DE202011003668U1

DE202011003668U1 - Pufferspeicher zur Aufnahme von flüssigem Medium, Wasserversorgungsanlage mit einem derartigen Pufferspeicher sowie Pufferspeichervorrichtung mit zumindest einem Pufferspeicher

Info

Publication number: DE202011003668U1
Application number: DE202011003668U
Authority: DE
Original assignee: Noll Thomas Dr 85110
Current assignee: Noll Thomas Dr 85110
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2021-03-09

Abstract

Pufferspeicher (1) zur Aufnahme von flüssigem Medium (4), welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und zumindest eine erste Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) aufweist, wobei das Medium (4) so in den Pufferspeicher (1) einbringbar ist, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich (38) einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich (37) einen zweiten Temperaturwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage zumindest einer ersten Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und/oder die Lage zumindest einer ersten Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) in Richtung der Vertikalachse (A) des Pufferspeichers (1) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pufferspeicher zur Aufnahme von flüssigem Medium, welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung zur Zuführung von flüssigem Medium in den Pufferspeicher und zumindest eine erste Abgabeöffnung zur Entnahme von flüssigem Medium aus dem Pufferspeicher aufweist. Das Medium ist so in den Pufferspeicher einbringbar, dass ein im Pufferspeicher höher gelegener erster Mediumbereich einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich einen zweiten Temperaturwert aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wasserversorgungsanlage für ein Gebäude mit einem entsprechenden Pufferspeicher. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Pufferspeichervorrichtung mit zumindest einem Pufferspeicher.
Wasser-Pufferspeicher, die in eine Wasserversorgungsanlage für ein Gebäude eingebunden sind, sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. So gibt es diesbezüglich unterschiedliche Bezeichnungen als Warmwasserspeicher, Trinkwasserspeicher, Brauchwasserspeicher, Solarspeicher, Lastenausgleichsspeicher und Wärmespeicher. Darüber hinaus sind auch sogenannte Kombi-Speicher, Hochleistungsspeicher, Wärmepumpenspeicher und Fernwärmespeicher bekannt. Diese können monovalent, bivalent oder auch trivalent ausgebildet sein. All diese Ausgestaltungen sind im Kontext der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff des Pufferspeichers zu subsumieren.
Üblicherweise wird in einem derartigen Pufferspeicher Wasser beispielsweise über ein externes Wasserversorgungsnetz eingebracht. Es wird dann in diesem Innenvolumen des Pufferspeichers erwärmt. Dazu kann eine indirekte Wärmeübertragung über eine thermische Solareinrichtung, eine Wärmepumpe oder eine Kombination aus beidem erfolgen. Die Solareinrichtung bzw. die Wärmepumpe ist dabei über einen Kreislauf, in dem eine geeignete Flüssigkeit (z. B. Solarflüssigkeit im Fall einer Solaranlage oder ein verdampfbares Arbeitsmedium im Fall einer Wärmepumpe) geführt wird, mit dem Pufferspeicher verbunden und mit dem flüssigen Medium mit dem Innenvolumen des Pufferspeichers thermisch gekoppelt. Darüber hinaus können auch weitere Einrichtungen mit diesem Pufferspeicher verbunden sein. Diesbezüglich können Einrichtungen vorgesehen sein, die selbst zur aktiven Aufheizung des flüssigen Mediums für Pufferspeicher ausgebildet sind oder diesbezüglich das erwärmte flüssige Medium in einem Kreislauf entnehmen und die in dem flüssigen Medium als Wärme enthaltene Energie zur Aufwärmung eines Raums, beispielsweise an Heizkörpern, abgeben.
Bei Wärmepumpen sind sogenannte Grundwasser-Wärmepumpen, Brauchwasser-Wärmepumpen, Sole-Wärmepumpen und Luft-Wärmepumpen bekannt. Während bei Grundwasser-Wärmepumpen, Brauchwasser-Wärmepumpen und Sole-Wärmepumpen ein monovalenter Betrieb einer Heizungsanlage möglich ist, erfordert die Luft-Wärmepumpe, die auch als sogenannte Luft-Split-Anlage ausgelegt oder mit einem Gegenstrom-Wärmetauscher ausgestattet sein kann, in der Regel einen bivalenten Betrieb. Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe basiert auf dem Carnot-Prozess. Hierbei wird ein an den durch Twarm und Tkalt definierten Arbeitstemperaturbereich angepasstes gasförmiges Arbeitsmedium mittels eines Kompressors bis zur Verflüssigung verdichtet. Die dabei entstehende Wärme wird über einen Wärmetauscher an ein erstes Medium bei einem höheren Temperaturniveau Twarm abgegeben. Das erste Medium kann z. B. das Wasser in einem Pufferspeicher oder das Wasser im Rücklauf eines Raumheizungssystems sein. Das abgekühlte flüssige Arbeitsmedium wird anschließend über eine Drossel entspannt und wieder gasförmig. Die dabei entstehende Verdunstungskälte wird an ein zweites Medium bei einem niedrigeren Temperaturniveau Tkalt abgegeben. Das zweite Medium kann z. B. die Außenluft im Fall einer Luftwärmepumpe, die Sole im Fall einer Kollektor-Erdwärmepumpe oder das Grundwasser im Fall einer Grundwasser-Wärmepumpe sein.
Aufgrund von unvermeidbaren Verlusten ist die Effizienz einer auf dem Carnot-Prozess basierenden Wärmepumpe η(WP) auf Werte zwischen 45...60% des Maximalwertes, der sich theoretisch aus dem Carnot-Kreisprozess ergibt, beschränkt. Der maximale Wirkungsgrad (auch als der maximale Coefficient of Performance COPmax bezeichnet) COPmax = Twarm/(Twarm-Tkalt) ist dabei um so größer, je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturniveaus ist. Verluste entstehen z. B. in Kompressoren (Wärmeverluste), durch den Betrieb von Pumpen, durch Reibungsverluste in Kollektoren bei Sole-Wärmepumpen, durch das bei niedrigen Außentemperaturen gelegentlich notwendige Abtauen von Eis bei Luft-Wärmepumpen und nicht zuletzt durch die bei Grundwasser-Wärmepumpen bzw. Sole-Wärmepumpen mit Tiefensonden zu verrichtenden Hubarbeit.
Über Luft-Wasser und Sole-Wasser-Wärmepumpen hinaus sind auch noch sogenannte Gas-Festkörper-Wärmepumpen bekannt, bei denen ein gasförmiges Arbeitsmedium aus einem flüssigen Reservoir verdampft und von einem festen, mit gasförmigen Medium ungesättigten Arbeitsmedium unter Wärmetönung aufgenommen wird. Sobald das feste Medium mit gasförmigem Medium gesättigt ist wird das gasförmige Medium über Wärmeeintrag aus dem festen Medium wieder ausgetrieben und kondensiert am kühlen Reaktorboden. In diesem Kreisprozess ist das gasförmige Medium in der Regel Wasserdampf, der am Reaktorboden zu Wasser kondensiert. Das feste Medium ist in der Regel ein Zeolith, der in seinen Poren Wasserdampf aufnehmen kann. Die dabei entstehende Wärme wird über einen im Zeolith verlegten Wärmetauscher einem Warmwassersystem (Trinkwasser oder Raumheizung) zugeführt. Sobald der Zeolith mit Wasser gesättigt ist wird das Wasser über eine im Reaktor integrierte Heizvorrichtung (z. B. Öl- oder Gasbrenner) wieder ausgetrieben und kondensiert am Boden des Reaktors, wo ein weiterer Wärmetauscher installiert ist. Der Vorteil eines solchen Systems ergibt sich erst aus der Kopplung mit anderen Wärmetauschern wie z. B. einer Solaranlage. Da das Wasser am Reaktorboden in der Regel eine tiefere Temperatur annimmt als z. B. im Fall der direkten Kopplung einer Solaranlage mit einem Pufferspeicher gemäß Stand der Technik, führt dies zu einer Erweiterung des Arbeitsbereichs der Solaranlage in der Weise, dass dieselbe auch bei weniger Sonneneinstrahlung und bei niedrigeren Umgebungstemperaturen anspricht und aufgrund des höheren Temperaturgradienten eine höhere Leistung erbringt.
Zusammen mit den bereits genannten Ausgestaltungsmerkmalen einer Wasseraufbereitungsanlage sind folgende technischen Aspekte bzw. physikalischen Zusammenhänge Stand der Technik. Zur Abgrenzung von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Wasseraufbereitungsanlage werden diese im weiteren bei Bedarf mit SdT(#) zitiert (SdT = Stand der Technik).

(1) Schichten-Pufferspeicher in monovalenter, bivalenter oder trivalenter Betriebsweise mit wärmeerzeugenden Kreisläufen wie z. B. für eine Gas-, Öl- oder Pelletheizung, einem wasserführenden Kaminofen oder einer Solaranlage und wärmeverbrauchenden Kreisläufen wie z. B. einer Raumheizung oder zur Brauchwassererwärmung.
(2) Wärmepumpen auf Basis flüssig-flüssig, wie z. B. die Grundwasser-Wärmepumpe, die Brauchwasser-Wärmepumpe oder die Sole-Wärmepumpe wie beschrieben.
(3) Wärmepumpen auf Basis gasförmig-flüssig wie z. B. Luft-Wärmepumpe wie beschrieben.
(4) Wärmepumpen auf Basis gasförmig-Feststoff wie z. B. die Wasserdampf-Zeolith Wärmepumpe wie beschrieben.
(5) Die Kopplung einer Solaranlage mit einer Wärmepumpe. Bei diesem auch als „Drei-Stufen-Solarsystem” bezeichneten System wird – ähnlich wie bei der Wasserdampf-Zeolith-Wärmepumpe – der Arbeitsbereich der Solaranlage erweitert, indem durch die Solaranlage vorgewärmtes Wasser z. B. eine Luft-Wärmepumpe unterstützt.
(6) Die Kombination von Luft-Wärmepumpen mit Raumlüftungssystemen zur Verringerung der Verluste einer Lüftungsanlage. Dies kann z. B. mit Hilfe von Gegenstrom-Luftwämetauschern realisiert werden.
(7) Die Kopplung bzw. Realisierung einer Wärmepumpe mit in Dachziegeln integrierten Wärmetauschern. Die über den Wärmetauscher gewinnbare Wärme kann – ähnlich wie bei der Kopplung mit einer Solaranlage SdT(5) – zur Unterstützung einer Wärmepumpe genutzt werden oder – im monovalenten Betrieb – als autarkes Raumheizungssystem genutzt werden. Im Gegensatz zu Sole-Wärmepumpen kann auf die aufwändige Verlegung von Kollektoren bzw. das Einbringen von Sonden in das Erdreich verzichtet werden.
(8) Die Verwendung einer Solaranlage zur Regeneration des Erdreichs im Fall von Erdwärmepumpen auf Basis von Sonden oder Kollektoren. Im Betriebsmodus der solaren Erdreichregeneration wird die Wärmepumpenflüssigkeit aus dem Erdreich mit ca. 6...12°C durch die Kollektoren geleitet und trägt somit zur Regeneration des abgekühlten Erdreichs bei. Dieser Modus wird bevorzugt dann genutzt, wenn die Temperatur am Ausgang der Solarkollektoren zu niedrig ist, um direkt in den Pufferspeicher eingespeist werden zu können. Ähnlich wie bei SdT(3) und SdT(5) trägt dieser Betriebsmodus zu einer Erweiterung des Arbeitsbereichs einer Solaranlage bei.
(9) Wärmepumpen, die entweder parallel oder seriell in Reihe geschaltet sind. Nachteil einer seriellen Schaltung ist, dass beide Systeme immer gleichzeitig laufen müssen, weil der notwendige zentrale Wärmetauscher gleichzeitig Verflüssiger der ersten Stufe und Verdampfer der zweiten Stufe ist. Als Vorteil ergibt sich eine Verbesserung der Effizienz der Wärmepumpe. Dies ist von besonderem Vorteil bei Systemen, die ein erhöhtes zweites Temperaturniveau benötigen, wie z. B. zur Brauchwassererwärmung und/oder bei Raumheizungen, die auf dem Radiatorkonzept beruhen.
(10) Die Kombination von Heizungs- und Kühlsystemen mittels Wärmepumpen. Dies ist von besonderem Vorteil im Fall von Niedertemperaturheizungen, wie z. B. einer Fußbodenheizung mit Vorlauftemperaturen von maximal 35°C.
(11) Die Kopplung von Parabolrinnen-Solarkollektoren mit einer Wärmepumpe. Hierzu ist die Verdampfung von Wasser mit anschließender Rückgewinnung der Kondensationswärme in einem Absorber notwendig.
(12) Die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom. Dies kann z. B. in sogenannten mCHP-Anlagen (micro oder mini Combined Heat & Power) realisiert werden. Zur Abgrenzung von Blockheizkraftwerken ist die Gesamtleistung einer mCHP-Anlage gering (< 100 kW).
(13) Die Verwendung von PCM (Phase Change Materials) zur Speicherung von Wärme. Dies ist bekannt z. B. in Verbindung mit Raumklimatisierung, wobei das PCM die tagsüber eingespeiste Wärme zwischenspeichert und über Nacht wieder abgeben kann.
(14) Die Kopplung von Pufferspeichern mit großen, unterirdischen Vorratsspeichern.
(15) Die Nutzung von Erdspeichern zum Speichern von Solarenergie.

Bei bekannten Pufferspeichern, die auch als Schichtenspeicher bezeichnet werden, werden in Richtung der Vertikalachse des Pufferspeichers unterschiedliche Mediumbereiche ausgebildet, in denen das flüssige Medium unterschiedliche Temperaturwerte aufweist. Es entsteht dadurch ein Temperaturgradient des flüssigen Mediums innerhalb des Pufferspeichers entlang der Vertikalachse. Dabei ist die Temperatur im oberen Bereich des Pufferspeichers aufgrund der bevorzugten und in der Regel ortsfesten Einspeisung von warmem Medium im oberen Bereich und von kaltem Medium im unteren Bereich sowie der der Dichteabhängigkeit und der Dichteanomalie von Wasser höher als in niedriger gelegenen Bereichen.
Es sind in diesem Zusammenhang auch Speicher für Heizungsanlagen bekannt, die nur in den Heizungskreislauf eingebunden sind und die Aufgabe haben, Energie zwischenzuspeichern, die gegenwärtig nicht benötigt wird. Diese Speicher können zusätzlich mit Wärmetauschern ausgerüstet sein, um weitere Energieträger mit einzubinden. Sind in diesem Zusammenhang Kopplungen mit Solareinrichtungen vorgesehen, ist gegenwärtig ein zusätzlicher Wärmetauscher vorgesehen, damit die Solarflüssigkeit im Solarkreislauf nicht mit dem Heizungswasser im Inneren des Pufferspeichers vermischt wird. Für wasserführende Kamineinsätze oder zusätzliche Öl- bzw. Gasheizungen ist ein derartiger zusätzlicher Wärmetauscher nicht erforderlich.
Darüber hinaus sind auch Speicher bekannt, die als Warmwasserspeicher zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser, wie Badewasser oder dergleichen dienen. Diese Speicher werden auch als Trinkwasser-, Brauchwasser- oder Hochleistungsspeicher bezeichnet. Derartige Speicher dienen üblicherweise dazu, genügend Trinkwasser zum Duschen, Abspülen usw. zur Verfügung zu stellen.
Des Weiteren sind die bereits oben angesprochenen Schichtenspeicher oder Kombispeicher bekannt. Wie diesbezüglich die Begrifflichkeit bereits ausdrückt, stellten diese eine Kombination der bereits oben genannten Speichertypen dar.
Ein Nachteil der bekannten Pufferspeicher liegt darin, dass die Zuführung von extern erwärmtem Medium, welches direkt oder indirekt die gespeicherte Wärme an das flüssige Medium im Pufferspeicher abgeben soll, mit einer gewissen Einspeisetemperatur beaufschlagt ist. Aufgrund des bereits oben erwähnten Temperaturgradienten im Innenvolumen des Pufferspeichers ist gerade bei derartigen Systemen, bei denen der Pufferspeicher mit einer Solareinrichtung gekoppelt ist, der Temperaturwert im unteren Mediumbereich des Pufferspeichers noch relativ hoch, unter anderem weil die Rückspeisung von Wasser aus dem Heizkreislauf einer Heizungsanlage, dessen Temperatur üblicherweise zwischen 30...40°C im Fall einer Fußbodenheizung und 40...60°C im Fall einer Radiatorheizung liegt, üblicherweise ortsfest in den unteren Bereich des Pufferspeichers erfolgt. Gerade in Verbindung mit einer Solareinrichtung, die im unteren Drittel mit einem Wärmetauscher an den Pufferspeicher gekoppelt ist, ergeben sich daher Situationen, in denen kein Wärmeeintrag mehr durch die Solarflüssigkeit in den unteren Mediumbereich erfolgen kann, weil z. B. der Temperaturunterschied am Ausgang der Solarmodule zur Temperatur im unteren Drittel des Pufferspeichers zu gering ist.
Ein weiterer Nachteil bekannter Pufferspeicher ist darin zu sehen, dass das Volumen des flüssigen Mediums in der Regel nach oben begrenzt ist, weil die baulichen Gegebenheiten (der Pufferspeicher muss durch die Tür eines Hauses passen) größere Pufferspeicher nicht zulassen. Daraus ergeben sich natürliche Obergrenzen für die Dimensionierung von thermischen Solaranlagen. Nichts desto trotz kommt es an heißen und sonnenreichen Sommertagen regelmäßig vor, dass der Pufferspeicher bereits nach wenigen Stunden Sonneneinstrahlung „thermisch gefüllt” ist und die Solareinrichtung abschalten muss, um eine Überhitzung des Mediums zu verhindern.
Der Wirkungsgrad der Solaranlage und des Pufferspeichers bzw. der gesamten Wasserversorgungsanlage ist dadurch beschränkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung Pufferspeicher, eine Pufferspeichervorrichtung sowie eine Wasserversorgungsanlage zum thermischen Aufbereiten von flüssigem Medium zu schaffen, bei welchen bzw. bei welcher die Effizienz der thermischen Energieübertragung auf ein flüssiges Medium des Pufferspeichers verbessert ist.
Insbesondere soll die extern verfügbare thermische Energie umfänglicher in den Pufferspeicher einkoppelbar und an das flüssige Medium abgebbar sein. Diesbezüglich sollen die Leistung und der Wirkungsgrad – im Folgenden kurz Effizient genannt – gesteigert werden. Insbesondere soll der Primärenergieaufwand zum Einbringen von Wärmeenergie in den Pufferspeicher geringer sein als nach dem Stand der Technik mit Wärmepumpen heute möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch Pufferspeicher, eine Pufferspeichervorrichtung und eine Wasserversorgungsanlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Pufferspeicher zur Aufnahme von flüssigem Medium, welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung zur Zuführung von flüssigen Medien in den Pufferspeicher und zumindest eine erste Abgabeöffnung zur Entnahme von flüssigem Medium aus dem Pufferspeicher aufweist. Das Medium ist so in den Pufferspeicher einbringbar, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich den ersten Temperaturwert aufweist und dazu niedriger gelegener Mediumbereich einen zweiten Temperaturwert aufweist. Die Lage zumindest einer ersten Einspeiseöffnung und/oder die Lage zumindest einer ersten Abgabeöffnung ist in Richtung der Vertikalachse des Pufferspeichers veränderbar. Insbesondere ist die Position der Einspeiseöffnung und/oder der Abgabeöffnung durch Verschieben, insbesondere in vertikaler Richtung, veränderbar.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Pufferspeicher zur Aufnahme von flüssigem Medium, welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung zur Zuführung von flüssigem Medium in den Pufferspeicher und zumindest eine erste Abgabeöffnung zur Entnahme von flüssigem Medium aus dem Pufferspeicher aufweist. Das Medium ist so in den Pufferspeicher einbringbar, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich einen zweiten Temperaturwert aufweist. Es sind zumindest zwei einer gemeinsamen Einrichtung zur thermischen Energiezuführung zum flüssigen Medium im Pufferspeicher zugehörige erste Einspeiseöffnungen ausgebildet. Diese sind in Richtung einer Vertikalachse des Pufferspeichers auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet. Zusätzlich oder anstatt dazu ist vorgesehen, dass zumindest zwei einer gemeinsamen Einrichtung zur thermischen Energiezuführung zum flüssigen Medium im Pufferspeicher zugeordnete erste Abgabeöffnungen ausgebildet sind, welche in Richtung der Vertikalachse auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Pufferspeicher zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung angeordnet ist, wobei sie darin mit zumindest einigen Teilkomponenten angeordnet ist. Im in den Pufferspeicher eingebrachten Zustand von flüssigen Medium ist diese Temperaturveränderungs-Vorrichtung zur aktiven Temperaturveränderung des flüssigem Mediums ausgebildet. Diese Temperaturveränderungs-Vorrichtung ist dabei derart konzipiert, dass der erste Temperaturwert des ersten Mediumbereichs erhöht werden kann und/oder der zweite Temperaturwert des zweiten Mediumbereichs erniedrigbar ist. Es wird also durch eine ganz spezifische zusätzliche Komponente, nämlich die Temperaturveränderungs-Vorrichtung, ein aktiver Eingriff in die Temperaturen der Mediumbereiche des flüssigen Mediums möglich. Durch die ganz spezifischen Temperaturwertänderungen in den Mediumbereichen wird ermöglicht, dass bei gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen größere Temperaturunterschiede zwischen der Temperatur in der Heizanlage (Heizkörper oder Fußbodenheizung) und dem oberen Drittel des Pufferspeichers einerseits sowie zwischen der Außentemperatur und der Temperatur im unteren Drittel des Pufferspeichers andererseits realisierbar sind und somit einen effizienteren Energieeintrag vom Pufferspeicher in die Heizanlage und von der Solaranlage in den Pufferspeicher ermöglichen. Explizit kann somit auch an kälteren Tagen oder zu späteren Abendstunden oder gegebenenfalls in lauen Sommernächten thermische Energie genutzt und auf das flüssige Medium im Pufferspeicher übertragen werden. Es kann somit über einen längeren Zeitraum im Tagesablauf – und hier insbesondere auch nachts, wenn keine Sonne scheint – sowie auch über ein längeres Zeitfenster im Jahresablauf – und hier insbesondere auch in kälteren Jahreszeiten – eine Nutzung der thermischen Energie der Umgebung erzielt werden. Die Effizienz des Pufferspeichers kann dadurch deutlich erhöht werden.
Vorzugsweise wird im Kontext der Erfindung unter einem Pufferspeicher auch eine Pufferspeichervorrichtung verstanden, die zumindest eine Pufferspeichereinheit aufweist, wobei auch mehrere separate Pufferspeichereinheiten vorgesehen sein können, die insbesondere miteinander koppelbar sind. In mindestens einer dieser Pufferspeichereinheiten ist zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung zumindest teilweise angeordnet. Es können auch mehrere Temperaturveränderungs-Vorrichtungen vorgesehen sein, die miteinander koppelbar sind, insbesondere im Hinblick auf ihre Funktion der Temperaturveränderung in Reihe geschaltet und somit kaskadiert gekoppelt sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das in den Pufferspeicher einzubringende flüssige Medium so einbringbar ist, dass es entlang der Vertikalachse des Pufferspeichers einen Temperaturgradienten aufweist, bei dem der erste Temperaturwert höher als der zweite Temperaturwert ist. Gerade derartige Ausgestaltungen gewährleisten großes Potential im Hinblick auf die Energieeffizienzsteigerung. Da ohnehin schon sehr gezielt gewisse Schichten des Mediums mit unterschiedlichen Temperaturwerten im Pufferspeicher gebildet sind, wobei diese im Hinblick auf die Verwendbarkeit und Temperaturwertausgestaltung Vorteile aufweisen, können diese nochmals begünstigt werden.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Temperaturwert im Wesentlichen gleich sind. Auch dann kann durch die Erfindung eine größere Differenz zwischen den Temperaturwerten im oberen und unteren Drittel des Pufferspeichers erzeugt werden, was dann prinzipiell erst zur Ausbildung eines derartigen Schichtensystems führen kann.
In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung nach dem thermodynamischen Carnot-Prozess arbeitet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird in besonders vorteilhafter Weise sowohl das Erhöhen des oberen Temperaturwerts als auch das Erniedrigen des unteren Temperaturwerts erreicht. Durch diesen thermodynamischen Prozess und die entsprechenden Kopplungen kann nicht nur die Temperaturwertveränderung besonders effektiv erzeugt werden, sondern auch in sehr ökonomischer Weise ein relativ großer Differenzwert zwischen den Temperaturwerten zusätzlich erzeugt werden. Insbesondere können Differenzwerte größer 20°C, insbesondere Werte größer 35°C erzielt werden.
Vorzugsweise weist die die Temperaturveränderungs-Vorrichtung Wärme tauschende Komponenten auf, welche in dem Pufferspeicher angeordnet sind und zur aktiven Temperaturveränderung des Mediums ausgebildet sind. Vorzugsweise umfassen die Wärme tauschenden Komponenten zumindest ein Kühlmodul und zumindest ein Erwärmmodul, die im Pufferspeicher angeordnet sind, insbesondere im Innenvolumen des Pufferspeichers, in dem sich insbesondere das flüssige Medium befindet, angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung eine Kältemaschine, die insbesondere zur Erhöhung des ersten Temperaturwerts und zur Erniedrigung des zweiten Temperaturwerts ausgebildet ist. Gerade dadurch lassen sich besonders große Erniedrigungen des zweiten Temperaturwerts erreichen. Indem dieser relativ weit abgesenkt wird, kann die Verwendung von externen Einrichtungen zur thermischen Energieübertragung auf das flüssige Medium variabler und flexibler gestaltet werden. Gerade dann, wenn diese externen Einrichtungen im Wesentlichen ihre thermische Energie von der Umwelt bzw. von der Umgebungstemperatur beziehen, kann jahreszeitbedingt und tageszeitbedingt über einen größeren Zeitraum die thermische Energieabgabe von dieser Einrichtung auf das flüssige Medium erfolgen. Die Kältemaschine kann als Absorptionskältemaschine oder als Adsorptionskältemaschine oder als Diffusionsabsorptionskältemaschine oder als Kompressionskältemaschine ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein pufferspeicherexterner flüssiges Medium führender erster Kreislauf mit der ersten Einspeiseöffnung und der ersten Abgabeöffnung verbunden ist, wobei diese Einspeiseöffnung und diese Abgabeöffnung auf Höhe des zweiten Mediumbereichs, insbesondere bodennah, am Pufferspeicher angeordnet ist. Insbesondere sind in diesen ersten Kreislauf zumindest ein Wärmetauscher, insbesondere eine Solareinrichtung, geschaltet. Insbesondere ist zumindest ein weiterer Wärmetauscher in den ersten Kreislauf geschaltet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein der Temperaturveränderungs-Vorrichtung zugehöriges Kühlmodul zum Erniedrigen des zweiten Temperaturwerts in einer unteren Hälfte des Innenvolumens des Pufferspeichers im Innenvolumen angeordnet ist. Gerade dadurch wird es in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, dass in den unteren Zonen des Pufferspeichers eine entsprechende Abkühlung des zweiten Temperaturwerts erfolgt. Gerade bei Ausgestaltungen, bei denen in Richtung der Vertikalachse Temperaturgradienten der Mediumbereiche vorliegen kann in diesem Zusammenhang dieser Temperaturgradient nochmals vergrößert werden. Besonders effektiv kann somit der untere Mediumbereich abgekühlt werden und dadurch ein besonders effektives und effizientes thermisches Einkoppeln von thermischer Energie einer externen Einrichtung, insbesondere Solareinrichtung, erreicht werden. Dies kann dann über längere Zeiträume eines Tages oder einer Jahreszeit erreicht werden.
Das Kühlmodul, das Erwärmmodul und der Kompressor sind insbesondere in einem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeordnet und verbunden, in welchem das Kältemittel zirkuliert.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein der Temperaturveränderungs-Vorrichtung zugehöriges Erwärmmodul zum Erhöhen des ersten Temperaturwerts oberhalb dem Kühlmodul des Pufferspeichers im Innenvolumen angeordnet ist, insbesondere kann es von unten nach oben betrachtet im zweiten Viertel oder einem dritten Viertel des Innenvolumens entlang der Vertikalachse betrachtet, angeordnet sein.
Gerade bei Pufferspeichern mit einem entsprechenden Temperaturgradienten entlang der Vertikalachse sind diese Anordnungen der Module der Temperaturveränderungs-Vorrichtung besonders vorteilhaft. Da üblicherweise die oberen Medienbereiche im Pufferspeicher eine relativ hohe Temperatur aufweisen, ist dort eine zusätzliche Erwärmung gar nicht mehr erforderlich bzw. auch nicht mehr gewünscht. Durch die entsprechende spezifische Positionierung der Module der Temperaturveränderungs-Vorrichtung können auch andere Mediumbereiche auf entsprechende Temperaturen verändert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Kompressor der Temperaturveränderungs-Vorrichtung in dem Innenvolumen des Pufferspeichers angeordnet ist. Bei derartigen Ausgestaltungen können somit nahezu alle Teile der Temperaturveränderungs-Vorrichtung im Innenvolumen des Pufferspeichers integriert sein. Dadurch kann eine kompakte Ausgestaltung des Pufferspeichers erreicht werden. Der Kompressor kann dahingehend ausgestaltet sein, dass er von dem flüssigen Medium kontaktiert ist und entsprechende Funktionalität im Hinblick auf seine Betriebssicherheit aufweist.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Kompressor der Temperaturveränderungs-Vorrichtung außerhalb dem Innenvolumen des Pufferspeichers angeordnet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist dann die Zugänglichkeit zu Wartungsarbeiten oder dergleichen vereinfacht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kompressor in einem Zwischengehäuse, insbesondere einem mit flüssigem Medium zumindest bereichsweise gefüllten Zwischengehäuse angeordnet ist, wobei das Zwischengehäuse in einer Einbaunische des das Innenvolumen des Pufferspeichers begrenzenden Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Innenvolumen des Zwischengehäuses von dem Innenvolumen des Pufferspeichers separiert ist bzw. durch eine Wand getrennt ist. Durch eine derartige Ausgestaltung können die oben genannten Vorteile kombiniert werden. Es kann nämlich durch die Einbaunische erreicht werden, dass dennoch ein sehr kompakter Pufferspeicher erzielt ist, andererseits jedoch jederzeit die Zugänglichkeit zu dem Kompressor über das Zwischengehäuse ermöglicht sein, ohne dass auch zugleich dann die Zugänglichkeit in das Innenvolumen erforderlich wäre. Indem dieses Zwischengehäuse insbesondere auch mit flüssigem Medium, welches nicht gleich dem flüssigen Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers sein muss, gefüllt ist, kann auch die im Betrieb des Kompressors abgegebene Wärme genutzt werden, um das flüssige Medium im Zwischengehäuse aufzuheizen, welches dann die gespeicherte Wärme an das Medium im Pufferspeicher abgibt. Durch eine derartige Ausgestaltung wird der Wirkungsgrad des Kompressors und der Temperaturveränderungs-Vorrichtung weiter maximiert.
Vorzugsweise sind in der Trennwand zwischen dem Zwischengehäuse und der Gehäusewand des Innenvolumens, welches vorzugsweise die gleiche Wand ist, entsprechende Durchführungen für Leitungen zwischen dem Kompressor und den sich im Innenvolumen des Pufferspeichers befindlichen weiteren Komponenten der Temperaturveränderungs-Vorrichtung ausgebildet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine erste Einspeiseöffnung und/oder zumindest eine erste Abgabeöffnung in Richtung der Vertikalachse betrachtet innerhalb der Lage des zweiten Mediumbereichs an der Gehäusewand des Pufferspeichers angeordnet ist bzw. sind. Insbesondere, wenn diese erste Einspeiseöffnung und die erste Abgabeöffnung mit einer externen Einrichtung gekoppelt sind, die zur Aufnahme von thermischer Energie aus der Umgebung bzw. aus der Umwelt ausgebildet ist, können gerade bei einer Erniedrigung des zweiten Temperaturwerts die oben genannten Vorteile besonders gut erreicht werden.
Vorzugsweise sind die zumindest eine erste Einspeiseöffnung und die zumindest eine erste Abgabeöffnung mit einem externen Wärmetauscher, insbesondere einer thermischen Solareinrichtung, verbunden.
Diese Ausgestaltung ermöglicht einen besonders effektiven Betrieb insbesondere der Solareinrichtung. Denn es kann dadurch gewährleistet werden, dass auch in frostfreien Herbst- und Winternächten oder auch zu späteren Abendstunden die von der Umgebungstemperatur übertragene Energie auf die Solarflüssigkeit genutzt werden kann, um das flüssige Medium im unteren zweiten Mediumbereich aufzuheizen, da dieses dann vorzugsweise durch die Temperaturveränderungs-Vorrichtung auf einen niedrigeren Temperaturwert abgesenkt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Solareinrichtung einen Kreislauf aufweist, dessen flüssiges Solarmedium kontaktfrei mit dem flüssigen Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers in einem im Innenvolumen des Pufferspeichers angeordneten Wärmetauscher der Solareinrichtung geführt ist. Vorzugsweise ist dieser Wärmetauscher in der unteren Hälfte angeordnet. Er kann vorzugsweise eine in Vertikalrichtung gewundene Spirale sein. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher in der unteren Hälfte des Pufferspeichers in etwa mittig angeordnet. Er kann zusätzlich noch mit einer Wandung, die vorzugsweise eine Flaschenform aufweist, umgeben sein. Dadurch kann die konzentrierte und örtlich spezifiziertere Aufheizung des flüssigen Mediums erfolgen. Diese zusätzliche Wandung kann an unterschiedlichen Stellen im Hinblick auf das Höhenniveau entlang der Vertikalachse Auslässe aufweisen, aus denen dann bedarfsgerecht das erwärmte flüssige Medium in der Flasche in den Pufferspeicher in unterschiedlichen Medienbereichen abgegeben wird.
Vorzugsweise umfasst der Pufferspeicher eine Mehrzahl von Einspeiseöffnungen und eine Mehrzahl von Abgabeöffnungen. Diesbezüglich ist vorzugsweise eine Einspeiseöffnung vorgesehen, über die beispielsweise Wasser über ein externes Wasserversorgungsnetz in den Pufferspeicher geleitet wird, um dort dann erwärmt zu werden. Es kann eine Abgabeöffnung vorgesehen sein, über welche Brauchwasser, beispielsweise zum Waschen, Abspülen, Duschen oder dergleichen abgerufen werden kann. Des Weiteren können weitere Einspeiseöffnungen vorgesehen sein, die mit Kreisläufen mit einem Heizkörper und/oder einer Wandheizung und/oder Fußbodenheizung verbunden sind. Entsprechend sind mit diesen Kreisläufen dann auch jeweils zumindest eine Abgabeöffnung verbunden. Darüber hinaus können auch zumindest eine weitere Einspeiseöffnung und zumindest eine weitere Abgabeöffnung mit einer Heizung, beispielsweise einer Gasheizung, einer Ölheizung oder einer Pelletheizung verbunden sein. Darüber hinaus kann auch ein wasserführender Ofen, beispielsweise ein Kachelofen oder dergleichen vorgesehen sein, der mit entsprechenden Einspeiseöffnungen und Abgabeöffnungen mit dem Pufferspeicher verbunden ist und ebenfalls vorzugsweise mit einem Kreislauf mit dem Pufferspeicher gekoppelt ist.
Darüber hinaus kann der Pufferspeicher über eine weitere Abgabeöffnung und eine weitere Einspeiseöffnung mit einem zweiten, sehr großen Pufferspeicher in Verbindung stehen, der z. B. unter dem Haus oder außerhalb des Gebäudes, wie z. B. im Garten, angeordnet sein kann, und ein Vorratsspeicher ist.
Darüber hinaus können auch zumindest jeweils eine Einspeiseöffnung und eine Abgabeöffnung vorgesehen sein, die mit einer Klimaanlage gekoppelt sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nutzt die Klimaanlage die Infrastruktur der bestehenden Heizungsanlage, indem durch die Heizkörper oder die Fußbodenheizung anstelle warmem Wassers im Bedarfsfall kaltes Wasser geführt wird, welches dem unteren, kalten zweiten Mediumbereich des Pufferspeichers entnommen und einem höher gelegenen, etwas wärmeren erster Mediumbereich wieder zugeführt wird. Diese Variante der „Heizungsumkehr” bietet besonders große Vorteile, wenn der Pufferspeicher – wie oben beschrieben – an einen weiteren, sehr großen Pufferspeicher angeschlossen ist, der z. B. unter einem Gebäude angeordnet sein kann und zur Speicherung von überschüssiger Solarenergie im Sommer ausgelegt ist.
Vorzugsweise sind zumindest zwei einer gemeinsamen externen Einrichtung zugeordnete erste Einspeiseöffnungen ausgebildet, welche in Richtung der Vertikalachse auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.
Im Hinblick auf eine externe Einrichtung werden diesbezüglich allgemein alle Ausgestaltungen verstanden, die zur Aufnahme von thermischer Energie ausgebildet sind und diese über einen Kreislauf, über den sie mit dem Pufferspeicher und insbesondere dem flüssigen Medium im Pufferspeicher gekoppelt sind, an das flüssige Medium wieder abgeben können.
Durch eine derartige Ausgestaltung, bei der zumindest zwei Einspeiseöffnungen vorgesehen sind, kann eine gewisse Variabilität der Einspeisung in unterschiedliche Mediumbereiche erfolgen. Abhängig davon, welche Einrichtung gerade vorgesehen ist und welche thermische Energie sich speichern lässt, kann dann eine sehr zielgerichtete Einspeisung der thermischen Energie in das flüssige Medium erreicht werden. Dadurch können größere Energieübertragungswirkungsgrade auf das flüssige Medium erzielt werden. Darüber hinaus kann auch eine bedarfgerechtere Einspeisung erfolgen, wobei bedarfsgerecht so zu verstehen ist, dass das Medium an einer Stelle in den Pufferspeicher eingespeist wird, an der praktisch keine Temperaturunterschiede zwischen eingespeistem Medium und Pufferspeicher vorhanden sind. Dies insbesondere im Hinblick darauf, dass zu große Temperaturunterschiede zwischen dem flüssigen Medium an der Einspeisestelle und dem Einspeisemedium vermieden werden sollten, um zu starke Verwirbelungen im flüssigen Medium verhindern zu können.
Es kann also durch die Mehrzahl von Einspeiseöffnungen insbesondere abhängig von den jeweiligen Temperaturwerten an den Einspeiseöffnungen einerseits und der Temperaturwerte in den Mediumbereichen an diesen entsprechenden Höhenlagen die geeignetste Einspeiseposition ausgewählt werden. Vorzugsweise ist dazu eine Steuereinheit vorgesehen, die abhängig von Sensordaten, insbesondere über die Temperaturwerte an den entsprechenden Stellen, eine geeignete Einspeiseöffnung auswählt und dann darüber die entsprechende Einspeisung steuert.
Vorzugsweise sind die beiden ersten Einspeiseöffnung mit einer gemeinsamen Zuleitung verbunden. Darauf kann quasi ein zusammenhängendes System der Einspeiseöffnungen generiert werden und dadurch auch sehr schnell und effektiv die Einspeisung an der gewünschten Stelle erfolgen.
Vorzugsweise ist die Zuleitung im Innenvolumen des Pufferspeichers angeordnet und mit einem Zuleitungsanfang an die Gehäusewand des Pufferspeichers mündend ausgebildet. Die kompakte Bauform des Pufferspeichers wird dadurch begünstigt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Zuleitung außerhalb des Gehäuses des Pufferspeichers angeordnet ist und zwei Zuleitungsenden mit den beiden ersten Einspeiseöffnungen verbunden sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Zugänglichkeit zu der Zuleitung gewährleistet. Insbesondere zu Montagezwecken oder Wartungsarbeiten ist dies vorteilhaft.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an den zumindest zwei ersten Einspeiseöffnungen jeweils ein Ventil angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders exakte Steuerung der Einspeisung. Die Steuerung der Ventile über die Steuereinheit ist darüber hinaus auch schnell möglich.
Vorzugsweise ist die Lage zumindest einer ersten Einspeiseöffnung und/oder die Lage zumindest einer ersten Abgabeöffnung in Richtung der Vertikalachse veränderbar. Eine diesbezügliche Mobilität und relative Bewegbarkeit der Einspeiseöffnung und/oder der Abgabeöffnung ist dadurch gewährleistet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine erste Einspeiseöffnung kontinuierlich verschiebbar ist, insbesondere um zumindest die Hälfte der Höhe des Pufferspeichers verschiebbar ist. Durch eine kontinuierliche Verschiebbarkeit im Vergleich zu mehreren örtlich festen Einspeisepunkten entlang der Vertikalachse ist ein noch präziseres Einbringen der extern aufgenommenen thermischen Energie in spezifische Zonen bzw. Mediumbereiche des flüssigen Mediums im Pufferspeicher möglich. Es kann somit insbesondere die Einspeisung an denjenigen Stellen im Pufferspeicher erfolgen, die in etwa die gleichen Temperaturwerte aufweisen, wie der Temperaturwert des in die erste Einspeiseöffnung einzubringenden Mediums.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei einer Möglichkeit einer Relativverschiebung einer zumindest ersten Einspeiseöffnung gegenüber der Gehäusewand des Pufferspeichers ein entsprechender Antriebsmotor vorgesehen ist, der über eine Steuereinheit antreibbar ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine zweite Einspeiseöffnung und zumindest eine zweite Abgabeöffnung ausgebildet sind. Diesbezüglich sind bereits oben beispielhafte Erläuterungen angegeben, was über zweite Einspeiseöffnungen eingespeist werden kann und was über zweite Abgabeöffnungen entnommen werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine zweite Einspeiseöffnung und die zumindest eine zweite Abgabeöffnung mit einer Raumheizeinrichtung, welche zum Erwärmen eines Raums im Raum selbst angeordnet ist, verbunden sind.
Beispielsweise kann hier ein Heizkörper, der im Raum angeordnet ist, eine Fußbodenheizung oder eine Wandheizung als Raumheizeinrichtung vorgesehen sein. Es kann vorgesehen sein, dass ein Heizkörper in Verbindung mit einer weiteren Einspeise- und Abgabeöffnung auch als Klimaanlage betrieben werden kann, indem anstelle warmem Wassers kaltes Wasser eingespeist wird.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass auch die vertikale Lage zumindest einer zweiten Einspeiseöffnung und/oder zumindest einer zweiten Abgabeöffnung in Richtung der Vertikalachse veränderbar ist, insbesondere kontinuierlich verschiebbar ist. Es kann auch hier vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zumindest zwei zweite Einspeiseöffnungen und/oder zumindest zwei zweite Abgabeöffnungen ausgebildet sind, die in Richtung der Vertikalachse übereinander positioniert sind. Selbst im Hinblick auf das Übereinander-positioniert-Sein kann dies nur entlang einer vertikalen Geraden sein, jedoch auch auf die Umlaufrichtung um die zentrale mittige Vertikalachse des Pufferspeichers versetzt zueinander sein.
Besonders vorteilhaft ist es, dass zumindest zwei erste Einspeiseöffnungen vorgesehen sind, die mit einem Kreislauf für eine Solareinrichtung gekoppelt sind, und welche in Richtung der Vertikalachse des Pufferspeichers auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zusätzlich zumindest zwei zweite Einspeiseöffnungen vorgesehen sind, die mit einer Raumheizeinrichtung verbunden sind und auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind. Gerade durch eine derartige Ausgestaltung bei Kopplung mit einer Solareinrichtung und einer Raumheizeinrichtung im Hinblick auf die Temperaturwerte ist eine besonders präzise und abstimmbare Einspeisung möglich, andererseits auch die besonders temperaturspezifisch gezielte und gewünschte Entnahme von flüssigem Medium aus dem Innenvolumen des Pufferspeichers gewährleistet.
Weiterhin ist vorgesehen, dass zusätzlich eine weitere Einspeiseöffnung und eine weitere Abgabeöffnung vorgesehen sind, die mit einem zweiten, wesentlich größeren und externen Pufferspeicher, der z. B. unter dem Haus oder im Garten angeordnet sein kann, in Verbindung steht. Dieser zweite Pufferspeicher stellt dann insbesondere die zweite Pufferspeichereinheit einer Pufferspeichervorrichtung mit mehreren Pufferspeichereinheiten dar, wobei dann der erste Pufferspeicher die erste Pufferspeichereinheit ist. Während die Abgabeöffnung bevorzugt im oberen, heißen Bereich des Pufferspeichers ortsfest angebracht ist, kann die Einspeiseöffnung entlang der Vertikalachse verschiebbar angebracht sein.
Zur begrifflichen Trennung wird der erste, kleinere Pufferspeicher im folgenden als „kleiner Speicher” und der zweite, wesentlich größere Pufferspeicher als „großer Speicher” bezeichnet. In bevorzugter Weise stehen die beiden Speicher über mindestens drei durch Pumpen separat ansteuerbare Leitungen miteinander in Verbindung, wobei jeweils die oberen, mittleren und unteren Bereiche der beiden Speicher miteinander kommunizieren. So kann es z. B. vorgesehen sein, dass im Sommer – insbesondere wenn der kleine Speicher über die Solaranlage „thermisch gefüllt” ist – heißes Wasser aus dem oberen Bereich des kleinen Speichers in den oberen Teil des großen Vorratsspeichers gepumpt wird und der untere Bereich des kleinen Speichers mit kühlem Wasser aus dem unteren Bereich des großen Speichers gefüllt wird. Der Energieaufwand zum Betreiben der Solaranlage und der Klimaanlage wird dadurch weiter verringert, weil die Temperaturveränderungs-Vorrichtung durch das Einspeisen von kaltem Wasser entlastet wird. Im Winter wird umgekehrt heißes Wasser aus dem oberen Bereich des großen Speichers in den oberen Bereich des kleinen Speichers gepumpt, während mittelwarmes Wasser in den mittleren Schichten beider Speicher zurückgeführt wird. Durch diese Ausprägung kann die Effizienz der thermischen Solaranlage weiter erhöht werden, vor allem im Sommer, wenn reichlich überschüssige Solarenergie zur Verfügung steht. Darüber hinaus kann die Solaranlage auch größer bemessen und insbesondere so ausgelegt werden, dass in Verbindung mit dem großen Speicher überhaupt keine Zusatzheizung wie z. B. eine Öl-Gas- oder Pelletheizung bzw. die Einbindung eines Kachelofens nicht mehr erforderlich sind. Das Laden des großen Speichers erfolgt dann vorzugsweise im Sommer und – mit Unterstützung der Temperaturveränderungs-Vorrichtung – auch im Herbst, wohingegen im Winter aus dem große Speicher vorzugsweise Wärme entnommen wird.
Vorzugsweise ist der Kreislauf der Temperaturveränderungs-Vorrichtung als separater Kreislauf ausgebildet. Dies bedeutet, dass das darin zirkulierende flüssige Arbeitsmedium kontaktfrei mit dem flüssigen Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers ist. Die Erhöhung des ersten Temperaturwerts und/oder die Erniedrigung des zweiten Temperaturwerts erfolgt somit quasi indirekt. Durch eine solche Ausgestaltung können ganz spezifische flüssige Arbeitsmedien in dem Kreislauf der Temperaturveränderungs-Vorrichtung verwendet werden, die die Temperaturveränderungen besonders präzise und schnell ermöglichen. Da diesbezüglich jedoch Arbeitsmedien verwendet werden können, die nicht mit flüssigen Medium, welches dann als Brauchwasser verwendet wird, in Kontakt gelangen sollten, ist diese oben genannte Ausgestaltung vorzusehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das flüssige Medium, insbesondere im zweiten Mediumbereich gefrierpunkterniedrigende Zusätze, insbesondere Salze aufweist, oder als Öl ähnlich einer Solarflüssigkeit oder einer Wärmepumpe ausgebildet ist. Durch einen derartige Ausgestaltung können sehr niedrige Temperaturwerte im zweiten Mediumbereich über die Temperaturveränderungs-Vorrichtung erreicht werden. Dies ist dahingehend besonders vorteilhaft, dass gerade bei einer Kopplung des Pufferspeichers über die ersten Einspeisöffnungen mit einer Solareinrichtung ein effizienter Übertrag von thermischer Energie auf das flüssige Medium im Pufferspeicher erreicht werden kann. Denn durch eine derartig tiefe Temperatur im zweiten Mediumbereich wird quasi stets sehr kaltes, flüssiges Medium bereitgestellt. Wird dieses flüssige Medium direkt in den Kreislauf der Solareinrichtung geleitet, so wird dies auch dann erwärmt und mit thermischer Energie beaufschlagt, wenn die Umgebungstemperatur in der Umwelt noch höher ist. Das kann auch bei lauen Sommernächten oder im Frühjahr und im Herbst über einen längeren Tageszeitraum erfolgen. Je nach Grad der Temperaturabsenkung kann eine Wärmeeinspeisung dann auch bei Außentemperaturen um den Gefrierpunkt erfolgen und wird somit auch im Winter prinzipiell möglich.
Entsprechend ist dies jedoch auch dann möglich, wenn die Solareinrichtung in einen eigenen Kreislauf angeordnet ist, in dem flüssiges Solarmedium zirkuliert, und welches die thermische Energie der Umgebungstemperatur der Umwelt aufnimmt und dann auf indirektem Weg auf das mit dem Solarmedium kontaktfrei in dem Innenvolumen des Pufferspeichers eingebrachten flüssigen Medium überträgt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass durch die Temperaturveränderungs-Vorrichtung die Temperatur im zweiten Mediumbereich auf Werte kleiner oder gleich 5°C erniedrigbar ist. In diesem Zusammenhang können dann auch Werte unterhalb der 0°C-Grenze eingestellt werden. Vorzugsweise wird im Bedarfsfall die Temperatur im zweiten Mediumbereich auf Werte zwischen 0°C und 4°C eingestellt. Dies ist dahingehend vorteilhaft, da zum einen diesbezüglich viel thermische Energie über den Kreislauf der Solareinrichtung auf den zweiten Mediumbereich übertragen werden kann. Andererseits ist gerade in diesem spezifischen Werteintervall Wasser mit seinen physikalischen Eigenschaften so gestaltet, dass keine unerwünschten Einfriereffekte auftreten. Insbesondere beim Herausleiten des Mediums aus dem Pufferspeicher kann dadurch das Einfrieren von Ventilen oder anderen Komponenten vermieden werden, wenn der wesentliche Bestandteil des flüssigen Mediums Wasser ist. Der Frostschutz des Solarmediums, unabhängig ob Solarflüssigkeit oder Wasser mit Frostschutz, muss immer sichergestellt sein. Von daher ist die Temperaturbegrenzung des Mediums im Pufferspeicher auf 0...4° nicht zwingend, vielmehr muss eine Vereisung der Solareinrichtung oder eines Luft-Wärmetauschers von außen vermieden werden, die möglich ist, wenn die Temperatur des Mediums < 0°C ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Pufferspeicher zumindest bereichsweise ein sogenanntes PCM-Material einbringbar ist, welches bei einer bestimmten Temperatur, die im Pufferspeicher erreichbar ist, einen Phasenübergang von fest nach flüssig aufweist. In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird das Material im oberen Bereich in den Pufferspeicher eingebracht und hat einen Phasenübergang bei Temperaturen zwischen 60 und 75°C. In einer sehr speziellen und vorteilhaften Ausführungsform besteht das Material aus Na2SiO3 × 5 H2O (Pentahydrat), welches eine Schmelztemperatur von 72°C hat. Da die Dichte von Na2SiO3 mit 1,45 g/cm3 im festen Zustand wesentlich größer ist als die von Wasser ist es zusammen mit kleinen Kügelchen aus einem leichten Material, welches gegenüber Na2SiO3 chemisch resistent ist, wasserundurchlässig in kleinen Beuteln aus Kunststoff eingeschlossen, wobei Dichte und Menge des leichten Materials so abgestimmt sind, dass der gesamte Beutel eine Dichte von knapp unter eins aufweist, sodass der Beutel auf dem Wasser des Pufferspeichers schwimmt. Alternativ kann auch unverdünntes Material, welches wegen der unerwünschten Reaktion mit Wasser ebenfalls in Beuteln eingepackt ist, in der Schwebe gehalten werden, wenn im Pufferspeicher ein entsprechender engmaschiger Käfig vorgesehen ist, der die Beutel am Absinken hindert und in Position hält. Da ein Liter Na2SiO3 × 5H2O genauso viel Wärme speichern kann wie 11 Wasser, wenn dieser um 76°C erwärmt wird, kann durch den gezielten Zusatz von Na2SiO3 × 5H2O entweder die Wärmekapazität des Pufferspeichers erhöht oder die Bauform verkleinert oder eine Mischung aus beidem realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung einen Wirkungsgrad größer 4, insbesondere größer 6 und insbesondere größer 8 aufweist. Insbesondere bei einer Kaskadierung von mehreren Temperaturveränderungs-Vorrichtungen ist der Wirkungsgrad größer 6, insbesondere größer 8.
Vorzugsweise ist der Pufferspeicher mit einer Einheit koppelbar, welche gebäudeextern im Erdreich angeordnet ist und beispielsweise eine Zisterne oder ein Leitungskreislauf sein kann. Diese Einheit ist so weit im Erdreich angeordnet, dass sie frostsicher positioniert ist. Gerade dann, wenn das flüssige Medium im Pufferspeicher bezüglich des zweiten Temperaturwerts im unteren Mediumbereich unter oder deutlich untere den Gefrierpunkt von Wasser und somit 0°C gebracht wird, kann durch eine derartige Einheit erreicht werden, dass das Medium pufferspeicherextern auf dem Weg zu einem Wärmetauscher, insbesondere zur Solareinrichtung, wieder erwärmt wird und ein Einfrieren insbesondere des Wärmetauschers oder anderer Komponenten sicher verhindert wird. Vorzugsweise wird das Medium vom Pufferspeicher bereits unter der Erde zur Einheit geleitet und von dort dann wieder vorzugsweise gebäudeintern zur Solareinrichtung geleitet. Dadurch ist auch ein Einfrierschutzsystem geschaffen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Pufferspeicher zur Aufnahme von flüssigem Medium, welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung zur Zuführung von flüssigen Medien in den Pufferspeicher und zumindest eine erste Abgabeöffnung zur Entnahme von flüssigem Medium aus dem Pufferspeicher aufweist. Das Medium ist so in den Pufferspeicher einbringbar, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich den ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener Mediumbereich einen zweiten Temperaturwert aufweist. Die Lage zumindest einer ersten Einspeiseöffnung und/oder die Lage zumindest einer ersten Abgabeöffnung ist in Richtung der Vertikalachse des Pufferspeichers veränderbar. Insbesondere ist die Position der Einspeiseöffnung und/oder der Abgabeöffnung durch Verschieben, insbesondere in vertikaler Richtung, veränderbar.
Ausführungen des ersten Aspekts des erfindungsgemäßen Pufferspeichers sind als vorteilhafte Ausführungen des zweiten Aspekts der die Erfindung betreffenden Pufferspeichers anzusehen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Pufferspeicher zur Aufnahme von flüssigem Medium, welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung zur Zuführung von flüssigem Medium in den Pufferspeicher und zumindest eine erste Abgabeöffnung zur Entnahme von flüssigem Medium aus dem Pufferspeicher aufweist. Das Medium ist so in den Pufferspeicher einbringbar, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich einen zweiten Temperaturwert aufweist. Es sind zumindest zwei einer gemeinsamen Einrichtung zur thermischen Energiezuführung zum flüssigen Medium im Pufferspeicher zugehörige erste Einspeiseöffnungen ausgebildet. Diese sind in Richtung einer Vertikalachse des Pufferspeichers auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet. Zusätzlich oder anstatt dazu ist vorgesehen, dass zumindest zwei einer gemeinsamen Einrichtung zur thermischen Energiezuführung zum flüssigen Medium im Pufferspeicher zugeordnete erste Abgabeöffnungen ausgebildet sind, welche in Richtung der Vertikalachse auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.
Auch hier sind vorteilhafte Ausführungen des ersten Aspekts des die Erfindung betreffenden Pufferspeichers als vorteilhafte Ausgestaltungen des Pufferspeichers bezüglich des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Pufferspeichervorrichtung, welche zumindest einen Pufferspeicher für flüssiges Medium aufweist. Die Pufferspeichervorrichtung umfasst, darüber hinaus zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung, welche mit dem zumindest einen Pufferspeicher thermisch gekoppelt ist derart, dass die Temperatur des flüssigen Mediums in dem Pufferspeicher veränderbar ist. Insbesondere wird ein erster, insbesondere höherer, Temperaturwert eines höher gelegenen Mediumbereichs erhöht und/oder ein zweiter, insbesondere niedrigerer, Temperaturwert eines niedriger gelegenen zweiten Mediumbereichs erniedrigt.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Pufferspeicher ein erfindungsgemäßer Pufferspeicher oder eine vorteilhafte Ausführung davon ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Pufferspeichervorrichtung einen ersten Pufferspeicher aufweist, in dem die zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung zumindest mit Teilkomponenten im Innenvolumen angeordnet ist, wobei dieser erste Pufferspeicher mit einem zweiten Pufferspeicher der Pufferspeichervorrichtung thermisch gekoppelt ist.
Insbesondere ist der erste Pufferspeicher in einem zum zweiten Pufferspeicher externen Kreislauf geschaltet, in welchem auch zumindest ein Wärmetauscher, insbesondere eine Solareinrichtung, geschaltet ist. Die thermische Energieübertragung der externen thermischen Energie auf das Medium im zweiten Pufferspeicher wird dadurch effizienter. Die Effizienzsteigerung ist insbesondere deswegen möglich, weil durch die Auftrennung der Funktionen der beiden Pufferspeicher das Medium im unteren Bereich des zweiten Pufferspeichers, aus dem die Solarablage mit Solarflüssigkeit versorgt wird, nicht mehr durch warmes Medium aus z. B. dem Rücklauf einer Heizungsanlage erwärmt werden kann.
Der externe Kreislauf ist vorzugsweise so ausgebildet, dass Bypässe vorgesehen sind. Dadurch können über Ventile und eine Steuereinheit gesteuert verschiedene Einspeiseszenarien generiert werden. Insbesondere kann dann abhängig von der Temperatur des Mediums in dem Wärmetauscher eine direkte Einspeisung in den zweiten Pufferspeicher erfolgen oder zunächst eine Einspeisung in den ersten Pufferspeicher erfolgen, in welchem dann das Medium durch die zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung thermisch weiter aufbereitet werden kann.
Vorzugsweise ist dieser externe Kreislauf mit zumindest einer bodennahen Einspeiseöffnung des zweiten Pufferspeichers verbunden. Insbesondere ist der externe Kreislauf mit einer bodennahen Abgabeöffnung des zweiten Pufferspeichers verbunden.
In den externen Kreislauf ist zumindest eine Förderpumpe geschaltet, durch welche die Zirkulation des Mediums bewirkbar ist.
Vorzugsweise ist der externe Kreislauf derart aufgebaut, dass das von dem zweiten Pufferspeicher über die Abgabeöffnung entnommene flüssige Medium direkt in den ersten Pufferspeicher leitbar ist. Von dem ersten Pufferspeicher ist das flüssige Medium dann zum Wärmetauscher im externen Kreislauf leitbar. Insbesondere ist vorgesehen, dass das flüssige Medium im ersten Pufferspeicher über eine, insbesondere weitere, Abgabeöffnung wieder in den zweiten Pufferspeicher direkt zurückleitbar ist.
Vorzugsweise sind in dem ersten Pufferspeicher zumindest zwei Temperaturveränderungs-Vorrichtungen angeordnet, die insbesondere in Reihe zueinander geschaltet sind. Vorzugsweise sind die beiden Temperaturveränderungs-Vorrichtungen als Kältemaschinen mit verschiedenen Kältemittelkreisläufen mit verschiedenen Kältemitteln ausgestattet, so dass die Temperaturveränderungen in unterschiedlichen Temperaturintervallen erfolgen. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass die örtlich weiter unten positionierte Temperaturveränderungs-Vorrichtung zur thermischen Aufbereitung des flüssigen Mediums für ein erstes Temperaturintervall, beispielsweise zwischen –10°C und 25°C ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine örtlich höher im ersten Pufferspeicher positionierte zweite Temperaturveränderungs-Vorrichtung zur thermischen Aufbereitung des flüssigen Mediums für ein zweites Temperaturintervall, beispielsweise zwischen 25°C und 65°C ausgebildet ist.
Die beiden Temperaturveränderungs-Vorrichtungen können zumindest zeitweise gleichzeitig in Betrieb sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur eine der Temperaturveränderungs-Vorrichtungen in Betrieb ist. Dies ist durch eine Steuereinheit steuerbar. Insbesondere abhängig von Parameterwerten, beispielsweise der Temperatur der flüssigen Medien in beiden Pufferspeichern, dem Bedarf an warmem bzw. kaltem Wasser für Heiz- bzw. Klimatisierungszwecke, kann die Betriebssteuerung der Temperaturveränderungs-Vorrichtungen erfolgen.
Der erste Pufferspeicher ist thermisch entkoppelt, was insbesondere bedeutet, dass z. B. kein warmes Wasser aus dem Rücklauf einer Heizungsanlage eingespeist wird.
Vorzugsweise sind die zumindest eine Einspeiseöffnung und/oder die zumindest eine Abgabeöffnung des ersten Pufferspeichers lageveränderbar angeordnet, insbesondere in vertikaler Richtung in ihrer Position diskret oder kontinuierlich veränderbar, insbesondere verschiebbar.
Vorzugsweise weist der erste Pufferspeicher nur Einspeiseöffnungen und Abgabeöffnungen auf, die mit dem Wärmetauscher und/oder dem zweiten Pufferspeicher über Leitungen verbunden sind. Insbesondere sind an dem ersten Pufferspeicher keine weiteren Komponenten, wie eine Raumheizung, ein wasserführender Kachelofen, eine Brauchwasseranlage oder dergleichen direkt gekoppelt.
Insbesondere sind mit dem zweiten Pufferspeicher eine Raumheizung, wie beispielsweise eine Wandheizung und/oder eine Fußbodenheizung und/oder ein wasserführender Kachelofen etc. über entsprechende Kreisläufe und Leitungen direkt verbunden, wozu der zweite Pufferspeicher Einspeiseöffnungen und Abgabeöffnungen an vorteilhaften Vertikalpositionen des Pufferspeichers aufweist.
Vorzugsweise kann die Pufferspeichervorrichtung auch weitere Pufferspeicher aufweisen, beispielsweise einen dritten großen Pufferspeicher als Vorratsspeicher, der insbesondere unter der Erde angeordnet ist, und zum thermischen Energieaustausch mit den anderen Pufferspeichern, insbesondere dem zweiten Pufferspeicher, gekoppelt ist.
Vorteilhaft ist der erste Pufferspeicher, insbesondere mit dem externen Kreislauf, als Nachrüstvorrichtung für bestehenden Wasserversorgungsanlagen ausgebildet. Dies bedeutet, dass er mit als herkömmlichen zweiten Pufferspeichern ausgebildeten Pufferspeichern koppelbar ist. Dadurch können bereits bestehenden Anordnungen kostengünstig nachgerüstet werden und eine wesentliche Effizienzsteigerung der bisherigen Anlage erreicht werden, ohne dass hierzu der bereits bestehende Pufferspeicher sowie die daran angeschlossene Infrastruktur wie z. B. eine Vorrichtung zur Brauchwassererwärmung ersetzt werden müsste. Allenfalls eine Nachrüstung des bestehenden Pufferspeichers im Hinblick auf eine Erweiterung der Funktionalität der Raumheizung in Richtung einer Klimaanlage wäre vorzunehmen, sofern dies gewünscht ist, und was aufgrund der flexiblen Ausgestaltung von Ein- und Ausspeiseöffnungen bei Pufferspeichern gemäß SdT(1) in der Regel immer mühelos möglich sein sollte.
Die Erfindung betrifft daher auch ganz allgemein eine Nachrüstvorrichtung zur thermischen Aufbereitung von flüssigem Medium mit einem ersten Pufferspeicher, wie er oben erfindungsgemäß erläutert wurde oder einer vorteilhaften Ausführung davon. Auch hier sind vorteilhafte Ausführungen des Pufferspeichers und/oder der Pufferspeichervorrichtung als vorteilhafte Ausführungen der Nachrüstvorrichtung anzusehen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wasserversorgungsanlage für ein Gebäude, welche einen Pufferspeicher oder eine Pufferspeichervorrichtung nach einem der vorher genannten erfindungsgemäßen Aspekte oder einer vorteilhafte Ausgestaltung davon aufweist.
Im Hinblick auf die Begrifflichkeit einer Wasserversorgungsanlage wird im Kontext der vorliegenden Erfindung jegliche Vorrichtung verstanden, die flüssiges Medium dahingehend führt oder bereitstellt, dass es als Trinkwasser einerseits verwendbar ist, jedoch andererseits flüssiges Medium für einen Heizkörper, eine Fußbodenheizung, eine Wandheizung oder aber auch für eine Klimaanlage bereitstellt um diesbezüglich thermodynamische Abläufe zur Wärmeabgabe zum Aufheizen von Räumen oder zum Abkühlen von Räumen oder zum Trinken von Wasser oder zum Betreiben einer Geschirr- oder Waschmaschine oder zum Duschen oder Baden oder dergleichen zu ermöglichen. Es ist dabei von nachrangiger Bedeutung, ob die Funktion des Pufferspeichers eine Heizfunktion ist, wie z. B. Wärmeabgabe zum Aufheizen von Räumen oder zur Herstellung von Warmwasser aus Leitungswasser, wie es z. B. zum Abspülen von Geschirr, zum Waschen von Wäsche, zum Duschen oder Baden oder dergleichen benötigt wird, oder aber eine Kühlfunktion ist wie z. B. das Betreiben einer Klimaanlage. Die genannten Beispiele von flüssigem Medium bezüglich der Bereitstellung sind nur beispielhaft und nicht abschließend zu verstehen. Es ist somit die Wasserversorgungsanlage daher auch als Vorrichtung zu verstehen, die zur Übertragung von thermischer Energie über das flüssige Medium ausgebildet ist und/oder zur Bereitstellung von nutzbarem erwärmten flüssigen oder abgekühlten flüssigen Medium dient.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest zwei separate, flüssiges Medium im Pufferspeicher direkt oder indirekt erwärmende Einrichtungen mit einer ersten Einspeiseöffnung und einer ersten Abgabeöffnung verbunden sind. Die Einrichtungen sind zur thermischen Energiezuführung zum flüssigen Medium im Pufferspeicher ausgebildet. Insbesondere ist hier somit gewährleistet, dass durch eine Pufferspeicher-externe Kopplung mit einem Kreislauf, in dem sich zwei separate Einrichtungen zum thermischen Energiezuführen zum flüssigen Medium befinden, diese Energiezuführung variiert und flexibler gestaltet werden kann.
Beispielsweise kann hier vorgesehen sein, dass in einem Kreislauf eine Solareinrichtung und beispielsweise zusätzlich zumindest ein externer Wärmetauscher gekoppelt sind. Es können auch zusätzlich weitere Einrichtungen, beispielsweise ein zusätzlicher Wärmetauscher in diesen Kreislauf geschaltet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einrichtungen durch einen Kreislauf miteinander verbunden sind, welcher zumindest einen Bypass aufweist. Die Einrichtungen können dadurch quasi in Reihe geschaltet werden (Kaskadenschaltung) oder es kann jedoch auch eine dieser Einrichtungen über den Bypass umgangen und somit entkoppelt werden.
Vorzugsweise weist der Pufferspeicher Einspeiseöffnungen und Abgabeöffnungen für einen mediumführenden im Gebäude angeordneten Ofen, beispielsweise einen wasserummantelten bzw. wasserführenden Kachelofen oder dergleichen und/oder eine Solareinrichtung und/oder weitere Wärmetauscher und/oder eine Heizungsanlage und/oder eine Raumheizeinrichtung und/oder eine Klimaanlage auf. Des Weiteren weist der Pufferspeicher eine Einspeiseöffnung auf, welche mit einem externen Wasserversorgungsnetz verbunden ist. Darüber hinaus ist zumindest eine Abgabeöffnung vorgesehen, über welche Brauchwasser aus dem Innenvolumen des Pufferspeichers entnommen werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Innenvolumen des Pufferspeichers ein separater Kreislauf angeordnet ist, der mit der Einspeiseöffnung, welche mit dem externen Wasserversorgungsnetz verbunden ist, und mit der Abgabeöffnung, aus welcher das erwärmte Brauchwasser entnommen werden kann, verbunden ist. Für eine derartige Ausgestaltung ist somit kein direkter Kontakt zwischen dem Brauchwasser und dem weiteren flüssigen Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers gegeben. Dies ist dahingehend besonders vorteilhaft, da somit das flüssige Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers auch mit den bereits oben erwähnten Zusätzen, wie Salzen oder organischen Frostschutzmitteln versetzt werden kann, oder von Haus aus ein entsprechendes Öl oder dergleichen ist, welche die Temperaturerniedrigung einerseits und/oder die Temperaturerhöhung andererseits durch die Temperaturveränderungs-Vorrichtung schneller und genauer ermöglicht. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass dieses flüssige Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers dann auch nicht als Brauchwasser dient, welches dann nach außen tritt und über das Abwassersystem des Gebäudes wieder in das externe Wasserversorgungsnetz zur Aufbereitung eingespeist wird, sondern in geschlossenen Kreisläufen, beispielsweise in einer Fußbodenheizung oder einer Wandheizung oder einem Heizkörper intern zirkuliert wird.
Insbesondere wird eine Aufbereitung von flüssigem Medium für eine Wasserversorgungsanlage für ein Gebäude, bei welchem flüssiges Medium über eine zumindest erste Einspeiseöffnung in einen Pufferspeicher der Wasserversorgungsanlage geleitet wird, durchgeführt. Über zumindest eine erste Abgabeöffnung kann flüssiges Medium aus dem Pufferspeicher herausgeleitet werden. Das flüssige Medium ist so in den Pufferspeicher eingebracht, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich einen zweiten Temperaturwert aufweist. Die Temperatur des flüssigen Mediums in dem Pufferspeicher wird durch einen Temperaturveränderungs-Vorrichtung, die zumindest teilweise in dem Pufferspeicher angeordnet wird, verändert, derart, dass der erste Temperaturwert erhöht wird und/oder der zweite Temperaturwert erniedrigt wird. Für eine derartige Vorgehensweise kann aktiv auf den Temperaturgradientenverlauf des flüssigen Mediums entlang der Vertikalachse des Pufferspeichers gezielt Einfluss genommen werden. Die Übertragung von thermischer Energie auf das flüssige Medium im Pufferspeicher kann dadurch effizienter erfolgen. Zudem wird die Effizienz der Raumheizung durch Anhebung des Temperaturniveaus im oberen Bereich des Pufferspeichers verbessert, ohne dass dazu eine externe Heizung wie z. B. eine Gas- oder Ölheizung anspringen müsste.
Vorzugsweise wird der zweite Temperaturwert auf einen Wert kleiner 20°C, insbesondere kleiner 5°C, vorzugsweise zwischen 0°C und 4°C erniedrigt.
Durch diese Temperaturwerte kann im Gesamtsystem der an den Pufferspeicher angekoppelten Kreisläufe ein besonders effektiver und effizienter Eintrag von thermischer Energie in das flüssige Medium erfolgen, und der Gesamtbetrieb der Anlage sicher und dauerhaft gewährleistet werden. Gleichzeitig ermöglicht die Temperaturabsenkung den Betrieb einer Klimaanlage, indem z. B. durch den Kreislauf für die Raumheizung kaltes anstelle warmem Wasser geleitet wird.
Vorzugsweise wird vorgesehen, dass zumindest eine erste Einspeiseöffnung in den zweiten Medienbereich mündend angeordnet wird und/oder zumindest eine erste Abgabeöffnung in den zweiten Mediumbereich mündend angeordnet wird. Insbesondere ist mit dieser ersten Einspeisöffnung und der ersten Abgabeöffnung eine externe thermische Solareinrichtung über einen Kreislauf mit dem Pufferspeicher gekoppelt. Gerade dabei ist es dann besonders effizient, den zweiten Temperaturwert auf die oben genannten Werte abzusenken. Gerade hier kann dann die Solareinrichtung, welche die thermische Energie über die Umgebungstemperatur in der Umwelt aufnimmt, im Hinblick auf die Tageszeit und/oder die Jahreszeit zeitlich länger und mit höherem Wirkungsgrad an das flüssige Medium im Pufferspeicher abgeben. Sozusagen als Zusatz der Temperaturabsenkung wird darüber hinaus das Betreiben einer Klimaanlage über die bestehende Infrastruktur der Raumheizung möglich.
Vorzugsweise wird vorgesehen, dass zumindest eine erste Einspeiseöffnung und/oder zumindest eine erste Abgabeöffnung in Richtung der Vertikalachse des Pufferspeichers verschiebbar angeordnet werden. Die besonders präzise orts- und temperaturspezifische Einspeisung der thermischen Energie an geeigneten Höhenlagen in den Pufferspeicher ist dadurch gewährleistet. Unerwünschte Turbulenzen aufgrund zu starker Temperaturwertunterschiede zwischen dem Einspeisemedium und dem flüssigen Medium im Pufferspeicher sind dadurch vermeidbar.
Vorzugsweise wird vorgesehen, dass die Verschiebung der zumindest einen ersten Einspeiseöffnung abhängig von dem Temperaturwert des flüssigen Mediums im zweiten Mediumbereich und abhängig von dem Temperaturwert des flüssigen Mediums im Kreislauf vor der Einspeiseöffnung durchgeführt wird. Vorzugsweise wird dies durch eine Steuereinrichtung, welche Informationen von entsprechend angeordneten Temperatursensoren auswertet, gesteuert.
Vorzugsweise wird die zumindest eine erste Einspeiseöffnung in einer Vertikalposition verschoben, in der sich die Temperaturwerte maximal 5°C, insbesondere maximal 3°C unterscheiden.
In einer alternativen Ausführung kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei erste Einspeiseöffnungen vorgesehen sind, die ortsfest angeordnet sind, jedoch in Richtung der Vertikalachse des Pufferspeichers auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind und mit einem Kreislauf einer externen Einrichtung zur thermischen Energieübertragung auf das flüssige Medium im Innenvolumen des Pufferspeichers gekoppelt sind. Beispielsweise können hier Zuleitungen vorgesehen sein, mit denen die ersten Einspeiseöffnungen verbunden sind. Eine entsprechende Ausgestaltung kann mit zumindest zwei ersten Abgabeöffnungen vorgesehen sein.
In einer weiteren alternativen Ausführung, die vor allem für bestehende Nutzer von Solarenergie auf Basis von Pufferspeichern gemäß SdT(1) interessant ist, weil in diesem Fall der bestehende Pufferspeicher weiter verwendet werden kann, kann es auch vorgesehen sein, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung in einem separaten, kleineren Pufferspeicher untergebracht ist, der mit dem bestehenden, größeren Pufferspeicher sowie mit der Solaranlage und/oder anderen Wärmetauschern in Verbindung steht. Die zumindest zwei Pufferspeicher sind wieder insbesondere Pufferspeichereinheiten einer Pufferspeichervorrichtung. Zur begrifflichen Unterscheidung wird der erste, größere Pufferspeicher im folgenden als „Erster Speicher” und der zweite, kleinere Pufferspeicher mit der Temperaturveränderungs-Vorrichtung als „Zweiter Speicher” bezeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Speicher gemäß dem Stand der Technik aufgebaut ist und insbesondere einen Wärmetauscher in Form einer Spirale hat, die im unteren Bereich des Speichers angeordnet ist. In diesem Fall kann als Medium Wasser ohne Frostschutz verwendet werden. Ledigleich im Kreislauf des zweiten Speichers, der mit einem Wärmetauscher wie z. B. einer Solaranlage in Verbindung steht, ist ein besonderes Medium zu verwenden, welches entsprechende Frostschutzeigenschaften aufweist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass in dem zweiten Speicher zwei oder mehrere Temperaturveränderungs-Vorrichtungen, die als Kältemaschinen ausgelegt, in Reihe geschaltet werden. Eine bevorzugte Anordnung ist dabei die Anordnung übereinander, wobei jede Kältemaschine mit einem eigenen, auf die jeweiligen Arbeitstemperaturbereiche abgestimmten Arbeitsmittel befällt ist. So kann z. B. vorgesehen sein, dass die untere Kältemaschine den Temperaturbereich von –10 bis +25°C und die obere Kältemaschine den Temperaturbereich von +25 bis +65°C abdeckt. Damit kann der Wirkungsgrad der Temperaturveränderungs-Vorrichtung weiter erhöht werden. So hätte z. B. eine einzige Kältemaschine, die den Temperaturbereich von –10 bis +65°C abdeckt, einen COPmax von 4.5, der bei einer Effizienz von η(wp) = 50% einen COP von lediglich 2,25 ergibt. Bei Verwendung von zwei in Serie geschalteten Kältemaschinen erhöht sich bei η(wp) = 50% der COP bereits auf 4,2. In der Realität sollten sogar Werte bis 8 möglich sein, weil die bei üblichen Wärmepumpen auftretenden Verluste stark reduziert sind. So treten z. B. keine Verluste durch Reibung in langen Rohrleitungen und auch keine Verluste durch Hubarbeit auf. Gelingt es zudem, den Kompressor über das Medium zu kühlen sollte η(wp) Werte nahe 100% annehmen.
Die Serienschaltung erlaubt zudem das Erreichen höherer Temperaturniveaus, wie sie zur Erzeugung von heißem Brauchwasser und vor allem bei auf Radiatoren beruhenden Heizungssystemen benötigt werden, ohne dass Abstriche an die Effizienz bzw. den COP der bevorzugt als Kältemaschinen laufenden Temperaturveränderungs-Vorrichtungen hingenommen werden müssen. Im Gegensatz zu einer Reihenschaltung von Wärmepumpen gem. SdT #9 können in diesem Fall einzelne Kältemaschinen auch zu- und abgeschaltet werden, da es kein gemeinsames Arbeitsmittel gibt.
Im Fall einer Auslagerung der Temperaturveränderungs-Vorrichtung in den zweiten Speicher ist es mit Hilfe einer intelligenten Steuerung möglich, die Anlage in einem sogenannten „Großen Zyklus” (Standard-Mode) bzw. in einem „Kleinen Zyklus” zu betreiben. Während der große Zyklus vorwiegend bei höheren Temperaturen am Ausgang des Wärmetauschers wie z. B. der Solaranlage bzw. im oberen Bereich des zweiten Speichers aktiv ist, ist der „Kleine Zyklus” vorwiegend aktiv im Fall von geringen bis mittleren Temperaturen am Ausgang der Solaranlage und insbesondere dann, wenn diese Temperatur kleiner ist als die Temperatur im unteren Bereich des ersten Speichers. In beiden Fällen steuert eine in bevorzugter Weise im Zuleitungssystem vor der Einspeiseöffnung des zweiten Speichers eingebaute Förderpumpe den Volumenstrom zwischen beiden Speichern und der Solaranlage, wobei der Volumenstrom von der Solaranlage und dem zweiten Speicher zurück in den ersten Speicher in bevorzugter Weise über zwei regelbare Ventile optimiert wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Anlage einen ersten Pufferspeicher aufweist, wie er oben angegeben ist, und einen separaten zweiten Pufferspeicher aufweist, der mit dem ersten Pufferspeicher zum Mediumaustausch gekoppelt ist, wobei die Pufferspeicher Pufferspeichereinheiten einer Pufferspeichervorrichtung sind.
Zur begrifflichen Differenzierung wird der erste Pufferspeicher im folgenden als „kleiner Speicher” und der separate weitere Pufferspeicher wie oben als „großer Speicher” bezeichnet. Der große Speicher ist vorzugsweise volumenmäßig größer, insbesondere viel größer als der erste Pufferspeicher ausgebildet. Er kann insbesondere unter einem Gebäude oder in einem Garten vergraben angeordnet sein.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wasserversorgungsanlage einen großen Pufferspeicher aufweist, welcher volumenmäßig größer, insbesondere viel größer, als der kleine Speicher ausgebildet ist, insbesondere ein Volumen größer 20 m³, aufweist.
Vorzugsweise sind der kleine Speicher und der große Speicher über mindestens drei unabhängige, über Pumpen einzeln adressierbare Leitungen miteinander verbunden, die von einer Steuereinheit derart geschaltet werden können, dass im Sommer ein Befüllen des großen Speichers mit überschüssiger Solarenergie aus dem kleinen Speicher und im Winter ein Befüllen des kleinen Speichers mit gespeicherter Energie aus dem großen Speicher möglich ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Einspeise- und Abgabeöffnungen des großen Speichers höhenverstellbar sind und die Einkopplung in den kleinen Speicher über dessen höhenverstellbare Einlassöffnung erfolgt.
Vorzugsweise wird am ersten Pufferspeicher eine Abgabeöffnung ausgebildet, die über eine Leitung mit dem zweiten Pufferspeicher verbunden wird und welche in Richtung der Vertikalachse des ersten Pufferspeichers oberhalb einer Abgabeöffnung für ein Brauchwassermodul angeordnet wird.
Vorzugsweise wird am ersten Pufferspeicher eine Einspeiseöffnung ausgebildet, die über eine Leitung mit dem zweiten Pufferspeicher verbunden wird und welche in Richtung der Vertikalachse des ersten Pufferspeichers unterhalb einer Einspeiseöffnung für einen Kreislauf zumindest eines Heizkörpers angeordnet wird.
Zur Durchführung der oben erläuterten Abläufe weist der oder die Pufferspeicher und/oder die Wasserversorgungsanlage Mittel, insbesondere zumindest eine Steuereinheit, auf, mit denen die jeweiligen Abläufe insbesondere auch gesteuert werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pufferspeichers in teilweise aufgebrochener Darstellung;
2 ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasserversorgungsanlage mit einem Pufferspeicher gemäß 1;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wasserversorgungsanlage;
4 eine vereinfachte Blockbilddarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pufferspeichers mit einem Ausführungsbeispiel einer Temperaturveränderungs-Vorrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines Gebäudes mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasserversorgungsanlage;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wasserversorgungsanlage;
7 eine Tabelle, welche Steuerungsszenarien der Ventile des externen Kreislaufs der Ausführung in 6 zeigt; und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wasserversorgungsanlage.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Pufferspeicher 1 für eine Wasserversorgungsanlage in einem Gebäude gezeigt. Der Pufferspeicher 1 ist säulenartig bzw. zylinderförmig ausgebildet. Er ist entlang seiner Längsachse A bzw. seiner zentralen Vertikalachse A teilweise aufgebrochen dargestellt, so dass in das Innere des Pufferspeichers 1 gesehen werden kann. Der Pufferspeicher 1 weist einen Mantel bzw. ein Gehäuse 2 auf, das vorzugsweise entsprechend thermisch isoliert ist.
Der Pufferspeicher 1 weist ein Innenvolumen 3 auf, in das flüssiges Medium 4 einbringbar ist. Das flüssige Medium 4 ist vorzugsweise Wasser, welches über ein externes Versorgungsnetz in das Innenvolumen 3 eingebracht werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass dieses flüssige Medium 4 als Wasser ausgebildet ist, welches mit gefrierpunkterniedrigenden Salzen versetzt ist oder jedoch auch ein Öl bzw. eine andere organische Substanz mit ausreichend niedrigem Gefrierpunkt ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Medium 4 einmal in das Innenvolumen 3 eingefüllt wird und dann der Pufferspeicher 1 verschlossen wird und kein Anschluss an ein Versorgungsnetz vorliegt, so dass keine kontinuierliche Nachfüllung von Medium 4 dadurch erfolgen kann.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das eingebrachte flüssige Medium 4 entlang der Vertikalachse A einem Temperaturgradienten ausgesetzt ist, wie er in dem rechts neben dem Pufferspeicher 1 gezeigten Diagramm beispielhaft dargestellt ist. Es ist dabei auf der Horizontalachse die Temperatur und auf der Vertikalachse die Höhe des Innenvolumens 3 und somit auch die entsprechende Höhenlage der jeweiligen Mediumbereiche gezeigt. Wie aus der Kurve I in dem Diagramm zu erkennen ist, steigt die Temperatur kontinuierlich von unten nach oben an.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das über ein externes Wasserversorgungsnetz 5 eingespeiste Wasser an einer derartigen Stelle bzw. Höhenlage über eine Einspeiseöffnung 6 eingespeist wird, an welcher der Temperaturwert des eingespeisten Wassers in etwa gleich dem Temperaturwert des flüssigen Mediums 4 im Pufferspeicher 1 ist. Beispielsweise und vorteilhaft ist dies an einer Stelle, an der etwa 15°C gegeben sind.
In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das über das Wasserversorgungsnetz 5 eingespeiste Wasser nicht direkt in Kontakt mit dem flüssigen Medium 4 im Innenvolumen 3 kommt. Vielmehr ist vorgesehen, dass dieses über das Wasserversorgungsnetz 5 eingespeiste Wasser in einem separaten Kreislauf 7 zirkuliert. Dieser Kreislauf 7 weist eine um die Vertikalachse A gewundene Spirale bzw. Wendel 8 auf. Diese weist in der unteren Hälfte des Pufferspeichers 1 entlang der Vertikalachse A eine deutliche größere Ganghöhe als in der oberen Hälfte auf. An einer im oberen Drittel ausgebildeten Abgabeöffnung 9, die mit dem Kreislauf 7 und der als Rohr ausgebildeten Spirale 8 verbunden ist, ist dann das erwärmte Brauchwasser entnehmbar. Dazu ist eine entsprechende Leitung 10 vorzusehen. Die Leitung 10 kann mit einem Wasserhahn beispielsweise in der Küche oder im Bad etc. verbunden sein. Die Wasserleitung 10 kann zusätzlich oder anstatt dazu auch mit einer wasserverbrauchenden Maschine, wie beispielsweise einem Geschirrspüler oder dergleichen verbunden sein. Dies sind lediglich beispielhafte Nennungen für Brauchwasseranschlüsse, die nicht abschließend zu verstehen sind.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die indirekte thermische Kopplung des im Kreislauf 7 zirkulierenden Wassers mit dem Medium 4 im Innenvolumen 3 auch extern zum Innenvolumen 3 ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass keine Spirale 8 des Kreislaufs 7 im Innenvolumen 3 ist, sondern dass beispielsweise an der Gehäusewand 2 ein wärmetauschendes Koppelmodul ausgebildet ist. Dadurch kann eine Nichtzugänglichkeit zu einer Spirale 8, die im Innenvolumen 3 angeordnet wäre, vermieden werden. Gerade zu Wartungszwecken ist dies vorteilhaft, insbesondere weil die Spirale 8 verkalken kann.
Die Spirale 8 weist im oberen Bereich eine kleinere Ganghöhe als im unteren Bereich auf. Durch eine derartig enge Windung wird erreicht, dass die thermische Energie des im oberen Bereich wärmeren flüssigen Mediums 4 umfänglicher an die Spirale 8 und das darin zirkulierende Brauchwasser abgegeben werden kann und eine effektivere Aufwärmung in diesem oberen Bereich erreicht werden kann.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das flüssige Medium 4 nur im Pufferspeicher 1 enthalten ist und darüber hinaus nur in geschlossenen Kreisläufen, die an den Pufferspeicher 1 angekoppelt sind, zirkulieren kann.
Der Pufferspeicher 1 weist eine Einspeiseöffnungseinrichtung mit mehreren ersten Einspeiseöffnungen 11, 12, 13 und 14 auf. Diese sind mit einem Kreislauf 15 verbunden. In diesem Kreislauf 15 ist eine Solareinrichtung 16 (2) eingekoppelt, welche ein oder mehrere Solarmodule 17 (2) aufweist. Diese können beispielsweise auf einem Dach eines Gebäudes installiert sein. Die Solareinrichtung 16 stellt somit eine zum Pufferspeicher 1 externe Einrichtung zu thermischen Energieübertragung auf das flüssige Medium 4 dar. Mit dem Kreislauf 15 ist darüber hinaus eine erste Abgabeöffnung 18 verbunden. Die erste Abgabeöffnung 18 ist im unteren Drittel in Richtung der Vertikalachse A betrachtet an dem Gehäuse 2 ausgebildet, vorzugsweise nahe an einem Boden 19 des Gehäuses 2 installiert.
Wie zu erkennen ist, sind die unterste erste Einspeiseöffnung 11 und die erste Abgabeöffnung 18 in etwa auf gleicher Höhenlage beziehungsweise auf gleichem Höhenniveau angeordnet.
Die im Ausführungsbeispiel drei weiteren ersten Einspeiseöffnungen 12, 13 und 14 sind demgegenüber, und insbesondere gegenüber der ersten Einspeiseöffnung 11, auf anderen Höhenlagen entlang der Vertikalachse A betrachtet ausgebildet. Dabei ist vorgesehen, dass die beiden weiteren ersten Einspeiseöffnungen 12 und 13 in der unteren Hälfte der Höhe des Innenvolumens 3 angeordnet sind, und die vierte obere Einspeiseöffnung 14 in der oberen Hälfte, vorzugsweise von unten nach oben betrachtet im dritten Viertel der Höhe des Innenvolumens 3 angeordnet ist. Da das solar aufgeheizte Wasser bis 90°C heiß sein kann, kann vorgesehen sein, dass die Position der Einspeiseöffnung 14 noch weiter oben angeordnet ist.
Die in Anzahl beispielhaft gezeigten vier ersten Einspeiseöffnungen 11 bis 14 sind über eine der Einspeiseöffnungseinrichtung zugehörige gemeinsame Zuleitung 20 verbunden, die mit dem Kreislauf 15 und den entsprechenden Leitungen verbunden ist. An den Einspeiseöffnungen 11 bis 14 ist vorzugsweise jeweils ein Ventil angeordnet. Diese können über eine nicht gezeigte Steuereinheit angesteuert werden, um zu öffnen oder zu schließen. Im Hinblick auf das Öffnen und Schließen sind an den jeweiligen Positionen auch Temperatursensoren angeordnet, mit denen einerseits die in den jeweiligen Höhenlagen vorherrschenden Temperaturwerte des flüssigen Mediums 4 und der Temperaturwert des in dem Kreislauf 15 zirkulierenden flüssigen Solarmediums gemessen werden kann.
Im Hinblick auf die Zuleitung 20 kann vorgesehen sein, dass diese außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass diese Zuleitung 20 im Inneren und somit dem Innenvolumen 3 angeordnet ist und durch die Gehäusewand 2 lediglich eine Durchbrechung zum Koppeln an den Kreislauf 15 vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist dann an jeder Einspeiseöffnung 11 bis 14 ein eigenes Ventil angeordnet, welches durch die oben bereits angesprochene Steuereinheit ansteuerbar ist, sodass gezielt über nur eine oder mehrere der Einspeiseöffnungen 11 bis 14 entweder das flüssige Medium 4 direkt in das Innenvolumen 3 einspeisbar ist oder über den separierten Kreislauf 15 über Wärmetauscher 21 die thermische Energie über das darin zirkulierende Arbeitsmedium indirekt auf das flüssige Medium 4 ortsspezifisch übertragbar ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das in dem Kreislauf 15 zirkulierende Solarmedium gleich dem flüssigen Medium 4 ist.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Kreislauf 15 geschlossen ist und darin ein eigenes flüssiges Solarmedium zirkuliert, welches nicht direkt in Kontakt mit dem flüssigen Medium 4 im Innenvolumen 3 kommt. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist dann vorzugsweise vorgesehen, dass im Innenvolumen 3 ein Wärmetauscher 21 (2) ausgebildet ist. Dieser kann vorzugsweise ebenfalls spiralförmig um die Vertikalachse A umlaufend als Rohr konzipiert sein, in dem das Solarmedium fließt.
Die Zuleitung 20 erstreckt sich vorzugsweise zumindest teilweise über die Höhe des Innenvolumens 3 und ist insbesondere in der unteren dreiviertel Region beziehungsweise vorzugsweise in der unteren Hälfte des Innenvolumens 3 angeordnet. Insbesondere kann die Anordnung zwischen der Warmwasserspirale und der Achse A liegen, wobei die Auslässe der Ventile vorzugsweise auf der Achse A sind, um die Symmetrie nicht zu stören.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung, bei der der Solarkreislauf 15 und das darin zirkulierende Solarmedium nicht direkt in Kontakt mit dem flüssigen Medium 4 kommt, kann auch eine Ausgestaltung mit mehreren separaten Wärmetauschern 21 vorgesehen sein. Insbesondere ist die Anzahl dieser separaten Wärmetauscher 21 gleich der Anzahl von Einspeiseöffnungen 11 bis 14 des Kreislaufs 15. Dabei ist dann vorgesehen, dass jede Einspeiseöffnung 11 bis 14 insbesondere mit jeweils einem separaten Wärmetauscher 21, der spiralförmig gewunden ist, gekoppelt ist. Vorzugsweise weist dann ein derartiger separater Wärmetauscher 21 mit einer zugeordneten Einspeiseöffnung 11 bis 14 eine kleinere Höhe in Richtung der Vertikalachse A auf, die im Wesentlichen dann beispielsweise nur zwei oder drei Spiralwindungen aufweist. Auch Flachspiralen, die sich insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Achse A erstrecken, könnten vorgesehen sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein derartiger kleiner separater Wärmetauscher 21, der einer Einspeiseöffnung 11 bis 14 zugeordnet und mit dieser verbunden ist dann nur eine sehr geringe Höhe aufweist, sodass eine sehr, im Hinblick auf die Höhenlage, ortsspezifische indirekte Wärmeübertragung von dem Wärmetauscher 21 auf das flüssige Medium 4 erfolgt. Jeder Wärmetauscher 21 mündet dann in einen Rücklauf, der benachbart zur zugeordneten Einspeiseöffnung 11 bis 14 in die Zuleitung 20 mündet.
Es kann vorgesehen sein, dass die mehreren ersten Einspeiseöffnungen 11 bis 14 ortsfest angeordnet sind.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest eine dieser ersten Einspeiseöffnungen 11 bis 14 in Richtung der Vertikalachse A relativ zum Gehäuse 2 verschiebbar ist. Dazu kann eine entsprechende Mechanik mit einem Antriebsmotor oder dergleichen vorgesehen sein. Durch eine derartige relative Bewegbarkeit kann insbesondere in Abhängigkeit von dem bezüglich der Höhenlage ortsspezifischen Temperaturwert des flüssigen Mediums und/oder abhängig von dem Temperaturwert des Solarmediums im Kreislauf 15 eine sehr ortsspezifische Einspeisung und thermische Energieübertragung auf Mediumbereiche im Innenvolumen 3 erfolgen.
Ist eine erste Einspeiseöffnung verschiebbar angeordnet, so kann die Einspeiseöffnungsvorrichtung auch nur mit einer einzigen Einspeiseöffnung ausgebildet sein, die mit dem Kreislauf 15 mit der Solareinrichtung 16 verbunden ist.
Im Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus vorgesehen, dass der Pufferspeicher 1 zumindest eine zweite Einspeiseöffnung 22 aufweist, die mit einem geschlossenen Kreislauf 23 verbunden ist. In diesem geschlossenen Kreislauf 23 ist eine Raumheizeinrichtung 72 (2), die beispielsweise ein freistehender Heizkörper oder eine Fußbodenheizung oder eine Wandheizung in einem Raum zur Aufheizung des Raums sein kann, gekoppelt.
Darüber hinaus umfasst der Pufferspeicher 1 zumindest eine zweite Abgabeöffnung 24, die mit dem Kreislauf 23 verbunden ist. Die Abgabeöffnung 24 ist im Hinblick auf die Höhenlage entlang der Vertikalachse A oberhalb der zweiten Einspeiseöffnung 22 angeordnet. Wie aus der Darstellung 1 zu erkennen ist, sind die Einspeiseöffnung 22 und die Abgabeöffnung 24 innerhalb des zweiten und dritten Viertels der Gesamthöhe des Innenvolumens 3 angeordnet.
Darüber hinaus sind zwei weitere Einspeiseöffnungen 25 und 26 vorgesehen, die mit einem Kreislauf 27 verbunden sind. Dieser Kreislauf 27 umfasst eine Heizungsanlage 28 (2), die beispielsweise eine Gasheizung oder eine Ölheizung oder eine Pelletheizung sein kann. Die beiden Einspeiseöffnungen 25 und 26 sind in der oberen Hälfte des Innenvolumens 3 angeordnet und auf unterschiedlichen Höhenlagen positioniert, wobei insbesondere je nach Temperatur im Pufferspeicher 1 mit Hilfe eines nicht eingezeichneten Ventils zwischen den Eingängen 25 und 26 umgeschaltet werden kann. Auch dadurch kann eine Einspeisung von warmem Wasser an unterschiedlichen Höhenlagen und in unterschiedlich temperierte Mediumbereiche des flüssigen Mediums 4 erfolgen. Beispielsweise wird in den oberen Bereich bevorzugt dann heißes Medium 4 eingespeist, wenn dieser so weit abgekühlt ist, dass eine effektive Erwärmung des Brauchwassers in der Spirale 8 nicht mehr gewährleistet ist.
Darüber hinaus ist dieser Kreislauf 27 mit einer Abgabeöffnung 29 verbunden, die in vertikaler Richtung unterhalb der Einspeiseöffnungen 25 und 26 angeordnet ist.
Die Rückführung von kälterem Wasser in die Heizungsanlage 28 erfolgt über die Abgabeöffnung 29, die in etwa der Mitte des Pufferspeichers 1 angeordnet ist, wobei das über die Abgabeöffnung 29 in die Rohrleitung entnommene Wasser über einen nicht eingezeichneten externen Mischer noch mit wärmerem Wasser aus der Rohrleitung vermischt werden kann. Ebenfalls nicht eingezeichnet ist ein Wärmetauscher, der die in der Abluft vorhandene Restwärme einer Öl- oder Gasheizung nutzen kann. Dieser Wärmetauscher wird in bevorzugter Form zwischen die mit der Abgabeöffnung 29 verbundene Rohrleitung und dem Eingang der Heizungsanlage 28 eingebaut und trägt so zu einer Vorwärmung des aufzuheizenden Wassers bei.
Gerade im Hinblick auf den Kreislauf 23 kann dort auch vorgesehen sein, dass die zumindest eine Einspeiseöffnung 22 und/oder die zumindest eine Abgabeöffnung 24 relativ in ihrer Höhenlage verstellbar ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Heizungsanlage 28 auch die Funktion einer Klimaanlage übernehmen soll, bei der anstelle des heißen Wassers aus der Abgabeöffnung 24 kaltes Wasser aus den unteren Bereichen des Pufferspeichers 1 entnommen werden muss.
Darüber hinaus weist der Pufferspeicher 1 eine zusätzliche Einspeiseöffnung 30 auf, die mit einem geschlossenen Kreislauf 31 verbunden ist. In diesen Kreislauf 31 ist ein wasserführender Ofen 32 (2) gekoppelt, welcher beispielsweise ein Kachelofen oder dergleichen sein kann.
Mit diesem Kreislauf 31 ist eine Abgabeöffnung 33 verbunden. Optional kann eine weitere Abgabeöffnung 34 zusätzlich oder anstatt zur Abgabeöffnung 33 vorgesehen sein, die mit dem Kreislauf 31 verbunden ist. Auch hier kann vorgesehen sein, dass das Medium über eine externe Mischeinrichtung so weit aufgeheizt wird, dass die Temperaturunterschiede zwischen Einspeisung und Abgabe des Kachelofens < 10°C sind.
Insbesondere ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass in den Kreisläufen 23, 27 und 31 das flüssige Medium 4 direkt zirkuliert. Es wird somit in das Innenvolumen 3 eingespeist und von dort auch wieder entnommen.
Darüber hinaus ist eine elektrische Anschlussstelle 35 vorgesehen, in die ein sich in das Innenvolumen 3 erstreckender elektrischer Heizstab angeordnet werden kann. Hierbei handelt es sich um eine Option, den Pufferspeicher 1 mit einem separaten Heizstab zu beheizen, was z. B. bei Niedrigenergiehäusern, die keine Ölheizung haben, sinnvoll sein kann, oder wenn die Bewohner in Urlaub sind und der Kachelofen nicht nutzbar ist.
Diese Anschlussstelle 35 ist mit einer Energiequelle 36 (2) verbunden, welche beispielsweise ein externes Energieversorgungsnetz ist. Es kann jedoch auch eine gebäudezugeordnete elektrische Energieversorgungsanlage sein, die beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage 65 (5) ist oder zumindest umfasst.
Im Hinblick auf die relativen Positionen entlang der Vertikalachse A der Einspeiseöffnungen und der Abgabeöffnungen, insbesondere auch der relativen Positionen zueinander, wird auf die aus den Figuren zu entnehmende verwiesen.
In dem Innenvolumen 3 ist das flüssige Medium 4 eingebracht und weist bezüglich des Temperaturgradienten, wie er beispielhaft in dem rechts neben dem Pufferspeicher 1 gezeigten Diagramm dargestellt ist, unterschiedliche Mediumbereiche 37 und 38 auf. Es sei angemerkt, dass sowohl die Anzahl als auch die Position der Mediumbereiche lediglich beispielhaft und keinesfalls abschließend zu verstehen ist. Bezüglich des Begriffs Mediumbereich wird jegliche volumenmäßige insbesondere zylinderförmige Ausgestaltung verstanden, die mit einem spezifischen Temperaturwert gemäß der Kurve I beaufschlagt ist oder insbesondere innerhalb eines Temperaturintervalls um einen spezifischen Temperaturwert herum erzeugt ist.
Im Ausführungsbeispiel weist der untere zweite Mediumbereich 37 flüssiges Medium 4 mit niedrigeren Temperaturwerten als der obere erste Mediumbereich 38 auf.
In dem Pufferspeicher 1 ist zumindest in Teilkomponenten eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung 39 angeordnet, welche im Ausführungsbeispiel nach dem Carnot-Prozess arbeitet, insbesondere ein Kältemaschine ist. Die nachfolgend als Kältemaschine 39 bezeichnete Temperaturveränderungs-Vorrichtung ist im Ausführungsbeispiel dahingehend konzipiert, dass sich das flüssige Medium 4 in dem unteren Mediumbereich 37 aktiv abkühlt und flüssiges Medium 4 im oberen Mediumbereich 38 aktiv erwärmt. Es wird also gegenüber dem SdT(1) eine zusätzliche Vorrichtung bereitgestellt, die mit ihren Kältemittelkreisläufen thermisch indirekt mit dem Medium 4 gekoppelt ist und die zusätzlich zu dem ohnehin vorhandenen Temperaturgradienten gemäß der Kurve I das flüssige Medium 4 ortsspezifisch aktiv heizt oder kühlt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kältemaschine 39 das flüssige Medium 4 insbesondere im Bereich der Abgabeöffnung 18 des pufferspeicherexternen Kreislaufes 15 auf einen Temperaturwert zwischen 0°C und 4°C abkühlt.
Es können jedoch auch Temperaturwerte unterhalb von 0°C eingestellt werden und beispielsweise auch Werte von –10°C, wie es in dem Temperaturdiagramm in 1 und neben dem Pufferspeicher 1 dargestellt ist, eingestellt werden. Dazu kann vorgesehen sein, dass das flüssige Medium 4 beispielsweise mit entsprechenden gefrierpunktserniedrigenden Salzen versetzt ist.
Die Kältemaschine 39 ist insbesondere mit einem Kühlmodul 40 (4) und einem Erwärmmodul 41 und somit mit den zentralen wärmetauschenden Komponenten in dem Innenvolumen 3 angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Kompressor 42 (4) im Innenvolumen 3 angeordnet ist. Das Kühlmodul 40, das Erwärmmodul 41 und der Kompressor 42 sind in einem Kältemittelkreislauf der Kältemaschine 39 angeordnet und verbunden, in welchem das Kältemittel zirkuliert.
Wie aus der Darstellung in 1 zu entnehmen ist, befindet sich die Kältemaschine 39 insbesondere mit ihrem Kühlmodul 40 in dem unteren Drittel des Innenvolumens 3. Das Erwärmmodul 41 ist insbesondere in einem zweiten Drittel entlang der Vertikalachse A im Bezug auf die Höhe des Innenvolumens 3 angeordnet.
Im Hinblick auf die Temperaturwerte beträgt die Temperatur T1 im Bereich der Abgabeöffnung 24 zwischen 35°C und 40°C, beispielsweise bei einer Fußbodenheizung, und bis zu 65°C, beispielsweise bei einem auf Radiatoren als Heizkörper beruhenden Heizsystem. Die Abgabetemperatur T2 im Bereich der Einspeiseöffnung 22 des Kreislaufs 23 beträgt etwa 30°C für die Fußbodenheizung und etwa 50°C für auf Radiatoren beruhenden Heizsysteme. Typische beispielhafte Temperaturdifferenzen zwischen T1 und T2 betragen zwischen 5°C und 15°C.
Die Höhenverstellbarkeit der Ein- und/oder Auslassöffnungen bezüglich des Kreislaufs 23 ist besonders vorteilhaft, da dadurch eine Unabhängigkeit vom verwendeten Heizungssystem erreicht wird (Radiatoren oder Fußbodenheizung) und die Heizung auch als Klimaanlage einsetzbar ist.
Die Temperatur T3 der Solareinrichtung 16 betrifft die Einspeisetemperatur und beträgt üblicherweise zwischen 30°C und 80°C. Durch die Kältemaschine 39 kann jedoch erreicht werden, dass der Temperaturwert des flüssigen Mediums 4 in dem Mediumbereich 37 gemäß den eingangs genannten Werten sogar unter die 0°C-Grenze abgesenkt werden kann, wodurch dann auch thermische Energie der Solareinrichtung 16 bzw. von anderen Wärmetauschern 49 und 50 (3) genutzt werden kann, bei denen deutlich niedrigere Umgebungstemperaturen als 30°C gegeben sind. So kann dann beispielsweise auch in Sommernächten oder an Herbsttagen an Abenden und Nächten, bei denen die Umgebungstemperatur größer als die Temperatur im unteren Mediumbereich 37 ist, zu einer thermischen Energieübertragung auf das flüssige Medium in diesem unteren Bereich 37 führen. In 1 ist T3 für den Kreislauf 15 angegeben, wobei der Wert von T3 insbesondere etwa 15°C über T4 liegt.
Die Abgabetemperatur T4 des Kreislaufes 15 beträgt ohne Kältemaschine 39 typischerweise zwischen 25°C und 70°C, wobei auch diese abhängig von dem Herunterkühlen des flüssigen Mediums 4 in dem unteren Mediumbereich 37 durch die Kältemaschine 39 deutlich niedriger sein kann.
Vorzugsweise ist auch hier die Temperaturdifferenz zwischen T3 und T4 zwischen 5°C und 20°C.
Die Temperatur T5 bezeichnet den Temperaturwert des Erwärmmoduls 41 der Kältemaschine 39 und beträgt vorzugsweise zwischen 40°C und 70°C.
Das Kühlmodul 40 weist demgegenüber vorzugsweise einen Temperaturwert T6 zwischen –10°C und 10°C auf.
Vorzugsweise beträgt der Temperaturwert T7 zwischen dem Erwärmmodul 41 der Kältemaschine 39 und einer Expansionsseite der Kältemaschine 39 zwischen 20°C und 30°C. Je nach Art der Heizung kann dieses Niveau im Pufferspeicher 1 weiter oben liegen (im Fall einer auf Radiatoren beruhenden Heizung) oder weiter unten liegen (im Fall einer Fußbodenheizung).
In 2 ist in einer vereinfachten Darstellung eine Wasserversorgungsanlage 43 für ein Gebäude, beispielsweise ein Wohnhaus oder ein Geschäftshaus gezeigt. Die Wasserversorgungsanlage 43 umfasst den gemäß 1 erläuterten Pufferspeicher 1 sowie die bereits dazu erläuterten Kreisläufe und zusätzlichen Komponenten. Die Leitung 10 ist mit einem Brauchwassermodul 44 verbunden, wobei Beispiele für ein Brauchwassermodul 44 bereits oben zu 1 erläutert wurden.
Des Weiteren ist eine Abgabeöffnung 69 am ersten Pufferspeicher 1 ausgebildet, die in Richtung der Achse A betrachtet oberhalb der Abgabeöffnung 9 angeordnet ist. Die Abgabeöffnung 69 ist mit einer Leitung verbunden, die zu einem zweiten separaten Pufferspeicher 71 führt. Dieser zweite, volumenmäßig insbesondere viel größer ausgebildete Pufferspeicher 71 kann beispielsweise unter einem Haus oder im Garten vergraben angeordnet sein und ein thermischer Vorratsspeicher sein. Der erste Pufferspeicher 1 weist darüber hinaus auch eine Einspeiseöffnung 70 auf, die mit einer Leitung verbunden ist, die vom zweiten Pufferspeicher 71 kommt, so dass über die Einspeiseöffnung 70 Medium vom zweiten Pufferspeicher 71 in den ersten Pufferspeicher 1 leitbar ist. Die Einspeiseöffnung 70 und/oder die Abgabeöffnung 69 können höhenverstellbar angeordnet sein. Im Fall von Niedrigtemperatur-Heizsystemen kann der zweite Pufferspeicher auch als Erdreichspeicher gemäß SdT(15) ausgebildet sein, bei dem überschüssige Solarenergie und anderweitig anfallende Abwärme oder Prozesswärme im Erdreich gespeichert und im Winter über einen Wärmetauscher dem Heizkreislauf 23 als nutzbare Heizwärme wieder zur Verfügung gestellt wird.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass der Wärmetauscher 21 auch in einem zusätzlichen, insbesondere flaschenartigen Behälter 45 angeordnet sein kann. Dieser kann ebenfalls an unterschiedlichen Stellen entlang der Vertikalachse A, insbesondere am oberen dünnen Flaschenhals 46 Abgabeöffnungen 47 und 48 aufweisen. Diese sind sowohl anzahlmäßig als auch positionell lediglich beispielhaft.
Zur besseren Verdeutlichung und Übersichtlichkeit ist daher in 2 die Kältemaschine 39 nicht dargestellt jedoch durch das Bezugszeichen angedeutet.
In einer vereinfachten Ausgestaltung der Darstellung der Wasserversorgungsanlage 43 für ein Gebäude, beispielsweise ein Wohnhaus oder ein Geschäftshaus, können bei einem anzustrebenden monovalenten Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Wassererwärmung ausschließlich die Solaranlage 16 und eventuell weitere dazu geschaltete Wärmetauscher in Verbindung mit der Temperaturveränderungs-Vorrichtung zum Einsatz kommen, Komponenten wie z. B. fossile Heizanlagen auf Basis von Öl- oder Gasbrennern (28) sowie Kamineinsätze (32) und eine elektrische Zusatzheizung (36) entfallen, wodurch die Systemarchitektur vereinfacht und die Systemkosten reduziert werden. Anstelle des wasserführenden Ofens 32 kann ein weiterer Pufferspeicher angeordnet sein, welcher z. B. ein großer Pufferspeicher sein kann, der mit dem gezeigten Pufferspeicher 1 in Verbindung steht und zur Aufnahme von überschüssiger Solarenergie im Sommer und zur Abgabe von gespeicherter Wärme im Winter ausgelegt ist. Bei der Solaranlage bzw. Solareinrichtung 16 ist es möglich, dass in den Kreislauf 15 mit der Solareinrichtung 16 in Reihe oder parallel zur Solaranlage noch weitere Wärmetauscher geschaltet sein können, die die Solaranlage unterstützen. Da der Pufferspeicher 1 und die Solaranlage 16 insbesondere dasselbe Medium verwenden kann auf den Wärmetauscher 21 der Solaranlage 16, an deren Stelle sich die Temperaturveränderungs-Vorrichtung 39 befindet, sowie auf die umgebende „Flasche” mit Auslassöffnungen im oberen Bereich des Pufferspeichers 1 auch verzichtet werden. Bei der Anordnung gem. 3 ist der Wärmetauscher 50 so ausgelegt, dass er Ausgangstemperaturen im Bereich 0 bis ca. 20°C erzeugen kann. Der Wärmetauscher 49 ist so ausgelegt, dass er Ausgangstemperaturen im Bereich 10 bis ca. 30°C erzeugen kann. Der Wärmetauscher 16, der üblicherweise eine Solaranlage ist, ist so ausgelegt, dass er Ausgangstemperaturen im Bereich 10 bis ca. 80°C erzeugen kann.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Wasserversorgungsanlage 43 gezeigt. Auch hier ist wiederum der Pufferspeicher 1 gemäß der Darstellung in 1 und 2 vorhanden. Darüber hinaus ist der Kreislauf 15 jedoch dahingehend konzipiert, dass in diesem neben der Solareinrichtung 16 in Anzahl und Position ebenfalls beispielhaft zwei weitere Wärmetauscher 49 und 50 eingekoppelt sind. Diese können extern des Wohngebäudes angeordnet sein. Zumindest einer dieser Wärmetauscher 49 und 50 kann dabei im Garten aufgestellt sein. Ein weiterer Wärmetauscher kann beispielsweise in Ziegeln oder Dachplatten des Gebäudes integriert sein. Wie zu erkennen ist, können die Wärmetauscher 49 und 50 mit der Solareinrichtung 16 durch eine nicht gezeigte Steuereinheit gesteuert in Reihe geschaltet oder auch separat und unabhängig voneinander betrieben werden.
Der Kreislauf 15 weist Bypässe 51 und 52 auf. In diesen Leitungen ist jeweils ein Ventil 53 und 54 angeordnet. Durch diese Ventile 53 und 54 können die Bypässe 51 und 52 geöffnet oder geschlossen werden. Darüber hinaus sind in Zuleitungen 55 und 56 zu den Wärmetauschern 49 und 50 weitere Ventile 57 und 58 angeordnet. Durch diese Ausgestaltung des Kreislaufes 15 können die drei Einrichtungen gemäß der Solareinrichtung 16 und den Wärmetauschern 49 und 50 individuell gekoppelt oder einzeln entkoppelt werden, um einen möglichst effizienten thermischen Energieübertrag von diesem pufferspeicherexternen und insbesondere auch gebäudeexternen System 59 auf das flüssige Medium 4 im Innenvolumen 3 erzielen zu können.
In 4 ist ein schematisches Blockbild des Pufferspeichers 1 mit einer schematischen Darstellung der Kältemaschine 39 gezeigt. Darüber hinaus ist eine Raumtemperierungseinrichtung bzw. Raumheizeinrichtung 72 dargestellt, die mit dem Pufferspeicher 1 gekoppelt ist und ebenfalls, zumindest indirekt, einen thermischen Energieeintrag auf das flüssige Medium 4 bewirken kann. Der Heizkreislauf 23 kann zur Ankopplung der Raumheizeinrichtung 72 über zusätzliche Einspeise- und Abgabeöffnungen im unteren Bereich des Pufferspeichers 1 verfügen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Anbindung über ein höhenverstellbares Entnahme- und Einspeisesystem erfolgt.
Bei dieser Ausgestaltung ist der vorzugsweise Kompressor 42 im Innenvolumen 3 angeordnet und über eine elektrische Leitung 61 mit elektrischer Energie, beispielsweise von einem externen Energieversorgungsnetz oder einer Photovoltaikanlage versorgbar. Beispielsweise beträgt die elektrische Leistung zwischen 1 und 3 kW.
Darüber hinaus sind beispielhaft Temperaturen für die Einspeisung und die Abgabe an unterschiedliche Positionen des Pufferspeichers 1 nochmals angegeben.
In dem Kreislauf der Kältemaschine 39 ist auch eine Expansionsvorrichtung 62, insbesondere ein Expansionsventil, angeordnet, wobei mittels diesem das in dem Kreislauf der Kältemaschine 39 zirkulierende Arbeitsmedium in seinem Aggregatzustand entsprechend veränderbar ist.
Die Einrichtung 72 ist auf dem Temperaturniveau T1 des Mediums 4 im Pufferspeicher 1 mit einer Abgabeöffnung 24 verbunden, wobei in der Leitung ein Ventil 74 angeordnet ist. Ferner ist die Einrichtung 72 zur Einspeisung von Wasser mit einer Einspeiseöffnung 22 des Pufferspeichers 1 über eine Leitung verbunden. Darüber hinaus ist eine weitere Verbindung mit dem Pufferspeicher 1 in der Form der in eine weitere Abgabeöffnung 75 des Pufferspeichers 1 mündenden Leitung 76, in der ein Ventil 77 angeordnet ist, vorgesehen. Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, mündet eine weitere Leitung 78 in die Leitung 76. Diese Leitung 78 ist mit einem weiteren Pufferspeicher 71 verbunden, wie er in 5 erläutert ist. Die Leitung 76 mündet in einem Temperaturbereich T10 des Mediums 4 im Innenvolumen 3 in den Pufferspeicher 1, wobei T10 beispielsweise die Ausgangstemperatur für eine Kreislauf einer Klimaanlage 67 (5) darstellt.
In 4 ist ein schematisches Blockbild des Pufferspeichers 1 mit einer schematischen Darstellung für den Betrieb einer Wasserversorgungsanlage 43 als Heizungsanlage und als Klimaanlage gezeigt. Je nach Jahreszeit, Tageszeit, Intensität der Sonneneinstrahlung und der Außentemperatur wird das Raumheizungssystem 72 (2) über den Kreislauf 23 (3) entweder standardmäßig als Heizungsanlage betrieben (Ventil 74 geöffnet, Ventil 77 geschlossen) oder aber als Klimaanlage betrieben (Ventil 74 geschlossen, Ventil 77 geöffnet). Durch das Raumheizungssystem 72 (Fußbodenheizung oder Radiatorheizung) wird daher im Fall des Betriebs als Raumheizung heißes Wasser aus dem oberen Bereich des Pufferspeichers 1 und im Fall des Betriebs als Klimaanlage kaltes Wasser aus dem unteren Bereich des Pufferspeichers dem Kreislauf 23 zugeführt, ohne dass dafür eine zusätzliche Infrastruktur – außer den beiden Ventilen – notwendig wäre. Damit lässt sich sehr kostengünstig eine Raumklimatisierung realisieren, die sozusagen als Zusatz der Temperaturveränderungs-Vorrichtung anzusehen ist. Ein noch effizienterer Betrieb einer Klimaanlage ist möglich in Verbindung mit einem zweiten, großen Pufferspeicher 71 wie weiter unten beschrieben (5).
In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der Temperaturveränderungs-Vorrichtung weitere Komponenten in den Pufferspeicher 1 eingebracht sind, die dessen Performance verbessern. Solche Komponenten können z. B. sogenannte Phase-Change-Materials sein, im folgenden mit PCM bezeichnet. PCMs haben – wie die meisten der in der Natur vorkommenden Stoffe – die Eigenschaft, bei einer bestimmten Temperatur einen Phasenübergang von flüssig nach fest zu vollziehen. Bekanntestes Beispiel dafür ist Wasser, welches bei ca. 0°C gefriert. Bei der technischen Nutzung von PCMs wird im Wesentlichen die Eigenschaft ausgenutzt, dass die beim Phasenübergang von flüssig nach fest freiwerdende Energie als latente gespeicherte Wärme nutzbar gemacht werden kann. Umgekehrt kann beim Übergang von fest nach flüssig die Schmelzenthalpie des Materials in einem Wärmespeicher gespeichert werden. Um PCMs in der Technik gewinnbringend verwenden zu können, wie z. B. zur gezielten Speicherung und Abgabe von Wärmeenergie, muss der Schmelzpunkt des PCM bei einer an die jeweilige Aufgabe angepassten Temperatur liegen. Im Fall der Nutzung in einem Pufferspeicher sollte die Schmelztemperatur daher in einem Temperaturbereich liegen, der im System einfach erreicht werden kann. Zum anderen sollte die Schmelztemperatur nach Möglichkeit über 60°C liegen, was in etwa der Vorlauftemperatur von warmem Wasser bei einer Radiator-Heizanlage aus dem Kreislauf 23 in den Pufferspeicher entspricht. Im Ausführungsbeispiel ist das PCM-Material 80 im oberen Drittel des Pufferspeichers 1 im Innenvolumen 3 angeordnet. Das PCM-Material 80 ist insbesondere in einem Behälter 79 angeordnet, so das es örtlich positioniert ist, der thermische Energieaustausch jedoch gewährleistet ist.
Beispielsweise wird als PCM Na2SiO3 × 5H2O verwendet, welches auch unter der Bezeichnung Pentahydrat bekannt ist. Weitere Materialien sind Stearin in Form von Wachsen oder auch Fette. Der Schmelzpunkt von Na2SiO3 × 5H2O liegt bei 72°C. Diese Temperatur wird in Pufferspeichern im oberen Bereich des Speichers relativ leicht erreicht, entweder durch warmes Wasser, welches über des Kreislauf 15 (Solar), den Kreislauf 27 (Heizung) oder den Kreislauf 31 (kaminführender Ofen) über die jeweiligen Einspeiseöffnungen in den Pufferspeicher eingeleitet wird. Da Na2SiO3 × 5H2O basisch ist und auf bestimmte Metalle auch korrosionsfördernd wirkt ist es im Ausführungsbeispiel in kleine Kunststoffbeutel eingeschlossen, die gegen das Medium und Na2SiO3 × 5H2O resistent sind. Um ein Absinken des Materials auf den Boden des Pufferspeichers zu verhindern – die Dichte beträgt im festen Zustand 1,45 g/cm3 – muss es entweder mechanisch oder gravimetrisch am Absinken gehindert werden. Im Beispiel ist eine mechanische Lösung vorgesehen, die dadurch realisiert ist, dass das Material in einem für das Medium transparenten Käfig wie z. B. einem Metallgitter als Behälter 79 eingeschlossen und festgehalten wird. Das Metallgitter ist dabei so im oberen Bereich des Pufferspeichers platziert, dass die im Innenvolumen 3 im Außenbereich des Pufferspeichers 1 verlaufende Wärmetauscherspirale 8 des Kreislaufs 7 für das Brauchwasser nicht berührt wird. Bei einer gravimetrischen Lösung könnte vorgesehen sein, dass das Na2SiO3 × 5H2O (Substanz A) ebenfalls in Kunststoffbeuteln eingeschlossen ist, diesen aber eine weitere Substanz B mit geringerer Dichte beigemischt ist, die resistent gegen Na2SiO3 × 5H2O und den Kunststoff ist. Die Volumenanteile der Mischsubstanz B und von Na2SiO3 × 5H2O (Substanz A) sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Kunststoffbeutel eine Dichte von knapp unter dem des Mediums 4 aufweist und somit auf diesem oben auf schwimmt. Bei einer Lösung auf Basis von Wachsen und Fetten, die leichter als Wasser sind, kann auf diese Maßnahmen verzichtet werden, wenn das Medium Wasser ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kältemaschine 39 durch eine Steuereinheit gesteuert betreibbar ist. Sie kann dabei abhängig von spezifischen Temperaturwerten, beispielsweise des flüssigen Mediums 4, insbesondere abhängig an verschiedenen Höhenlagenpositionen, und/oder Umgebungstemperaturen in der Umwelt und/oder Temperaturwerten der in zumindest einem der Kreisläufe 23, 27, 31 und 15 zirkulierenden weiteren Medien sowie der über Internetanbindung abrufbaren Wettervorhersage erfolgen. Die intelligente Steuerung und insbesondere bedarfsgerechte Erniedrigung des Temperaturwerts im unteren Medienbereich 37 und/oder die bedarfsgerechte Erhöhung des Temperaturwerts im oberen Medienbereich 38 erfolgt dann sehr präzise, angepasst und vorausschauend. Dies immer im Hinblick auf eine möglichst effiziente und größtmögliche Nutzbarkeit der thermischen Energie, die in das flüssige Medium 4 bzw. in den zweiten, großen Pufferspeicher 71 übertragbar ist und unter Berücksichtigung des wetterbedingten Einspeisepotenzials innerhalb eines Tages. Im Fall des Betriebs der Temperaturveränderungs-Vorrichtung mit regenerativer Energie, wie z. B. einer PV-Anlage, berücksichtigt die Steuereinheit auch die Wetterprognose für Sonnenschein und verzögert die Inbetriebnahme der Temperaturveränderungs-Vorrichtung, wenn erkennbar ist, dass zu einem späteren Zeitpunkt am selben Tag eine ausreichende Wärmemenge über einen reinen PV-Betrieb der Temperaturveränderungs-Vorrichtung in den Pufferspeicher einbringbar ist.
In 5 ist ein beispielhaftes Gebäude 63 gezeigt, welches eine Wasserversorgungsanlage 43 aufweist. Auf einem Dach 64 ist dabei zumindest ein Solarmodul 17 angeordnet. Darüber hinaus ist zumindest ein Modul 65 einer Photovoltaikanlage 66 ausgebildet. Ferner kann auch zumindest einer der Wärmetauscher 49 oder 50 auf dem Dach 64 angebracht sein.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der zweite Pufferspeicher 71 unter dem Gebäude 63 im Erdreich angeordnet ist. Es können dadurch äußerst große Pufferspeicher 71 ausgebildet werden, diese können dann ein Innenvolumen von beispielsweise > 40 m³ aufweisen. Alternativ kann der Speicher auch ein Erdspeicher gemäß SdT(15) sein, der im Sommer überschüssige Wärmeenergie oder auch Abwärme aufnimmt und im Winter bevorzugt an eine Niedrigtemperaturheizung wieder abgibt.
Die Wärmetauscher 49 und 50 können wie in 3 beschrieben als flüssig-flüssig-Wärmetauscher oder als Luft-flüssig-Wärmetauscher ausgebildet sein. Sie können im Hinblick auf ihre Betriebskopplung unterschiedliche Einspeise- und Abgabetemperaturen als Maximalwerte aufweisen, sodass sie gerade im Hinblick auf unterschiedliche Umgebungstemperaturen in Tageszeiten und/oder Jahreszeiten jeweils gekoppelt oder einzeln optimal betreibbar sind und auch in unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen und Umgebungstemperaturen jeweils zumindest einen kleinen Beitrag zur thermischen Energieübertragung auf das flüssige Medium 4 liefern können.
Ausgehend von der Ausgestaltung in 4 kann auch vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse 2 eine nach innen führende nicht gezeigte Nische ausgebildet ist, in der der Kompressor 42 angeordnet ist. Diese Nische ist durch eine Wand von dem Innenvolumen 3 separiert. Die Verbindung zwischen dem Kompressor 42 und dem Kühlmodul 40 sowie dem Erwärmmodul 41 erfolgt dann über abgedichtete Durchführungen dieser Trennwand. Dieses Zwischengehäuse bzw. die Einbaunische kann ebenfalls durch ein flüssiges Medium zumindest bereichsweise gefüllt sein, wobei die im Betrieb des Kompressors 42 entstehende Wärme auf dieses flüssige Medium abgegeben werden kann. Von dort kann es dann wiederum auf das flüssige Medium 4 übertragen werden. Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, die Wartung des Kompressors 42 zu vereinfachen und dennoch die Verlustwärme des Kompressors im System zu halten, wodurch die Effizienz der Kältemaschine maximiert wird.
Im Hinblick auf die Steuerung der Ventile 53, 54, 57 und 58 können unterschiedliche Szenarien vorgesehen sein. Die Solareinrichtung 16 und die Wärmetauscher 49 und 50 sind im Hinblick auf ihre funktionelle Ausgestaltung insbesondere so ausgelegt, dass die Solareinrichtung 16 größere Temperaturwerte liefern kann als der Wärmetauscher 49, der beispielsweise ein Luft-flüssig-Wärmetauscher sein kann und der Wärmetauscher 50, der beispielsweise ein aus einer Zisterne gespeister flüssig-flüssig-Wärmetauscher sein kann. In bevorzugter Weise sind die Module 17 der Solareinrichtung 16 als Röhrenkollektoren, insbesondere CPC(Compound-Parabolic-Concentrator)-Kollekoren, ausgebildet, die auch bei geringen Umgebungstemperaturen und bei Abwesenheit von Sonnenschein Wärme erzeugen. Bei einer solchen Auslegung des gebäudeexternen Systems 59 sollten die Temperaturen an den Ausgängen der Wärmetauscher unabhängig von der Wetterlage in der Reihenfolge 50-49-16 zunehmen. Dann kann bei geschlossenem Zustand der Ventile 53 und 54 erreicht werden, dass z. B. –5°C kaltes Wasser mit der Temperatur T8 aus dem unteren Bereich des Pufferspeichers 1 durch den Wärmetauscher 50 (Zisterne, Wassertemperatur abhängig von der Jahreszeit zwischen 4 und 20°C) auf Werte zwischen 0 und ca. 20°C vorgewärmt wird. Das so vorgewärmte Wasser durchströmt anschließend den Wärmetauscher 49, wobei es bei nicht zu tiefen Umgebungstemperaturen Tu auf Werte knapp unterhalb von Tu weiter vorgewärmt wird, beispielsweise auf Werte zwischen 10 und ca. 30°C. Das so weiter vorgewärmte Wasser durchströmt abschließend die Solaranlage 16, wobei die Temperatur auf Werte bis zu 80°C (T9) weiter angehoben wird.
Je nach Höhe der Temperatur T8 am Eingang des Kreislaufs 15 können die Wärmetauscher 50 und 49 einzeln oder auch gemeinsam aus dem Kreislauf 15 herausgenommen werden. Ist T8 z. B. höher als die am Ausgang des Wärmetauschers 50 erzielbare Temperatur, wird Ventil 58 geschlossen und dafür Ventil 53 geöffnet, so dass der Kreislauf 15 nur die Wärmerauscher 49 und 16 umfasst. Ist T8 höher als die am Ausgang des Wärmetauschers 49 erzielbare Temperatur, wird auch dieser Wärmetauscher aus dem Kreislauf genommen, indem Ventil 57 geschlossen und dafür Ventil 54 geöffnet wird. In diesem Fall ist als Wärmetauscher nur die Solaranlage 16 in Betrieb. Eine solche Situation kann z. B. eintreten, wenn der an die Kreisläufe 7, 15, 23, 27 und/oder 31 angeschlossene Pufferspeicher 94 in 8 keine Temperaturveränderungs-Vorrichtung enthält, da diese in einem separaten Speicher 1 enthalten ist und es in diesem Fall nicht notwendig ist, im Speicher im unteren Drittel kühle Temperaturen vorzuhalten.
Die Ventile 53, 54, 57 und 58 werden von der Steuereinheit immer so gesteuert, dass abhängig von den momentanen Temperaturen in den Wärmetauschern eine optimale Nutzung der thermischen Energie erfolgen kann.
Beispiele für einen Wärmetauscher 50 mit Ausgangstemperaturen im Bereich zwischen 0 und 15°C können auch Ausführungen sein, die Abwasser zwischen 0°C und 20°C nutzen, um eine entsprechende thermische Rückgewinnung der darin enthaltenen thermischen Energie erreichen zu können. Außer der bereits genannten Zisterne kommen hier auch Wärmetauscher in Frage, die z. B. im Boden verlegt sind ähnlich Kollektorfeldern bei Sole-Wasser-Wärmepumpen gemäß SdT(2) oder als Wärmetauscher unter dem Haus gemäß SdT(15) verlegt sind.
Als Beispiele für einen Wärmetauscher 49 mit Ausgangstemperaturen zwischen 5 und 30°C können auch derartige Ausgestaltungen genannt werden, die Abwasser beispielsweise > 20°C nutzen und daraus die enthaltende thermische Energie zurückgewinnen. Dies kann beispielsweise Badewasser oder Spülwasser oder dergleichen sein. Darüber hinaus können derartige Wärmetauscher 49 in Großwäschereien, Hotels oder dergleichen vorzugsweise verwendet werden, da dort sehr viel derartiges warmes Abwasser abfällt. Darüber hinaus können sie thermische Energie aus der Umgebung bei Temperaturen > 20°C entziehen. Vor allem im Fall eines Hotels mit zusätzlichem großen Pufferspeicher 71 (5) ist es sinnvoll über die elektronische Steuerung dafür zu sorgen, dass z. B. in den Morgenstunden, wo in der Regel viel warmes Dusch-Abwasser anfällt, den „kleinen” Pufferspeicher 1 auf diese Situation vorzubereiten und die Temperaturschichtung über die Temperaturveränderungs-Vorrichtung so vorzubereiten, dass diese regelmäßig und entsprechend des Belegungsplans mal mehr oder weniger stark anfallende Menge an warmem Brauchwasser optimal nutzbar ist. Im Unterschied zu einem Wohnhaus könnte es in diesem Fall sinnvoll sein, den Wärmetauscher 49 direkt an den großen Pufferspeicher mit einer oder mehrere darin befindlichen weiteren Temperaturveränderungs-Vorrichtungen anzuschließen.
Beispiele für einen Luft-flüssig-Wärmetauscher 49 können Ausführungen sein, die mit hoher Effizienz Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen und an ein flüssiges Medium wieder abgeben. Dies kann z. B. durch Integration eines Rohrleitungssystems in Dachziegeln realisiert werden, die mit der Außenluft über Luftströmungen in gutem Kontakt sind, und in welchem ein geeignetes flüssiges Medium zirkuliert. Die Dachziegeln sind dabei bevorzugt als Module ausgelegt, die wie Legosteine zusammengesetzt werden können, wobei bei der Montage auch die Rohrleitungssysteme miteinander verbunden werden, so dass das Medium in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren kann. Die Effizienz des Wärmeeintrags aus der Umgebungsluft in das flüssige Medium kann z. B. dadurch erhöht werden, indem dem Material der Dachziegel wärmeleitende Füllstoffe wie z. B. Metalle, insbesondere Kupfer beigemischt werden. Ein weiteres Beispiel für einen Wärmetauscher 49, der mittlere Ausgangstemperaturen im Bereich 10 bis 30°C erzeugt, ist ein Luft-luft-Wärmetauscher oder Luft-flüssig-Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Energie aus Raumluft wie z. B. in Raumlüftungsanlagen. Im Fall von Luft-Wärmepumpen kann diese Energie z. B. zur Vorwärmung der Außenluft verwendet werden, siehe SdT (6).
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wasserversorgungsanlage 43 auch eine nicht näher gezeigte Klimaanlage 67 (5) aufweist. Auch diese ist über einen Kreislauf 68 mit dem Pufferspeicher 1, dann insbesondere über bodennahe Einspeise- und Abgabeöffnungen des Pufferspeichers 1, oder mit dem großen Pufferspeicher 71 verbunden. Die Kopplung erfolgt insbesondere im unteren Mediumbereich 37 des Pufferspeichers 1, bei dem das flüssige Medium 4 entsprechend abgekühlt ist. Vorzugsweise zirkuliert auch dieses flüssige Medium 4 im Kreislauf 68 oder – wenn man auf einen eigenen Kreislauf verzichten möchte – im Kreislauf 23 der Raumheizung 72.
Ausgestaltungen mit zumindest zwei Pufferspeichern, beispielsweise den Pufferspeichern 1 und 71, werden als Pufferspeichervorrichtungen 81 bezeichnet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Pufferspeicher 1 und der zweite Pufferspeicher 71 über drei Rohrleitungssysteme gemäß den Leitungen 69a, 70a und 73a mit jeweils einer Pumpe 82, 83, 84 in Verbindung stehen. Die Leitung 69a mündet an die Öffnung 69, die Leitung 70a an die Öffnung 70 und die Leitung 73a an eine Öffnung 73 des Pufferspeichers 1. Je nach witterungs- und jahreszeitlich bedingten Betriebszuständen der Wasserversorgungsanlage 43 werden folgende Situationen auftreten.

(A) Der Pufferspeicher 1 der Wasserversorgungsanlage 43 ist mit warmem Wasser gefüllt. Eine solche Situation kann sich im Sommer – bei hohen Umgebungstemperaturen und starker Sonneneinstrahlung – bereits nach wenigen Betriebsstunden der Solaranlage 16 ergeben. Um ein Überhitzen des Wassers im Pufferspeicher 1 der Wasserversorgungsanlage 43 zu vermeiden muss die Solaranlage 16 abgeschaltet werden, was zur Folge hat, dass einfallende Sonnenenergie nicht mehr genutzt werden kann. Existiert jedoch ein zweiter, großer Pufferspeicher 71, so kann durch Inbetriebnahme der Pumpen 82 und 84 gleichzeitig heißes Wasser vom Pufferspeicher 1 in den Pufferspeicher 71 und kaltes Wasser vom Pufferspeicher 71 in den Pufferspeicher 1 überführt werden. Während die Einspeisung des warmen Wassers in den Pufferspeicher 71 in bevorzugter Form in den oberen Bereich erfolgt, erfolgt die Einspeisung von kaltem Wasser in den Pufferspeicher 1 bevorzugt in den unteren Bereich. Durch diese Beschaltung wird der Pufferspeicher 71 von oben her mit warmem Wasser gefüllt und damit optimal geschichtet. Durch das Befüllen des Pufferspeichers 1 mit kaltem Wasser im unteren Bereich erfolgt eine optimale Schichtung und gleichzeitig eine Regeneration der Solaranlage 16, insbesondere dann, wenn zum Einkoppeln der Wärme eine Wärmetauscherspirale 21 (2) verwendet wird. Durch die Einspeisung von kaltem Wasser in den Pufferspeicher 1 wird zudem erreicht, dass im unteren Bereich des Pufferspeichers 1, insbesondere in dem Mediumbereich 37, wo kaltes Wasser zum Betreiben der Klimaanlage 67 über die Raumheizungsanlage 72 entnommen wird (siehe 4), ausreichend kaltes Wasser zur Verfügung steht, welches somit nicht über die Temperaturveränderungs-Vorrichtung erzeugt werden muss. Damit werden zwei Vorteile erreicht: Die Solaranlage 16 kann ohne Zwangsabschaltung weiter betrieben werden und dabei den Pufferspeicher 71 weiter aufheizen und die Klimatisierung ist möglich, ohne dass dabei die Temperaturveränderungs-Vorrichtung in Betrieb genommen werden müsste, um kaltes Wasser im Entnahmebereich für den Kreislauf 23 zu erzeugen. Die einzigen elektrischen Verbraucher im System sind die Pumpen 82 bis 84, die zweckmäßigerweise über PV-Energie bereitgestellt wird.
(B) Der Pufferspeicher 1 wäre leer, wenn er nicht über die Temperaturveränderungs-Vorrichtung im oberen Mediumbereich 38 aufgeheizt und im unteren Mediumbereich 37 abgekühlt werden würde. Diese Situation ist typisch für die Heizperiode und kann leicht über die Steuereinheit identifiziert werden, z. B. über Auswertung des Datums und der Außentemperatur. In diesem Fall erfolgt ein umgekehrter Betrieb der Pumpen 82 bis 84: Während über Pumpe 82 warmes Wasser aus dem oberen Bereich des Pufferspeichers 71 in den oberen Bereich des Pufferspeichers 1 gepumpt wird kann über die Pumpe 83 mittelwarmes Wasser des Pufferspeichers 1 in den mittleren Bereich des Pufferspeichers 71 gepumpt werden bzw. kaltes Wasser vom Pufferspeicher 1 in den unteren Bereich des Pufferspeichers 71 gepumpt werden. Insbesondere im letzten Fall erfolgt eine Regeneration des Pufferspeichers 71, der somit wieder auf den Sommer vorbereitet wird, wo kaltes Wasser für die Raumklimatisierung vorrätig sein sollte. Ob Pumpe 83 oder 84 anspricht entscheidet die Steuerung, in der alle Informationen über Jahreszeit, gespeicherter Restwärme im Pufferspeicher 71 und voraussichtlich noch benötigter Wärme in der laufenden Heizperiode ermittelt werden. Es sei angemerkt, dass die beschriebene Ausführungsform des Mediumflusses zwischen den beiden Speichern 1 und 71 über lediglich drei Leitungen nur beispielhaft ist. So wäre z. B. auch denkbar, dass sowohl Entnahme als auch Einspeisung von warmen bzw. kaltem Medium über mehr als drei Einlass- und Auslasssysteme erfolgen kann. Dies kann – wie oben beschrieben – sowohl über eine Vielzahl von Ein- und Auslasssystemen erfolgen, die außerhalb der Speicher 1 und 71 verlaufen, und die über Ventile ansteuerbar sind, oder aber über ein kontinuierlich höhenverstellbares System erfolgen, welches innerhalb der Speicher 1 und 71 verläuft, wobei das Medium dann sehr ortsspezifisch, d. h. mit sehr geringem Temperaturunterschied zur Temperatur im Speicher 1 und 71, eingespeist werden kann. Es kann zudem auch vorgesehen sein, dass der Pufferspeicher 71 als Erdspeicher ausgebildet und angeordnet ist.

Die Größe der Solaranlage 16, die maximale Leistung der Temperaturveränderungs-Vorrichtung sowie die Größe des Pufferspeichers 71 sind so aufeinander abgestimmt, dass im Lauf eines Sommers der Pufferspeicher 71 mit warmen Wasser gefüllt werden kann und die gespeicherte Wärme ausreicht, um den Heizkreis 23 für die Raumheizung 72 über die Heizperiode hinreichend mit warmem Wasser versorgen zu können.
In 6 ist in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wasserversorgungsanlage 43 gezeigt. Diese ist analog zur Ausgestaltung in 3 beispielhaft ausgebildet. Dies insbesondere im Hinblick auf den Pufferspeicher 1, die Solareinrichtung 16 und die in der Anzahl beispielhaften Wärmetauscher 49 und 50. Wie auch in der Darstellung gemäß 6 zu erkennen ist, ist ein pufferspeicherexterner Kreislauf 15 vorgesehen, in dem die Solareinrichtung 16 und die Wärmetauscher 49 und 50 geschaltet sind und mit einem entsprechenden Leitungssystem verbunden sind. Der Kreislauf 15 ist auch hier mit den bereits in 3 gezeigten und in 1 erläuterten bodennahen Einspeise- und Abgabeöffnungen verbunden, so dass er in dem unteren Mediumbereich 37 mündet.
Im Unterschied zur Verschaltung der Wärmetauscher 49 und 50 und der Solareinrichtung 16 in 3 ist in der Ausgestaltung gemäß 6 eine Alternative dazu vorgesehen. Wie zu erkennen ist, sind dazu mehrere parallel und in Serie zu schaltende Leitungen und Bypässe ausgebildet, wobei in die Leitungen Ventile 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92 und 93 geschaltet sind.
Darüber hinaus ist eine Pumpe 85, die auch beim Beispiel in 3 vorhanden ist, vorgesehen, mittels welcher die Zirkulation des in dem Kreislauf 15 befindlichen Mediums, welches insbesondere das Medium 4 im Innenvolumen 3 des Pufferspeichers 1 ist, gefördert werden kann.
Im Hinblick auf die vielfältigen Steuerungen der genannten Ventile 86 bis 93 und die damit einhergehende große Anzahl an Steuerungsszenarien zur Kopplung der Wärmetauscher 49 und 50 sowie der Solareinrichtung 16 sei in diesem Zusammenhang auf die Tabelle in 7 verwiesen. Dort sind in den Spalten die Ventile 86 bis 93 angegeben, wobei durch die Ziffer „1” der geöffnete Zustand des jeweiligen Ventils, durch die Ziffer „0” der geschlossene Zustand des jeweiligen Ventils und durch die Ziffer „2” ein Zustand eines Ventils charakterisiert ist, bei dem es offen oder geschlossen sein kann. Darüber hinaus ist in der Tabelle gemäß 7 angegeben, welcher Wärmetauscher 49, 50 und die Solareinrichtung 16 in Betrieb sind, wobei dazu jeweils dann in den zugehörigen Zeilen angegeben ist, welche der Ventile geöffnet oder geschlossen sind oder geöffnet oder geschlossen sein können. Beispielsweise bedeutet dies, dass gemäß der ersten Zeile lediglich der Wärmetauscher 50 in dem Kreislauf 15 so geschaltet ist, dass das zirkulierende Medium nur über diesen Wärmetauscher 50 geleitet wird und dann wieder in den Pufferspeicher 1 zurückgefördert wird. Dazu ist gemäß der Darstellung in der Tabelle in 7 vorgesehen, dass die Ventile 86, 90 und 93 geöffnet sind, die Ventile 87 bis 89 sowie 92 geschlossen sind und dass Ventil 91 geöffnet oder geschlossen sein kann. Die weiteren Erläuterungen ergeben sich analog, so dass beispielsweise in der letzten Zeile sowohl die Solareinrichtung 16 als auch die Wärmetauscher 49 und 50 in Reihe geschaltet sind und das zirkulierende Medium auch über alle drei Einheiten geleitet wird. Dazu sind die Ventile 86, 89 und 91 geöffnet und alle anderen Ventile geschlossen. Im Unterschied zum Beispiel in 3 ist es bei der Beschaltung gem. 6 nicht mehr nötig, dass die Temperaturen an den Ausgängen der Wärmetauscher in der Reihenfolge 50-49-16 ansteigen, was einen noch flexibleren Betrieb des gebäudeexternen Wärmetauschersystems 59 ermöglicht.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Wasserversorgungsanlage 43 gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Wasserversorgungsanlage 43 wiederum eine Pufferspeichervorrichtung 81 mit zumindest zwei separaten Pufferspeichern. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Pufferspeicher 1, in dem zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung mit zumindest Teilkomponenten, insbesondere den wärmetauschenden Komponenten angeordnet ist, mit seinen Einspeise- und Abgabeöffnungen anderweitig zu den bisherigen Ausgestaltungen, wie sie in 1, 3 und 6 erläutert wurden, konzipiert ist.
Bei dieser Ausführung ist vorgesehen, dass der Pufferspeicher 1 zumindest mit zwei Temperaturveränderungs-Vorrichtungen in Form von Kältemaschinen 391 und 392 ausgebildet ist. Diese sind mit den bereits erläuterten Ausführungen der Temperaturveränderungs-Vorrichtungen in den anderen Ausführungsbeispielen komponentenspezifisch analog konzipiert. Dies bedeutet, dass auch diese Kältemaschinen 391 und 392 Kühlmodule und Erwärmodule sowie einen Kompressor aufweisen. Auch hier kann vorgesehen sein, dass die vollständige Integration aller Komponenten der Kältemaschinen 391 und 392 im Pufferspeicher 1 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist hier auch eine Steuereinheit, die auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen ist, von der Wasserversorgungsanlage 43 umfasst, mittels der der Betrieb der Kältemaschinen 391 und 392 steuerbar ist. Dabei können Steuerszenarien vorgesehen sein, bei denen lediglich eine der Kältemaschinen 391 oder 392 betrieben ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beide Kältemaschinen 391 und 392 zusammen betrieben werden. Insbesondere sind sie gemäß der Darstellung in 1 auch kaskadiert und somit in Reihe geschaltet betreibbar. Gemäß der Darstellung in 8 sind sie im Hinblick auf ihre positionelle Anordnung in vertikaler Richtung des Pufferspeichers 1 betrachtet auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet. Sie weisen insbesondere auch unterschiedliche Kältemittelkreisläufe mit unterschiedlichen Kältemitteln auf. Dazu ist vorgesehen, dass die erste Kältemaschine 391 dazu ausgebildet ist, Temperaturen zwischen –10°C und +25°C einzustellen. Die zweite Kältemaschine 392 ist dahingehend konzipiert, dass sie zur Temperatureinstellung zwischen 25°C und 65°C ausgebildet ist.
Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung der Pufferspeichervorrichtung 1 vorgesehen, dass der Pufferspeicher 1 nicht direkt mit den Kreisläufen 23, 27, 31 verbunden ist. Darüber hinaus ist dieser Pufferspeicher 1 auch nicht direkt mit den Kreisläufen für ein Brauchwassersystem mit Brauchwassermodul 44 und auch nicht mit einem Kreislauf für die Klimaanlage 67 direkt verbunden.
Insbesondere ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Pufferspeicher 1 in einem Kreislauf 15' geschaltet ist, der mit einem weiteren Pufferspeicher 94 verbunden ist. In vorteilhafter Weise ist dieser weitere Pufferspeicher 94 gemäß den Ausführungsbeispielen in 1, 2, 3 und 6 ausgebildet, jedoch ohne die dort jeweils erläuterte Temperaturveränderungs-Vorrichtung. Dies bedeutet, dass dieser weitere größere Pufferspeicher 94 dann derjenige ist, mit dem die oben genannten Kreisläufe 23, 27, 31 und die Kreisläufe zur Verbindung mit dem Brauchwassermodul 44 und einer Klimaanlage 67 ausgebildet ist. Im Rahmen dieser Funktionalität und Ausgestaltung gilt die Erläuterung in den 1 bis 3 und 6 analog für die Ausgestaltung in 8 für den Pufferspeicher 94.
Bei der hier gezeigten Pufferspeichervorrichtung 81 in 8 ist vorgesehen, dass der Pufferspeicher 1 kleiner ausgestaltet ist als der Pufferspeicher 94.
Der Kreislauf 15', welcher extern zum weiteren Pufferspeicher 94 ausgebildet ist, weist ein mehrfach verzweigtes Leitungssystem auf.
Zur Einbindung des Pufferspeichers 1 in diesen Kreislauf 15' weist dieser eine Einspeiseöffnung 95 auf. Vorzugsweise ist diese in ihrer vertikalen Höhenlage verstellbar ausgebildet, was durch die beispielhafte und symbolhaft dargestellte Positionsveränderungs-Vorrichtung 96 angedeutet ist.
Darüber hinaus umfasst der Pufferspeicher 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Abgabeöffnung 97, die in einem unteren Volumenbereich, insbesondere in einem unteren Drittel und insbesondere sehr bodennah des Innenvolumens 3 des Pufferspeichers 1 ausgebildet ist. Über diese erste Abgabeöffnung 97 ist eine Verbindung mit einer Wärmetauschereinrichtung, welche im Ausführungsbeispiel die Solareinrichtung 16 ist, zu versehen.
Die Solareinrichtung 16 weist darüber hinaus ebenfalls eine Abgabeöffnung auf, mit der eine Leitung verbunden ist, die in eine Einmündungsstelle 98 mündet. An dieser Einmündungsstelle 98 ist das Leitungssystem des Kreislaufs 15' dahingehend konzipiert, dass das flüssige Medium, welches von der Solareinrichtung 16 kommt, über ein Ventil 99 und eine entsprechende Leitung zur Einspeiseöffnung 95 des Pufferspeichers 1 geleitet werden kann. Ebenso kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das flüssige Medium an der Stelle 98 abhängig von der dann aufweisenden Temperatur des Mediums nicht zur Einspeiseöffnung 95, sondern in ein weiteres Ventil 100 zur Einspeiseöffnung 11 des Pufferspeichers 94 geleitet wird und somit in den Pufferspeicher 94 geleitet wird, wobei die Wärme des Mediums über eine im Pufferspeicher 94 befindliche Wärmetauscherspirale 21 abgegeben wird.
Der Pufferspeicher 1 umfasst darüber hinaus eine zweite Abgabeöffnung 101, die im Hinblick auf ihre Höhenlage in einem oberen Drittel, insbesondere deckennah angeordnet ist. Auch an diese Abgabeöffnung 101 schließt eine Leitung an, die stromabwärts des Ventils 100 und somit auch stromabwärts der Stelle 98 an einer Stelle 102 in die zur Einspeiseöffnung 11 des zweiten Pufferspeichers 94 führende Leitung einmündet. In dieser mit der zweiten Abgabeöffnung 101 verbundene Leitung ist ein weiteres Ventil 103 geschaltet. Darüber hinaus ist in der von der Abgabeöffnung 18 wegmündenden Leitung ein weiteres Ventil 104 geschaltet.
Es ist zu erwähnen, dass die Ausgestaltung der Pufferspeichervorrichtung 81 gemäß der Darstellung in 8 ebenso in die Ausgestaltung gemäß 5 integriert angeordnet werden kann. Der dortige große Pufferspeicher 71 würde dann hier insbesondere einen dritten Pufferspeicher darstellen. Demzufolge würde der in 1 gezeigte Pufferspeicher 1 durch die in 8 gezeigte Pufferspeichervorrichtung 81 ersetzt werden. Die weiteren Erläuterungen zu 5 gelten auch dann, wenn dort die genannte Pufferspeichervorrichtung 81 gemäß 8 angeordnet wird. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die in 8 gezeigte Solaranlage 16 auch durch ein gebäudeexternes Wärmetauschersystem 59 gem. 3 oder 6 ersetzt werden kann.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasserversorgungsanlage 43, bei der im Unterschied zu den vorherigen Beispielen die Temperaturveränderungs-Vorrichtung nicht in dem Pufferspeicher der direkt mit den Kreisläufen 23 und/oder 27 und/oder 31 und/oder mit der Klimaanlage 67 und/oder mit dem Brauchwassermodul 44 verbunden ist, sondern in einem zweiten, kleineren Pufferspeicher 1, der mit einem größeren Pufferspeicher 94 bezüglich Medienaustausch in Verbindung steht, verbunden ist. In dem gezeigten Beispiel kann der Pufferspeicher 94 ein konventioneller Pufferspeicher mit Anschlussmöglichkeiten für Heizkreise, Kamineinsätze, die elektrische Zusatzheizung sowie für die Brauchwassererwärmung sein. In den Kreislauf 15', der bisher gemäß dem Kreislauf 15 in den anderen Ausführungen dem Anschluss der Solaranlage 16 vorbehalten war, ist jetzt der vorzugsweise kleine Pufferspeicher 1 eingebunden, der mittels einer konventionellen Wärmetauscherspirale die Energie an den großen Pufferspeicher 94 übertragen kann.
Weiter eingezeichnet in 8 sind eine Mediumspumpe 85, zwei digitale Ventile 99 und 104 sowie zwei regelbare Ventile 100 und 103, mit denen es möglich ist, einen so genannten großen Zyklus und einen so genannten kleinen Zyklus zu fahren. Während der große Zyklus vorwiegend bei höheren Temperaturen am Ausgang der Solaranlage 16 bzw. im oberen Bereich des Speichers 1 aktiv ist, ist der „kleine Zyklus” vorwiegend aktiv im Fall von geringen bis mittleren Temperaturen am Ausgang der Solaranlage 16 und insbesondere dann, wenn diese Temperatur kleiner ist als die Temperatur im unteren Bereich des Speichers 94. In beiden Fällen steuert eine in bevorzugter Weise am Eingang des Speichers 94 eingebaute Förderpumpe 85 den Volumenstrom zwischen beiden Speichern 1 und 94 und der Solaranlage 16, wobei der Volumenstrom von der Solaranlage 16 und dem Speicher 1 zurück in den Speicher 94 in bevorzugter Weise über die zwei regelbaren Ventile 100 und 103 optimiert wird.
Weiterhin ist in dem Beispiel vorgesehen und in 8 zu erkennen, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung aus zwei in Reihe geschalteten und autark arbeitenden Kältemaschinen 391 und 392 zusammengesetzt ist, die übereinander angeordnet sind, wobei jede Kältemaschine 391 und 392 mit einem eigenen, auf die jeweiligen Arbeitstemperaturbereiche abgestimmten Arbeitsmittel befüllt ist. In dem Beispiel ist vorgesehen, dass die untere Kältemaschine 391 den Temperaturbereich von –10 bis +25°C und die obere Kältemaschine 392 den Temperaturbereich von +25 bis +65°C abdeckt, womit sich bei einem realistischen η(wp) von 90% ein COP von 7,6 ergibt. Durch eine Nutzung von drei in Serie geschalteten Kältemaschinen könnte der COP sogar auf Werte > 11 angehoben werden, was bedeutet, dass aus einem kW elektrischer Energie 11 kW Wärmeenergie erzeugt werden können. Dies ist um den Faktor 2–3 besser als bei herkömmlichen Wärmepumpen gemäß SdT #2 und SdT #3.
Alle Ausführungsbeispiele können in Teilkomponenten mit anderen Ausführungen oder Teilkomponenten davon kombiniert werden, so dass weitere Ausführungen gebildet werden, die ebenso von der Erfindung umfasst sind und als offenbart anzusehen sind. Hierzu zählt z. B. auch eine Variante, bei der der Pufferspeicher 1 in 8 im unteren Bereich eine weitere, nicht eingezeichnete Auslassöffnung hat, die über ein Ventil mit der Raumtemperierungsvorrichtung 72 von 4 in Verbindung steht. Auf diese Weise kann die Funktionalität der Raumklimatisierung über den Kreislauf 23 der Raumheizung auch in der Version einer Pufferspeichervorrichtung 81 gemäß 8 realisiert werden.

Claims

Pufferspeicher (1) zur Aufnahme von flüssigem Medium (4), welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und zumindest eine erste Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) aufweist, wobei das Medium (4) so in den Pufferspeicher (1) einbringbar ist, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich (38) einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich (37) einen zweiten Temperaturwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage zumindest einer ersten Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und/oder die Lage zumindest einer ersten Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) in Richtung der Vertikalachse (A) des Pufferspeichers (1) veränderbar ist.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, einer gemeinsamen Einrichtung (16, 28, 32, 44, 49, 50, 67) zur thermischen Energieübertragung an das flüssige Medium (4) im Pufferspeicher (1) zugeordnete erste Einspeiseöffnungen (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) ausgebildet sind, welche in Richtung der Vertikalachse (A) auf unterschiedlichen Höhenlagen positionierbar sind.
Pufferspeicher (1) zur Aufnahme von flüssigem Medium (4), welcher zumindest eine erste Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und zumindest eine erste Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) aufweist, wobei das Medium (4) so in den Pufferspeicher einbringbar ist, dass ein höher gelegener erster Mediumbereich (38) einen ersten Temperaturwert aufweist und ein dazu niedriger gelegener zweiter Mediumbereich (37) einen zweiten Temperaturwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, einer gemeinsamen Einrichtung (16, 28, 32, 44, 49, 50, 67) zur thermischen Energiezuführung zum flüssigen Medium (4) im Pufferspeicher (1) zugeordnete erste Einspeiseöffnungen (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) ausgebildet sind, welche in Richtung der Vertikalachse (A) des Pufferspeichers (1) auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind und/oder zumindest zwei, einer gemeinsamen Einrichtung (16, 28, 32, 44, 49, 50, 67) zur thermischen Energieübertragung an das flüssigen Medium (4) im Pufferspeicher (1) zugeordnete erste Abgabeöffnungen (9, 18, 24, 29, 33, 69, 97, 101) ausgebildet sind, welche in Richtung der Vertikalachse (A) auf unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Einspeiseöffnungen (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) mit einer gemeinsamen Zuleitung (20) verbunden sind.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (20) im Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) angeordnet ist und mit einem Zuleitungsanfang an die Gehäusewand des Pufferspeichers (1) mündet.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (20) außerhalb des Gehäuses (2) des Pufferspeichers (1) angeordnet ist und zwei Zuleitungsenden mit den beiden ersten Einspeiseöffnungen (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) verbunden sind.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den zumindest zwei ersten Einspeiseöffnungen (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) jeweils ein Ventil angeordnet ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) kontinuierlich verschiebbar ist, insbesondere um zumindest die Hälfte der Höhe des Innenvolumens (3) verschiebbar ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pufferspeicher (1) zumindest eine Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) zumindest in Teilkomponenten (40 bis 42) angeordnet ist, welche im in den Pufferspeicher (1) eingebrachten Zustand von flüssigem Medium (4) zur aktiven Temperaturveränderung des flüssigen Mediums (4) ausgebildet ist derart, dass der erste Temperaturwert erhöhbar und/oder der zweite Temperaturwert erniedrigbar ist.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Pufferspeicher (1) einzubringende flüssige Medium (4) so einbringbar ist, dass es entlang der Vertikalachse (A) des Pufferspeichers (1) einen Temperaturgradienten aufweist, bei dem der erste Temperaturwert höher als der zweite Temperaturwert ist.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung eine Kältemaschine (39, 391, 392) ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) nach dem Carnot-Prozess arbeitet.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein der der Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) zugehöriges Kühlmodul (40) zum Erniedrigen des zweiten Temperaturwerts in einer unteren Hälfte eines Innenvolumens (3) des Pufferspeichers (1) angeordnet ist und/oder ein der Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) zugehöriges Erwärmmodul (41) zum Erhöhen des ersten Temperaturwerts im Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) angeordnet ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompressor (42) der Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) in dem Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) angeordnet ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompressor (42) der Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) außerhalb dem Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) angeordnet ist.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (42) in einem Zwischengehäuse, insbesondere einem mit flüssigem Medium zumindest bereichsweise gefüllten Zwischengehäuse angeordnet ist, wobei das Zwischengehäuse in einer Einbaunische der das Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) begrenzenden Gehäuse (2) angeordnet ist, und insbesondere das Innenvolumen des Zwischengehäuse von dem Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) separierbar ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und/oder zumindest eine erste Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) in Richtung der Vertikalachse (A) betrachtet innerhalb der Lage des zweiten Mediumbereichs (37) an dem Gehäuse (2) des Pufferspeichers (1) angeordnet sind.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Einspeiseöffnung (11 bis 14, 95) und die zumindest eine erste Abgabeöffnung (18, 97, 101) mit einer Solareinrichtung (16) verbunden sind.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Solareinrichtung (16) in einen Kreislauf (15; 15') koppelbar ist, dessen flüssiges Solarmedium kontaktfrei mit dem flüssigen Medium (4) im Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) in einem im Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) angeordneten Wärmetauscher (21) der Solareinrichtung (16) geführt ist oder in einen Kreislauf (15, 15') koppelbar ist, in dem das Solarmedium das flüssige Medium (4) ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) einen Wirkungsgrad größer 4, insbesondere größer 6 aufweist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Temperaturveränderungs-Vorrichtungen (39, 391, 392) ausgebildet sind, welche zumindest mit Teilkomponenten in dem Pufferspeicher (1), insbesondere in dessen Innenvolumen (3) angeordnet sind, und zur Temperaturveränderung des Mediums (4) koppelbar sind.
Pufferspeicher (1) Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturveränderungs-Vorrichtungen (39, 391, 392) so angeordnet sind, dass sie auf unterschiedlichen Höhenlagen im Innenvolumen (3) des Pufferspeichers (1) auf das Medium (4) thermisch einwirken.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, das die Temperaturveränderungs-Vorrichtungen (39, 391, 392) in Reihe geschaltet sind.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und zumindest eine zweite Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) ausgebildet ist, insbesondere die zumindest eine zweite Einspeiseöffnung (22) und die zumindest eine zweite Abgabeöffnung (24) mit einer Raumheizeinrichtung (72), welche zum Erwärmen oder zum Klimatisieren eines Raums eines Gebäudes (63) im Raum angeordnet ist, verbunden sind.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage zumindest einer zweiten Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 70, 95) und/oder zumindest einer zweiten Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) in Richtung der Vertikalachse (A) veränderbar ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das flüssige Medium (4), insbesondere im zweiten Mediumbereich (37), gefrierpunkterniedrigende Zusätze, insbesondere Salze und/oder die, aufweist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im zweiten Mediumbereich (37) auf Werte kleiner 5°C, insbesondere zwischen 0°C und 4°C, erniedrigbar ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Latentwärmespeicher (80) aufweist, insbesondere einen ein PCM-Material aufweisenden Latentwärmespeicher (80) umfasst, der insbesondere in einem oberen Drittel des Innenvolumens (3) angeordnet ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) mit zumindest einem Pufferspeicher (1, 71, 94) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und insbesondere zumindest mit einer Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392), welche mit dem Pufferspeicher (1, 71, 94) thermisch gekoppelt ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (1) mit der zumindest einen Temperaturveränderungs-Vorrichtung (39, 391, 392) in einem Kreislauf (15') angeordnet ist, der, insbesondere nur, mit einem zweiten Pufferspeicher (71, 94) zum Mediumaustausch gekoppelt ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kreislauf (15') zumindest eine Wärmetauschereinrichtung, insbesondere eine Solareinrichtung (16), geschaltet ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf (15') mit zumindest einer Einspeiseöffnung (11) und zumindest einer Abgabeöffnung (18) des zweiten Pufferspeichers (94) gekoppelt ist, wobei diese Öffnungen (11, 18) in einem unteren Drittel, insbesondere bodennah, des Innenvolumens (3) des Pufferspeichers (94) angeordnet sind.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Pufferspeicher (94) direkt mit einem Kreislauf (23, 27, 31, 7) für ein Brauchwassermodul (44) und/oder einer Raumheizung (72) und/oder einer Heizungsanlage (28) und/oder einem wasserführenden Ofen (32) und/oder einer Klimaanlage (67) verbunden ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf (15') Verzweigungsstellen (98) aufweist, an denen das von der Wärmetauschereinrichtung (16) kommende flüssige Medium, insbesondere abhängig von der Temperatur des Mediums, in den ersten Pufferspeicher (1) oder den zweiten Pufferspeicher (94) leitbar ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach einem der Ansprüche 29 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Pufferspeicher (71) vorgesehen ist, der mit dem zumindest ersten Pufferspeicher (1) koppelbar ist, wobei der weitere Pufferspeicher (71) als großer Vorratsspeicher ausgebildet ist, insbesondere unterirdisch angeordnet ist.
Pufferspeichervorrichtung (81) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Pufferspeicher (71) über mehrere separate Leitungsverbindungen (69, 70, 73) mit dem ersten Pufferspeicher (1) zum Mediumaustausch verbunden ist, wobei die Leitungsverbindungen (69, 70, 73) auf unterschiedlichen Höhenlagen in die Pufferspeicher (1, 71) münden.
Wasserversorgungsanlage (43) für ein Gebäude (63), welche zumindest einen Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28 und/oder eine Pufferspeichervorrichtung (81) nach einem der Ansprüche 29 bis 36 aufweist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach Anspruch 37, bei welchem zumindest zwei separate, flüssiges Medium (4) erwärmende Einrichtungen (16, 28, 32, 44, 49, 50, 67) zum thermischen Energieübertragen an das flüssige Medium (4) im Pufferspeicher (1), welche insbesondere zusammen ein gebäudeexternes System (59) von Wärmetauschern bilden, mit einer ersten Einspeiseöffnung (6, 11 bis 14, 22, 25, 26, 30, 95) und einer ersten Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69, 97, 101) verbunden sind.
Wasserversorgungsanlage (43) nach Anspruch 38, bei welcher die Einrichtungen (16, 49, 50) durch einen Kreislauf (15) miteinander verbunden sind, welcher einen Bypass (51, 52) aufweist, so dass die Einrichtungen (16, 49, 50) in Reihe koppelbar sind oder zumindest eine Einrichtung (49, 50) entkoppelbar ist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach Anspruch 38 oder 39, bei welcher eine Einrichtung ein pufferspeicherexterner Wärmetauscher (49, 50) ist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach einem der Ansprüche 38 bis 40, bei welcher der Pufferspeicher (1, 94) Einspeiseöffnungen (11 bis 14, 22, 25, 26, 30) und Abgabeöffnungen (9, 18, 24, 29, 33, 34, 69) für einen mediumführenden im Gebäude (63) angeordneten Ofen (32) und/oder eine Solareinrichtung (16) und/oder eine Heizungsanlage (28) und/oder eine Raumheizeinrichtung (72) und/oder eine Klimaanlage (67) und eine Abgabeöffnung (9, 18, 24, 29, 33, 34) für ein Brauchwassermodul (44) aufweist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach einem der Ansprüche 38 bis 41, bei welcher ein erster Pufferspeicher (1) mit einem separaten zweiten Pufferspeicher (71, 94) zum Mediumaustausch verbunden ist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach Anspruch 42, bei welcher der zweite Pufferspeicher (71, 94) volumenmäßig größer, insbesondere viel größer, als der erste Pufferspeicher (1) ausgebildet ist, insbesondere ein Volumen größer 20 m³, aufweist.
Wasserversorgungsanlage nach Anspruch 42 oder 43, bei welchem am ersten Pufferspeicher (1) eine Abgabeöffnung (69) ausgebildet ist, die über eine Leitung mit dem zweiten Pufferspeicher (71) verbunden ist und welche in Richtung der Vertikalachse (A) des ersten Pufferspeichers (1) über einer Abgabeöffnung (9) für ein Brauchwassermodul (44) angeordnet ist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach einem der Ansprüche 42 bis 44, bei welchem am ersten Pufferspeicher (1) eine Einspeiseöffnung (70) ausgebildet ist, die über eine Leitung mit dem zweiten Pufferspeicher (71) verbunden ist und welche in Richtung der Vertikalachse (A) des ersten Pufferspeichers (1) unter einer Einspeiseöffnung (22) für einen Kreislauf (23) zumindest eines Heizkörpers (72) angeordnet ist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach Anspruch 42 oder 43, bei welcher der erste Pufferspeicher (1) nur Abgabeöffnungen (97, 101) aufweist, die mit einem Kreislauf (15') verbunden sind, der mit dem zweiten Pufferspeicher (94) verbunden ist.
Wasserversorgungsanlage (43) nach einem der Ansprüche 37 bis 46, welche eine Steuereinheit zumindest zum Steuern der Komponenten des Pufferspeichers (1) und/oder der Pufferspeichervorrichtung (81) aufweist.