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Die
Erfindung betrifft ein Temperiersystem zur Temperierung von Gebäuderäumen
und Brauchwasser, mit einer Temperiereinrichtung zur Temperierung
eines in einem Fluidleiter geführten Trägerfluids, das
für einen Wärmeaustausch mit Raumluft und Brauchwasser
vorgesehen ist, und mit einer Fluidspeichereinrichtung zur Speicherung
von Trägerfluid, die mit dem Fluidleiter kommunizierend
verbunden ist, sowie mit einer Pumpeinrichtung, die für
eine Zirkulation des Trägerfluids zwischen der Temperiereinrichtung
und der Fluidspeichereinrichtung ausgebildet ist.
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Eine
aus der
DE 197 01 823 bekannte,
als Zentralheizung ausgebildete Temperiereinrichtung weist einen
Wasserheizer zur Bereitstellung von Wärme an einen Heizkreislauf
und an einen Brauchwasserspeicher auf. Der Wasserheizer ist kommunizierend
mit einem Brauchwasser-Wärmetauscher verbunden, der in
dem Brauchwasserspeicher angeordnet ist. In dem Speicherbehälter
wird Brauchwasser bevorratet und mit Hilfe des Wärmetauschers
auf eine Zieltemperatur erwärmt. Zudem steht der Wasserheizer
in kommunizierender Verbindung mit dem Heizkreislauf. Eine Rücklaufleitung
des Heizkreislaufs und eine Rücklaufleitung des Wärmetauschers sind
an einen 3-Wege-Mischer angeschlossen, der für die Beeinflussung
des Rücklaufs des als Trägerfluid dienenden Wassers
aus den beiden Rücklaufleitungen in den Wasserheizer ausgebildet
ist. In einer vom Wasserheizer ausgehenden Vorlaufleitung ist eine
Umwälzpumpe eingeschleift, die für Umwälzung des
Wassers im Heizkreislauf und/oder im Brauchwasser-Wärmetauscherkreislauf
ausgeführt ist. Der Wasserheizer ermöglicht entweder
die Erwärmung des Wassers im Heizkreislauf oder die Erwärmung des
Wassers für den Brauchwasser-Wärmetauscher oder
eine simultane Erwärmung von Heizkreislauf und Brauchwasser-Wärmetauscher.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Temperiersystem bereitzustellen,
die eine verbesserte Ausnutzung der für die Temperiereinrichtung
bereitgestellten Energie ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird für ein Temperiersystem der eingangs genannten
Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist
vorgesehen, dass die Fluidspeichereinrichtung einen ersten Fluidspeicher zur
Speicherung einer ersten Teilmenge des Trägerfluids aufweist,
der mit einem Gebäudewärmetauscher zur Temperierung
eines Gebäuderaums kommunizierend verbunden ist und dass
die Fluidspeichereinrichtung einen zweiten Fluidspeicher zur Speicherung
einer zweiten Teilmenge des Trägerfluids aufweist, der
mit einem Brauchwasserwärmetauscher zur Temperierung von
Brauchwasser kommunizierend verbunden ist.
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Mit
Hilfe der zwei Fluidspeicher, die die Fluidspeichereinrichtung bilden,
kann derjenige Teil des Trägerfluids, das für
die Temperierung der Gebäuderäume eingesetzt werden
soll, auf einer ersten Temperatur gehalten werden, während
derjenige Teil des Trägerfluids, das zur Temperierung des
Brauchwassers dient, auf einer zweiten Temperatur gehalten werden
kann, die von der ersten Temperatur abweichen kann. Beide Fluidspeicher
stehen über geeignete Fluidleitergruppen mit der Temperiereinrichtung in
kommunizierender Verbindung und können somit je nach Bedarf
auf die gewünschte Zieltemperatur für den jeweiligen
Fluidspeicher gebracht werden. Durch den Einsatz von Fluidspeichern
sowohl für die Temperierung der Gebäuderäume
als auch für die Temperierung des Brauchwassers wird verglichen
mit der bekannten Zentralheizung eine zusätzliche Wärmekapazität
in Form des ersten Fluidspeichers zur Verfügung gestellt.
Mit Hilfe dieser zusätzlichen Wärmekapazität
kann beispielsweise bei einem hohen Bedarf an erwärmtem
Brauchwasser die Temperierung der Gebäuderäume
zumindest über einen gewissen Zeitraum ohne zusätzliche
Wärmezufuhr durch die Temperiereinrichtung in den ersten
Fluidspeicher aufrecht erhalten werden.
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Exemplarisch
kann der zweite Fluidspeicher, der zur Temperierung von Brauchwasser
dient, auf einer Temperatur in einem Bereich zwischen 30 und 70
Grad Celsius, bevorzugt zwischen 38 und 55 Grad Celsius gehalten
werden. Der erste Fluidspeicher, der das zur Temperierung von Gebäuderäumen
dienende Trägerfluid bevorratet, kann entweder durch Wärmezufuhr
in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 70 Grad Celsius, bevorzugt
zwischen 40 und 55 Grad Celsius, oder durch Kühlung in
einen Temperaturbereich zwischen 3 Grad Celsius und 20 Grad Celsius,
bevorzugt zwischen 6 Grad Celsius und 15 Grad Celsius gehalten werden.
Somit ermöglicht das erfindungsgemäße
Temperiersystem die Verwendung eines einheitlichen Trägerfluids,
das jedoch anwendungsabhängig in den beiden Fluidspeichern
auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste
Fluidleitergruppe, die mit der Temperiereinrichtung verbunden ist,
eine Ventileinrichtung für eine umschaltbare kommunizierende
Verbindung zwischen der Temperiereinrichtung und dem ersten Fluidspeicher
oder der Temperierein richtung und dem zweiten Fluidspeicher aufweist.
Mit Hilfe der Ventileinrichtung wird ein Zustrom von Trägerfluid,
das die Temperiereinrichtung durchlaufen hat, zwischen dem ersten
und dem zweiten Fluidspeicher umgeschaltet. Hierdurch wird gewährleistet,
dass stets nur derjenige Fluidspeicher mit entsprechend temperiertem
Trägerfluid beaufschlagt wird, der aufgrund von Wärmeaustausch
des Trägerfluids mit der Raumluft im Gebäuderäumen
oder durch Wärmeaustausch des Trägerfluids mit
Brauchwasser eine Temperatur aufweist, die von einer vorgebbaren
Zieltemperatur oder einem vorgebbaren Zieltemperaturbereich für
den jeweiligen Fluidspeicher abweicht. Gegebenenfalls kann auch
eine abwechselnde Temperierung der beiden Fluidspeicher mit einem
Umschaltintervall vorgenommen werden, das im Bereich weniger Sekunden
liegt.
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Zweckmäßig
ist es, wenn eine zweite Fluidleitergruppe für eine kommunizierende
Verbindung zwischen dem ersten Fluidspeicher, dem zweiten Fluidspeicher
und der Temperiereinrichtung ausgebildet ist. Die zweite Fluidleitergruppe
dient der Entnahme des Trägerfluids aus den jeweiligen
Fluidspeichern und dem Zustrom des Trägerfluids in die
Temperiereinrichtung. Vorzugsweise stehen der erste Fluidspeicher
und der zweite Fluidspeicher über die zweite Fluidleitergruppe
in ständiger kommunizierender Verbindung, wodurch eine
einfache Aufbauweise für das Temperiersystem gewährleistet
ist. Besonders bevorzugt sind sowohl der erste Fluidspeicher als
auch der zweite Fluidspeicher vollständig mit Trägerfluid,
insbesondere Wasser, gefüllt, so dass nur aus demjenigen
Fluidspeicher über die zweite Fluidleitergruppe eine entsprechender
Trägerfluidmenge abgezogen werden kann, der an anderer
Stelle mit einer identischen Menge an Trägerfluid befüllt
wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn in der ersten oder der zweiten Fluidleitergruppe ein
Wärmezähler eingeschleift ist. Die Auf gabe des
Wärmezählers besteht darin, den in das Trägerfluid
eingebrachten Energiestrom zu messen, um somit die Überwachung
des Gesamtwirkungsgrades des Temperiersystems zu ermöglichen.
Vorzugsweise umfasst der Wärmezähler ein Durchflussmengenmessgerät
zur Ermittlung des Volumenstroms des Trägerfluids sowie
zwei Temperatursensoren. Diese sind beispielsweise im Vorlauf und
im Rücklauf der Temperiereinrichtung angeordnet und können
eine Temperaturdifferenz für das Trägerfluid,
das die Temperiereinrichtung durchläuft, ermitteln.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitergruppe eine Kurzschlussverbindung
mit einem Kurzschlussventil eingeschleift ist. Bei dem Kurzschlussventil
handelt es sich wie auch bei der in der ersten Fluidleitergruppe
eingeschleiften Ventileinrichtung um ein fremdkraftbetätigbares
Umschaltventil, das beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen
Spannung zwischen wenigstens zwei Schaltstellungen umschaltbar ist.
Die Aufgabe der Kurzschlussverbindung und des zugeordneten Kurzschlussventils
besteht darin, eine Umwälzung eines Teils des Trägerfluids
zu ermöglichen, ohne eine Wärmezufuhr in die zugeordneten
Fluidspeicher vorzunehmen. Dies ist insbesondere dann von Interesse,
wenn die Temperiereinrichtung von äußeren Einflüssen,
beispielsweise dem Sonnenlicht, abhängig ist und eine Überhitzung
der Temperiereinrichtung vermieden werden muss, wenn die Fluidspeicher
jeweils ihre Zieltemperatur erreicht haben.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Temperiereinrichtung eine Wärmequelle
umfasst. Als Wärmequelle kommt beispielsweise ein Heizkessel
zur Verwertung fossiler Brennstoffe wie Öl, Erdgas, Kohle
oder regenerativer Energieträger wie Holz oder Biogas in
Frage. Die Wärmequelle kann auch eine Solaranlage umfassen,
die einen Teil des Sonnenlichts in Wärme umwandelt.
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Die
vorstehend genannten Wärmequellen können untereinander
und/oder mit weiteren Wärmequellen, beispielsweise geothermischen
Wärmequellen, Brennstoffzellen oder Blockheizkraftwerken
gekoppelt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung
eine Kältequelle umfasst. Als Kältequelle kann
beispielsweise eine Kältemaschine, wie sie aus der Klimatechnik zu
Klimatisierung von Räumen bekannt ist, und/oder eine Erdsonde
zur Nutzung der Wärmekapazität des Erdbodens und/oder
ein Kältespeicher, beispielsweise in Form eines mit einem
Kältespeichermedium gefüllten Behälters,
genutzt werden. Mit Hilfe der Kältequelle kann insbesondere
eine Temperierung des ersten Fluidspeichers vorgenommen werden,
so dass das Trägerfluid aus dem einem Fluidspeicher für
eine Kühlung von Raumluft in Gebäuderäumen genutzt
werden kann.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Temperiereinrichtung zwischen einem ersten Betriebszustand
als Wärmequelle und einem zweiten Betriebszustand als Kältequelle
umschaltbar ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Temperiereinrichtung
als Wärmepumpe ausgeführt sein. Eine Wärmepumpe
kann in einer ersten Betriebsart Wärme aus der Umgebungsluft, von
Erdsonden oder anderen Wärmequellen entnehmen und durch
einen geeigneten thermodynamischen Kreisprozess mit höherer
Temperatur dem Trägerfluid zur Verfügung stellen.
Alternativ kann die Temperiereinrichtung in einer zweiten Betriebsart
als Kältemaschine das Trägerfluid kühlen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Steuereinrichtung mit der Temperiereinrichtung
und mit der Ventileinrichtung gekoppelt ist, um die Umschaltung
der Ventileinrichtung und/oder der Temperiereinrichtung in Abhängigkeit
von der Temperatur des Trägerfluids im ersten und/oder
im zweiten Fluidspeicher zu beeinflussen. Hierzu kann die Steuereinrichtung
zur Verarbeitung von Sensorsignalen unterschiedlicher Sensoren,
die beispielsweise eine Außentemperatur, eine Raumtemperatur,
eine Temperatur des Trägerfluids im ersten und/oder im
zweiten Fluidspeicher, eine Temperatur der Temperiereinrichtung
und/oder weitere Parameter messen, eingerichtet sein. Die Steuereinrichtung
verarbeitet die Sensorsignale und kann unter Anwendung eines abgespeicherten
Steuer- oder Regelprogramms die Ventileinrichtung und/oder die Temperiereinrichtung
ansteuern und dadurch die gewünschte Zieltemperatur im
ersten und/oder im zweiten Fluidspeicher einstellen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass
eine Temperierung des zweiten Fluidspeichers, der zur Brauchwassertemperierung
dient, Vorrang vor der Temperierung des ersten Fluidspeichers, der
zur Temperierung des Gebäuderaums dient, hat. Die Temperierung
von Gebäuderäumen verläuft mit einer
großen Trägheit. Somit hat eine Abweichung der
Temperatur des Trägerfluids im ersten Fluidspeicher, das
zur Temperierung der Gebäuderäume eingesetzt wird,
von einer Zieltemperatur zumindest kurzfristig nur geringe Auswirkungen.
Demgegenüber stellt ein Benutzer, der an einer Zapfstelle
Brauchwasser abruft, sehr rasch fest, wenn dieses Brauchwasser nicht
mit der für den zweiten Fluidspeicher angestrebten Zieltemperatur temperiert,
insbesondere erwärmt, werden kann. Somit ist es vorteilhaft,
wenn die Temperierung des zweiten Fluidspeichers Vorrang vor der
Temperierung des ersten Fluidspeichers hat, wie dies in der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung vorgesehen ist.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem zweiten
Fluidspeicher eine Zweigleitung zugeordnet ist, die in wärmeübertragender
Verbindung mit einer Kühleinrichtung der Temperiereinrichtung
steht, um im Kühlbetrieb der Temperiereinrichtung eine
Erwärmung des Trägerfluids im zweiten Fluidspeicher
zu ermöglichen. Üblicherweise treten beim Betrieb
einer Kühleinrichtung große Mengen an Abwärme
auf. Diese Abwärme kann beispielsweise über einen
Luftkühler in die Umgebung abgeführt werden. Die
Abwärme kann zumindest teilweise dazu eingesetzt werden,
dem zweiten Fluidspeicher, der für die Temperierung des
Brauchwassers dient, Wärme zuzuführen, insbesondere
um ihn auf seine Zieltemperatur zu erwärmen oder die Zieltemperatur
zu halten. Hierzu ist dem zweiten Fluidspeicher eine Zweigleitung
für Trägerfluid zugeordnet, die der Kühleinrichtung
der Temperiereinrichtung zugeordnet ist und somit einen Teil der
abzuführenden Abwärme der Temperiereinrichtung
nutzen kann. Vorzugsweise ist der Zweigleitung eine Pumpeinrichtung
zugeordnet, die eine Zirkulation des im zweiten Fluidspeicher bevorrateten
Trägerfluids in der Zweigleitung hervorrufen kann. Gegebenenfalls
ist der Zweigleitung ein von der Steuereinrichtung ansteuerbares
Sperrventil zugeordnet.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Temperiereinrichtung
als Wärmepumpe ausgebildet. Die Wärmepumpe kann
wechselweise durch entsprechende Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung
als Wärmemaschine oder als Kältemaschine betrieben
werden. Sie kann somit entweder eine Erwärmung des Trägerfluids
oder eine Abkühlung des Trägerfluids bewirken.
Hierzu benötigt die Wärmepumpe eine Antriebsenergie,
insbesondere elektrische Energie, die von der Steuereinrichtung in
entsprechender Weise bereitgestellt wird.
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Zweckmäßig
ist es, wenn die erste Fluidleitergruppe in einem in vertikaler
Richtung obenliegenden Bereich des ersten oder zweiten Fluidspeichers ausmündet
und wenn die zweite Fluidleitergruppe in einem in vertikaler Richtung
untenliegenden Bereich des ersten oder zweiten Fluidspeichers ausmündet.
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Hierdurch
kann eine Temperaturschichtung im entsprechenden Fluidspeicher erzielt
werden, bei der erwärmtes Trägerfluid im oberen
Bereich des Fluidspeichers zugeführt werden kann, während
sich kühleres Trägerfluid im vertikal untenliegenden
Bereich des Fluidspeichers befindet. Um die Schichtung des Trägerfluids
in dem ersten Fluidspeicher auch im Kühlbetrieb aufrechterhalten
zu können, ist es vorteilhaft, wenn die dem ersten Fluidspeicher
zugeordneten Abschnitte der ersten und der zweiten Fluidleitergruppe über
eine umschaltbare Kreuzungsweiche geführt sind. Damit kann
im Kühlbetrieb eine Zufuhr des von der Temperiereinrichtung
gekühlten Trägerfluids in den unteren Bereich
des Fluidspeichers erfolgen, während ein Rücklauf
des Trägerfluids nach Kühlung des Gebäuderaums
oder der Gebäuderaume in den oberen, wärmeren
Bereich des ersten Fluidspeichers erfolgt. Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn
die Pumpeinrichtung, die dem Heizkreislauf zugeordnet ist, in ihrer
Förderrichtung von der Steuereinrichtung umschaltbar ist,
um beim Heizbetrieb eine Entnahme des Trägerfluids aus
dem wärmeren, oberen Bereich des ersten Fluidspeichers
vornehmen zu können, während im Kühlbetrieb
eine Entnahme des Trägerfluids aus dem unteren, kühleren Bereich
des ersten Fluidspeichers vorgesehen ist.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
der erste und der zweite Fluidspeicher an einer gemeinsamen Trageinrichtung
angebracht sind. Mit Hilfe der Trageinrichtung kann das Temperiersystem
als modulares System in der Werkstatt eines Installateurs oder im
industriellen Maßstab vorgefertigt und als kompakte Einheit
an den Installationsort verbracht werden. Dadurch werden Montagearbeiten
am Installationsort auf die Herstellung von Verbindungen zwischen
dem modulartigen Temperiersystem und den hausinternen Leitungssystemen
für Trägerfluid und Energieversorgung be schränkt.
Hierdurch lassen sich Kosteneinsparungen sowohl bei der Herstellung
also auch bei der Montage des Temperiersystems erzielen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinrichtung und/oder die Pumpeinrichtung und/oder
der Brauchwasserwärmetauscher und/oder ein Temperiereinrichtungs-Wärmetauscher
an der Trageinrichtung angebracht sind. Hierdurch kann das Temperiersystem
als anschlussfertiges Modul vollständig getestet am Installationsort
angeliefert werden.
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Bei
einem Verfahren zum Betreiben eines Temperiersystems, das eine Temperiereinrichtung, eine
Steuereinrichtung sowie einen ersten und einen zweiten Fluidspeicher
umfasst, die mit Fluidleitungen verbunden sind, wobei in einer Fluidleitung
zwischen der Temperiereinrichtung und dem ersten und dem zweiten
Fluidspeicher eine von der Steuereinrichtung umschaltbare Ventileinrichtung
eingeschleift ist, um eine kommunizierende Verbindung zwischen der Temperiereinrichtung
und dem ersten Fluidspeicher oder dem zweiten Fluidspeicher freizugeben,
ist vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung und die Ventileinrichtung
von der Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass die Temperatur
des in dem ersten Fluidspeicher bevorrateten Trägerfluids
und die Temperatur des im zweiten Fluidspeicher bevorrateten Trägerfluids
jeweils einen vorgebbaren Zielwert aufweisen oder jeweils in einem
vorgebbaren Zielwertintervall liegen.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Dabei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines
Temperiersystems und
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2 eine
zweite Ausführungsform eines Temperiersystems.
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Das
in der 1 dargestellte Temperiersystem 1 ist
zur Temperierung von Gebäuderäumen und zur Temperierung
von Brauchwasser ausgebildet. Es umfasst eine Temperiereinrichtung 2,
die beispielsweise als Gas- oder Öl-Brennwertkessel, als
Solarthermie-Modul, als Festbrennstoffkessel, als Wärmepumpe
oder als Kombination davon ausgebildet sein kann. Je nach Auslegung
kann die Temperiereinrichtung 2 entweder für eine
Erwärmung oder für eine Kühlung oder
für eine Erwärmung und Kühlung der Gebäuderäume
und/oder des Brauchwassers ausgebildet sein. Weiterhin umfasst das
Temperiersystem 1 eine Vielzahl von Fluidleitungen 3,
die zur Führung eines Trägerfluids, beispielsweise
Wasser, dienen. Die Aufgabe des Trägerfluids ist es, einen
Wärmetransport zwischen der Temperiereinrichtung 2 und den
zur Temperierung der Gebäuderäume und des Brauchwassers
vorgesehenen Wärmetauschern zu gewährleisten.
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Weiterhin
umfasst das Temperiersystem 1 eine Steuereinrichtung 4,
die in der Art einer speicherprogrammierbaren Steuerung zur Ansteuerung der
nachstehend näher beschriebenen Komponenten des Temperiersystems 1 und
zur Verarbeitung von Sensorsignalen aus dem Temperiersystem 1 eingerichtet
sein kann und beispielsweise einen nicht dargestellten Mikroprozessor
sowie eine zugeordnete Speichereinrichtung umfasst.
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Das
Temperiersystem 1 umfasst weiterhin eine Fluidspeichereinrichtung 5,
die exemplarisch einen ersten Fluidspeicher 6 und einen
zweiten Fluidspeicher 7 umfasst. Der erste Fluidspeicher 6 ist
zur Speicherung einer ersten Teilmenge des Trägerfluids vorgesehen,
das zur Temperierung von Gebäuderäumen dient.
Der zweite Fluidspeicher 7 ist zur Speicherung einer zweiten
Teilmenge des Trägerfluids vorgesehen, das zur Temperierung
von Brauchwasser genutzt wird. Die Fluidspeicher 6 und 7 weisen
jeweils einen Speiseanschluss 8, 9 auf, der für
die Einspeisung von Trägerfluid in den jeweiligen Fluidspeicher
vorgesehen ist, das von der Temperiereinrichtung 2 temperiert
wurde. Die Fluidspeicher 6 und 7 umfassen weiterhin
jeweils einen Entnahmeanschluss 10, 11, der für
die Entnahme von Trägerfluid aus dem jeweiligen Fluidspeicher 6, 7,
das von der Temperiereinrichtung 2 temperiert werden soll,
ausgebildet ist. Zapfanschlüsse 12, 15 am
ersten und zweiten Fluidspeicher 6, 7 dienen der
Abzapfung von Trägerfluid aus dem jeweiligen Fluidspeicher 6, 7 für die
Temperierung von Gebäuderäumen oder von Brauchwasser.
Rücklaufanschlüsse 16, 17 ermöglichen
die Rückführung des an den Zapfanschlüssen 12 oder 15 entnommenen
Trägerfluids in den jeweils zugehörigen Fluidspeicher 6, 7.
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Jedem
der Fluidspeicher 6, 7 ist ein Temperatursensor 18, 19 zugeordnet,
der jeweils über eine der Steuerleitungen 20 mit
der Steuereinrichtung 4 gekoppelt ist, wodurch die Steuereinrichtung 4 die Temperatur
im jeweiligen Fluidspeicher 6, 7 ermitteln kann.
In einem oberen Bereich der Fluidspeicher 6, 7 ist
jeweils ein Leitungszweig 21, 22 angeordnet, der kommunizierend
mit dem jeweiligen Fluidspeicher 6, 7 verbunden
ist und der jeweils mit einer Druckanzeigeeinrichtung 23, 24 sowie
im Falle des Leitungszweigs 21 für den ersten
Fluidspeicher 6 mit einem Sicherheitsventil 25 ausgestattet
ist.
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Mit
dem Zapfanschluss 12 und dem Rücklaufanschluss 16 des
ersten Fluidspeichers 6 ist ein Rohrleitungssystem 28 verbunden,
das exemplarisch eine einzige Rohrleitungsschleife umfasst, in der
Praxis jedoch aus mehreren Rohrleitungsschleifen gebildet sein kann.
In das Rohrleitungssystem 28 sind eine von der Steuereinrichtung 4 ansteuerbare
Umwälzpumpe 29 sowie ein beispielsweise als Heizkörper
ausgeführter Wärme tauscher 30 eingeschleift. Der
Wärmetauscher 30 ist in einem Gebäuderaum 31 angeordnet,
um die Raumluft in diesem Gebäuderaum 31 zu temperieren.
Zusätzlich kann in das Rohrleitungssystem 28 unmittelbar
vor dem Wärmetauscher 30 ein nicht dargestelltes
Thermostatventil eingeschleift sein, mit dessen Hilfe die Raumtemperatur
im Gebäuderaum 31 auf eine vorgebbare Maximaltemperatur
begrenzt werden kann.
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Der
Zapfanschluss 15 und der Rücklaufanschluss 17 dienen
zum Anschluss eines externen, also nicht im zweiten Fluidspeicher
integrierten Wärmetauschers 32, der für
die Erwärmung von Brauchwasser vorgesehen ist. Dem Wärmetauscher 32 ist eine
Umwälzpumpe 33 zugeordnet, die über eine nicht
näher gekennzeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 4 verbunden
ist. Die Umwälzpumpe 33 dient der Umwälzung
der im zweiten Fluidspeicher 7 bevorrateten zweiten Teilmenge
des Trägerfluids durch den Wärmetauscher 32,
wenn von einem Benutzer an einer Zapfstelle, die exemplarisch als Wasserhahn 34 dargestellt
ist, Brauchwasser abgezapft wird. Das Brauchwasser wird mit niedriger
Temperatur von einer Brauchwasserquelle 35, beispielsweise
einem Hauswasseranschluss, bereitgestellt. Von dort aus durchläuft
es, wie anhand der Richtungspfeile an den Brauchwasserleitungen 36 sichtbar
ist, den Wärmetauscher 32. Dort nimmt es Wärme
aus dem Trägerfluid des zweiten Fluidspeichers 7 auf
und wird somit erwärmt, um als Warmwasser am Wasserhahn 34 bereitgestellt
zu werden. Für den Fall, dass längere Zeit kein
Brauchwasser am Wasserhahn 34 entnommen wurde, ist eine
Umwälzpumpe 37 vorgesehen, die für eine
Zirkulation des Brauchwassers in einem geschlossenen Kreislauf zwischen
Wärmetauscher 32 und Wasserhahn 34 sorgt,
um im Fall einer Brauchwasserabzapfung am Wasserhahn 34 rasch
erwärmtes Brauchwasser bereitstellen zu können.
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Um
eine gezielte Temperierung des ersten Fluidspeichers 6 oder
des zweiten Fluidspeichers 7 vornehmen zu können,
sind die Speiseanschlüsse 8, 9 der Fluidspeicher 6, 7 mit
Arbeitsanschlüssen 40, 41 einer Ventileinrichtung 42 verbunden.
Die Ventileinrichtung 42 ist in der Art eines 3/2-Wegeventils ausgebildet
und ermöglicht die Umschaltung einer kommunizierenden Verbindung
zwischen einer Speiseleitung 43, die mit der Temperiereinrichtung 2 gekoppelt
ist und dem Arbeitsanschluss 40 oder dem Arbeitsanschluss 41.
Hierbei bilden die zugehörigen Fluidleitungen zwischen
Temperiereinrichtung 2, Ventileinrichtung 42 und
den beiden Speiseanschlüssen 8, 9 die
erste Fluidleitergruppe 13.
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An
der Temperiereinrichtung 2 ist weiterhin eine Entnahmeleitung 44 kommunizierend
angekoppelt, die mit den Entnahmeanschlüssen 10 und 11 der
Fluidspeicher 6 und 7 verbunden ist und die für eine
Entnahme von Trägerfluid aus dem jeweiligen Fluidspeicher 6, 7 dient. Über
die Entnahmeleitung 44 sind die Fluidspeicher 6 und 7 kommunizierend miteinander
verbunden, diese bildet zusammen mit der zur Temperiereinrichtung 2 führenden
Fluidleitung die zweite Fluidleitergruppe 14.
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Aufgrund
der üblicherweise vollständigen Füllung
der Fluidspeicher 6, 7 mit Trägerfluid
wird jeweils nur aus dem Fluidspeicher 6, 7 Trägerfluid über die
Entnahmeleitung 44 entnommen, indem über die Speiseleitung 43,
die Ventileinrichtung 42 und den zugeordneten und entsprechend
freigeschalteten Arbeitsanschluss 40 oder 41 Trägerfluid
an den Speiseanschluss 8 oder 9 bereitgestellt
wird.
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Um
eine Strömung des Trägerfluids aus dem jeweiligen
Fluidspeicher 6, 7 in die Entnahmeleitung 44 und
durch die Temperiereinrichtung 2 zu bewirken, ist in der
Speiseleitung 43 eine von der Steuereinrichtung ansteuerbare
Umwälzpumpe 45 angeordnet, die das Trägerfluid über
die Entnahmeleitung 44 aus dem jeweiligen Fluidspeicher 6, 7 ansaugt und
entsprechend der Schaltstellung der Ventileinrichtung 42 in
den entsprechenden Fluidspeicher 6, 7 zurückführt.
In der Temperiereinrichtung 2 wird eine Temperierung des
aus dem jeweiligen Fluidspeicher 6, 7 bereitgestellten
Trägerfluids vorgenommen, so dass die in dem jeweiligen
Fluidspeicher 6, 7 bevorratete Teilmenge des Trägerfluids
auf eine von der Steuereinrichtung 4 vorgebbare Zieltemperatur
gebracht werden kann.
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Für
eine Ermittlung des von der Temperiereinrichtung 2 bereitgestellten
Wärmestroms ist ein Wärmezähler 46 vorgesehen,
der exemplarisch ein nicht dargestelltes Durchflussmessgerät
sowie zwei ebenfalls nicht dargestellte Temperatursensoren umfasst.
Der Wärmezähler 46 ermittelt den Volumenstrom
des Trägerfluids in der Speiseleitung 43 und die
Temperaturdifferenz des Trägerfluids zwischen Speiseleitung 43 und
Entnahmeleitung 44. Der Wärmezähler ist über
eine nicht bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 4 verbunden.
Zwischen der Speiseleitung 43 und der Entnahmeleitung 44 ist
ein von der Steuereinrichtung 4 schaltbares Kurzschlussventil 26 angeordnet,
das eine Umwälzung des Trägerfluids durch die
Temperiereinrichtung 2 ermöglicht, sofern beide
Fluidspeicher 6, 7 keinen Wärmebedarf
aufweisen, um somit eine Überhitzung der Temperiereinrichtung 2 zu
vermeiden, sofern es sich hierbei beispielsweise um ein Solarmodul
handelt.
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Das
in der 2 dargestellte Temperiersystem 101 unterscheidet
sich von dem in 1 dargestellten Temperiersystem 1 dadurch,
dass die Temperiereinrichtung 102 exemplarisch als Wärmepumpe
ausgebildet ist. Hiermit kann das in der Entnahmeleitung 44 bereitgestellte
und über die Speiseleitung 43 abgeführte
Trägerfluid entweder erwärmt oder gekühlt
werden. Dazu ist die Temperiereinrichtung 102 mit Hilfe
der Steuer einrichtung 4 zwischen einem ersten zur Erwärmung
von Trägerfluid dienenden Betriebszustand und einem zweiten,
zur Abkühlung von Trägerfluid dienenden Betriebszustand
umschaltbar. Im ersten Betriebszustand arbeitet die Temperiereinrichtung 102 als
Wärmepumpe zur Bereitstellung von Wärme, während
sie im zweiten Betriebszustand als Kältemaschine zur Bereitstellung
von Kühlleistung betrieben wird.
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Üblicherweise
wird die im zweiten Fluidspeicher 7 bevorratete zweite
Teilmenge des Trägerfluids stets auf einer von der Steuereinrichtung 4 vorgebbaren
Temperatur in einem Bereich von 20 bis 60 Grad Celsius gehalten,
um eine Erwärmung von Brauchwasser mittels des Wärmetauschers 32 zu
ermöglichen.
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Die
im ersten Fluidspeicher 6 bevorratete Teilmenge des Trägerfluids
kann je nach Außentemperatur und Anforderung eines Benutzers
erwärmt oder gekühlt werden, indem das Trägerfluid über
die Entnahmeleitung 44 an der als Wärmepumpe oder als
Kältemaschine betriebenen Temperiereinrichtung 102 vorbeigeführt
wird und das entsprechend temperierte Trägerfluid über
die Speiseleitung 43 in den ersten Fluidspeicher 6 zurückgeführt
wird.
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Beim
Betrieb der Temperiereinrichtung 102 als Wärmepumpe
ist vorteilhaft, dass sowohl der Speiseanschluss 8 als
auch der Zapfanschluss 12 in einem oberen Bereich des ersten
Fluidspeichers 6 angeordnet sind. Hierdurch ist gewährleistet,
dass sich im Fluidspeicher 6 eine vorteilhafte Temperaturschichtung
für das Trägerfluid einstellen kann, da erwärmtes
Trägerfluid über den Speiseanschluss 8 im oberen
Bereich zugeführt und über den Zapfanschluss 12 aus
dem wärmeren Bereich in den Heizkreislauf abgezogen werden
kann. Abgekühltes Trägerfluid aus dem Heizkreislauf
wird über den Rücklaufanschluss 16 in
den unteren Bereich des ersten Fluidspeichers zugeführt
und kann von dort aus über den Entnahmeanschluss 10 der
Temperiereinrichtung 102 zugeführt werden.
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Um
diese Temperaturschichtung im ersten Fluidspeicher auch bei einem
Betrieb der Temperiereinrichtung 102 als Kältemaschine
aufrecht erhalten zu können, ist zwischen dem Arbeitsanschluss 40 und
dem Speiseanschluss 8 sowie zwischen dem Entnahmeanschluss 10 und
der als erste Fluidleitergruppe ausgebildeten, mit dem zweiten Fluidspeicher 7 und
der Temperiereinrichtung 102 kommunizierend verbundenen
Entnahmeleitung 44 ein 4/2-Wegeventil 150 angeordnet.
Das 4/2-Wegeventil kann über eine elektromagnetische Stelleinrichtung, die über
eine nicht näher bezeichnete Steuerleitung von der Steuereinrichtung 4 ansteuerbar
ist, zwischen zwei unterschiedlichen Schaltstellungen umgeschaltet
werden. In der ersten Schaltstellung, wie sie in der 2 dargestellt
ist, liegt die vorstehend beschriebene Situation vor, bei der Arbeitsanschluss 40 mit
dem Speiseanschluss 8 und der Entnahmeanschluss 10 mit
der Entnahmeleitung 44 kommunizierend verbunden sind. Beim
Betrieb der Temperiereinrichtung 102 als Kältemaschine
wird das 4/2-Wegeventil 150 in die zweite Schaltstellung
umgeschaltet, so dass der Arbeitsanschluss 40, an dem abgekühltes
Trägerfluid von der Temperiereinrichtung 102 bereitgestellt
wird, mit dem Entnahmeanschluss 10 kommunizierend verbunden
ist, um das abgekühlte Trägerfluid in dem unteren
Bereich des ersten Fluidspeichers 6 bereitstellen zu können.
Zudem wird die Umwälzpumpe 29 in ihrer Förderrichtung
umgekehrt, so dass das kühle Trägerfluid aus dem
unteren Bereich des ersten Fluidspeichers 6 entnommen werden
kann und den Wärmetauscher 30 im Gebäuderaum 31 durchströmt,
um dort Wärme aufzunehmen. Das hierdurch erwärmte
Trägerfluid wird über den Zapfanschluss 12 in
den ersten Fluidspeicher 6 zurückgeführt
und kann von dort aus über den Speiseanschluss 8 und
die Entnahmeleitung 44 in Richtung der Temperiereinrichtung 102 abgezogen
werden.
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Je
nach Wärme- oder Kältebedarf im Gebäuderaum 31 wird
von der Steuereinrichtung 4 neben der entsprechenden Umschaltung
der Temperiereinrichtung 102 zwischen dem Erwärmungsbetrieb
und dem Kühlbetrieb auch eine Umschaltung des 4/2-Wegeventils 150 vorgenommen,
um den ersten Fluidspeicher 6 stets gemäß der
vorgesehenen Wärmeschichtung für das Trägerfluid
betreiben zu können.
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Die
Temperiereinrichtung 102 umfasst einen geschlossenen Kreislauf
für ein Kältemittel auf, in den ein Kompressor 153,
ein Außenwärmetauscher 154, eine Drossel 155 und
ein Innenwärmetauscher 156 kommunizierend eingeschleift
sind. Der Kompressor 153 ist zur Förderung des
Kältemittels vorgesehen. Er ist über eine nicht
bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 4 verbunden
und kann in zwei gegensätzlichen Förderrichtungen
betrieben werden. Gemäß der 2 ist
der Kompressor 153 so dargestellt, dass er das Kältemittel
gegen den Uhrzeigersinn zirkulieren lässt, so dass die
Temperiereinrichtung als Kältemaschine arbeitet. Das Kältemittel
wird im Kompressor 153 verdichtet und verflüssigt und
erfährt hierbei eine Temperaturerhöhung. Das mit
hoher Temperatur durch den Außenwärmetauscher 154 strömende
Kühlmittel wird dort, beispielsweise durch Wärmeaustausch
mit der Umgebungsatmosphäre, abgekühlt. Das nunmehr
abgekühlte, Kältemittel durchströmt nunmehr
die Drossel 155. Hierbei findet eine Expansion des Kältemittels
statt, so dass das vormals flüssige Kühlmittel
in den gasförmigen Zustand übergeht, wobei eine
starke Abkühlung des Kühlmittels verbunden ist.
Das abgekühlte Kühlmittel durchströmt
nunmehr den Innenwärmetauscher 156 und kann dabei
Wärme aufnehmen, die von dem Trägerfluid, das über
die Entnahmeleitung 44 in den Wärmetauscher 30 einge speist
wird, abgegeben wird. Das hierdurch abgekühlte Trägerfluid wird
anschließend am aufgrund der entsprechenden Schaltstellung
des 4/2-Wegeventils 150 am Entnahmeanschluss 10 des
ersten Fluidspeichers 6 eingespeist.
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Bei
einem Betrieb der Temperiereinrichtung 102 als Kältemaschine
zur Kühlung von Gebäuderäumen 31 kann
der Fall auftreten, dass Brauchwasser am Wasserhahn 34 abgezapft
wird. Durch den Wärmeübergang zwischen Trägerfluid
und Brauchwasser im Wärmetauscher 32 kann eine
Ist-Temperatur für das Trägerfluid im zweiten
Fluidspeicher 7 unter eine vorgebbare Temperatur oder unter
eine untere Grenztemperatur eines vorgebbaren Temperaturintervalls
absinken. In diesem Fall schaltet die Steuereinrichtung 4 die
Temperiereinrichtung 102 auf den Betrieb als Wärmepumpe
um und stellt die Ventileinrichtung 42 so um, dass Trägerfluid
aus dem zweiten Fluidspeicher 7 abgezogen wird, um das
Trägerfluid am Innenwärmetauscher 156 zu
erwärmen. Dabei wird das Kältemittel in der Temperiereinrichtung 102 vom
Kompressor 153 nunmehr in einem Kreisprozess gefördert,
der gemäß der 2 im Uhrzeigersinn
verläuft. Hierbei wird das Kältemittel komprimiert
und verflüssigt und dabei erhitzt, wobei es einen Teil
der Wärme im Innenwärmetauscher 156 an das
Trägerfluid abgibt. Anschließend findet eine Expansion
des Kühlmittels in der Drossel 155 statt, wobei
das Kältemittel in den gasförmigen Zustand übergeht
und dabei abgekühlt wird. Am Außenwärmetauscher
wird das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit
der Umgebung wieder erwärmt.
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Um
die Effizienz des Temperiersystems 101 weiter zu erhöhen,
ist neben der getrennten Speicherung von Teilmengen des Trägerfluids
in dem ersten und dem zweiten Fluidspeicher 6, 7 zusätzlich
eine Rohrleitungsschleife 157 vorgesehen, die von der Entnahmeleitung 44 abzweigt
und die an den Speiseanschluss 9 des zweiten Fluidspeichers 7 geführt
ist. In die Rohrleitungsschleife 157 ist ein Wärmetauscher 158 eingeschleift,
der für eine Wärmeübertragung zwischen
dem Trägerfluid und dem Kältemittel im Bereich
zwischen dem Kompressor 153 und dem Außenwärmetauscher 154 angeordnet
ist. Hierdurch kann während des Betriebs der Temperiereinrichtung 102 intermittierend
Trägerfluid aus dem zweiten Fluidspeicher 7 entnommen
werden und mit der Abwärme der im Kühlbetrieb
betriebenen Temperiereinrichtung 102 erwärmt werden.
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Um
eine Zirkulation des Trägerfluids durch die Rohrleitungsschleife 157 zu
bewirken ist eine Umwälzpumpe 159 vorgesehen,
die über eine nicht bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 4 gekoppelt
ist. Desweiteren ist in die Rohrleitungsschleife 157 ein
Absperrventil 160 eingeschleift, das über eine
nicht bezeichnete Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 4 verbunden
ist und das im Bedarfsfall eine Abkopplung der Rohrleitungsschleife 157 vom
Trägerfluidstrom ermöglicht.
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Bei
der in 2 dargestellten Aufbauweise für die Temperiereinrichtung 102 wird
das Trägerfluid bei Betrieb der Temperiereinrichtung 102 als
Kältemaschine abwechselnd aus dem ersten Fluidspeicher 6 entnommen,
um die dort bevorratete Teilmenge des Trägerfluids zu kühlen
oder aus dem zweiten Fluidspeicher 7 entnommen, um die
Abwärme der Temperiereinrichtung 102 zur Erwärmung
der im zweiten Fluidspeicher 7 aufgenommenen Teilmenge des
Trägerfluids zu bewirken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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