DE202012009151U1 - Extended thermal energy supply system ,, solar heat manager " - Google Patents
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Abstract
Wärmeenergieversorgungsanlage, welche Wärme für mindestens einen Verbraucher, innerhalb einer Trinkwassererwärmung (II) mit einem Trinkwasserkreislauf und/oder mindestens einen Heizkreislauf (IV) bereitstellt, die zumindest ein Modul-Solarstation (I) zur Gewinnung von Solarwärme in einem ersten Fluid eines Kollektorkreislaufes und ein Wärmepumpensystem (V-Z1) zur Gewinnung von Erdwärme in einem zweiten Fluid eines primären Wärmepumpenkreislaufes umfasst, dadurch gekennzeichnet, • dass der Kollektorkreislauf des Moduls-Solarstation (I) und ein Regenerationskreislauf eines Moduls-Sondenregeneration (VII) über einen im Modul-Sondenregeneration (VII) angeordneten bifunktionalen Wärmeübertrager (2A) gekoppelt sind, • wobei das Modul-Sondenregeneration (VII) einen Vorlauf (VL) mit einem ersten und zweiten Vorlauf-Zweig (VL; AB-B/VL; AB-A) und einen Rücklauf (RL) aufweist, die in den primären Wärmepumpenkreislaufes eingebunden sind, • wobei der erste Vorlauf-Zweig (VL; AB-B) vor einer Wärmepumpeneinheit (WP) des Wärmepumpensystem (V-Z1) und der zweite Vorlauf-Zweig (VL; AB-A) nach der Wärmepumpeneinheit (WP) vor einer die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung (S) des Wärmepumpensystem (V-Z1) in den primären Wärmepumpenkreislauf eingekoppelt sind und...Thermal energy supply system, which provides heat for at least one consumer, within a drinking water heater (II) with a drinking water circuit and / or at least one heating circuit (IV), the at least one module solar station (I) for generating solar heat in a first fluid of a collector circuit and a Heat pump system (V-Z1) for obtaining geothermal heat in a second fluid of a primary heat pump circuit, characterized in that • the collector circuit of the module solar station (I) and a regeneration circuit of a module probe regeneration (VII) via a module probe regeneration ( VII) arranged bifunctional heat exchangers (2A) are coupled, • wherein the module probe regeneration (VII) has a flow (VL) with a first and second flow branch (VL; AB-B / VL; AB-A) and a return flow ( RL), which are integrated in the primary heat pump cycle, • where the first flow branch (VL; AB -B) before a heat pump unit (WP) of the heat pump system (V-Z1) and the second flow branch (VL; AB-A) after the heat pump unit (WP) in front of a device (S) of the heat pump system (V-Z1) that absorbs geothermal energy, are coupled into the primary heat pump circuit and ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmeenergieversorgungsanlage (nachfolgend als Anlage oder auch als Solarwärmemanager bezeichnet), die eine modular aufgebaute Hydraulikstation mit einem Solarwärme-Managmentsystem umfasst. Die Anlage arbeitet nach dem Prinzip Verbrauch vor Speicherung der Solarenergie. Die Anlage wird derzeit von einem Regieregler mit den Funktionen Kesselansteuerung, Heizkreislaufregelung, Warmwasserregelung, Solarregelung mit solarer Heizungsunterstützung (optional solare Kühlung) und Pufferspeicherbe- und Entlademanagement sowie internem Diagnoseprogramm zur Anlagenoptimierung gemanagt.The invention relates to a thermal energy supply system (hereinafter referred to as plant or as a solar heat manager), which includes a modular hydraulic station with a solar thermal management system. The system works on the principle of consumption before storage of solar energy. The system is currently managed by a controller with the functions Boiler control, Heating circuit control, Domestic hot water control, Solar control with solar heating support (optional solar cooling) and Buffer storage and unloading management and internal diagnostics program for plant optimization.
Die Anlage wird in vier Segmenten mit allen Armaturen, Pumpen, Antrieben und Fühlern vormontiert und vorverkabelt geliefert und ist auf einer einheitlichen Rahmen-Ständer-Konstruktion befestigt. Die Anlage umfasst vier Segmente. Ein Übergabesegment, ein Heizkreislaufsegment, ein Solarsegment und ein Trinkwarmwassersegment. Innerhalb dieser Segmente sind mehrere so genannte Module miteinander verknüpft.The system is delivered in four segments with all fittings, pumps, actuators and sensors pre-assembled and pre-wired and is mounted on a uniform frame-stand construction. The plant comprises four segments. A transfer segment, a heating circuit segment, a solar segment and a domestic hot water segment. Within these segments, several modules are linked together.
Die Wärmeenergieversorgungsanlage umfasst nach dem Stand der Technik gemäß
Ein Modul-Solarstation
Ein Modul-Trinkwassererwärmung (TWE)/Kaltwasseranschluss
Ein Modul-Solares Heizen
Ein Modul-Heizkreis
Ein Modul-Primärversorgung
Ein Regelmodul
A module solar station
One module DHW heating (TWE) / cold water connection
A module solar heating
A module heating circuit
A module primary supply
A rule module
Ein durch die Konzeption der Wärmeenergieversorgungsanlage verfolgter Grundsatz der Planer ist die effiziente Nutzung der solaren Erträge der Wärmeenergieversorgungsanlage zur Optimierung des Gesamtanlagenbetriebes mit dem Ziel der maximalen Einsparung beim Energieverbrauch Fernwärme, Gas, Öl oder Biomasse. Die Wirtschaftlichkeit definiert sich durch die Höhe der Gesamtenergieeinsparung. Vollständig oder zumindest teilweise solarthermisch betriebene Anlagen können und müssen für Vermieter und Mieter gleichermaßen wirtschaftlich sinnvoll sein. Sollen solarthermische Anlagen erfolgreich eingesetzt werden, müssen fehlende Wirtschaftlichkeit, die Abhängigkeit von Fördermitteln, Kompetenzdefizite bei Planern und Installateuren sowie daraus resultierende Fehler im Anlagenbau ausgeschlossen sein. Kern des derzeitigen bekannten technischen Standards ist eine komplett vormontierte Hydraulikstation, die eine Solarwärmeanlage und eine Primärenergieanlage zur Wärmeerzeugung (auf der Basis von Fernwärme oder Öl oder Gas oder Biomasse) zu einer Warmeenergieversorgungsanlage mit zwei Wärmeerzeugern (Kollektorfeld der Solarwärmeanlage und Heizkessel auf der Basis von Fernwärme oder Öl oder Gas oder Biomasse) verbindet. Eine integrierte Steuerung mit Datenfernübertragung übernimmt dabei das komplette Wärmeenergiemanagement des Hauses. Im praktischen Einsatz zeigt sich neben überdurchschnittlichen Kollektorerträgen der Solarwärmeanlage auch eine Erhöhung der Effizienz des jeweils eingesetzten konventionellen Wärmeerzeugers der Primärenergieanlage. Die Größe aller Anlagenkomponenten ist dabei variabel. Die zugehörige Regeltechnik der Wärmeenergieversorgungsanlage sorgt stets dafür, dass die Energie immer unter dem Gesichtspunkt maximaler Effizienz eingesetzt wird. Alle Parameter sind mittels Datenfernübertragung mittels Internetverbindung mess-, steuer- sowie auswertbar. Dank einer komfortablen Zugriffskontrolle kann dabei der Zugang zu den Daten und Parametern für unterschiedliche Benutzergruppen verschieden definiert werden. Die Mess- und Regelungstechnik des Systems ermöglicht es, die Solarenergie entsprechend den jeweiligen Verbrauchanforderungen dort einzuspeisen, wo die größte Einsparung erzielt werden kann, beispielsweise für eine direkte Trink- und/oder Heizwassererwärmung, für den Zirkulationsverlustausgleich oder aber zur Ladung angeschlossener Trinkwasserspitzenlast- und Pufferspeicher. Die Größe des Kollektorfeldes der Solarwärmeanlage oder das Volumen der Pufferspeicher sind vollkommen variabel und werden verbrauchsabhängig definiert. Darüber hinaus bietet die Anlage die Möglichkeit, die konventionellen Heiz-, Zirkulations- und Brauchwasserkreisläufe zu erfassen, zu kontrollieren und bei Bedarf eine schnelle und effiziente Anpassung des Systems vorzunehmen. Das beinhaltet z. B. eine verbrauchsbezogene Messung der bereitgestellten Leistung beim Anschluss an ein Fernwärmenetz.One of the planners' principles pursued by the design of the thermal energy supply system is the efficient use of the solar yield of the thermal energy supply system to optimize the overall plant operation with the aim of maximizing energy consumption for district heating, gas, oil or biomass. The economic efficiency is defined by the amount of total energy savings. Complete or at least partially solar thermal operated systems can and must be economically viable for landlords and tenants alike. If solar thermal systems are to be used successfully, the lack of economic efficiency, the dependency on subsidies, competence deficits with planners and installers and the resulting errors in plant construction must be ruled out. Core of the current known technical standard is a completely pre-assembled hydraulic station, a solar thermal system and a primary energy plant for heat generation (based on district heating or oil or gas or biomass) to a heat energy supply system with two heat generators (collector field of the solar thermal system and heating boilers based on district heating or oil or gas or biomass). An integrated control with remote data transmission takes over the complete heat energy management of the house. In practical use, in addition to above-average collector yields of the solar thermal system, there is also an increase in the efficiency of the conventional heat generator used in each case for the primary energy plant. The size of all plant components is variable. The associated control technology of the thermal energy supply system always ensures that the energy is always used from the viewpoint of maximum efficiency. All parameters can be measured, controlled and evaluated by remote data transmission via internet connection. Thanks to a convenient access control, access to the data and parameters for different user groups can be defined differently. The measuring and control technology of the system makes it possible to feed the solar energy according to the respective consumption requirements where the greatest savings can be achieved, for example for a direct drinking and / or Heizwassererwärmung, for the circulation loss compensation or for charging connected drinking water peak load and buffer memory , The size of the collector field of the solar heating system or the volume of the buffer storage are completely variable and are defined according to consumption. In addition, the system offers the possibility to record and control the conventional heating, circulation and domestic water circuits and, if necessary, to adapt the system quickly and efficiently. This includes z. As a consumption-related measurement of the power provided when connected to a district heating network.
Alle notwendigen Messdaten werden von der Steuerung aufgenommen und via Datenfernübertragung an eine Wartungsstation weitergeleitet. Von dort wird die gesamte Anlage überwacht, gesteuert und statistisch ausgewertet. Der Betreiber erhält damit die Möglichkeit, die Solaranlage umfangreich zu kontrollieren, effizient zu betreiben und die Chance, sie nach außen hin transparent zu vermarkten – bis hin zur Internetanbindung! All necessary measurement data is recorded by the controller and forwarded via remote data transmission to a maintenance station. From there, the entire system is monitored, controlled and statistically evaluated. The operator thus has the opportunity to extensively control the solar system, operate it efficiently and have the opportunity to market it transparently to the outside - right through to the Internet connection!
Unterschiedliche Zugangsebenen innerhalb der Fernüberwachung trennen die Visualisierung und die Steuerung voneinander, so dass die Wartung der Anlagen vom Installations- oder Serviceunternehmen als Dienstleistung angeboten werden kann, während die optische Funktion der Anlage auch vom Investor und/oder Contractor einsehbar ist. Voraussetzung ist es, die Anlagen bei Neubau oder Sanierungsmaßnahmen von Anfang an mit einzuplanen. Möchte man aus finanziellen Gründen die Ausgaben der Solaranlage an den Schluss einer Sanierung stellen oder diese gar erst ein oder zwei Jahre später installieren, so bietet einem das Konzept auch hier einen neuen Standard: die solare Nachrüstung. Durch einen konsequent modularen Aufbau des Systems lässt sich der Solarteil zu einem späteren Zeitpunkt ohne viel Aufwand hydraulisch und regelungstechnisch ankoppeln beziehungsweise in Betrieb nehmen. Die Vorteile sind eine detaillierte Verbrauchsdatenanalyse zur optimalen Konfektionierung der Anlage, eine Optimierung der solaren Puffervolumina, eine Minimierung der Warmwasserspeichervolumina sowie die Flexibilität bei der Anpassung an objektspezifische Strukturen durch modularen Aufbau (Kollektorfeld, Warmwasserbereitung, solare Heizungsunterstützung, Heizkreis-Anbindung, Aufstellfläche). Die Anlage benötigt durch kompakte Bauweise an ihrem Aufstellungsort nur einen geringen Platz. In vorteilhafter Weise sind Sicherheitstechnik und Fernüberwachung komplett integriert und Anschlüsse für Ausdehnungsgefäße sind bereits vorbereitet. Die kompakte Bauweise ergibt sich in Form zweier komplett vorgefertigter und geprüfter Verteilerbalken und elektrischer Steckverbindungen mit Regler-Schaltschrank, wodurch im Anlagensystem keine Montagefehler möglich sind.Different access levels within the remote monitoring separate the visualization and the control from each other so that the maintenance of the installations can be offered as a service by the installation or service company, while the optical function of the installation is also provided by the investor and / or Contractor is visible. The prerequisite is to plan the systems for new construction or renovation measures right from the start. If, for financial reasons, you want to put the expenses of the solar system to the end of a refurbishment or even install it only one or two years later, the concept also offers you a new standard here: solar retrofitting. Thanks to a consistently modular design of the system, the solar part can be connected and / or put into operation hydraulically and control-technically at a later time without much effort. Advantages include a detailed consumption data analysis for optimal assembly of the system, optimization of the solar buffer volumes, minimization of hot water storage volumes and flexibility in adapting to object-specific structures through modular design (collector field, hot water preparation, solar heating support, heating circuit connection, installation surface). The system requires only a small space due to its compact design at its site. Advantageously, safety technology and remote monitoring are completely integrated and connections for expansion vessels are already prepared. The compact design results in the form of two completely prefabricated and tested distributor bars and electrical plug-in connections with control cabinet, which means that no installation errors are possible in the system.
Eine höchste Betriebssicherheit im Betrieb wird durch eine 24-Stunden-Überwachung mit sofortiger Fehlermeldung an den Servicepartner per SMS/E-Mail erreicht. Es erfolgt eine ständige Plausibilitätsprüfung aller energetischen Systeme mit einer sofortigen Warnmeldung an den Servicepartner per SMS/E-Mail.Maximum operational safety during operation is achieved by a 24-hour monitoring with immediate error message to the service partner via SMS / e-mail. There is a permanent plausibility check of all energy systems with an immediate warning message to the service partner via SMS / E-Mail.
Ferner erfolgt eine Diagnose-Software für Fern-Optimierung beziehungsweise Herstellersupport im Servicefall, eine Heizkostensenkung durch Erhöhung des Jahresnutzungsgrades von Brennwertkesseln, eine Leistungsreduzierung von Fernwärmeanschlüssen sowie eine Systemoptimierung durch die systemintegrierte Solarwärmeanlage.Furthermore, a diagnostic software for remote optimization or manufacturer support in case of service, a heating cost reduction by increasing the annual efficiency of condensing boilers, a power reduction of district heating connections as well as a system optimization by the system integrated solar heating system.
Die Anlage erlaubt eine optimiertes Management von zwei Wärmequellen (Solarwärme und Fernwärme, Gas, Öl oder Biomasse) aus zwei Wärmeerzeugern und einem Schichten-Pufferspeicher in dem die nicht sofort verbrauchte Solarwärme zwischengespeichert wird.The plant allows optimized management of two heat sources (solar heat and district heating, gas, oil or biomass) from two heat generators and a layer buffer in which the not immediately consumed solar heat is cached.
Die als sogenannter Solarwärmemanager vertriebene Wärmeenergieversorgungsanlage optimiert das Management von solarer- und konventioneller Wärme (aus Fernwärme, Gas, Öl oder Biomasse) mit solarem Vorrang. Folgende Daten sind archivierbar. Wärmemenge Fernwärme oder Kessel für Heizung und Trinkwassererwärmung konventionell (kWh)/Wärmemenge Solar (kWh)/Globalstrahlung in Kollektorebene (kWh/m2)/Volumen Warmwasser (m3) Optional: Volumen Gas (m3) Elektroenergie Betriebsstrom des Gesamtsystems (kWh).The thermal energy supply system, marketed as a so-called solar heat manager, optimizes the management of solar and conventional heat (from district heating, gas, oil or biomass) with solar priority. The following data can be archived. Quantity of heat District heating or boiler for heating and DHW heating Conventional (kWh) / Heat quantity Solar (kWh) / Global radiation at collector level (kWh / m 2 ) / Volume Hot water (m 3 ) Optional: Volume Gas (m 3 ) Electric energy Operating current of the entire system (kWh) ,
In die Wärmeenergieversorgungsanlage soll innerhalb des bisherigen Moduls-Primärversorgung mit den Primärmedien Fernwärme, Gas, Öl oder Biomasse ein Wärmepumpensystem und optional ein Abluftwärmepumpensystem als zusätzliches Primärversorgungssystem unter Nutzung des Primärmediums Erdwärme oder Abluft optimal und effizient integriert werden.In the thermal energy supply system, a heat pump system and optionally an exhaust air heat pump system as an additional primary supply system using the primary medium geothermal or exhaust air to be integrated optimally and efficiently within the previous module primary supply to the primary media district heating, gas, oil or biomass.
Aus dem Stand der Technik ist die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dafür zu sorgen, dass ein Wärmepumpensystem und optional ein Abluftwärmepumpensystem in eine Wärmeenergieversorgungsanlage noch optimaler und effizienter als bisher integriert werden kann.The invention has for its object to ensure that a heat pump system and optionally an exhaust air heat pump system can be integrated into a thermal energy supply system even more optimal and efficient than before.
Ausgangspunkt für die Erfindung ist eine Wärmeenergieversorgungsanlage, welche Wärme für mindestens einen Verbraucher, innerhalb einer Trinkwassererwärmung mit einem Trinkwasserkreislauf und/oder innerhalb mindestens eines Heizkreislaufes bereitstellt, die zumindest ein Modul-Solarstation zur Gewinnung von Solarwärme in einem ersten Fluid eines Kollektorkreislaufes und ein Wärmepumpensystem zur Gewinnung von Erdwärme in einem zweiten Fluid des primären Wärmepumpenkreislaufes umfasst.The starting point for the invention is a heat energy supply system, which provides heat for at least one consumer, within a domestic water heating with a drinking water circuit and / or within at least one heating circuit, the at least one module solar station for recovery of solar heat in a first fluid of a collector circuit and a heat pump system for recovering geothermal heat in a second fluid of the primary heat pump cycle.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kollektorkreislauf des Moduls-Solarstation und ein Regenerationskreislauf eines Moduls-Sondenregeneration über einen im Modul-Sondenregeneration angeordneten bifunktionalen Wärmeübertrager gekoppelt sind,
- • wobei das Modul-Sondenregeneration einen Vorlauf mit einem ersten und zweiten Vorlauf-Zweig und einen Rücklauf aufweist, die in den primären Wärmepumpenkreislaufes eingebunden sind,
- • wobei der erste Vorlauf-Zweig vor einer Wärmepumpeneinheit des Wärmepumpensystem und der zweite Vorlauf-Zweig nach der Wärmepumpeneinheit vor einer die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystem in den primären Wärmepumpenkreislauf eingekoppelt sind und der Rücklauf ausgangseitig der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystem angeschlossen ist,
- • so dass das zweite Fluid des primären Wärmepumpenkreislaufes über das Modul-Sondenregeneration geführt ist,
- • wobei durch Freigabe des ersten Vorlauf-Zweiges in einer ersten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers eine direkte Regeneration der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystems und
- • durch Freigabe des zweiten Vorlauf-Zweiges in einer zweiten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers die Erzeugung eines Temperaturhubes im primären Wärmepumpenkreislauf und eine indirekte Regeneration der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystems bewirkbar ist.
- Wherein the module probe regeneration has a flow with a first and second flow branch and a return, which are integrated in the primary heat pump cycle,
- Wherein the first flow branch in front of a heat pump unit of the heat pump system and the second flow branch after the heat pump unit are coupled into the primary heat pump cycle upstream of a heat recovery system of the heat pump system and the return is connected on the output side of the heat recovery system of the heat pump system,
- So that the second fluid of the primary heat pump cycle is routed through the module probe regeneration,
- • wherein by releasing the first flow branch in a first function of the bifunctional heat exchanger, a direct regeneration of the geothermal receiving means of the heat pump system and
- • By releasing the second flow branch in a second function of the bifunctional heat exchanger, the generation of a temperature increase in the primary heat pump cycle and an indirect regeneration of the geothermal receiving device of the heat pump system can be effected.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Modul-Sondenregeneration zumindest eine Umschaltarmatur im Vorlauf des bifunktionalen Wärmeübertragers umfasst, die in der ersten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers zur direkten Regeneration der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystems den ersten Vorlauf-Zweig mit einer in diesem Vorlauf-Zweig angeordneten ersten Regenerations-Kreislaufpumpe freigibt, und die in der zweiten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers zur Erzeugung des Temperaturhubes im primären Wärmepumpenkreislauf und zur indirekten Regeneration der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystems den zweiten Vorlauf-Zweig freigibt, in dem eine zweite Regenerations-Kreislaufpumpe angeordnet ist.In a preferred embodiment, it is provided that the module probe regeneration comprises at least one reversing valve in the flow of the bifunctional heat exchanger, in the first function of the bifunctional heat exchanger for direct regeneration of the geothermal receiving device of the heat pump system, the first flow branch with a in this Vorlauf- Branch arranged first regeneration circulation pump releases, and in the second function of the bifunctional heat exchanger for generating the temperature in the primary heat pump cycle and the indirect regeneration of the geothermal receiving device of the heat pump system releases the second flow branch, in which a second regeneration circulation pump arranged is.
Als die Erdwärme aufnehmende Einrichtungen werden Erdsonden, gemäß dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel und Erdabsorber und Erdkollektoren sowie Eisspeicher und/oder Wasserspeicher oder sogenanntes Latentmaterial angesehen. Die Einrichtung nutzt die Erdwärme des sie umgebenden festen Materials (Erdboden) und/oder der innerhalb des festen Materials vorhandenen Flüssigkeit.As the geothermal receiving devices are considered geothermal probes, according to the following embodiment and earth absorber and earth collectors and ice storage and / or water storage or so-called latent material. The device uses the geothermal heat of the surrounding solid material (soil) and / or the liquid present within the solid material.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Rücklauf des Regenerationskreislaufes ein Regelventil angeordnet ist, welches vor der Aufspaltung in den ersten und zweiten Vorlauf-Zweig mit dem Vorlauf des Regenerationskreislaufes in Verbindung steht.In a preferred embodiment of the invention, a control valve is arranged in a return of the regeneration cycle, which communicates with the flow of the regeneration cycle prior to splitting into the first and second flow branch.
Das Regelventil ermöglicht eine temperaturabhängige Regelung der Vorlauf-Zweige. Ist der erste Vorlauf-Zweig geöffnet erfolgt die Regelung dieses Vorlauf-Zweiges und ist der zweite Vorlauf-Zweig geöffnet wird dieser geregelt.The control valve allows a temperature-dependent control of the flow branches. If the first flow branch is opened, the control of this flow branch takes place and if the second flow branch is opened, this is controlled.
Bei der Freigabe des ersten Vorlauf-Zweiges in der ersten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers, bei der für eine direkte Regeneration der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystems gesorgt wird, dient das Regelventil in vorteilhafter Weise zur Regelung der Eingangstemperatur des zweiten Fluids in die Erdwärme aufnehmende Einrichtung der Wärmepumpeneinheit und insbesondere zur Vermeidung einer Überhitzung der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung.In the release of the first flow branch in the first function of the bifunctional heat exchanger, which provides for a direct regeneration of the geothermal receiving device of the heat pump system, the control valve is advantageously used to control the inlet temperature of the second fluid in the geothermal receiving device the heat pump unit and in particular to avoid overheating of the geothermal receiving device.
Bei der Freigabe des zweiten Vorlauf-Zweiges in der zweiten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers, bei der für die Erzeugung eines Temperaturhubes im primären Wärmepumpenkreislauf und für die indirekte Regeneration der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystems gesorgt wird, dient das Regelventil in vorteilhafter Weise zur Regelung der Eingangstemperatur in die Wärmepumpeneinheit und ebenfalls zur Vermeidung einer Überhitzung der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung.In the release of the second flow branch in the second function of the bifunctional heat exchanger, which is provided for the generation of a temperature in the primary heat pump cycle and for the indirect regeneration of the geothermal receiving device of the heat pump system, the control valve is advantageously used to control the Input temperature in the heat pump unit and also to avoid overheating of the geothermal receiving device.
Die Regelung wird im Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit
Die Wärmeenergieversorgungsanlage ist modular aufgebaut. Der bifunktionale Wärmeübertrager, die Umschaltarmatur und bevorzugt das Regelventil sind erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise ebenfalls in dem neuen Modul mit der Bezeichnung Modul-Sondenregeneration
Mit der modularen Integration eines Wärmepumpensystems als Primärwärmeversorgungsanlage ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Modul-Sondenregeneration
Ferner bevorzugt ist, dass der bifunktionale Wärmeübertrager in dem Modul-Sondenregeneration in einer Kaskade von zumindest zwei in Reihe geschalteten Wärmeübertragern angeordnet ist.Furthermore, it is preferred that the bifunctional heat exchanger in the module probe regeneration is arranged in a cascade of at least two series-connected heat exchangers.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass der bifunktionale Wärmeübertrager in dem Modul-Sondenregeneration hinter mindestens einem Wärmeübertrager und vor einem weiteren Wärmeübertrager angeordnet ist.Advantageously, it is provided that the bifunctional heat exchanger is arranged in the module probe regeneration behind at least one heat exchanger and in front of a further heat exchanger.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, ist ein Wärmeübertrager der in dem Modul-Solarstation angeordnet ist, mit einem Modul-Trinkwassererwärmung (TWE)/Kaltwasseranschluss gekoppelt, wobei der Wärmeübertrager für eine Einspeisung von Wärme in das Modul-Trinkwassererwärmung (TWE)/Kaltwasseranschluss sorgt.In a preferred embodiment of the invention, a heat exchanger which is arranged in the module solar station, coupled with a module drinking water heating (TWE) / cold water connection, wherein the heat exchanger for a supply of heat in the module drinking water heating (TWE) / cold water connection provides.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung, ist ein weiterer Wärmeübertrager, der ebenfalls vor dem Wärmeübertrager des Modul-Sondenregeneration in Reihe liegend angeordnet ist, in einem Modul-Solares Heizen angeordnet ist, welches mit einem Modul-Heizkreis gekoppelt ist, an dem ein Heizkreislauf angeschlossen ist, wobei der Wärmeübertrager im Modul-Solares Heizen für eine Einspeisung von Wärme in den Heizkreislauf sorgt.In a further preferred embodiment of the invention, another heat exchanger, which is also arranged lying in front of the heat exchanger of the module probe regeneration in series, is arranged in a module solar heating, which is coupled to a module heating circuit to which a heating circuit connected is, wherein the heat exchanger in the module solar heating ensures a feed of heat into the heating circuit.
Ferner ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass ein noch weiterer Wärmeübertrager in dem Kollektorkreislauf des Moduls-Solarstation angeordnet ist, wobei dieser noch weitere Wärmeübertrager in Reihe liegend hinter dem Wärmeübertrager im Regenerationskreislauf des Moduls-Sondenregeneration liegt. Dieser noch weitere Wärmeübertrager ist für die Einspeisung von Wärme in einen Schichtenpufferspeicher innerhalb eines Pufferkreislaufes verantwortlich.Furthermore, it is advantageously provided that an even further heat exchanger is arranged in the collector circuit of the module solar station, said further heat exchanger lying in series behind the heat exchanger in the regeneration cycle of the module probe regeneration. This still further heat exchanger is responsible for the injection of heat into a layer buffer within a buffer circuit.
Weiter ist vorgesehen, dass die Wärmeenergieversorgungsanlage zur Bereitstellung der Wärme neben dem Modul-Solarstation und dem Wärmepumpensystem in dem Modul-Primärversorgung in Kombination mit dem Modul-Solarstation und/oder dem Wärmepumpensystem einen konventionellen Wärmeerzeuger wahlweise auf der Basis (Fernwärme, Gas, Öl oder Biomasse) aufweist.It is further provided that the thermal energy supply system for providing the heat in addition to the module solar station and the heat pump system in the module primary supply in combination with the module solar station and / or the heat pump system a conventional heat generator either on the basis (district heating, gas, oil or Biomass).
Schließlich ist optional vorgesehen, dass die Wärmeenergieversorgungsanlage zur Bereitstellung der Wärme neben dem Modul-Solarstation und dem Wärmepumpensystem und gegebenenfalls einem konventionellen Wärmeerzeuger im Modul-Primärversorgung noch zusätzlich ein Abluftwärmepumpensystem aufweist, welches in den sekundären Wärmepumpenkreislauf eingebunden ist.Finally, it is optionally provided that the heat energy supply system for providing the heat in addition to the module solar station and the heat pump system and optionally a conventional heat generator in the module primary supply additionally has an exhaust air heat pump system which is integrated into the secondary heat pump cycle.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Wärme für mindestens einen Verbraucher einer Wärmeenergieversorgungsanlage, die als Verbraucher einen Kreislauf zur Trinkwassererwärmung und/oder mindestens einen Heizkreislauf umfasst, wobei die Wärme zumindest in einem Modul-Solarstation als Solarwärme in einem ersten Fluid eines Kollektorkreislaufes und in einem Wärmepumpensystem als Erdwärme in einem zweiten Fluid eines primären Wärmepumpenkreislaufes gewonnen wird.The invention relates to a method for providing heat for at least one consumer of a thermal energy supply system that includes a consumer as a circuit for drinking water heating and / or at least one heating circuit, wherein the heat at least in a module solar station as solar heat in a first fluid of a collector circuit and in a heat pump system is obtained as geothermal in a second fluid of a primary heat pump cycle.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kollektorkreislauf des Moduls-Solarstation und der erste und zweite Vorlauf-Zweig des Regenerationskreislaufes des Moduls-Sondenregeneration über den in dem Modul-Sondenregeneration angeordneten bifunktionalen Wärmeübertrager gekoppelt werden, wobei das Modul-Sondenregeneration zumindest eine Umschaltarmatur im Vorlauf des Wärmeübertragers innerhalb des Regenerationskreislaufes umfasst.According to the invention, the collector circuit of the module solar station and the first and second flow branch of the regeneration circuit of the module probe regeneration are coupled via the bifunctional heat exchanger arranged in the module probe regeneration, wherein the module probe regeneration at least one reversing valve in the flow of the heat exchanger within the regeneration cycle.
Der Vorlauf und der Rücklauf des Regenerationskreislaufes sind mit dem zweiten Fluid gefüllt, wobei der erste Vorlauf-Zweig vor einer Wärmepumpeneinheit des Wärmepumpensystem und der zweite Vorlauf-Zweig nach der Wärmepumpeneinheit aber vor der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystem in den primären Wärmepumpenkreislauf eingekoppelt sind, wobei der Rücklauf ausgangseitig der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung des Wärmepumpensystem angeschlossen ist, so dass das zweite Fluid des primären Wärmepumpenkreislaufes über das Modul-Sondenregeneration geführt ist.The flow and the return of the regeneration circuit are filled with the second fluid, wherein the first flow branch before a heat pump unit of the heat pump system and the second flow branch after the heat pump unit but are coupled before the geothermal receiving means of the heat pump system in the primary heat pump cycle, wherein the return side of the earth heat receiving device of the heat pump system is connected, so that the second fluid of the primary heat pump cycle is performed on the module probe regeneration.
Der primäre Wärmepumpenkreislauf wird somit nicht mehr wie im Stand der Technik üblich ausgangseitig der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung direkt zu der Wärmepumpeneinheit zurück geführt, sondern die Ausgangsseite der die Erdwärme aufnehmenden Einrichtung bildet den Rücklauf des neuen Regenerationskreislaufes im Modul-Sondenregeneration.The primary heat pump cycle is thus no longer fed back to the heat pump unit, as is customary in the prior art, on the output side of the device which absorbs the geothermal heat, but the output side of the geothermal receiving device forms the return of the new regeneration cycle in the module probe regeneration.
Die Ausgangsseite des primären Wärmepumpenkreislaufes wird über das Modul-Sondenregeneration geführt, dessen Vorläufe wie beschrieben in das Wärmepumpensystem eingekoppelt werden.The output side of the primary heat pump cycle is routed via the module probe regeneration, whose feeders are coupled into the heat pump system as described.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below in an embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die einzelnen Module
Die wesentlichen Bauteile sind jeweils mit Bezugszeichen gemäß Bezugszeichenliste gekennzeichnet. Auf die zum Verständnis notwendigen und für die Erfindung wesentlichen Bauteile wird anhand der Bezugszeichen näher eingegangen.The essential components are each marked with reference numerals according to the list of reference numerals. On the necessary for understanding and essential to the invention components will be discussed in more detail with reference to the reference numerals.
Die Wärmeenergieversorgungsanlage umfasst ferner das Modul-Solarstation
An das Modul-Solarstation
Die Dimensionierung des Moduls-Heizkreis
Die Wärmeenergieversorgungsanlage umfasst zudem das Modul-Trinkwassererwärmung (TWE)/Kaltwasseranschluss
Die Warmwasserbereitung im Modul-Trinkwassererwärmung (TWE)/Kaltwasseranschluss
Die Wärmeenergieversorgungsanlage umfasst zudem ein Modul-Solares Heizen
Der weitere Wärmeübertrager
Die Wärmeenergieversorgungsanlage umfasst zudem das Modul-Heizkreis
Die Wärmeenergieversorgungsanlage umfasst ferner ein Modul-Primärversorgung
Mit dem Modul-Primärversorgung
Ein Modul-Regelung
Das Modul-Regelung
Das Standardschaltbild der
Wie erläutert ist das Kollektorfeld K mit dem Modul-Solarstation
Die gleichen Funktionen gegenüber dem Modul-Trinkwassererwärmung (TWE)/Kaltwasseranschluss
Im Modul-Solares Heizen
Im Modul-Solarstation
Zur Ausspeisung von Wärme wird das Umschaltventil
Die Wärmeenergieversorgungsanlage nutzt die Solarwärme über die Wärmeübertrager
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, diese im Kollektorkreis des Moduls-Solarstation
Dadurch wird die bisher nicht genutzte Wärme der thermischen Solaranlage (Modul-Solarstation
Ein zweites Fluid (die Sole) im bisher üblichen primären Wärmepumpenkreislaufes (kurz: Primärkreislauf) eines Wärmepumpensystems
Dieses Wärmepotential mit seiner jeweiligen Temperaturdifferenz gegenüber den Temperaturen im Primärkreislauf des Wärmepumpensystems
Das neue erweiterte Schaltbild der
In die Wärmeenergieversorgungsanlage wird erfindungsgemäß das neue Modul-Sondenregeneration
In diesem Modul-Sondenregeneration
Es versteht sich, dass die Funktion des neuen Wärmeübertragers
Das heißt die Wärme kann bedarfsgerecht zu dem jeweiligen Verbraucher (Schichtenpufferspeicher PSP im Modul-Solarstation
Der Wärmeübertrager
Er wird einerseits von dem ersten Fluid, insbesondere dem Wasser-Propylenglykol-Gemisch innerhalb des Kollektorkreislaufes des Moduls-Solarstation
Die neue Wärmeenergieversorgungsanlage ermöglicht jetzt mit Hilfe des zu den Wärmeübertragern
Die Wärmeenergieversorgungsanlage ermöglicht mittels des Wärmeübertragers
Zum zweiten wird ein Management der Solarwärme-Hochtemperatur (HT)-Kurzzeitspeicherung im Modul-Solarstation
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß zum dritten ein Management der Niedertemperatur (NT)-Langzeitspeicherung/Sondenregeneration der Solarwärme über den Wärmeübertrager
Die Wärmeübertrager
Erfindungsgemäß ist der Wärmeübertrager
Die Erdwärme aufnehmende Einrichtung wird nachfolgend nur noch kurz als Sonde S bezeichnet.The geothermal receiving device is hereinafter referred to only briefly as a probe S.
Die vorteilhafte Bifunktionalität des neuen Wärmeübertragers
Die erste vorteilhafte Funktion des Wärmeübertragers
The first advantageous function of the heat exchanger
Dazu wird das zusätzlich angeordnete Wärmepumpensystem
Dazu weist das Modul-Primärversorgung V, eine weitere ebenfalls vorgefertigte Schnittstelle auf, die durch weitere Absperrarmaturen
Durch die erste vorteilhafte Funktion wird eine direkte Sondenregeneration einer Sonde S des Wärmepumpensystems
Wie
Dabei ist der erste Vorlauf-Zweig VL; AB-B vor einer Wärmepumpeneinheit WP des Wärmepumpensystem
Durch Freigabe des ersten Vorlauf-Zweiges VL; AB-B des Regenerationskreislaufes ist in der ersten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers
Unter der oben erwähnten zumindest saisonalen Sondenregeneration wird eine Zuführung von Wärme in die Sonde S des zusätzlichen Wärmepumpensystems
Dazu weist das Modul-Sondenregeneration
Ein zweiter Vorlauf-Zweig VL; AB-A des Regenerationskreislaufes ist dann geschlossen. Ausgangseitig der Sonde S des Wärmepumpensystems
Im Modul-Sondenregeneration
Bei der Freigabe des ersten Vorlauf-Zweiges VL; AB-B in der ersten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers
Bei der Freigabe des zweiten Vorlauf-Zweiges VL; AB-A in der zweiten Funktion des bifunktionalen Wärmeübertragers
Über ein Temperaturmessgerät, welches vor dem Dreiwege-Umschaltventil
Über ein Temperaturmessgerät, welches im Rücklauf RL des Regenerationskreislaufes vor dem Regelventil
Je nachdem, welche Vorlauftemperatur TSoleVL gewünscht ist, und je nachdem welche Rücklauftemperatur TSoleRL vorliegt, wird dem gemeinsamen Vorlauf VL aus der Sonde S zurück kommendes zweites Fluid mit geringerer Temperatur beigemischt.Depending on the flow temperature T SoleVL is desired, and depending on the return temperature T SoleRL is present, is admixed with the common flow VL from the probe S coming back second fluid having a lower temperature.
Im Übrigen wird zu Kontroll- und Regelzwecken einerseits eine weitere Vorlauftemperatur TSole1 im Regenerationskreislauf zusätzlich direkt vor der Sonde S, hinter den beiden Vorlaufzweigen VL; AB-B/VL; AB-A und andererseits wird eine weitere Rücklauftemperatur TSole2 direkt hinter der Sonde S gemessen.Incidentally, for control and control purposes, on the one hand, a further flow temperature T Sole1 in the regeneration cycle additionally directly in front of the probe S, behind the two flow branches VL; AB-B / VL; AB-A and on the other hand, a further return temperature T Sole2 is measured directly behind the probe S.
Dadurch kann stets eine Überhitzung der Sonde S beziehungsweise der Wärmepumpeneinheit WP und der Sonde S in jedem Fall vermieden werden, und unabhängig davon, ob der Regenerationskreislauf über den ersten Vorlaufzweig VL; AB-B,
Dadurch ist nicht nur der Überhitzungsschutz gewährleistet, sondern die eingangseitigen Temperaturen in der Wärmepumpeneinheit WP und der Sonde S sind regelbar.As a result, not only is the overheating protection ensured, but the input-side temperatures in the heat pump unit WP and the probe S can be regulated.
Gemäß
In dieser Schaltung wird über den zweiten Vorlaufzweig VL; AB-A auf die Wärmepumpeneinheit WP und nicht über den bifunktionalen Wärmetauscher
Gemäß
In dieser Schaltung wird über den bifunktionalen Wärmetauscher
Gemäß
In dieser Schaltung wird über den bifunktionalen Wärmetauscher
Es wird deutlich, dass durch das Regelventil
Ein Vorteil des bifunktionalen Wärmeübertragers
Die zweite vorteilhafte Funktion des Wärmeübertragers
Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, auch im laufenden Betrieb der Wärmepumpeneinheit WP des Wärmepumpensystems
Ein Temperaturhub des Wärmepumpensystem
Für den Temperaturhub im Wärmepumpensystem
Der Vorlauf VL wird somit nicht auf die erste Regenerations-Kreislaufpumpe
Der zwischen Sonde S und Wärmeübertrager
Ein weiterer Vorteil des bifunktionalen Wärmeübertragers
Die Abführung von Solarwärme aus dem Modul-Solarstation
Die Vermeidung der Stagnation wird durch die Steuerung und Regelung des Moduls-Sondenregenation
Eine Steigerung des bisherigen Jahresnutzungsgrades ausgedrückt in durchschnittlichen Jahresarbeitszahlen 3,5–4 des Wärmepumpensystems
Schließlich wird gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- II
- Modul-SolarstationModule solar station
- 11
- Wärmeübertrager Solar-TWEHeat exchanger Solar TWE
- 22
- Wärmeübertrager Solar-PufferHeat exchanger solar buffer
- 33
- Pumpe SolarPump solar
- 44
- Umschaltventil KollektorChangeover valve collector
- 55
- Volumenzähler SolarkreisVolume counter solar circuit
- 66
- Pumpe PufferPump buffer
- 77
- Anschluss AusdehnungsgefäßConnection of expansion tank
- 88th
- Volumenstrombegrenzer EntladekreisFlow restrictor discharge circuit
- 99
- Volumenstrombegrenzer PufferkreisVolume flow limiter buffer circuit
- 1010
- Umschaltventil PufferChangeover valve buffer
- KK
-
Kollektorfeld zu
I Collector field tooI - PSPPSP
-
Schichtenpufferspeicher zu
I Layer cache tooI - IIII
- Modul-TWE/KaltwasseranschlussModule TWE / cold water connection
- 1111
- Regelventil WarmwasserControl valve hot water
- 1212
- Wärmeübertrager TWE-VorwärmerHeat exchanger TWE preheater
- 1313
- Wärmeübertrager TWE-NachwärmerHeat exchanger TWE reheater
- 1414
- Pumpe ZirkulationPump circulation
- 1515
- Umschaltventil KaltwasserChangeover valve cold water
- 1616
- Volumenstrombegrenzer SpeicherladungVolume flow limiter storage charge
- 1717
- Ladeventil TWE-SpeicherCharging valve TWE storage
- 1818
- Volumenzähler KaltwasserFlow meter cold water
- 1919
- Umschaltventil TWE-SolarChangeover valve TWE-Solar
- 2020
- Volumenstrombegrenzer ZirkulationVolume flow limiter circulation
- 2121
- Sicherheit- und Temperaturbegrenzer TWESafety and temperature limiter TWE
- 2222
- Pumpe TWEPump TWE
- 2323
- Volumenzähler TrinkwarmwasserFlow meter for drinking water
- SLSSLS
- SpitzenlastspeicherPeak load storage
- IIIIII
- Modul-Solares HeizenModule Solar Heating
- 2424
- Regelventil Heizkreislauf SolarControl valve heating circuit solar
- 2525
- Wärmeübertrager Solar-HeizungHeat exchanger solar heater
- IVIV
- Modul-HeizkreisModule heating circuit
- 2626
-
Regelventil Heizkreislauf 1Control
valve heating circuit 1 - 2727
- Pumpe HeizkreislaufPump heating circuit
- 2828
- DifferenzdruckmessungDifferential pressure measurement
- 2929
- Volumenzähler HeizkreislaufVolume meter heating circuit
- VV
- Modul-PrimärversorgungModule primary care
- 40 40
- AbsperrarmaturShut-off
- 4141
- Füll- und EntleerungsarmaturFilling and draining fitting
- 4242
- Thermometerthermometer
- 4343
- Manometermanometer
- 4444
- Schmutzfängerstrainer
- 4545
- Rückschlagklappecheck valve
- 4646
- Sicherheitsventilsafety valve
- 4747
- Sicherheitsventilsafety valve
- 4848
- Klappenventilflap valve
- V-Z1V-Z1
- Wärmepumpensystemheat pump system
- SS
- Sondeprobe
- WPWP
- Wärmepumpeneinheitheat pump unit
- V-Z2V-Z2
- AbluftwärmepumpensystemExhaust air heat pump system
- VIVI
- Modul-RegelungModule control
- VIIVII
- Modul SondenregenerationModule probe regeneration
- 2A2A
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 4949
- Umschaltventilswitching valve
- 49AB49Ab
- Weg des UmschaltventilsWay of changeover valve
- 49B49B
- Weg des UmschaltventilsWay of changeover valve
- 49A49A
- Weg des UmschaltventilsWay of changeover valve
- 5050
- Regelventilcontrol valve
- 50AB50AB
- Weg des RegelventilWay of the control valve
- 50B50B
- Weg des RegelventilWay of the control valve
- 50A50A
- Weg des RegelventilWay of the control valve
- 5151
- erste Regenerations-Kreislaufpumpefirst regeneration circulation pump
- 5252
- zweite Regenerations-Kreislaufpumpesecond regeneration circulation pump
- TSoleVL T SoleVL
- Vorlauftemperaturflow temperature
- TSole1 T brine1
- Temperatur vor SondeTemperature before probe
- VLVL
- Vorlaufleader
- RLRL
- Rücklaufreturns
- TSoleRL T SoleRL
- RücklauftemperaturReturn temperature
- TSole2 T brine2
- Temperatur nach SondeTemperature after probe
- VL; AB-BVL; AB-B
- erster Vorlauf-Zweig des Regenerationskreislaufesfirst flow branch of the regeneration cycle
- VL; AB-AVL; AB-A
- zweiter Vorlauf-Zweig des Regenerationskreislaufessecond flow branch of the regeneration cycle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008036712 A1 [0012] DE 102008036712 A1 [0012]
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- 2012-09-22 DE DE102012018797.1A patent/DE102012018797B4/en active Active
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