertragen werden kann, und es können beispielsweise höhere Temperaturen im Erdwärmekollektor erreicht werden. Der Erdwärmekollektor kann der Wärmepumpe als Wärmequelle zur Verfügung stehen. Höhere Temperaturen im Erdwärmekollektor und/oder eine Speicherung von mehr thermischer Energie im Erdwärmekollektor können dafür sorgen, dass eine Wärmepumpe auch bei tiefen Temperaturen genügend Heizleistung zur Verfügung stellen kann, was insbesondere bei älteren Gebäuden und/oder Gebäuden, die unter Denkmalschutz stehen, von erheblicher praktischer Bedeutung sein kann. Die vorliegende Offenbarung kann den Dämmungsbedarf eines Hauses verringern. Die vorliegende Offenbarung kann im Vergleich zu Systemen des Stands der Technik die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe verbessern. Durch die besseren/flexibleren/unabhängigeren Möglichkeiten zum Übertragen von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor wird, verglichen mit konventionellen Systemen, weniger Fläche für den Erdwärmekollektor benötigt. Dies ist insbesondere im städtischen und großstädtischen Gebieten von hoher praktischer Bedeutung, insbesondere angesichts der zunehmend kleiner werdenden Bebauungsgrundstücke. Ein geringerer Flächenbedarf für den Erdwärmekollektor ermöglicht weiterhin einen geringeren Materialeinsatz. Durch höhere Temperaturen im Erdwärmekollektor kann eine Vereisung des Erdbodens verhindert werden. Weiterhin kann die vorliegende Offenbarung eine effizientere Nutzung der Sonnenenergie und/oder der Strahlungsenergie, die auf ein entsprechendes System fällt, ermöglichen. Außerdem birgt die vorliegende Offenbarung den Vorteil, dass der Erdwärmekollektor des beschriebenen Systems während der gesamten Heizperiode, insbesondere auch zum Ende der Heizperiode und auch während sehr kalter Tage, als Wärmequelle für die Wärmepumpe zur Verfügung stehen kann. Die vorliegende Offenbarung kann eine größere Flexibilität zwischen dem Betrieb der Wärmepumpe und einer Regeneration des Erdwärmekollektors/einem Übertragen von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor ermöglichen. Die vorliegende Offenbarung kann, beispielsweise durch eine mögliche thermische Verbindung der Quellenseite der Wärmepumpe mit dem Erdwärmekollektor, eine konstante beziehungsweise schwach schwankende Fluidtemperatur in der Wärmepumpe/auf der Quellenseite der Wärmepumpe ermöglichen.
  • Als Wärmepumpe wird beispielsweise eine Vorrichtung verstanden, die unter Aufwendung von technischer Arbeit Wärmeenergie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur aufnehmen und - zusammen mit der Antriebsenergie - als Nutzwärme auf ein zu wärmendes System mit höherer Temperatur übertragen kann. Als Erdwärmekollektor wird beispielsweise eine Vorrichtung verstanden, mittels derer thermische Energie in den Erdboden übertragen werden kann und/oder aus dem Erdboden heraus übertragen werden kann, also beispielsweise im Erdboden gespeichert werden kann. Bereiche eines Erdwärmekollektors befinden sich üblicherweise unterhalb der Erdoberfläche, d. h. unterhalb der Oberfläche des Erdbodens. Beispielsweise kann ein Erdwärmekollektor Fluidverbindungen enthalten, durch die ein Fluid strömt, das Wärmeenergie aus der Umgebung der Fluidverbindung aufnehmen und/oder abgeben kann. Bereiche der Fluidverbindung können beispielsweise unterhalb der Erdoberfläche angeordnet sein, und das Fluid kann beispielsweise Wärmeenergie aus dem Erdboden in der Umgebung der Fluidverbindung aufnehmen und/oder abgeben. Beispielsweise können die Fluidverbindungen zusammen mit dem umgebenden Erdboden den Erdwärmekollektor im Wesentlichen ausmachen. Der Erdwärmekollektor kann so dimensioniert sein, dass er in Verbindung mit dem System der vorliegenden Offenbarung während der gesamten Heizperiode, insbesondere auch zum Ende der Heizperiode und während sehr kalter Tage, als ausreichend ergiebige Wärmequelle für die Wärmepumpe zur Verfügung stehen kann. Das Betreiben der Wärmepumpe kann das Bereitstellen von Wärmeenergie an die Wärmepumpe/das Übertragen von thermischer Energie an die Wärmepumpe, beispielsweise aus dem Erdwärmekollektor und/oder aus dem thermischen Solarkollektor, enthalten. Das Betreiben der Wärmepumpe kann das Bereitstellen von Wärmeenergie aus der Wärmepumpe/das Übertragen von thermischer Energie von der Wärmepumpe, beispielsweise an einen Wärmespeicher, enthalten.
  • Als thermischer Solarkollektor wird eine Vorrichtung verstanden, die elektromagnetische Strahlung in thermische Energie umwandeln kann und thermische Energie bereitstellen kann. Thermische Solaranlagen und Solarthermieanlagen sind Beispiele von Solarkollektoren.
  • Der thermische Solarkollektor kann beispielsweise auf einem Gebäudedach angeordnet sein, oder auf einer Freifläche, beispielsweise als nachgeführtes System im Gartenbereich. Der thermische Solarkollektor kann ein Röhrenkollektor und/oder ein Vakuumröhrenkollektor sein und/oder ein PVT-Kollektor sein. Der thermische Solarkollektor kann ein Flachkollektor sein. Üblicherweise haben Vakuumröhrenkollektoren einen geringen Wärmeverlust bei geringen Außentemperaturen und einen hohen Wirkungsgrad, auch bei tiefen Temperaturen. Daher können Röhrenkollektoren und/oder Vakuumröhrenkollektoren, insbesondere in Hinblick auf kalte Außentemperaturen, bevorzugt sein.
  • Eine Verbindung kann eine Leitung sein. Als Zweiverbindungssystem wird ein System verstanden, das mindestens zwei Verbindungen enthält. Ein Zweiverbindungssystem kann auch mehr als zwei Verbindungen enthalten, beispielsweise drei Verbindungen. Beispielsweise kann ein Zweikanalsystem und/oder ein Zweirohrsystem ein Zweiverbindungssystem sein. Ein Zweiverbindungssystem kann ein System sein, das zwei thermische Verbindungen enthält, und/oder drei oder mehr thermische Verbindungen enthält. Das Zweiverbindungssystem kann zwei Verbindungen enthalten, die jeweils Bereiche enthalten, die im Erdwärmekollektor angeordnet sind. Mit anderen Worten: Verbindungen des Zweiverbindungssystem können bereichsweise im Erdwärmekollektor angeordnet sein.
  • Eine thermische Verbindung kann beispielsweise eine Verbindung sein, die dazu geeignet ist, thermische Energie an Objekte zu übertragen, die an die thermische Verbindung thermisch angeschlossen sind/mit der thermischen Verbindung thermisch verbunden sind, und/oder von Objekten weg zu übertragen, die an die thermische Verbindung thermisch angeschlossen sind. Zwei Objekte, die an eine thermische Verbindung thermisch angeschlossen sind, sind thermisch miteinander verbunden. Eine Fluidverbindung, die dazu geeignet ist, ein Fluid zu enthalten, das thermische Energie aufnehmen und/oder abgeben kann und/oder beispielsweise mittels thermischer Konvektion thermische Energie von einem Ort an einen anderen Ort übertragen kann, kann eine thermische Verbindung sein. Eine thermische Verbindung kann eine thermische Kopplung sein.
  • Der Begriff Fluid umfasst beispielsweise Gase und Flüssigkeiten. Das erste Fluid und das zweite Fluid können gleiche Materialien und/oder unterschiedliche Materialien enthalten. Das erste und/oder das zweite Fluid können beispielsweise Frostschutzmittel und/oder Wasser enthalten.
  • Eine Fluidverbindung kann eine Verbindung sein, die dazu geeignet ist, ein Fluid zu enthalten. Beispielsweise kann eine Rohrverbindung und/oder ein Rohr eine Fluidverbindung sein. Beispielsweise kann ein Kanal eine Fluidverbindung sein. Eine Fluidverbindung kann geschlossen sein, d. h. beispielsweise dazu geeignet sein, ein Fluid räumlich zu umschließen. Eine Fluidverbindung kann beispielsweise Ventile, Armaturen, Muffen, Schieber, Absperrorgane, Pumpen, Reduzierungen, Erweiterungen, Kondensatoren, Verdampfer, Drosseln, Verdichter, und ähnliches enthalten. Eine Fluidverbindung kann dazu geeignet sein, ein Fluid zirkulieren und/oder wiederholt durch einen Fluidverbindungskreislauf fließen zu lassen. Eine thermische Verbindung kann eine Fluidverbindung sein. Eine Fluidverbindung kann eine thermische Verbindung sein.
  • Die erste Fluidverbindung kann den thermischen Solarkollektor und den Erdwärmekollektor thermisch miteinander verbinden. Thermisch verbunden kann bedeuten, dass eine thermische Verbindung besteht. Die erste Fluidverbindung kann eine thermische Verbindung zwischen dem thermischen Solarkollektor und dem Erdwärmekollektor sein. Dass ein Fluid zwei Objekte thermisch miteinander verbindet, kann heißen, dass das Fluid durch zwei Wärmetauscher strömt, die jeweils an den jeweiligen Objekten befestigt sind, beispielsweise direkt daran befestigt sind. Dass ein Fluid zwei Objekte thermisch miteinander verbindet, kann heißen, dass die thermische Verbindung zwischen den zwei Objekten vorwiegend oder gänzlich über das Fluid hergestellt ist, d.h., dass beispielsweise kein anderes Fluid und keine weiteren Wärmetauscher hierin involviert sind, und/oder dass thermische Pfade über andere Fluide und andere Wärmetauscher gegenüber dem Fluid vernachlässigt werden können.
  • Das erste Fluid kann den thermischen Solarkollektor mit dem Erdwärmekollektor thermisch mittels thermischer Konvektion und/oder mittels Fluidfluss verbinden.
  • Die zweite Fluidverbindung kann den Erdwärmekollektor und die Wärmepumpe thermisch miteinander verbinden. Thermisch verbinden kann bedeuten, dass eine thermische Verbindung besteht. Die zweite Fluidverbindung kann eine thermische Verbindung zwischen dem Erdwärmekollektor und der Wärmepumpe sein.
  • Das zweite Fluid kann den Erdwärmekollektor und die Wärmepumpe thermisch mittels thermischer Konvektion und/oder mittels Fluidfluss verbinden. Die erste Fluidverbindung kann beispielsweise ausschließlich zum Heizen des Erdwärmekollektors/zum Übertragen von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor verwendet werden. Die zweite Fluidverbindung kann beispielsweise zum Herausziehen von Wärme aus dem Erdwärmekollektor verwendet werden. Die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung können beispielsweise jeweils sowohl zum Heizen des Erdwärmekollektors verwendet werden als auch zum Herausziehen von Wärme aus dem Erdwärmekollektor.
  • Das System kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor mittels eines Fluids, beispielsweise mittels des ersten Fluids, und/oder mittels einer Fluidverbindung, beispielsweise mittels der ersten Fluidverbindung zu übertragen, und Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor an die Wärmepumpe mittels eines Fluids, beispielsweise mittels des zweiten Fluids, und/oder mittels einer Fluidverbindung, beispielsweise mittels der zweiten Fluidverbindung, zu übertragen und/oder bereitzustellen. Das System kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor mittels eines Fluids, beispielsweise mittels des ersten Fluids, und/oder mittels einer Fluidverbindung, beispielsweise mittels der ersten Fluidverbindung, zu übertragen und Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an die Wärmepumpe mittels eines Fluids, beispielsweise mittels des zweiten Fluids, und/oder mittels einer Fluidverbindung, beispielsweise mittels der zweiten Fluidverbindung, zu übertragen und/oder bereitzustellen. Das System kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor mittels eines Fluids, beispielsweise mittels des ersten Fluids, und/oder mittels einer Fluidverbindung, beispielsweise mittels der ersten Fluidverbindung, zu übertragen und Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor und/oder dem thermischen Solarkollektor an die Wärmepumpe mittels eines Fluids und/oder mittels einer Fluidverbindung, beispielsweise mittels des zweiten Fluids und/oder mittels der zweiten Fluidverbindung zu übertragen und/oder bereitzustellen.
  • Das System kann weiterhin einen Wärmespeicher umfassen. Der Wärmespeicher kann mit der Senkenseite der Wärmepumpe thermisch verbunden sein. Der thermische Solarkollektor kann mit dem Wärmespeicher thermisch verbunden sein. Das System kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor und an den Wärmespeicher zu übertragen.
  • Der Wärmespeicher ist dazu ausgelegt, Wärmeenergie zu speichern. Der Wärmespeicher kann Wärmeenergie speichern. Der Wärmespeicher kann beispielsweise einen Wassertank und/oder einen Fluidtank enthalten, beispielsweise einen isolierten Wassertank/isolierten Fluidtank. Die Wärmepumpe kann beispielsweise dem Wärmespeicher thermische Energie bereitstellen und/oder thermische Energie an den Wärmespeicher übertragen. Mit anderen Worten: Der Wärmespeicher kann beispielsweise durch die Wärmepumpe beheizt werden.
  • Der Wärmespeicher kann beispielsweise die Bereitung von Trinkwarmwasser über eine Frischwasserstation ermöglichen und/oder kann beispielsweise eine Raumheizung eines Gebäudes versorgen.
  • Der Wärmespeicher kann ein Pufferspeicher sein. Der Wärmespeicher kann zur Zwischenspeicherung von Wärme dienen. Der Wärmespeicher kann derart dimensioniert/ausgelegt/konstruiert sein, dass Wärme für eine bestimmte Anzahl von Tagen vorgehalten werden kann. Beispielsweise kann der Wärmespeicher ein Speichervolumen von ungefähr 1 m3 je 40m2 zu heizender Gebäudefläche haben. Beispielsweise kann das Aufheizen des Wärmespeichers an einem strahlungsreichen Tag dem Wärmespeicher Wärmeenergie für vier strahlungsarme Tage bereitstellen.
  • Der Wärmespeicher kann eine Solltemperatur haben. Beispielsweise abhängig von der Temperatur des Wärmespeichers können verschiedene Betriebsmodi gewählt werden, beispielsweise mittels einer Steuervorrichtung, die weiter unten erläutert werden. Beispielsweise kann, beispielsweise wenn die Solltemperatur des Wärmespeichers unterschritten wird, Wärmeenergie vom thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher übertragen werden und gleichzeitig kann Wärmeenergie vom thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor übertragen werden. Das Übertragen von thermischer Energie von dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher kann Priorität haben. Beispielsweise kann die Wärmeenergie von der Wärmepumpe an den Wärmespeicher übertragen werden, wenn der thermische Solarkollektor allein dem Wärmespeicher nicht ausreichend genug Wärmeenergie bereitstellen kann, und optional kann parallel hierzu weiterhin Wärmeenergie vom thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher übertragen werden. Der Wärmespeicher ist nicht mit dem Erdwärmekollektor identisch, sondern ist vom Erdwärmekollektor unterschiedlich.
  • Der Wärmespeicher kann beispielsweise über ein Fluid in einem Fluidkreislauf und mit zwei weiteren Wärmetauschern thermisch mit der Senkenseite der Wärmepumpe verbunden sein.
  • Das System kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor und an die Wärmepumpe zu übertragen. Das System kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor und an den Wärmespeicher und/oder an die Wärmepumpe zu übertragen.
  • Ein Fluid kann den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch verbinden.
  • Der thermische Solarkollektor kann mit dem Wärmespeicher mittels eines Fluids thermisch verbunden sein.
  • Die zweite Fluidverbindung kann weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor und dem Wärmespeicher verbunden sein und das zweite Fluid kann den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch verbinden und/oder das Zweiverbindungssystem kann weiterhin ein drittes Fluid in einer dritten Fluidverbindung enthalten und die dritte Fluidverbindung kann mit dem thermischen Solarkollektor und dem Wärmespeicher verbunden sein und das dritte Fluid kann den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch verbinden.
  • Das zweite Fluid kann den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch derart verbinden, dass es durch zwei Wärmetauscher strömt, die jeweils an Wärmespeicher und am thermischen Solarkollektor befestigt sind, beispielsweise direkt daran befestigt sind.
  • Das System kann weiterhin eine Steuerungsvorrichtung umfassen, die dazu konfiguriert sein kann, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor über das erste Fluid an den Erdwärmekollektor übertragen wird, und den Anteil der Wärmeenergie, der über das zweite Fluid an die Wärmepumpe übertragen wird, jeweils zu steuern.
  • Die Steuerungsvorrichtung kann dazu konfiguriert sein, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor über das zweite Fluid an die Wärmepumpe übertragen wird, zu steuern. Die Steuerungsvorrichtung kann dazu konfiguriert sein, verschiedene Betriebsmodi auszuwählen, beispielsweise basierend auf einer Temperatur des Wärmespeichers und/oder basierend auf einer Außentemperatur und/oder basierend auf einer Strahlungsintensität.
  • Das System kann eine Steuerungsvorrichtung umfassen, die dazu konfiguriert sein kann, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor über das erste Fluid an den Erdwärmekollektor übertragen wird, und den Anteil der Wärmeenergie, der an den Wärmespeicher übertragen wird, jeweils zu steuern.
  • Das System kann eine Steuerungsvorrichtung umfassen, die dazu konfiguriert sein kann, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor über das erste Fluid an den Erdwärmekollektor übertragen wird, und den Anteil der Wärmeenergie, der an den Wärmespeicher übertragen wird, beispielsweise über das zweite Fluid und/oder über das dritte Fluid, jeweils zu steuern. Die Anteile können gleichzeitig übertragen werden.
  • Das System kann eine Steuerungsvorrichtung umfassen, die dazu konfiguriert sein kann, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor über das erste Fluid an den Erdwärmekollektor übertragen wird, und den Anteil der Wärmeenergie, der an den Wärmespeicher übertragen wird, beispielsweise über das zweite Fluid und/oder über das dritte Fluid, und optional den Anteil der Wärmeenergie, der über das zweite Fluid an die Wärmepumpe, beispielsweise von dem Erdwärmekollektor und/oder von dem thermischen Solarkollektor übertragen wird, jeweils zu steuern. Die Anteile können gleichzeitig übertragen werden.
  • Die Steuerungsvorrichtung kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerung individuell je Fluid durchzuführen. Die Steuerung kann variabel für das erste Fluid und/oder für das zweite Fluid und/oder für das dritte Fluid erfolgen. Die Steuerung kann beispielsweise über die Steuerung eines Durchflussstroms des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids und/oder des dritten Fluids erfolgen. Die Steuerung kann beispielsweise über die Steuerung einer Temperatur des ersten Fluids und/oder des zweiten Fluids und/oder des dritten Fluids erfolgen. Die Steuerung kann beispielsweise über eine Steuerung von Pumpleistungen in den jeweiligen Fluidverbindungen erfolgen. Die erste Fluidverbindung und/oder die zweite Fluidverbindung und/oder die dritte Fluidverbindung und/oder der thermische Solarkollektor und/oder das Zweiverbindungssystem und/oder die Steuerungseinrichtung und/oder die Wärmepumpe und/oder der Erdwärmekollektor und/oder der Wärmespeicher können Messsensorik zur Steuerung und/oder zur Überwachung enthalten. Die Steuerung kann beispielsweise die Steuerung von Durchflussströmen und/oder Temperaturen des ersten und/oder des zweiten Fluids und/oder des dritten Fluids enthalten. Die Messsensorik kann beispielsweise Helligkeitssensorik und/oder Sensorik zum Bestimmen einer elektromagnetischen Strahlungsleistung, beispielsweise auf dem thermischen Solarkollektor, und/oder Sensorik zum Bestimmen einer elektromagnetischen Bestrahlungsstärke/Intensität, beispielsweise auf dem thermischen Solarkollektor, enthalten. Die Messsensorik kann beispielsweise Temperatursensorik und/oder Sensorik zum Bestimmen von Durchflussströmen, beispielsweise in der ersten und/oder der zweiten und/oder der dritten Fluidverbindung, in dem thermischen Solarkollektor und/oder dem Zweiverbindungssystem und/oder dem Erdwärmekollektor enthalten. Die Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, die Einhaltung von Bereichen von Sensorgrößen sicherzustellen, beispielsweise innerhalb von vorgegebenen Temperaturbereichen, beispielsweise des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Fluids, des Erdwärmekollektors, des thermischen Solarkollektors, der Wärmepumpe, des Wärmespeichers und/oder der ersten und/oder der zweiten und/oder der dritten Fluidverbindung sicherzustellen. Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert sein, mögliche Lecks von Fluidverbindungen zu erkennen, Wartungs- und Warnungshinweise auszugeben, und/oder das System oder Teile davon unter vordefinierten Bedingungen abzuschalten. Weiterhin kann eine Steuerung beispielsweise auch basierend auf einer elektromagnetischen Bestrahlungsstärke/Intensität erfolgen. So kann die Steuerungsvorrichtung beispielsweise dazu konfiguriert sein, eine Übertragung von Wärmeenergie an den Wärmespeicher und/oder an den Erdwärmekollektor und/oder an die Wärmepumpe abhängig von einer elektromagnetischen Bestrahlungsstärke/Intensität, beispielsweise des thermischen Solarkollektors, zu steuern. So kann die Steuerungsvorrichtung beispielsweise dazu konfiguriert sein, Pumpleistungen in der ersten und/oder der zweiten und/oder der dritten Fluidverbindung, und/oder Durchflussströme der ersten und/oder der zweiten und/oder der dritten Fluidverbindung abhängig von einer elektromagnetischen Bestrahlungsstärke/Intensität, beispielsweise des thermischen Solarkollektors, zu steuern. So können beispielsweise hohe Durchflussströme bei hohen Bestrahlungsstärken des thermischen Solarkollektors gewählt werden, niedrige Durchflussströme bei niedrigen Bestrahlungsstärken, und keine Durchflussströme nachts und/oder bei sehr geringen Bestrahlungsstärken. Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung beispielsweise auch dazu konfiguriert sein, das System basierend auf Wettervorhersagen und/oder saisonalen Charakteristiken, wie saisonalem Klima, zu steuern. Die Steuerungsvorrichtung kann weiterhin Regler enthalten, die beispielsweise als Eingabe Sensormesswerte verwenden, bspw. eine Temperatur des Wärmespeichers, eine Temperatur des Erdwärmekollektors, Temperaturen des ersten, zweiten und/oder dritten Fluids, eine Außentemperatur, und als Regelgröße beispielsweise Ströme des ersten, zweiten, und/oder dritten Fluids, und/oder Durchlässigkeiten von Kreuzungspunkten.
  • Die zweite Fluidverbindung kann mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbunden sein. Das zweite Fluid kann den Erdwärmekollektor mit der Quellenseite der Wärmepumpe thermisch verbinden.
  • Unter der Quellenseite der Wärmepumpe kann die kalte Seite der Wärmepumpe verstanden werden und/oder die Verdampferseite der Wärmepumpe. Die Quellenseite der Wärmepumpe kann die Seite der Wärmepumpe bezeichnen, die auf der Seite der Wärmequelle liegt. Die zweite Fluidverbindung kann den Erdwärmekollektor und die Quellenseite der Wärmepumpe thermisch miteinander verbinden. Unter der Senkenseite der Wärmepumpe kann die warme Seite der Wärmepumpe verstanden werden und/oder die Kondensatorseite der Wärmepumpe. Die Senkenseite der Wärmepumpe kann die Seite der Wärmepumpe bezeichnen, die auf der Seite der Wärmesenken liegt, beispielsweise eines zu beheizenden Gebäudes.
  • Die zweite Fluidverbindung kann weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor thermisch verbunden sein und das zweite Fluid kann den thermischen Solarkollektor, den Erdwärmekollektor und die Wärmepumpe thermisch miteinander verbinden.
  • Das zweite Fluid kann den thermischen Solarkollektor, den Erdwärmekollektor und die Wärmepumpe beispielsweise mittels thermischer Konvektion thermisch miteinander verbinden.
  • Die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung sind jeweils geschlossene Fluidverbindungen. Die dritte Fluidverbindung kann eine geschlossene Fluidverbindung sein. Die erste und die zweite Fluidverbindung sind jeweils voneinander getrennt. Die dritte Fluidverbindung kann von der ersten und/oder der zweiten Fluidverbindung getrennt sein.
  • Die erste und die zweite Fluidverbindung sind voneinander getrennt, d. h., ein Fluidfluss zwischen der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung ist ausgeschlossen und/oder temporär ausgeschlossen. Die erste und die dritte Fluidverbindung können voneinander getrennt sein, d. h., ein Fluidfluss zwischen der ersten Fluidverbindung und der dritten Fluidverbindung kann ausgeschlossen sein und/oder temporär ausgeschlossen sein. Die zweite und die dritte Fluidverbindung können voneinander getrennt sein, d. h., ein Fluidfluss zwischen der zweiten Fluidverbindung und der dritten Fluidverbindung kann ausgeschlossen sein und/oder temporär ausgeschlossen sein.
  • Der thermische Solarkollektor kann ein PVT-Kollektor sein. Der PVT-Kollektor kann elektrische Energie bereitstellen. Die bereitgestellte elektrische Energie kann vorzugsweise zum Betreiben der Wärmepumpe verwendet werden.
  • Ein PVT-Kollektor ist ein photovoltaisch-thermischer Kollektor. Als PVT-Kollektor wird eine Vorrichtung verstanden, die elektromagnetische Strahlung in thermische Energie und in elektrische Energie umwandeln kann und thermische Energie und elektrische Energie bereitstellen kann. Der PVT-Kollektor kann elektrische Energie bereitstellen können. Ein Übertragen von thermischer Energie aus dem PVT-Kollektor an den Erdwärmekollektor und/oder an die Wärmepumpe und/oder an den Wärmespeicher kann eine Kühlung des PVT-Kollektors bewirken, die zu einer erhöhten Effizienz des PVT-Kollektors führen kann.
  • Die Durchschnittstemperatur des ersten Fluids kann höher sein als die Durchschnittstemperatur des zweiten Fluids.
  • Die Durchschnittstemperatur des dritten Fluids kann höher sein als die Durchschnittstemperatur des ersten Fluids und des zweiten Fluids. Insbesondere, wenn das zweite Fluid den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch verbindet, kann auch die Durchschnittstemperatur des zweiten Fluids höher sein als die Durchschnittstemperatur des ersten Fluids. Das Fluid, das thermisch mit dem Wärmespeicher verbunden ist, kann die höchste Durchschnittstemperatur der Fluide haben.
  • Der Erdwärmekollektor ist ein horizontaler Erdwärmekollektor. Die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung enthalten horizontale Bereiche unter der Erdoberfläche.
  • Als horizontaler Erdwärmekollektor kann ein Erdwärmekollektor verstanden werden, der horizontale Bereiche enthält. Beispielsweise kann ein horizontaler Erdwärmekollektor Fluidverbindungen mit horizontalen Bereichen enthalten, durch die ein Fluid strömt, das Wärmeenergie aus der Umgebung der Fluidverbindung aufnehmen und/oder abgeben kann. Horizontale Bereiche der Fluidverbindung können beispielsweise unterhalb der Erdoberfläche angeordnet sein, und das Fluid kann beispielsweise Wärmeenergie aus dem Erdboden in der Umgebung der Fluidverbindung aufnehmen und/oder abgeben. Der Begriff „horizontaler Bereich“ kann sich darauf beziehen, dass Bereiche der Fluidverbindungen im Wesentlichen horizontal angeordnet sind, beispielsweise in einem vorgegebenen Tiefenbereich unterhalb der Erdoberfläche. Die Fluidverbindungen können den Erdwärmekollektor zusammen mit dem umgebenden Erdboden ausmachen. Als horizontal können auch Ebenen verstanden werden, die parallel zum Horizont liegen und/oder im Wesentlichen parallel zum Horizont liegen.
  • Die Verwendung eines horizontalen Erdwärmekollektors ermöglicht eine große Interaktionsfläche mit dem umgebenden Erdboden. Weiterhin hat der umgebende Erdboden aufgrund des ähnlichen Tiefenbereichs üblicherweise eine relativ homogene Temperatur. Außerdem sind für die Errichtung eines horizontalen Erdwärmekollektors üblicherweise keine tiefen Bohrungen notwendig.
  • Der horizontale Erdwärmekollektor kann eine thermische Isolation enthalten. Die Isolation kann im Wesentlichen horizontal im Erdreich oder an der Oberfläche des Erdreichs angeordnet sein. Die Isolation kann vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 1m oberhalb von oberen horizontalen Bereichen der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung angeordnet sein, vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 75cm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 40cm - 60cm.
  • Die Isolation kann oberhalb des horizontalen Erdwärmekollektors angeordnet sein. Die Isolation kann oberhalb von horizontalen Bereichen des horizontalen Erdwärmekollektors angeordnet sein. Die Isolation kann oberhalb von horizontalen Bereichen der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung angeordnet sein.
  • Die thermische Isolation kann eine Drainage enthalten. Die Isolation kann vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 1m oberhalb der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung angeordnet sein, vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 75cm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 40cm - 60cm. Die Isolation kann vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 1m oberhalb von Fluidverbindungen des Erdwärmekollektors angeordnet sein, vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 75cm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 40cm - 60cm. Der Erdwärmekollektor kann eine thermische Isolation enthalten.
  • Die Isolation kann wasserdurchlässig sein und/oder eine Wasserdurchlässigkeit aufweisen. Die Isolation kann beispielsweise Tonkugeln enthalten. Eine Schicht aus Tonkugeln kann wasserdurchlässig und biologisch unbedenklich sein. Die Isolation kann beispielsweise Styrodur und/oder andere bekannte Isolationsmaterialien enthalten.
  • Die thermische Isolation kann dazu geeignet sein, die Konsistenz des Erdbodens nicht und/oder nur unwesentlich zu verändern, beispielsweise aufgrund einer Wasserdurchlässigkeit.
  • Die thermische Isolation kann beispielsweise unter der Frostgrenze angeordnet sein, d. h. beispielsweise in einer Tiefe von mindestens 80cm unterhalb der Erdoberfläche.
  • Die horizontalen Bereiche der zweiten Fluidverbindung in dem horizontalen Erdwärmekollektor können oberhalb der horizontalen Bereiche der ersten Fluidverbindung angeordnet sein. Die horizontalen Bereiche der zweiten Fluidverbindung können von horizontalen Bereichen der ersten Fluidverbindung in Tiefenrichtung in einem Abstandsbereich von 20cm - 1,5m beabstandet sein, bevorzugt in einem Abstandsbereich von 30cm - 1m, stärker bevorzugt in einem Abstandsbereich von 30cm - 70cm, noch stärker bevorzugt in einem Abstandsbereich von 40cm - 60cm.
  • In den Fällen, in denen die Durchschnittstemperatur des ersten Fluids höher ist als die des zweiten Fluids kann eine solche Konfiguration Verluste an Wärmeenergie verringern. Die Fluidverbindung mit der niedrigeren Durchschnittstemperatur im Erdwärmekollektor kann oberhalb der Fluidverbindung mit der höheren Durchschnittstemperatur im Erdwärmekollektor angeordnet sein, d. h. ihre horizontalen Bereiche können oberhalb der horizontalen Bereiche der Fluidtemperatur mit der höheren Durchschnittstemperatur angeordnet sein, beispielsweise innerhalb der oben angegebenen Abstandsbereiche. Die horizontalen Bereiche der ersten und der zweiten Fluidverbindung können auch in einem ähnlichen Tiefenbereich angeordnet sein, und beispielsweise nebeneinander angeordnet sein.
  • Bereiche der ersten Fluidverbindung und Bereiche der zweiten Fluidverbindung des horizontalen Erdwärmekollektors können horizontal in einem Tiefenbereich von 1m - 3m unterhalb der Erdoberfläche angeordnet sein, vorzugsweise in einem Tiefenbereich von 1,25m - 2,5m.
  • Die horizontalen Bereiche der ersten Fluidverbindung und der zweite Fluidverbindung des horizontalen Erdwärmekollektors können horizontal in einem Tiefenbereich von 1m - 3m unterhalb der Erdoberfläche angeordnet sein, vorzugsweise in einem Tiefenbereich von 1,25m - 2,5m. Die horizontalen Bereiche der ersten Fluidverbindung und der zweite Fluidverbindung des horizontalen Erdwärmekollektors können horizontal bei einer Tiefe von beispielweise ungefähr 1,80m unterhalb der Erdoberfläche angeordnet sein. Beispielsweise beträgt die Temperatur des ungeheizten/unerwärmten Erdbodens, also des Erdbodens, der nicht in einem Erdwärmekollektor enthalten ist, in einer Tiefe von 1,4m zu Beginn der Heizperiode in Deutschland üblicherweise ungefähr zwischen 12 und 13 Grad Celsius. Im Erdwärmekollektor können beispielsweise Temperaturen von ca. 20 Grad Celsius erreicht werden. Der Erdboden beziehungsweise der Erdwärmekollektor kann für den Betrieb einer Wärmepumpe eine ergiebige Wärmequelle darstellen.
  • Der horizontale Erdwärmekollektor kann eine Fläche von unter 100% der Gebäudefläche eines Gebäudes aufweisen, das an die Wärmepumpe angeschlossen ist, vorzugsweise unter 75%, stärker bevorzugt unter 66%.
  • Das Gebäude kann von der Wärmepumpe beheizt werden/von der Wärmepumpe mit Wärmeenergie versorgt werden. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht aufgrund des flexiblen und unabhängigen Übertragens von Wärmeenergie an den Erdwärmekollektor auch bei einer solchen Flächendimensionierung des horizontalen Erdwärmekollektors das Heizen eines Gebäudes während der gesamten Heizperiode mittels einer entsprechenden Wärmepumpe. Somit ist die vorliegende Offenbarung auch für kleinere Grundstücke geeignet, wie sie beispielsweise im städtischen und großstädtischen Umfeld anzufinden sind.
  • Der Erdwärmekollektor kann lehmhaltigen Boden enthalten.
  • Die erste und die zweite Fluidverbindung können in Bereichen von lehmhaltigem Boden umgeben sein. Rohre und/oder Leitungen der ersten und der zweiten Fluidverbindung können in Bereichen von lehmhaltigem Boden umgeben sein. Lehmhaltiger Boden eignet sich besonders gut für die Verwendung in einem Erdwärmekollektor. Bei anderen Bodentypen kann die Dimensionierung des Erdwärmekollektors/die Konstruktion des Erdwärmekollektors entsprechend angepasst sein.
  • Die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung können jeweils ein Material enthalten, das einen Wärmeleitungskoeffizienten von oberhalb von 0,5W/(m*K) aufweist, bevorzugt von oberhalb von 1W/(m*K), stärker bevorzugt von oberhalb von 2W/(m*K), noch stärker bevorzugt von oberhalb von 5W/(m*K) oder 10W/(m*K) oder 20W/(m*K) oder 50W/(m*K).
  • Die erste Fluidverbindung und/oder die zweite Fluidverbindung und/oder die dritte Fluidverbindung können jeweils ein Material enthalten und/oder aus einem Material gemacht sein, das einen Wärmeleitungskoeffizienten von oberhalb von 0,5 W/(m*K) aufweist, bevorzugt von oberhalb von 1W/(m*K), stärker bevorzugt von oberhalb von 2W/(m*K), noch stärker bevorzugt von oberhalb von 5W/(m*K) oder 10W/(m*K) oder 20W/(m*K) oder 50W/(m*K). Rohre und/oder Leitungen der ersten Fluidverbindung und/oder der zweiten Fluidverbindung und/oder der dritten Fluidverbindung können jeweils ein Material enthalten und/oder aus einem Material gemacht sein, das einen Wärmeleitungskoeffizienten von oberhalb von 0,5 W/(m*K) aufweist, bevorzugt von oberhalb von 1W/(m*K), stärker bevorzugt von oberhalb von 2W/(m*K), noch stärker bevorzugt von oberhalb von 5W/(m*K) oder 10W/(m*K) oder 20W/(m*K) oder 50W/(m*K). Ein hoher Wärmeleitungskoeffizient ermöglicht ein gutes Abgeben und Aufnehmen von Wärme in den Erdwärmekollektor/aus dem Erdwärmekollektor. Somit kann ein hoher Wärmeleitungskoeffizient den Flächenbedarf für den Erdwärmekollektor verringern und/oder die Wärmeaufladung des Erdwärmekollektors/den Betrag an Wärmeenergie erhöhen, die an den Erdwärmekollektor übertragen wird.
  • Die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung können jeweils ein Metall enthalten. Die erste Fluidverbindung und die zweite Fluidverbindung können vorzugsweise eine korrosionsbeständige Legierung enthalten.
  • Die erste Fluidverbindung und/oder die zweite Fluidverbindung und/oder die dritte Fluidverbindung können jeweils ein Metall enthalten/aus einem Metall gemacht sein. Das Metall kann zum Beispiel Kupfer und/oder Aluminium sein. Die erste Fluidverbindung und/oder die zweite Fluidverbindung und/oder die dritte Fluidverbindung können vorzugsweise eine korrosionsbeständige Legierung enthalten und/oder aus einer korrosionsbeständigen Legierung gemacht sein. Die Legierung kann zum Beispiel Kupfer und/oder Aluminium enthalten. Die Verwendung von Metallen und oder Legierungen kann den Vorteil haben, dass Wärme besser abgegeben und oder aufgenommen werden kann, beispielsweise in den Erdboden/aus dem Erdboden. Es können beispielsweise auch PE-Rohre verwendet werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines System gemäß einem der Ausführungsbeispiele Bereitstellen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor, gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor und von Wärmeenergie an die Wärmepumpe, und/oder gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor und an den Wärmespeicher.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zum Betreiben eines System gemäß einem der Ausführungsbeispiele Bereitstellen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor umfassen, und kann gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor und/oder an die Wärmepumpe umfassen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zum Betreiben eines System gemäß einem der Ausführungsbeispiele Bereitstellen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor, und gleichzeitiges Aufladen des Erdwärmekollektors mit Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor und gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie an die Wärmepumpe, und/oder gleichzeitiges Aufladen des Erdwärmekollektors mit Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor und gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
    • 2a, 2b und 2c zeigen drei mögliche Betriebsmodi des Ausführungsbeispiels aus 1.
    • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
    • 4a und 4b zeigen zwei Varianten des Ausführungsbeispiels aus 3.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird auf beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um sich auf gleiche oder ähnliche Entitäten zu beziehen. Darüber hinaus gelten die im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform, z. B. der in 1 dargestellten, erläuterten Merkmale und technischen Effekte auch für alle anderen Ausführungsformen, sofern nichts anders beschrieben ist. Falls nicht anders angegeben, können Merkmale und Effekt verschiedener Ausführungsformen passend kombiniert werden.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 1 zeigt ein System, umfassend eine Wärmepumpe WP, einen Erdwärmekollektor EWK, einen thermischen Solarkollektor TSK, ein Zweiverbindungssystem, das ein erstes Fluid in einer ersten Fluidverbindung FV1 und ein zweites Fluid in einer zweiten Fluidverbindung FV2 enthält. Die erste Fluidverbindung FV1 ist mit dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Erdwärmekollektor EWK verbunden und das erste Fluid verbindet den thermischen Solarkollektor TSK mit dem Erdwärmekollektor EWK thermisch. Mit anderen Worten: Der thermischen Solarkollektor TSK ist mit dem Erdwärmekollektor EWK durch das erste Fluid thermisch gekoppelt.
    Die zweite Fluidverbindung FV2 ist mit dem Erdwärmekollektor und der Wärmepumpe verbunden und das zweite Fluid verbindet den Erdwärmekollektor mit der Wärmepumpe thermisch.
    Der thermische Solarkollektor TSK ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie bereitzustellen und/oder abzugeben. Der Erdwärmekollektor EWK ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie bereitzustellen und/oder abzugeben, und ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie aufzunehmen. Das System der 1 ist dazu konfiguriert, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie an die Wärmepumpe WP zu übertragen.
  • Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Das System der 1 kann ein gleichzeitiges Betreiben der Wärmepumpe WP und Aufladen und/oder Regenerieren des Erdwärmekollektors EWK ermöglichen.
  • Das System der 1 kann weiterhin einen Wärmespeicher WS enthalten. Der Wärmespeicher WS kann mit der warmen Seite der Wärmepumpe/der Senkenseite der Wärmepumpe thermisch verbunden sein, beispielsweise über ein weiteres Fluid und dessen Konventionsstrom und Wärmetauscher an der Senkenseite der Wärmepumpe und am Wärmespeicher. Der Wärmespeicher kann thermisch mit dem thermischen Solarkollektor verbunden sein, beispielsweise mittels eines Fluids, beispielsweise kann das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch verbinden.
  • Die zweite Fluidverbindung FV2 kann weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Wärmespeicher WS verbunden sein und das zweite Fluid kann den thermischen Solarkollektor TSK mit dem Wärmespeicher WS thermisch verbinden. Der Wärmespeicher WS kann beispielsweise einen Wassertank und/oder einen Fluidtank enthalten, beispielsweise einen isolierten Wassertank/isolierten Fluidtank. Der Wärmespeicher WS kann beispielsweise durch die Wärmepumpe WP beheizt werden/mit Wärmeenergie versorgt werden.
  • Der Wärmespeicher WS kann beispielsweise die Bereitung von Trinkwarmwasser über eine Frischwasserstation ermöglichen und kann eine Raumheizung eines Gebäudes versorgen.
  • Der Wärmespeicher WS kann ein Pufferspeicher sein. Der Wärmespeicher WS kann zur Zwischenspeicherung von Wärmeenergie dienen. Der Wärmespeicher WS kann derart dimensioniert sein, dass Wärmeenergie für eine bestimmte Anzahl von Tagen vorgehalten werden kann. Beispielsweise kann der Wärmespeicher ein Speichervolumen von ungefähr 1 m3 je 40m2 zu heizender Gebäudefläche haben. Beispielsweise kann das Aufheizen des Wärmespeichers an einem strahlungsreichen Tag dem Wärmespeicher Wärmeenergie für vier strahlungsarme Tage bereitstellen.
  • Der Wärmespeicher kann eine Solltemperatur haben. Beispielsweise können abhängig von der Temperatur des Wärmespeichers verschiedene Betriebsmodi gewählt werden, die weiter unten beispielsweise in Bezug auf 2a, 2b und 2c beschrieben sind. Der Wärmespeicher ist nicht mit dem Erdwärmekollektor identisch, sondern ist vom Erdwärmekollektor unterschiedlich.
  • Der Pfeil zwischen der Wärmepumpe WP und dem Wärmespeicher WS gibt eine mögliche Übertragung von Wärmeenergie von der Wärmepumpe WP zum Wärmespeicher WS an. Die Kreuzungspunkte 110 sind durch Kreise gekennzeichnet und sind steuerbar, beispielsweise mittels Sperrschiebern. Der Fluidstrom in einen Kreuzungspunkt kann ganz in eine der Verbindungen strömen, die mit dem Kreuzungspunkt verbunden sind, oder kann zu gleichen oder unterschiedlichen Teilen in mehrere der Verbindungen strömen, die mit dem jeweiligen Kreuzungspunkt verbunden sind. Am Liniensprung 120 sind die entsprechenden Verbindungen nicht miteinander verbunden. Die Verbindung 130 kann optional sein. Die Verbindung 130 kann eine Entkopplung der Verbindung vom Wärmespeicher WS mit dem thermischen Solarkollektor TSK auf der einen Seite und von der Wärmepumpe WP mit dem Erdwärmekollektor auf der anderen Seite ermöglichen. In solch einem Fall können die beiden Verbindungen (Wärmespeicher WS mit thermischen Solarkollektor TSK und Wärmepumpe WP mit Erdwärmekollektor) vollständig oder teilweise getrennt sein, d. h., der Fluidstrom kann eingeschränkt und/oder ausgeschlossen sein.
  • Weiterhin kann zwischen den beiden Verbindungsanschlüssen der Wärmepumpe WP eine optionale Verbindung 140 angeordnet sein, die ermöglichen kann, einen Teil des Fluidstroms und/oder den gesamten Fluidstrom an der Wärmepumpe vorbeizuleiten, beispielsweise, wenn die Wärmepumpe WP nicht in Betrieb ist und/oder die Wärmepumpe nur einen Teil des Fluidstroms benötigt, der durch den Erdwärmekollektor WK strömt.
  • Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von der Wärmepumpe WP an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von der thermischen Solarkollektor TSK an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Das System der 1 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von der thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS und an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Mögliche weitere Kombinationen von Prozessen, die gleichzeitig stattfinden können, sind dem Fachmann ersichtlich. Die Übertragung von Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor an die Wärmepumpe und von der Wärmepumpe an den Wärmespeicher kann gleichzeitig erfolgen, und kann beispielsweise im Betrieb der Wärmepumpe enthalten sein.
  • Zur besseren Übersichtlichkeit können Bezugszeichen und optionale Merkmale in den folgenden Zeichnungen teilweise oder gänzlich ausgelassen sein.
  • Der thermische Solarkollektor kann ein Röhrenkollektor und/oder ein Vakuumröhrenkollektor und/oder ein PVT-Kollektor sein. Der thermische Solarkollektor kann ein Flachkollektor sein. Üblicherweise haben Vakuumröhrenkollektoren einen geringen Wärmeverlust bei geringen Außentemperaturen und einen hohen Wirkungsgrad, auch bei tiefen Temperaturen. Daher können Röhrenkollektoren und/oder Vakuumröhrenkollektoren bevorzugt sein. Dass das erste Fluid den thermischen Solarkollektor TSK thermisch mit dem Erdwärmekollektor EWK verbindet, kann heißen, dass das erste Fluid durch zwei Wärmetauscher fließt, die jeweils am Erdwärmekollektor EWK und am thermischen Solarkollektor TSK befestigt sind, beispielsweise direkt daran befestigt sind. Dass das erste Fluid den thermischen Solarkollektor TSK thermisch mit dem Erdwärmekollektor EWK verbindet, kann heißen, dass die thermische Verbindung vorwiegend über das erste Fluid hergestellt ist, d.h., dass beispielsweise kein anderes Fluid und keine weiteren Wärmetauscher involviert sind, und/oder dass thermische Pfade über andere Fluide und andere Wärmetauscher gegenüber dem ersten Fluid vernachlässigt werden können. Dies kann analog für die anderen thermischen Verbindungen mittels eines Fluids gelten, beispielsweise für die thermische Verbindung des thermischen Solarkollektors TSK mit dem Wärmespeicher WS mittels des zweiten Fluids und/oder mittels des dritten Fluids, und für die thermische Verbindung des Erdwärmekollektors EWK mit der Wärmepumpe WP mittels des zweiten Fluids.
  • Wenn die Temperatur des Wärmespeichers WS unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, kann beispielsweise bei ausreichender Sonneneinstrahlung/einer ausreichenden Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 an den Wärmespeicher WS übertragen werden. Parallel/gleichzeitig hierzu kann thermische Energie vom thermischen Solarkollektor TSK über das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1 an den Erdwärmekollektor übertragen werden und der Erdwärmekollektor EWK kann so beispielsweise aufgeladen/regeneriert werden. Falls die Wärmeenergie, die der thermischen Solarkollektor über das zweite Fluid an den Wärmespeicher WS bereitstellt/bereitstellen kann, zum ausreichenden Wärmeübertrag an der Wärmespeicher WS nicht ausreichen sollte, kann zusätzlich oder alternativ die Wärmepumpe WP betrieben werden, um Wärmeenergie an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Die Wärmepumpe WP kann gleichzeitig zum Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher und zum Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor über das erste Fluid und die erste Fluidverbindung FV1 an den Erdwärmekollektor betrieben werden. Beim Betrieb kann die Wärmepumpe WP beispielsweise mittels Konvektionsfluss des zweiten Fluids in der zweiten Fluidverbindung FV2 Wärmeenergie des Erdwärmekollektors aufnehmen/dem Erdwärmekollektor Wärmeenergie entziehen und/oder Wärmeenergie an den Wärmespeicher übertragen/abgeben. Parallel/gleichzeitig hierzu kann thermische Energie vom thermischen Solarkollektor TSK über das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1 an den Erdwärmekollektor übertragen werden und der Erdwärmekollektor EWK kann so beispielsweise aufgeladen/regeneriert werden. Obige Prozesse können beispielsweise von der Steuerungsvorrichtung gesteuert werden.
  • Verschiedene mögliche Betriebsmodi sind weiterhin in Bezug auf die 2a-2c erläutert. 2a, 2b und 2c zeigen drei mögliche Betriebsmodi des Systems aus 1. In den 2a, 2b und 2c sind beispielhaft mögliche Fluidströme durch Pfeile angegeben. Diese Angaben sind nicht als einschränkend zu verstehen, und auch nicht derart, dass zwangsläufig alle Fluidströme durch Pfeile angegeben sind. Weitere Fluidströme können möglich sein.
  • In 2a ist ein erster beispielhafter Betriebsmodus des Systems aus 1 gezeigt. Beispielhafte Fluidflüsse sind durch Pfeile angegeben. In der ersten Fluidverbindung FV1 strömt das erste Fluid, beispielsweise mit einem Massestrom mEWK. Das erste Fluid überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK. Gleichzeitig dazu strömt das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 beispielsweise mit einem Massestrom mws und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS. Im ersten Betriebsmodus kann die Wärmepumpe WP ausgeschaltet sein, d. h. nicht in Betrieb sein. Der erste Betriebsmodus kann gewählt werden, wenn die Sonneneinstrahlung/die Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor ausreichend ist, um genügend Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 zum Wärmespeicher WS zu übertragen, um eine vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers WS zu erreichen. Beispielsweise wenn die vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers erreicht ist, kann der Massestrom mws gleich null sein, d. h., es ist möglich, dass kein Fluidfluss zwischen dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Wärmespeicher WS stattfindet, und keine Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS mittels Konvektion stattfindet.
  • In 2b ist ein zweiter beispielhafter Betriebsmodus des Systems aus 1 gezeigt. Beispielhafte Fluidflüsse sind durch Pfeile angegeben. In der ersten Fluidverbindung FV1 strömt das erste Fluid, beispielsweise mit einem Massestrom mEWK. Das erste Fluid überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK. Gleichzeitig dazu strömt das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 beispielsweise mit einem Massestrom mWP und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP. Die Wärmepumpe ist im zweiten Betriebsmodus angeschaltet, d. h. in Betrieb. Die Wärmepumpe WP überträgt thermische Energie an den Wärmespeicher WS (durch einen Pfeil angezeigt). Der zweite Betriebsmodus kann gewählt werden, wenn die Sonneneinstrahlung/die Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor nicht ausreichend ist, um genügend Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 zum Wärmespeicher WS zu übertragen, um eine vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers WS zu erreichen. Im zweiten Betriebsmodus ist es möglich, dass kein Fluidfluss zwischen dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Wärmespeicher WS stattfindet, und dass keine Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS mittels Konvektion stattfindet.
  • In 2c ist ein dritter beispielhafter Betriebsmodus des Systems aus 1 gezeigt. Beispielhafte Fluidflüsse sind durch Pfeile angegeben. In der ersten Fluidverbindung FV1 strömt das erste Fluid, beispielsweise mit einem Massestrom mEWK. Das erste Fluid überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK. Gleichzeitig dazu strömt das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 beispielsweise mit einem Massestrom mWP und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP. Gleichzeitig dazu strömt das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 beispielsweise mit einem Massestrom mws und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS. Der Massestrom im thermischen Solarkollektor TKS kann beispielsweise mws sein oder beispielsweise mWP+mWS. Die Wärmepumpe ist im dritten Betriebsmodus angeschaltet, d. h. in Betrieb. Die Wärmepumpe WP überträgt thermische Energie an den Wärmespeicher WS (durch einen Pfeil angezeigt). Der dritte Betriebsmodus kann gewählt werden, wenn die Sonneneinstrahlung/die Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor nicht ausreichend ist, um genügend Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 zum Wärmespeicher WS zu übertragen, um eine vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers WS zu erreichen, aber dennoch ausreichend ist, eine gewisse Menge Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 zum Wärmespeicher WS zu übertragen.
  • Weitere Betriebsmodi, die sich von dem ersten, zweiten und dritten Betriebsmodus unterscheiden, sind möglich. Die erste, zweite und dritte Betriebsmodi können beispielsweise miteinander kombiniert werden und/oder sie können beispielsweise abgewandelt werden.
  • Eine Steuerungsvorrichtung (in den 1, 2a, 2b, 2c nicht gezeigt) kann Betriebsmodi gemäß den entsprechenden Bedingungen wählen, beispielsweise basierend auf einer Strahlungsintensität auf dem TSK, einer Außentemperatur, einer Temperatur im Erdwärmekollektor, einer Temperatur im Wärmespeicher, und/oder einem aktuellen Verbrauch von Wärmeenergie, und/oder basierend auf Vorhersagen dieser Werte. Die Steuerungsvorrichtung kann jeweilige Pumpleistungen in den einzelnen Fluidverbindungen steuern. Die Steuerungsvorrichtung kann die Durchlässigkeit von Kreuzungspunkten steuern. Die Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher WS mittels Konvektionsflusses des zweiten Fluids kann gegenüber dem Übertragen von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor mittels Konvektionsflusses des ersten Fluids und gegenüber dem Betreiben der Wärmepumpe WP/dem Übertragen von Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe mittels Konvektionsflusses des zweiten Fluids bevorzugt sein, d. h. es kann der Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher WS mittels Konvektionsflusses des zweiten Fluids eine höhere Priorität eingeräumt werden.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. 3 zeigt ein System, umfassend eine Wärmepumpe WP, einen Erdwärmekollektor EWK, einen thermischen Solarkollektor TSK, ein Zweiverbindungssystem, das ein erstes Fluid in einer ersten Fluidverbindung FV1, ein zweites Fluid in einer zweiten Fluidverbindung FV2, und ein drittes Fluid in einer dritten Fluidverbindung FV3 enthält. Die erste Fluidverbindung FV1 ist mit dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Erdwärmekollektor EWK verbunden und das erste Fluid verbindet den thermischen Solarkollektor TSK mit dem Erdwärmekollektor EWK thermisch. Mit anderen Worten: Der thermischen Solarkollektor TSK ist mit dem Erdwärmekollektor EWK durch das erste Fluid thermisch gekoppelt.
  • Die zweite Fluidverbindung ist mit dem Erdwärmekollektor und der Wärmepumpe verbunden und das zweite Fluid verbindet den Erdwärmekollektor mit der Wärmepumpe thermisch.
  • Der thermische Solarkollektor TSK ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie bereitzustellen und/oder abzugeben. Der Erdwärmekollektor EWK ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie bereitzustellen und/oder abzugeben, und ist dazu konfiguriert, Wärmeenergie aufzunehmen. Das System der 3 ist dazu konfiguriert, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie an die Wärmepumpe WP zu übertragen.
  • Das System der 3 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Das System der 3 kann ein gleichzeitiges Betreiben der Wärmepumpe WP und Aufladen und/oder Regenerieren des Erdwärmekollektors EWK ermöglichen.
  • Das System der 3 kann weiterhin einen Wärmespeicher WS enthalten. Der Wärmespeicher WS kann mit der warmen Seite der Wärmepumpe/der Senkenseite der Wärmepumpe thermisch verbunden sein, beispielsweise über ein weiteres Fluid und dessen Konventionsstrom und Wärmetauscher an der Senkenseite der Wärmepumpe und am Wärmespeicher. Der Wärmespeicher kann thermisch mit dem thermischen Solarkollektor verbunden sein, beispielsweise mittels eines Fluids, beispielsweise kann das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 den thermischen Solarkollektor mit dem Wärmespeicher thermisch verbinden.
  • Die dritte Fluidverbindung FV3 kann mit dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Wärmespeicher WS verbunden sein und das dritte Fluid kann den thermischen Solarkollektor TSK mit dem Wärmespeicher WS thermisch verbinden.
  • Der Wärmespeicher WS kann beispielsweise einen Wassertank und/oder einen Fluidtank enthalten, beispielsweise einen isolierten Wassertank/isolierten Fluidtank. Der Wärmespeicher WS kann beispielsweise durch die Wärmepumpe WP beheizt werden.
  • Der Wärmespeicher WS kann beispielsweise die Bereitung von Trinkwarmwasser über eine Frischwasserstation ermöglichen und kann eine Raumheizung eines Gebäudes versorgen.
  • Der Wärmespeicher WS kann ein Pufferspeicher sein. Der Wärmespeicher WS kann zur Zwischenspeicherung von Wärme dienen. Der Wärmespeicher WS kann derart dimensioniert sein, dass Wärme für eine bestimmte Anzahl von Tagen vorgehalten werden kann. Beispielsweise kann der Wärmespeicher ein Speichervolumen von ungefähr 1 m3 je 40m2 zu heizender Gebäudefläche haben. Beispielsweise kann das Aufheizen des Wärmespeichers an einem strahlungsreichen Tag dem Wärmespeicher Wärmeenergie für vier strahlungsarme Tage bereitstellen.
  • Der Wärmespeicher kann eine Solltemperatur haben. Beispielsweise abhängig von der Temperatur des Wärmespeichers können verschiedene Betriebsmodi gewählt werden, die weiter unten erläutert sind. Der Wärmespeicher ist nicht mit dem Erdwärmekollektor identisch, sondern ist vom Erdwärmekollektor unterschiedlich.
  • Der Pfeil zwischen der Wärmepumpe WP und dem Wärmespeicher WS gibt eine mögliche Übertragung von Wärmeenergie von der Wärmepumpe WP zum Wärmespeicher WS an.
  • Das System der 3 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Das System der 3 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Das System der 3 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von der Wärmepumpe WP an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Das System der 3 kann dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und gleichzeitig Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP zu übertragen und/oder gleichzeitig Wärmeenergie von der thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Mögliche weitere Kombinationen von Prozessen, die gleichzeitig stattfinden können, sind dem Fachmann ersichtlich. Die Übertragung von Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor an die Wärmepumpe und von der Wärmepumpe an den Wärmespeicher kann gleichzeitig erfolgen.
  • Der thermische Solarkollektor kann ein Röhrenkollektor und/oder ein Vakuumröhrenkollektor und/oder ein PVT-Kollektor sein. Der thermische Solarkollektor kann ein Flachkollektor sein. Üblicherweise haben Vakuumröhrenkollektoren einen geringen Wärmeverlust bei geringen Außentemperaturen und einen hohen Wirkungsgrad, auch bei tiefen Temperaturen. Daher können Röhrenkollektoren und/oder Vakuumröhrenkollektoren bevorzugt sein. Dass das erste Fluid den thermischen Solarkollektor TSK thermisch mit dem Erdwärmekollektor EWK verbindet, kann heißen, dass das erste Fluid durch zwei Wärmetauscher fließt, die jeweils am Erdwärmekollektor EWK und am thermischen Solarkollektor TSK befestigt sind, beispielsweise direkt daran befestigt sind. Dass das erste Fluid den thermischen Solarkollektor TSK thermisch mit dem Erdwärmekollektor EWK verbindet, kann heißen, dass die thermische Verbindung vorwiegend über das erste Fluid hergestellt ist, d.h., dass beispielsweise kein anderes Fluid und keine weiteren Wärmetauscher involviert sind, und/oder dass thermische Pfade über andere Fluide und andere Wärmetauscher gegenüber dem ersten Fluid vernachlässigt werden können. Dies kann analog für die anderen thermischen Verbindungen mittels eines Fluids gelten, beispielsweise für die thermische Verbindung des thermischen Solarkollektors TSK mit dem Wärmespeicher WS mittels des dritten Fluids, und für die thermische Verbindung des Erdwärmekollektors EWK mit der Wärmepumpe WP mittels des zweiten Fluids.
  • Wenn die Temperatur des Wärmespeichers WS beispielsweise unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, kann bei ausreichender Sonneneinstrahlung/einer ausreichenden Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 zum Wärmespeicher WS übertragen werden. Parallel/gleichzeitig hierzu kann thermische Energie vom thermischen Solarkollektor TSK über das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1 an den Erdwärmekollektor übertragen werden und der Erdwärmekollektor EWK kann so beispielsweise aufgeladen/regeneriert werden. Falls die Wärmeenergie, die der thermischen Solarkollektor über das dritte Fluid an den Wärmespeicher WS bereitstellt/bereitstellen kann, zum ausreichenden Wärmeübertrag an der Wärmespeicher WS nicht ausreichen sollte, kann zusätzlich oder alternativ die Wärmepumpe WP betrieben werden, um Wärmeenergie an den Wärmespeicher WS zu übertragen. Die Wärmepumpe WP kann gleichzeitig zum Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher, beispielsweise mittels des dritten Fluids, und zum Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor über das erste Fluid und die erste Fluidverbindung FV1 an den Erdwärmekollektor betrieben werden. Beim Betrieb kann die Wärmepumpe WP beispielsweise mittels Konvektionsfluss des zweiten Fluids in der zweiten Fluidverbindung FV2 Wärmeenergie des Erdwärmekollektors aufnehmen/dem Erdwärmekollektor Wärmeenergie entziehen. Parallel/gleichzeitig hierzu kann thermische Energie vom thermischen Solarkollektor TSK über das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1 an den Erdwärmekollektor übertragen werden und der Erdwärmekollektor EWK kann so aufgeladen/regeneriert werden.
  • 4a zeigt eine Variante des Systems aus 3, bei der die zweite Fluidverbindung weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor verbunden ist und das zweite Fluid den thermischen Solarkollektor TSK mit der Wärmepumpe WP und dem Erdwärmekollektor EWK thermisch verbindet. Dies ermöglicht, dass Wärmeenergie vom thermischen Solarkollektor TSK über das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 direkt an die Wärmepumpe WP übertragen werden kann. 4b zeigt eine Variante des Systems aus 3, bei der die zweite Fluidverbindung weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor verbunden ist und das zweite Fluid den thermischen Solarkollektor TSK mit der Wärmepumpe WP und dem Erdwärmekollektor EWK thermisch verbindet, und bei der das System die Verbindung 130 aufweisen kann. Weiterhin können die 4a und 4b die Verbindungen 130 und 140 und die Kreuzungspunkte 110 beispielsweise analog zu 1, wie passend anwendbar, beispielsweise in der zweiten Fluidverbindung FV2 enthalten.
  • Die Kreuzungspunkte 110 der 4b sind durch Kreise angegeben. Die Kreuzungspunkte 110 sind steuerbar, beispielsweise mittels Sperrschiebern. Der Fluidstrom in einen Kreuzungspunkt kann ganz in eine der Verbindungen strömen, die mit dem Kreuzungspunkt verbunden sind, oder kann zu gleichen oder unterschiedlichen Teilen in mehrere der Verbindungen strömen, die mit dem jeweiligen Kreuzungspunkt verbunden sind. Die Verbindung 130 kann optional sein. Die Verbindung 130 kann ermöglichen, dass lediglich ein Teil des Fluids, der durch die Wärmepumpe strömt, durch den thermischen Solarkollektor TSK strömt, wodurch der Anteil von Wärmeenergie/die Menge von Wärmeenergie, die durch das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung von dem thermischen Solarkollektor TSK an die Wärmepumpe WP und/oder den Erdwärmekollektor EWK übertragen wird, gesteuert werden kann.
  • Die obigen Ausführungen, insbesondere die zu der 3, gelten analog auch für die 4a und 4b, falls anwendbar.
  • Die Systeme der 4a und 4b können dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von der thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS und/oder an die Wärmepumpe WP zu übertragen. Die Systeme der 4a und 4b können dazu konfiguriert sein, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK zu übertragen und Wärmeenergie von der thermischen Solarkollektor TSK an die Wärmepumpe WP zu übertragen.
  • Verschiedene mögliche Betriebsmodi der Ausführungsformen, die in den 3, 4a und 4b gezeigt werden im Folgenden erläutert. Die Ausführungen zu den 2a, 2b und 2c sind analog anwendbar, falls nichts anderes angegeben ist. Die folgenden Angaben sind nicht als einschränkend zu verstehen, und auch nicht derart, dass zwangsläufig alle Fluidströme angegeben sind. Weitere Fluidströme können möglich sein.
  • In einem ersten beispielhaften Betriebsmodus strömt das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1. Das erste Fluid überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK. Gleichzeitig dazu strömt das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS. Im ersten Betriebsmodus kann die Wärmepumpe WP ausgeschaltet sein, d. h. nicht in Betrieb sein. Der erste Betriebsmodus kann gewählt werden, wenn die Sonneneinstrahlung/die Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor ausreichend ist, um genügend Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 zum Wärmespeicher WS zu übertragen, um eine vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers WS zu erreichen. Beispielsweise wenn die vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers erreicht ist, kann der Massestrom an dem Wärmespeicher gleich null sein, d. h., es ist möglich, dass kein Fluidfluss zwischen dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Wärmespeicher WS stattfindet, und keine Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS mittels Konvektion stattfindet.
  • In einem zweiten beispielhaften Betriebsmodus strömt das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1. Das erste Fluid überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK. Gleichzeitig dazu strömt das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP. Die Wärmepumpe ist im zweiten Betriebsmodus angeschaltet, d. h. in Betrieb. Die Wärmepumpe WP überträgt thermische Energie an den Wärmespeicher WS (in 3, 4a und 4b durch einen Pfeil angezeigt). Der zweite Betriebsmodus kann gewählt werden, wenn die Sonneneinstrahlung/die Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor nicht ausreichend ist, um genügend Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 zum Wärmespeicher WS zu übertragen, um eine vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers WS zu erreichen. Im zweiten Betriebsmodus ist es möglich, dass kein Fluidfluss zwischen dem thermischen Solarkollektor TSK und dem Wärmespeicher WS stattfindet, und dass keine Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS mittels Konvektion stattfindet.
  • In einem dritten beispielhaften Betriebsmodus strömt das erste Fluid in der ersten Fluidverbindung FV1. Das erste Fluid überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Erdwärmekollektor EWK. Gleichzeitig dazu strömt das zweite Fluid in der zweiten Fluidverbindung FV2 und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe WP. Gleichzeitig dazu strömt das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 und überträgt mittels Konvektion Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK an den Wärmespeicher WS. Die Wärmepumpe ist im dritten Betriebsmodus angeschaltet, d. h. in Betrieb. Die Wärmepumpe WP überträgt thermische Energie an den Wärmespeicher WS (durch einen Pfeil angezeigt). Der dritte Betriebsmodus kann gewählt werden, wenn die Sonneneinstrahlung/die Strahlungsintensität auf dem thermischen Solarkollektor nicht ausreichend ist, um genügend Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das dritte Fluid in der dritten Fluidverbindung FV3 zum Wärmespeicher WS zu übertragen, um eine vorbestimmte Solltemperatur des Wärmespeichers WS zu erreichen, aber dennoch ausreichend ist, eine gewisse Menge Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor TSK über das dritte Fluid in der dritte Fluidverbindung FV3 zum Wärmespeicher WS zu übertragen.
  • Eine Steuerungsvorrichtung (in den 3, 4a, 4b nicht gezeigt) kann Betriebsmodi gemäß den entsprechenden Bedingungen wählen, beispielsweise basierend auf einer Strahlungsintensität auf dem TSK, einer Außentemperatur, einer Temperatur im Erdwärmekollektor, einer Temperatur im Wärmespeicher, und/oder einem aktuellen Verbrauch von Wärmeenergie, und/oder basierend auf Vorhersagen dieser Werte. Die Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher WS mittels Konvektionsflusses des dritten Fluids kann gegenüber dem Übertragen von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Erdwärmekollektor mittels Konvektionsflusses des ersten Fluids und gegenüber dem Betreiben der Wärmepumpe WP/dem Übertragen von Wärmeenergie von dem Erdwärmekollektor EWK an die Wärmepumpe mittels Konvektionsflusses des zweiten Fluids bevorzugt sein, d. h. es kann der Übertragung von Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor an den Wärmespeicher WS mittels Konvektionsflusses des dritten Fluids eine höhere Priorität eingeräumt werden.
  • Die Begriffe „thermische Energie“ und „Wärmeenergie“ und „Wärme“ werden im Rahmen dieser Offenbarung synonym zueinander verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Begriffe „aufheizen“/„erwärmen“ und „Übertragen von Wärmeenergie“ werden im Rahmen dieser Offenbarung synonym zueinander verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • In der gesamten Beschreibung, einschließlich der Ansprüche, ist der Begriff „umfassend/enthaltend einen“ als Synonym für „umfassend/enthaltend mindestens einem“ zu verstehen, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus ist jeder in der Beschreibung einschließlich der Ansprüche angegebene Bereich so zu verstehen, dass er seinen Endwert bzw. seine Endwerte einschließt, sofern nichts anderes angegeben ist. Spezifische Werte für beschriebene Elemente sollten so verstanden werden, dass sie innerhalb der akzeptierten Herstellungs- oder Industrietoleranzen liegen, die einem Fachmann bekannt sind, und jede Verwendung der Begriffe „im Wesentlichen“ und/oder „ungefähr“ und/oder „im Allgemeinen“ sollte so verstanden werden, dass sie innerhalb dieser akzeptierten Toleranzen liegen. Obwohl die vorliegende Offenbarung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, sind diese Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung der Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Offenbarung gedacht.
  • Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.
  • Eine Bezugnahme auf ein Patentdokument oder ein anderes Dokument, das als Stand der Technik bezeichnet wird, ist nicht als Eingeständnis zu werten, dass das Dokument oder der sonstige Gegenstand bekannt war oder dass die darin enthaltenen Informationen zum Zeitpunkt der Priorität eines der Ansprüche zum allgemeinen Wissen gehörten.

Claims (18)

  1. System, umfassend: Eine Wärmepumpe (WP), einen Erdwärmekollektor (EWK), einen thermischen Solarkollektor (TSK), ein Zweiverbindungssystem, wobei das Zweiverbindungssystem ein erstes Fluid in einer ersten Fluidverbindung (FV1) und ein zweites Fluid in einer zweiten Fluidverbindung (FV2) enthält, wobei die erste Fluidverbindung (FV1) mit dem thermischen Solarkollektor (TSK) und dem Erdwärmekollektor (EWK) verbunden ist und das erste Fluid den thermischen Solarkollektor (TSK) mit dem Erdwärmekollektor (EWK) thermisch verbindet, wobei die zweite Fluidverbindung (FV2) mit dem Erdwärmekollektor (EWK) und der Wärmepumpe (WP) verbunden ist und das zweite Fluid den Erdwärmekollektor (EWK) mit der Wärmepumpe (WP) thermisch verbindet, wobei der thermische Solarkollektor (TSK) dazu konfiguriert ist, Wärmeenergie bereitzustellen, wobei der Erdwärmekollektor (EWK) dazu konfiguriert ist, Wärmeenergie bereitzustellen, und dazu konfiguriert ist, Wärmeenergie aufzunehmen, und wobei das System dazu konfiguriert ist, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor (TSK) an den Erdwärmekollektor (EWK) zu übertragen und Wärmeenergie an die Wärmepumpe (WP) zu übertragen, wobei die erste Fluidverbindung (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) jeweils einen Fluidverbindungskreislauf enthalten, wobei die erste Fluidverbindung (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) jeweils geschlossene Fluidverbindungen sind, wobei die erste (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) jeweils voneinander getrennt sind, wobei der Erdwärmekollektor (EWK) ein horizontaler Erdwärmekollektor ist, und wobei die erste Fluidverbindung (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) horizontale Bereiche unter der Erdoberfläche enthalten.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei das System weiterhin einen Wärmespeicher (WS) umfasst, wobei der Wärmespeicher (WS) mit der Senkenseite der Wärmepumpe (WP) thermisch verbunden ist, wobei der thermische Solarkollektor (TSK) mit dem Wärmespeicher (WS) thermisch verbunden ist, wobei das System dazu konfiguriert ist, gleichzeitig Wärmeenergie von dem thermischen Solarkollektor (TSK) an den Erdwärmekollektor (EWK) und an den Wärmespeicher (WS) zu übertragen.
  3. System gemäß Anspruch 2, wobei ein Fluid den thermischen Solarkollektor (TSK) mit dem Wärmespeicher (WS) thermisch verbindet.
  4. System gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die zweite Fluidverbindung (FV2) weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor (TSK) und dem Wärmespeicher (WS) verbunden ist und das zweite Fluid den thermischen Solarkollektor (TSK) mit dem Wärmespeicher (WS) thermisch verbindet, oder wobei das Zweiverbindungssystem weiterhin ein drittes Fluid in einer dritten Fluidverbindung (FV3) enthält und wobei die dritte Fluidverbindung (FV3) mit dem thermischen Solarkollektor (TSK) und dem Wärmespeicher (WS) verbunden ist und das dritte Fluid den thermischen Solarkollektor (TSK) mit dem Wärmespeicher (WS) thermisch verbindet.
  5. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das System weiterhin eine Steuerungsvorrichtung umfasst, die dazu konfiguriert ist, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor (TSK) über das erste Fluid an den Erdwärmekollektor (EWK) übertragen wird, und den Anteil der Wärmeenergie, der über das zweite Fluid an die Wärmepumpe (WP) übertragen wird, jeweils zu steuern.
  6. System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das System eine Steuerungsvorrichtung umfasst, die dazu konfiguriert ist, den Anteil der Wärmeenergie, der von dem thermischen Solarkollektor (TSK) über das erste Fluid an den Erdwärmekollektor (EWK) übertragen wird, und den Anteil der Wärmeenergie, der an den Wärmespeicher übertragen wird, jeweils zu steuern.
  7. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Fluidverbindung (FV2) mit der Quellenseite der Wärmepumpe (WP) verbunden ist, und wobei das zweite Fluid den Erdwärmekollektor (EWK) mit der Quellenseite der Wärmepumpe (WP) thermisch verbindet.
  8. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Fluidverbindung (FV2) weiterhin mit dem thermischen Solarkollektor (TSK) thermisch verbunden ist und das zweite Fluid den thermischen Solarkollektor (TSK), den Erdwärmekollektor (EWK) und die Wärmepumpe (WP) thermisch miteinander verbindet.
  9. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der thermische Solarkollektor (TSK) ein PVT-Kollektor ist, wobei der PVT-Kollektor elektrische Energie bereitstellt, wobei vorzugsweise die bereitgestellte elektrische Energie zum Betreiben der Wärmepumpe (WP) verwendet wird.
  10. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Durchschnittstemperatur des ersten Fluids höher ist als die Durchschnittstemperatur des zweiten Fluids.
  11. System gemäß Ansprüche 1 bis 10, wobei der horizontale Erdwärmekollektor (EWK) eine thermische Isolation enthält, wobei die Isolation im Wesentlichen horizontal im Erdreich oder an der Oberfläche des Erdreichs angeordnet ist, wobei die Isolation vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 1m oberhalb von oberen horizontalen Bereichen der ersten Fluidverbindung und der zweiten Fluidverbindung angeordnet ist, vorzugsweise in einem Bereich von 30cm - 75cm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 40cm - 60cm.
  12. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die horizontalen Bereiche der zweiten Fluidverbindung in dem horizontalen Erdwärmekollektor oberhalb der horizontalen Bereiche der ersten Fluidverbindung angeordnet sind, und wobei die horizontalen Bereiche der zweiten Fluidverbindung von horizontalen Bereichen der ersten Fluidverbindung in Tiefenrichtung in einem Abstandsbereich von 20cm - 1,5m beabstandet sind, bevorzugt in einem Abstandsbereich von 30cm - 1m, stärker bevorzugt in einem Abstandsbereich von 30cm - 70cm, noch stärker bevorzugt in einem Abstandsbereich von 40cm - 60cm.
  13. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Bereiche der ersten Fluidverbindung und Bereiche der zweiten Fluidverbindung des horizontalen Erdwärmekollektors (EWK) horizontal in einem Tiefenbereich von 1m - 3m unterhalb der Erdoberfläche angeordnet sind, vorzugsweise in einem Tiefenbereich von 1,25m - 2,5m.
  14. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der horizontale Erdwärmekollektor (EWK) eine Fläche von unter 100% der Gebäudefläche eines Gebäudes aufweist, das an die Wärmepumpe (WP) angeschlossen ist, vorzugsweise unter 75%, stärker bevorzugt unter 66%.
  15. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Erdwärmekollektor (EWK) lehmhaltigen Boden enthält.
  16. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die erste Fluidverbindung (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) jeweils ein Material enthält, das einen Wärmeleitungskoeffizienten von oberhalb von 0,5W/(m*K) aufweist, bevorzugt von oberhalb von 1W/(m*K), stärker bevorzugt von oberhalb von 2W/(m*K), noch stärker bevorzugt von oberhalb von 5W/(m*K) oder 10W/(m*K) oder 20W/(m*K) oder 50W/(m*K).
  17. System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die erste Fluidverbindung (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) jeweils ein Metall enthalten, wobei die erste Fluidverbindung (FV1) und die zweite Fluidverbindung (FV2) vorzugsweise eine korrosionsbeständige Legierung enthält.
  18. Verfahren zum Betreiben eines Systems gemäß der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor (TSK), gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor (TSK) an den Erdwärmekollektor (EWK) und von Wärmeenergie an die Wärmepumpe (WP); und/oder gleichzeitiges Übertragen von Wärmeenergie aus dem thermischen Solarkollektor (TSK) an den Erdwärmekollektor (EWK) und an den Wärmespeicher (WS).
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