DE202019103149U1 - Vorrichtung zur Erwärmung eines fluiden Mediums - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines fluiden Mediums, bevorzugt zur Warmwasserbereitung, umfassend eine Photovoltaik-Thermie-Einheit (2), die in einen von einer Solarflüssigkeit durchströmten Solarflüssigkeitskreislauf (3) eingebunden ist, eine Wärmepumpe (4) mit einem in einem Kältemittelkreislauf (5) zirkulierenden Kältemittel und einen Speicher (6) für das fluide Medium, an den mit warmem fluiden Medium zu versorgende Verbraucher (7,8) anschließbar sind, wobei ein erster Wärmetauscher (19) vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er Wärmeenergie der von der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) erwärmten Solarflüssigkeit auf das Kältemittel überträgt, und dass ein zweiter Wärmetauscher (21) vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er Wärmeenergie von dem von der Solarflüssigkeit erwärmten und anschließend innerhalb der Wärmepumpe (4) verdichteten Kältemittel auf das fluide Medium überträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines fluiden Mediums.
  • Derartige Vorrichtungen sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt und werden beispielsweise zur Warmwasserbereitung eingesetzt, also zum Temperieren von Heizungswasser und/oder Brauchwasser. Sie umfassen normalerweise einen Wasserspeicher und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des im Wasserspeicher enthaltenen Wassers. Als Heizeinrichtung kommen vornehmlich Gas-, Öl- oder Pelletheizeinrichtungen zum Einsatz. Derartige Heizeinrichtungen zeichnen sich allerdings häufig durch einen unzureichenden Wirkungsgrad aus. Darüber hinaus sind sie meist auch nicht sonderlich umweltfreundlich.
  • Durch den Einsatz so genannter Brennwertheizeinrichtungen kann der Wirkungsgrad bereits deutlich verbessert werden. Bei dieser Technologie wird die Energie der bei der Verbrennung des Brennstoffs erzeugten Abgase genutzt, um die Wärmeausbeute zu erhöhen, indem die Abgase durch einen zusätzlichen Wärmetauscher geleitet werden. In diesem Wärmetauscher ist die Temperatur geringer, so dass der Taupunkt der Abgase unterschritten wird und der im Abgas enthaltene Wasserdampf kondensiert. Bei der Kondensation entsteht Wärme, die wiederum dem Heizsystem zugeführt wird und die Heizeinrichtung entlastet. Zur Kühlung der Abgase im Wärmetauscher kann beispielsweise das von den Verbrauchern rücklaufende abgekühlte Heizmedium des Heizsystems verwendet werden. Insbesondere bei Niedrigtemperaturheizungen, wie beispielsweise einer Fußbodenheizung, ist die Rücklauftemperatur hinreichend gering, um die Kondensation des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes auszulösen.
  • Ferner ist der Einsatz von Wärmepumpen geläufig. Das Kältemittel einer solchen Wärmepumpe nimmt in einem ersten Schritt Energie aus einer natürlichen Energiequelle auf und wird verdampft. Bei der Warmwasserbereitung wird als natürliche Energiequelle entweder das Erdreich oder das Grundwasser genutzt. In einem weiteren Schritt wird das gasförmige Kältemittel in einem Verdichter komprimiert, wodurch sich die Temperatur des Kältemittels erhöht. Daraufhin wird das Kältemittel durch eine Drossel bzw. durch einen Kondensator geleitet und verflüssigt. Dabei gibt es seine Wärme zur Warmwasserbereitung ab. Ein Nachteil besteht allerdings darin, dass die Nutzung des Erdreichs oder des Grundwassers als natürliche Energiequelle mit aufwendigen Montagearbeiten einhergeht, die auch mit hohen Kosten verbunden sind. Darüber hinaus muss entweder eine tiefe Bohrung gebohrt werden, was nicht bei jedem Untergrund möglich ist, oder es müssen lange Leitungen in geringer Tiefe verlegt werden, wofür Fläche benötigt wird, die ebenfalls nicht bei allen Gebäuden vorhanden ist. Entsprechend ist diese Technologie in vielen Fällen nicht einsetzbar.
  • Des Weiteren ist es bekannt, zur Warmwasserbereitung Photovoltaik-Thermie-Einheiten einzusetzen, also Einheiten, die mittels Photovoltaik solaren Strom und mittels Solarthermie Wärme erzeugen. Die Wärme kann dann zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Ein Problem besteht allerdings dahingehend, dass Photovoltaik-Thermie-Einheiten im Winter nur geringfügig zur Warmwasserbereitung beitragen können.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erwärmung eines fluiden Mediums, insbesondere zur Warmwasserbereitung zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad aufweist und sich sehr umweltschonend betreiben lässt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung eines fluiden Mediums, bevorzugt zur Warmwasserbereitung, umfassend eine Photovoltaik-Thermie-Einheit, die in einen von einer Solarflüssigkeit durchströmten Solarflüssigkeitskreislauf eingebunden ist, eine Wärmepumpe mit einem in einem Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittel und einen Speicher für das fluide Medium, an den mit warmem fluiden Medium zu versorgende Verbraucher anschließbar sind, wobei ein erster Wärmetauscher vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er Wärmeenergie der von der Photovoltaik-Thermie-Einheit erwärmten Solarflüssigkeit auf das Kältemittel überträgt, und dass ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er Wärmeenergie von dem von der Solarflüssigkeit erwärmten und anschließend innerhalb der Wärmepumpe verdichteten Kältemittel auf das fluide Medium überträgt.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt damit vor, eine Wärmepumpe nicht mit Wärmeenergie aus dem Erdreich oder dem Grundwasser sondern mit von der Photovoltaik-Thermie-Einheit erzeugten Wärmeenergie zu betreiben, wobei dann über die Wärmepumpe das zu erwärmende fluide Medium erhitzt wird. Hierfür sollte das thermische Heizregister der Photovoltaik-Thermie-Einheit auf den Mindestvolumenstrom der Wärmepumpe ausgelegt sein. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber Wärmepumpen, welche die Wärmeenergie aus dem Erdreich oder dem Grundwasser nutzen, besteht darin, dass stets ausreichend Platz zur Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhanden ist. Die Photovoltaik-Thermie-Einheit lässt sich problemlos auf jedem Dach eines Gebäudes anordnen. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr flexibel einsetzbar. Darüber hinaus erzielt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen hohen Wirkungsgrad, zu dem auch die Kühlung der Solarmodule durch die thermischen Heizregister beiträgt. Ferner ist sie sehr umweltfreundlich zu betreiben.
  • Vorteilhaft sind die Photovoltaik-Thermie-Einheit und die Wärmepumpe derart ausgelegt, dass die Wärmepumpe mit von der Photovoltaik-Thermie-Einheit erzeugtem elektrischen Strom versorgt wird. Mit anderen Worten ist die Photovoltaik-Thermie-Einheit vorteilhaft derart auszulegen, dass der von ihr erzeugte elektrische Strom für die Antriebsenergie der Wärmepumpe ausreichend ist. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöht. Zudem werden die für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung anfallenden Kosten gesenkt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Solarflüssigkeitskreislauf zwischen der Photovoltaik-Thermie-Einheit und dem ersten Wärmetauscher zumindest eine Heizeinheit vorgesehen, die derart angeordnet ist, dass über diese die von der Photovoltaik-Thermie-Einheit zum ersten Wärmetauscher strömende Solarflüssigkeit wahlweise erwärmt werden kann, wobei die Heizeinheit insbesondere in Form eines Elektroheizstabs ausgebildet ist, der ebenfalls zumindest optional über die Photovoltaik-Thermie-Einheit mit elektrischem Strom versorgt werden kann, besonders bevorzugt ausschließlich über die Photovoltaik-Thermie-Einheit. Damit ist auch an besonders kalten Tagen gewährleistet, dass die Mindesttemperatur der Solarflüssigkeit, mit der die Wärmepumpe betrieben werden kann, nicht unterschritten wird.
  • Bevorzugt ist in dem Solarflüssigkeitskreislauf ein dritter Wärmetauscher vorgesehen, der derart angeordnet ist, dass er Wärmeenergie der von der Photovoltaik-Thermie-Einheit erwärmten Solarflüssigkeit wahlweise direkt auf in dem Speicher gespeichertes fluides Medium überträgt. Damit kann die Solarflüssigkeit, wenn diese im Sommer in der Photovoltaik-Thermie- Einheit auf sehr hohe Temperaturen erhitzt wird, auch direkt zur Erwärmung des fluiden Mediums ohne Umweg über die Wärmepumpe genutzt werden.
  • Vorteilhaft ist die Strömungsrichtung der Solarflüssigkeit durch den Solarflüssigkeitskreislauf derart umkehrbar, dass der dritte Wärmetauscher Wärmeenergie von dem im Speicher gespeicherten fluiden Medium auf die Solarflüssigkeit überträgt, um die auf die Solarflüssigkeit übertragene Wärme im Winter temporär zum Abtauen der Photovoltaik-Module der Photovoltaik-Thermie-Einheit nutzen zu können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Speicher als Solarthermie-Speicher ausgeführt, also als eine Kombination eines Brauchwasserspeichers und eines Pufferspeichers.
  • Neben der Wärmepumpe kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung zum Erwärmen des fluiden Mediums versehen sein, insbesondere in Form einer Brennwert-Heizeinrichtung. Die zusätzliche Heizeinrichtung hilft dann aus, wenn die durch die Wärmepumpe erzielte Temperatur des fluiden Mediums nicht ausreichend ist oder eine erhöhte Menge heißen fluiden Mediums benötigt wird. Wenn es sich bei dem fluiden Medium um Wasser handelt, trifft dies in erster Linie auf das Brauchwasser zu.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind mehrere Sensoren und eine Steuerung vorgesehen, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung unter Berücksichtigung der von den Sensoren erfassten Messdaten zu steuern, insbesondere durch Ansteuerung der Photovoltaik-Thermie-Einheit und/oder der Wärmepumpe und/oder, wenn vorhanden, der Heizeinheit und/oder, wenn vorgesehen, von die Strömungsrichtung der Solarflüssigkeit im Solarflüssigkeitskreislauf beeinflussenden Pumpen und/oder wenn vorhanden, der zusätzlichen Heizeinrichtung und/oder von Ventilen, die dem Volumenstrom der Solarflüssigkeit und/oder des Kältemittels und/oder des fluiden Mediums beeinflussen. Dank einer solchen Steuerung und solcher Sensoren kann sichergestellt werden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung stets effizient bei optimalem Wirkungsgrad betrieben wird.
  • Vorteilhaft ist ein vierter Wärmetauscher vorgesehen, der über Leitungen einerseits an den Vorlauf und den Rücklauf des Solarflüssigkeitskreislaufs und über Leitungen andererseits an Zulaufleitungen und Rücklaufleitungen angeschlossen ist, die den Speicher mit Verbrauchern verbinden, wobei es sich bei den Verbrauchern bevorzugt um Flächenheizungen handelt. Auf diese Weise kann in Sommernächten, an denen die Temperatur der Umgebungsluft geringer als die Temperatur der Raumluft ist, eine passive Kühlung der Raumluft über die Verbraucher bereitgestellt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die schematisch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Die Vorrichtung 1 dient zur Erwärmung eines fluiden Mediums, vorliegend von Wasser, das als Heizungswasser genutzt oder zur Erwärmung von Brauchwasser verwendet wird. Sie weist als Hauptkomponenten eine Photovoltaik-Thermie-Einheit 2, die in einen von einer Solarflüssigkeit durchströmten Solarflüssigkeitskreislauf 3 eingebunden ist, eine Wärmepumpe 4 mit einem in einem Kältemittelkreislauf 5 zirkulierenden Kältemittel, einen Speicher 6 zum Speichern von Warmwasser, an den mit Warmwasser zur versorgende Verbraucher 7, 8 angeschlossen sind, und eine zusätzliche Heizeinrichtung 9 auf.
  • Die Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 umfasst an der Oberseite Solarmodule 10, über die elektrischer Strom erzeugt wird, und unterhalb der Solarmodule 10 angeordnete thermische Heizregister 11, durch welche die Solarflüssigkeit des Solarflüssigkeitskreislaufs 3 geleitet und dabei solar erwärmt wird. Der in den Solarmodulen 10 erzeugte Strom wird zu einem Wechselrichter 12 und von dort aus zur Wärmepumpe 4 geleitet, um diese zu betreiben. Überschüssiger Strom wird dem Netz 13 zugeführt. Optional kann die Wärmepumpe 4 auch Strom aus dem Netz 13 beziehen, wenn der von den Solarmodulen 10 erzeugte Strom nicht ausreichen sollte. Der Solarflüssigkeitskreislauf 3 verfügt über eine vorliegend im Rücklauf 14 angeordnete Solarpumpengruppe 15, mit der die Solarflüssigkeit durch den Solarflüssigkeitskreislauf 3 gefördert wird. Im Vorlauf 16 des Solarflüssigkeitskreislaufs 3, durch den die von der Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 erwärmte Solarflüssigkeit gefördert wird, sind ferner ein Quellenspeicher 17 und eine Heizeinheit 18 vorgesehen. Die Heizeinheit 18 ist derart angeordnet, dass über diese die durch den Vorlauf 16 strömende Solarflüssigkeit wahlweise erwärmt werden kann, wenn nur geringe Energiemengen über die Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 zur Verfügung gestellt werden können, wodurch die Gesamteffizienz der Vorrichtung 1 weiter gesteigert werden kann. Vorliegend handelt es sich bei der Heizeinheit 18 um einen Elektroheizstab, der in den Quellenspeicher 17 integriert ist und über von den Solarmodulen 10 erzeugten Strom betrieben werden kann.
  • Der Vorlauf 16 des Solarflüssigkeitskreislaufes 3 führt einerseits zu einem ersten Wärmetauscher 19, der vorliegend in die Wärmepumpe 4 integriert ist und über den von der Solarflüssigkeit Wärme auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 5 der Wärmepumpe 4 übertragen wird. Im Kältemittelkreislauf 5 schließt sich an den ersten Wärmetauscher 19 stromabwärts ein Verdichter 20 an, auf den ein zweiter Wärmetauscher 21 folgt, der wiederum über eine Drossel 22 mit dem ersten Wärmetauscher 19 verbunden ist. Im zweiten Wärmetauscher 21 wird von dem Kältemittelkreislauf Wärme von dem durch den Kältemittelkreislauf 5 strömenden Kältemittel auf dem Speicher 6 entnommenes, durch Wasserleitungen 23 zum zweiten Wärmetauscher 21 geführtes Wasser übertragen, das dann im erwärmten Zustand zurück in den Speicher 6 geleitet wird. Zusätzlich oder alternativ kann das aus dem Speicher 6 kommende Wasser über Wasserleitungen 23 zur Heizeinrichtung 9 geleitet und von dieser erhitzt werden, bevor es zurück in den Speicher 6 geleitet wird, wobei es sich bei der Heizeinrichtung 9 vorliegend um eine Gas-Brennwert- Heizeinrichtung handelt. Es sollte allerdings klar sein, dass auch andere separate Heizeinrichtungen zum Einsatz kommen können. Die Heizeinrichtung 9 speist ihre Energie in den oberen Teil des Speichers 6, um eine hygienische Trinkwarmwasserbereitung und eine thermische Desinfektion auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen zu ermöglichen.
  • Andererseits führt der Vorlauf 16 zu einem dritten Wärmetauscher 24, der vorliegend innerhalb des Speichers 6 angeordnet und derart ausgelegt ist, dass er Wärmeenergie der von der Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 erwärmten Solarflüssigkeit wahlweise direkt auf in dem Speicher 6 gespeichertes Wasser überträgt. Bei dem Speicher 6 handelt es sich vorliegend um einen Solarthermie-Speicher, der in übereinander liegenden Schichten Wasser unterschiedlicher Temperatur speichert, wobei Wasser geringer Temperatur im unteren Bereich und Wasser hoher Temperatur im oberen Bereich des Speichers 6 gespeichert wird. Die von der Wärmepumpe 4 und der Heizeinrichtung 9 zum Speicher 6 führenden Wasserleitungen 23 münden vorliegend im Bereich hoher Temperaturen des Speichers 6. Der dritte Wärmetauscher 24 ist hingegen im unteren Temperaturbereich des Speichers 6 angeordnet.
  • Bei dem Verbraucher 7, die über den Speicher 6 mit Warmwasser versorgt wird, handelt es sich vorliegend um einen Wärmetauscher zum Erwärmen von Brauchwasser. Bei den Verbrauchern 8 handelt es sich um Fußbodenheizungen. Grundsätzlich können natürlich auch andere und/oder weitere Verbraucher angeschlossen werden.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuerung 25. Ferner verfügt die Vorrichtung 1 über eine Vielzahl von Sensoren, vorliegend in Form eines Temperatursensors 26, der die aktuelle Temperatur der Solarflüssigkeit am Ausgang der Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 erfasst, eines Temperatursensors 27, der die aktuelle Temperatur der Solarflüssigkeit im Vorlauf 16 des Solarflüssigkeitskreislaufs 3 kurz vor dem Eintritt in den ersten Wärmetauscher 19 erfasst, eines Temperatursensors 28, der die aktuelle Temperatur der Solarflüssigkeit im Rücklauf 14 des Solarflüssigkeitskreislaufs 3 nach dem Austritt aus dem ersten Wärmetauscher 19 erfasst, von Temperatursensors 29, 30 und 31, welche die aktuellen Temperaturen des im Speicher 6 gespeicherten Wassers in einem Bereich niedriger Temperatur, einem Bereich mittlerer Temperatur und einem Bereich hoher Temperatur erfassen, von Temperatursensoren 32 und 33, welche die aktuellen Temperaturen des Wassers in den Zulaufleitungen 34 zu den Verbrauchern 8, also zu den Fußbodenheizungen erfassen, eines Temperatursensors 35, der die aktuelle Temperatur des Wassers in den von den Verbrauchern 7, 8 kommenden Rücklaufleitungen 36 erfasst, und eines Temperatursensors 37, der die aktuelle Außentemperatur erfasst. Die Steuerung 25 ist dazu eingerichtet, den Betrieb der Vorrichtung 1 unter Berücksichtigung der von den genannten Sensoren erfassten Messdaten zu steuern, insbesondere durch Ansteuerung der Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 und/oder der Wärmepumpe 4 und/oder der Heizeinheit 18 und/oder von die Strömungsrichtung der Solarflüssigkeit im Solarflüssigkeitskreislauf beeinflussenden Pumpen und/oder der zusätzlichen Heizeinrichtung 9 und/oder von Ventilen 43, die dem Volumenstrom der Solarflüssigkeit und/oder des Kältemittels und/oder des fluiden Mediums beeinflussen.
  • Während des Normalbetriebs wird die Solarflüssigkeit in der Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 erwärmt und zum ersten Wärmetauscher 19 der Wärmepumpe 4 geleitet, die mit von der Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 erzeugtem elektrischen Strom betrieben wird. Beim Eintritt in den ersten Wärmtauscher 19 sollte die Temperatur der Solarflüssigkeit der Betriebstemperatur der Wärmepumpe 4 entsprechen, die vorliegend zwischen -3°C und 20°C liegt. Dies wird unter Einsatz des Temperatursensors 26 sichergestellt. Ist die Temperatur der Solarflüssigkeit größer als 40°C aber kleiner als die vom Temperatursensor 29 erfasste Speichertemperatur, so wird die Solarflüssigkeit durch Schalten eines Ventils 43 auf eine Vorlauftemperatur von 20°C verringert. Beträgt die Temperatur mehr als 40°C, so wird die Solarflüssigkeit direkt zum dritten Wärmetauscher 24 geleitet und erwärmt dort direkt das in dem Speicher 6 gespeicherte Wasser. Ist die Temperatur kleiner als -3°C, so wird über die Heizeinheit 18 zugeheizt, bis die Temperatur innerhalb des Betriebsbereiches liegt. Im ersten Wärmetauscher erwärmt die Solarflüssigkeit das Kältemittel der Wärmepumpe 4. Im zweiten Wärmetauscher 21 gibt das Kältemittel dann Wärme an das Wasser ab. Da davon ausgegangen wird, dass das Funktionsprinzip der Wärmepumpe 4 grundsätzlich bekannt ist, wird an dieser Stelle auf eine erneute Erläuterung verzichtet. Das erwärmte Wasser wird dem Speicher 6 zugeführt. Es kann zuvor zusätzlich durch die Heizeinrichtung 9 erwärmt werden. Über den Speicher 6 werden die Verbraucher 7 und 8 mit Warmwasser versorgt.
  • Sollte die Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 im Winter vereisen oder mit Schnee bedeckt werden, so kann die Strömungsrichtung der den dritten Wärmetauscher 24 durchströmenden Solarflüssigkeit temporär umgekehrt werden, um im dritten Wärmetauscher 24 die Solarflüssigkeit durch das in dem Speicher 6 gespeichertes Wasser zu erwärmen und mit der erwärmten Solarflüssigkeit die Photovoltaik-Thermie-Einheit 2 zu enteisen bzw. von Schnee zu befreien.
  • Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 1 einen vierten Wärmetauscher 38, der einerseits über Leitungen 39 und 40 an den Rücklauf 14 und den Vorlauf 16 des Solarflüssigkeitskreislaufs 3 und andererseits über Leitungen 41 und 42 an die Zulaufleitungen 34 und die Rücklaufleitungen 36 der Verbraucher 8 angeschlossen ist, so dass optional ein Wärmetausch zwischen der Solarflüssigkeit und dem die Verbraucher 8 durchströmenden Wasser stattfinden kann. Genauer gesagt ist die Anbindung des vierten Wärmetauschers 38 derart gewählt, dass das die Verbraucher 8 durchströmende Wasser an Tagen, an denen eine Raumkühlung gewünscht und die Temperatur der Umgebungsluft geringer als die der Raumluft ist, wie beispielsweise häufig nachts im Sommer, nicht über den Speicher 6 erhitzt sondern über die Solarflüssigkeit gekühlt wird, deren Rückkühlung in den thermischen Heizregistem 11 durch die Umgebungsluft erfolgt. Auf diese Weise wird eine passive Kühlung bereitgestellt.
  • Die zuvor beschriebene Vorrichtung 1 zeichnet sich insbesondere durch einen hohen Wirkungsgrad und durch besondere Umweltfreundlichkeit aus. Darüber hinaus kann die Vorrichtung 1 an nahezu jedem Gebäude installiert werden.
  • Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebene Ausführungsform nur als Beispiel dient und die Erfindung nicht einschränkt. Vielmehr sind Änderungen und/oder Modifikationen möglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung
    2
    Photovoltaik-Thermie-Einheit
    3
    Solarflüssigkeitskreislauf
    4
    Wärmepumpe
    5
    Kältemittelkreislauf
    6
    Speicher
    7
    Verbraucher
    8
    Verbraucher
    9
    Heizeinrichtung
    10
    Solarmodul
    11
    Thermisches Heizregister
    12
    Wechselrichter
    13
    Netz
    14
    Rücklauf
    15
    Solarpumpengruppe
    16
    Vorlauf
    17
    Quellenspeicher
    18
    Heizeinheit
    19
    erster Wärmetauscher
    20
    Verdichter
    21
    zweiter Wärmetauscher
    22
    Drossel
    23
    Wasserleitung
    24
    dritter Wärmetauscher
    25
    Steuerung
    26
    Temperatursensor
    27
    Temperatursensor
    28
    Temperatursensor
    29
    Temperatursensor
    30
    Temperatursensor
    31
    Temperatursensor
    32
    Temperatursensor
    33
    Temperatursensor
    34
    Zulaufleitung
    35
    Temperatursensor
    36
    Rücklaufleitung
    37
    Temperatursensor
    38
    Wärmetauscher
    39
    Leitung
    40
    Leitung
    41
    Leitung
    42
    Leitung
    43
    Ventile

Claims (9)

  1. Vorrichtung (1) zur Erwärmung eines fluiden Mediums, bevorzugt zur Warmwasserbereitung, umfassend eine Photovoltaik-Thermie-Einheit (2), die in einen von einer Solarflüssigkeit durchströmten Solarflüssigkeitskreislauf (3) eingebunden ist, eine Wärmepumpe (4) mit einem in einem Kältemittelkreislauf (5) zirkulierenden Kältemittel und einen Speicher (6) für das fluide Medium, an den mit warmem fluiden Medium zu versorgende Verbraucher (7,8) anschließbar sind, wobei ein erster Wärmetauscher (19) vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er Wärmeenergie der von der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) erwärmten Solarflüssigkeit auf das Kältemittel überträgt, und dass ein zweiter Wärmetauscher (21) vorgesehen ist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass er Wärmeenergie von dem von der Solarflüssigkeit erwärmten und anschließend innerhalb der Wärmepumpe (4) verdichteten Kältemittel auf das fluide Medium überträgt.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) und die Wärmepumpe (4) derart ausgelegt sind, dass die Wärmepumpe (4) mit von der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) erzeugtem elektrischen Strom versorgt wird.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Solarflüssigkeitskreislauf (3) zwischen der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) und dem ersten Wärmetauscher (4) zumindest eine Heizeinheit (18) vorgesehen ist, die derart angeordnet ist, dass über diese die von der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) zum ersten Wärmetauscher (4) strömende Solarflüssigkeit wahlweise erwärmt werden kann, insbesondere in Form eines Elektroheizstabs.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Solarflüssigkeitskreislauf (3) ein dritter Wärmetauscher (24) vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, dass er Wärmeenergie der von der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) erwärmten Solarflüssigkeit wahlweise direkt auf in dem Speicher (6) gespeichertes fluides Medium überträgt.
  5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Solarflüssigkeit durch den Solarflüssigkeitskreislauf (3) derart umkehrbar ist, dass der dritte Wärmetauscher (24) Wärmeenergie von dem im Speicher (6) gespeicherten fluiden Medium auf die Solarflüssigkeit überträgt.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher als Solarthermiespeicher ausgeführt ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Wärmepumpe (4) eine zusätzliche Heizeinrichtung (9) zum Erwärmen des fluiden Mediums vorgesehen ist, insbesondere in Form einer Brennwert-Heizeinrichtung.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (26,27,28,29,30,31,32,33,35,37) und eine Steuerung (25) vorgesehen sind, wobei die Steuerung (25) dazu eingerichtet ist, den Betrieb der Vorrichtung unter Berücksichtigung der von den Sensoren (26,27,28,29,30,31,32,33,35,37) erfassten Messdaten zu steuern, insbesondere durch Ansteuerung der Photovoltaik-Thermie-Einheit (2) und/oder der Wärmepumpe (4) und/oder, wenn vorhanden, der Heizeinheit (18) und/oder, wenn vorgesehen, von die Strömungsrichtung der Solarflüssigkeit im Solarflüssigkeitskreislauf (3) beeinflussenden Pumpen und/oder, wenn vorhanden, der zusätzlichen Heizeinrichtung (9) und/oder von Ventilen (43), die den Volumenstrom der Solarflüssigkeit und/oder des Kältemittels und/oder des fluiden Mediums beeinflussen.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Wärmetauscher (38) vorgesehen ist, der über Leitungen (39, 40) einerseits an den Vorlauf (16) und den Rücklauf (14) des Solarflüssigkeitskreislaufs (3) und über Leitungen (41, 42) andererseits an Zulaufleitungen (34) und Rücklaufleitungen (36) angeschlossen ist, die den Speicher (6) mit Verbrauchern (8) verbinden.
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