-
FACHGEBIET DER TECHNIK
-
Das Gebrauchsmuster bezieht sich auf eine modulare geothermische Energieanlage, die in der Wärmetechnik Anwendung finden wird, insbesondere für die Bereitstellung von Heizungs- und Kühlleistung in neuen und bereits bestehenden Gebäuden.
-
AKTUELLER STAND DER TECHNIK
-
Mit den gegenwärtigen Anforderungen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren und die Energieeffizienz von Heiz- und Kühlanlagen zu erhöhen, ist die Nachfrage nach Technologien und Systemen, die erneuerbare Energiequellen nutzen, erheblich gestiegen. Eine solche erneuerbare Energiequelle ist die Erdkruste, dank der praktisch unerschöpflichen Wärme des Erdinneren. Die erdgekoppelten Wärmepumpenaggregate nutzen die effizienteste Technologie zur Umwandlung von Wärme mit niedrigem Potenzial in Wärme mit geeigneten Parametern für den Betrieb von Heiz- und Kühlanlagen. Bei dieser Technologie werden 75 bis 82% der bereitgestellten Wärme aus dem Boden gewonnen. Die restlichen 18 bis 25% sind in das System eingebrachte elektrische Energie, die von den Wärmepumpen und deren Nebeneinrichtungen verbraucht wird. Die erdgekoppelten Wärmepumpen nutzen die Energie aus dem Untergrund und erzeugen Warmwasser für die Heizung im Winter und Warmwasser für den Hausgebrauch über das ganze Jahr. Hierbei nutzen sie die aus der Erde gewonnene Niedertemperaturenergie wandeln sie in Nutztemperaturenergie um. In den Übergangsjahreszeiten sorgen die Wärmepumpenaggregate für eine passive Kühlung über die erdgekoppelten Bauteile, während an den heißesten Tagen eine aktive Kühlung durch den Kältekreislauf der Wärmepumpe erfolgt. Bei aktiver Kühlung kann die Kondensationswärme zur Erzeugung von Brauchwarmwasser genutzt werden.
-
Im
EP2597379 wird ein Wärmepumpenmodul beschrieben, bei dem eine modulare geothermische Energieanlage gezeigt wird, die mindestens einen Container umfasst, in dem Container mindestens ein geothermisches Wärmepumpenaggregat mit einem Kondensator und einem Verdampferteil installiert ist. Der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats kann an eine Heizungs- und Klimaanlage und an eine Brauchwarmwasserversorgunganlage angeschlossen werden. Mit dem Verdampferteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats ist eine Wärmeträger-Pumpenbaugruppe hydraulisch verbunden, die sich im Container befindet und mindestens eine elektronisch gesteuerte Pumpe enthält. Diese elektronisch gesteuerte Pumpe muss eine Druckpumpe sein, da eine Wasserentnahme aus einem Bohrloch (offenes System) erforderlich ist. Da die Pumpe den statischen Druck der Wassersäule vom Grundwasserdruckspiegel bis zur Anlage überwinden muss (Förderhöhe), bedingt dies einen hohen Energieverbrauch der Pumpe. In der beschriebenen Wärmepumpenanlage sind außer der Wärmeversorgung der Klimaanlage und der Brauchwarmwassererzeugung keine weiteren Betriebseinsatzarten vorgesehen. Darüber hinaus arbeitet die aus
EP2597379 beschriebene technische Lösung entweder im Heiz- oder Kühlbetrieb. Es ist keine gleichzeitige Versorgung der Klimaanlage mit Kühlung und Wärmeversorgung für die Brauchwarmwassererzeugung vorgesehen. Die beschriebene Wärmepumpenanlage erfordert in beiden Betriebsarten einen hohen Energieverbrauch, da es eine Druckpumpe und energieintensive Ventilatoren verwendet. Im Luft/Wasser-Betrieb, wird die Luft innerhalb des Containers verwendet. Dies bedeutet, dass die Lufttemperatur im Container immer ungefähr gleich der Außentemperatur ist. Dies wirkt sich bei extrem niedrigen und extrem hohen Außentemperaturen nachteilig auf die technischen Einbauten des Containers aus.
-
TECHNISCHES WESEN
-
Die Aufgabe des vorliegenden Gebrauchsmusters besteht darin, eine verbesserte, effizientere und kompaktere geothermische Wärmepumpenanlage zu schaffen, die modular aufgebaut ist. Sie soll die Möglichkeit bieten, die natürlichen geothermischen Ressourcen durch optimale wärmetechnische Lösungen besser zu nutzen. Sie soll gleichzeitig einfach zu bedienen und mit minimalen Betriebskosten zu warten sein.
-
Die Aufgabe wird nach dem vorliegenden Gebrauchsmuster dadurch gelöst, dass eine modulare geothermische Energieanlage realisiert wird, die mindestens einen Container umfasst, in dem mindestens ein geothermisches Wärmepumpenaggregat mit einem Kondensator und einem Verdampferteil installiert ist. Der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats kann an eine Heizungs- und Klimaanlage sowie an eine Warmwasserversorgunganlage angeschlossen werden. Mit dem Verdampferteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats ist eine Wärmeträger-Pumpenbaugruppe hydraulisch gekoppelt, die sich im Container befindet und mindestens eine elektronisch gesteuerte Umwälzpumpe enthält. Diese elektronisch gesteuerte Umwälzpumpe ist für die hydraulische Verbindung über einen Zwischenwärmeträger mit mindestens einem Wärmeübertrager vorgesehen, der sich in einer Erdwärmebohrung befindet.
-
Gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster ist der vorgenannte Verdampferteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats über eine erste standardisierte Verbindungsbaugruppe mit der Wärmeträger-Pumpenbaugruppe über eine standardisierte Baugruppe zur Wärmeträgerfluss-Steuerung, die sich im Container befindet, hydraulisch verbunden. Diese vorgenannte standardisierte Baugruppe zur Wärmeträgerfluss-Steuerung ist über eine zweite standardisierte Verbindungsbaugruppe mit dem Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats hydraulisch verbunden. Der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats verfügt durch die zweite standardisierte Verbindungsbaugruppe über eine hydraulische Verbindung - über die vorgenannte standardisierte Baugruppe zur Wärmeträgerfluss-Steuerung - zu einem Plattenwärmetauscher. Der Plattenwärmetauscher befindet sich in dem Container und ist für den Anschluss an die Heizungs- und Klimaanlage vorgesehen. Ferner verfügt der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats durch die zweite standardisierte Verbindungsbaugruppe über eine hydraulische Verbindung zu einer standardisierten Schaltbaugruppe. Die standardisierte Schaltbaugruppe befindet sich im Container und ist dafür vorgesehen, die Wärmeträgerströme über Dreiwegeventile an die standardisierte Schaltbaugruppe zur Steuerung der Wärmeträgerströme oder an die vorgenannte Warmwasserversorgungsanlage zu leiten. In der modularen geothermischen Energieanlage sind im Container befindliche standardisierte Sicherheitseinrichtungen mit mindestens einem geschlossenen Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsentlastungsventilen vorgesehen. Eine standardisierte Sicherheitseinrichtung ist im Rücklauf des vorgenannten Bohrlochs im Vorlauf der Wärmeträger-Pumpenbaugruppe hydraulisch angeschlossen, während eine andere derartige standardisierte Sicherheitseinrichtung im Vorlauf der standardisierten Wärmeträger-Durchflusssteuerungsbaugruppe der ersten und zweiten standardisierten Verbindungsbaugruppe hydraulisch angeschlossen ist. Der Container umfasst auch eine Füllstation für den Wärmeträger, die mit der Wärmeträger-Pumpenbaugruppe verbunden ist, sowie einen Stromversorgungs- und Steuerschrank.
-
In der Standardausführung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster, ist der Zwischenwärmeträger eine 25%ige wässerige Lösung von Monoethylenglykol.
-
In Standardausführung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster verfügt die vorgenannte standardisierte Schaltbaugruppe über eine Verbindung zu einer standardisierten Anschlussbaugruppe, die einen Wärmeträger, Ausdehnungsgefäße und eine Umwälzpumpe umfasst. Die vorgenannte standardisierte Anschlussbaugruppe verfügt über eine hydraulische Verbindung zu einer standardisierten Warmwasserversorgungsbaugruppe, die einen oder mehrere Warmwasser-Puffer umfasst, die zum Anschluss an die vorgenannte Warmwasserversorgunganlage vorgesehen sind. Je nach Bedarf und Anlagengröße, sind die vorgenannten standardisierten Anschlussbaugruppen und die standardisierte Brauchwasserversorgungsbaugruppe in dem Container selbst oder in einem Zusatzcontainer angeordnet.
-
In einer weiteren Standardausführung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster, verfügt der vorgenannte Plattenwärmetauscher über einen hydraulischen Anschuss an einer standardisierten Baugruppe zur Energiespeicherung, die einen oder mehrere Speicherbehälter umfasst. Die vorgenannte standardisierte Baugruppe zu Energiespeicherung ist mit einer standardisierten Heizungs- und Klimatisierungsbaugruppe verbunden, die mindestens eine elektronisch gesteuerte Umwälzpumpe und Verteiler umfasst, die zum Anschluss an die vorgenannte Heizungs- und Klimaanlage vorgesehen sind. Je nach Bedarf und Anlagengröße, sind die vorgenannte standardisierte Energiespeicherbaugruppe und die standardisierte Heizungs- und Klimatisierungsbaugruppe in dem Container selbst oder in einem Zusatzcontainer angeordnet.
-
In einer weiteren Standardausführung gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster, verfügt die vorgenannte standardisierte Warmwasserversorgungsanlage über einen hydraulischen Anschluss an einer standardisierten Baugruppe zu Energiespeicherung, die einen oder mehrere Speicherbehälter umfasst. Die vorgenannte standardisierte Baugruppe zu Energiespeicherung ist mit einer standardisierten Zusatzheizungsbaugruppe gekoppelt, die mindestens einer elektronisch gesteuerten Umwälzpumpe umfasst, die zum Anschluss an den mindestens einen Zusatzwärmeverbraucher vorgesehen ist. Je nach Bedarf und Anlagengröße, sind die vorgenannte standardisierte Baugruppe zu Energiespeicherung und die vorgenannte standardisierte Zusatzheizungsbaugruppe innerhalb des Containers selbst oder innerhalb eines Zusatzcontainers angeordnet.
-
Die modulare geothermische Energieanlage ist ein Klimaanlage mit einem geothermischen Wärmepumpenaggregat als Hauptenergiequelle, die die Möglichkeit bietet, unabhängig von derArt der Klimaanlage Brauchwasserversorgung, Heizung, aktive und passive Kühlung sowie gleichzeitige Heizung und Kühlung bereitzustellen sowie zusätzliche Kreisläufe einzubeziehen, die Wärme oder Kühlung mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen benötigen. Durch die modulare geqthermische Anlage wird eine erhebliche Einsparung von Primärenergiequellen wie zum Beispiel fossilen Brennstoffen realisiert und ein hohes Maß an Deckung der steigenden Marktnachfrage erreicht. Die technische Lösung gemäß dem Gebrauchsmuster bietet die Möglichkeit einer schnellen Produktion dank der vollständigen werkseitigen Montage der Anlage und der Verwendung von vorgefertigten Standard-Unterbaugruppen, wodurch eine schnelle Lieferung diverser technischer Lösungen je nach den Bedürfnissen des Kunden erreicht wird. Die modulare geothermische Energieanlage lässt sich leicht an Standorten verschiedenster Anforderungen installieren (Gebäude mit unterschiedlicher Zweckbestimmungen) und ist dank der standardisierten Elemente, die sich in einem oder mehreren verbundenen, separaten (eigenständigen) Einhausungen befinden realisierbar, ohne dass auf andere Gebäudeteile zugegriffen werden muss - was zeitgleich die Wartung und Instandhaltung erleichtert.
-
Figurenliste
-
Die folgende Nummerierung gilt für: (1) einen Container; (2) ein geothermisches Wärmepumpenaggregat; (3) und (4) eine erste und zweite standardisierte Anschlusseinheiten; (5) eine standardisierte Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe; (6.1) eine standardisierte Schalt-Baugruppe; (6.2) eine standardisierte Anschlussbaugruppe; (6.3) eine standardisierte Brachwarmwasserversorgungsbaugruppe; (7) einen Zusatzcontainer; (8) eine Wärmeträger-Pumpenbaugruppe; (9) ein Plattenwärmetauscher; (10) standardisierte Sicherheitsbaugruppen; (11) eine Wärmeträgerfüllstation; (12) und (13) einen Zusatzcontainer; (14) standardisierte Heizungs- und Klimaanlagenbaugruppe; (15) standardisierte Energiespeicherbaugruppe; (16) standardisierte Zusatzheizungsbaugruppe; (17) standardisierte Energiespeicherbaugruppe; (18) einen Stromversorgungs- und Steuerschrank.
-
Die folgende Beschreibung der Figuren bestimmter Ausführungsvarianten des Gebrauchsmusters ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende technische Lösung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. In den Figuren weisen die entsprechenden Referenznummern auf ähnliche oder entsprechende Teile und Merkmale hin.
-
Die beigefügten Figuren zeigen beispielhafte Ausführungen der modularen geothermischen Energieanlage, wobei:
- Die 1 und 2 zeigen isometrische Ansichten des Hauptcontainers der modularen geothermischen Energieanlage gemäß eines Grundausführungsvariantes des vorliegenden Gebrauchsmusters;
- 3 zeigt eine schematische Darstellung des Hauptcontainers gemäß eines Grundausführungsvariantes des vorliegenden Gebrauchsmusters;
- 4 zeigt eine prinzipielle schematische Darstellung von Zusatzcontainern für die Brauchwarmwasserversorgung und für die Zusatzheizung, entsprechend eines Ausführungsvariantes des vorliegenden Gebrauchsmusters;
- 5 offenbart ein Prinzipschema der modularen geothermischen Energieanlage mit einem Hauptcontainer sowie Zusatzcontainer für Heizung und Klimatisierung, Brauchwarmwasserversorgung und Zusatzheizung, gemäß eines weiteren Ausführungsvariantes des vorliegenden Gebrauchsmusters.
-
BEISPIELE FÜR DIE IMPLEMENTIERUNG UND ANWENDUNG DES GEBRAUCHSMUSTERS
-
Sofern nicht anders definiert, haben alle in der Offenlegung eines Gebrauchsmusters verwendeten Begriffe, einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe, die Bedeutung, die eine Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet, zu dem das Gebrauchsmuster gehört, üblicherweise versteht. Zum besseren Verständnis des technischen Charakters des vorliegenden Gebrauchsmusters sind Begriffsdefinitionen als zusätzliche Orientierungshilfe beigefügt.
-
Die hier verwendeten bestimmten und unbestimmten Artikel beziehen sich sowohl auf die Einzahl als auch auf die Mehrzahl, sofern der Kontext nichts anderes erfordert.
-
„Besteht aus“, „bestehend aus“, „zusammengesetzt aus“ und „umfasst“, wie sie hier verwendet werden, sind gleichbedeutende Synonyme für „umfasst“, „einschließlich“ oder „enthält“, „umfassend“ und sind nicht ausschließende oder offene Begriffe, die das Vorhandensein dessen definieren, was folgt, z. B. Komponente, Verbindungen usw., und schließen das Vorhandensein zusätzlicher, sich nicht wiederholender Komponente, Merkmale, Elemente, Einrichtungen, die im Stand der Technik bekannt oder offensichtlich sind, nicht aus.
-
Ferner werden die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, um ähnliche Elemente zu unterscheiden, und beschreiben nicht notwendigerweise eine sequentielle oder chronologische Reihenfolge, sofern nicht anders angegeben wird. Es ist davon auszugehen, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen auswechselbar sind und dass die hier beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung in anderen als den hier beschriebenen oder Illustrierten Reihenfolgen funktionieren können.
-
Während die Begriffe „eines oder mehrere“ oder „mindestens eines“, wie z. B. ein oder mehrere oder mindestens ein Merkmal(e) einer Gruppe von Merkmalen, selbsterklärend sind, umfasst der Begriff zur weiteren Veranschaulichung u. a. eine Bezugnahme auf jedes der genannten Merkmale oder auf jeweils zwei oder mehr der genannten Merkmale, wie z. B. auf jedes ≥3, ≥4, ≥5, ≥6 oder ≥7 usw. der genannten Merkmale und auf alle der genannten Merkmale.
-
Wenn in dieser Beschreibung auf „ein Variante (eine Ausführung, Standardvariante)“ oder „Variante (Ausführung)“ Bezug genommen wird, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsvariante beschrieben wird, in mindestens einem Ausführungsvariante enthalten ist, die das vorliegende Gebrauchsmuster zeigt. Daher beziehen sich die Ausdrücke „in einer Variante“ oder „in Variante“, die in der vorliegenden Beschreibung an verschiedenen Stellen vorkommen, nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsvariante. Darüber hinaus können bestimmte Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise, die für einen Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung ersichtlich ist, in einem oder mehreren Ausführungsvarianten kombiniert werden. Darüber hinaus auch wenn einige der hier beschriebenen Ausführungsvarianten einige, aber keine anderen Merkmale enthalten, die in anderen Ausführungsvarianten enthalten sind, werden die Kombinationen der Merkmale verschiedener Ausführungsvarianten als in den Anwendungsbereich der Erfindung fallend betrachtet und bilden verschiedene Ausführungsvarianten, wie es für die Fachleute auf diesem Gebiet verständlich wäre.
-
Zum Beispiel können alle beanspruchten Ausführungsvarianten in den vorliegenden Ansprüchen in jeder beliebigen Kombination verwendet werden.
-
Die in diesem Gebrauchsmuster verwendeten Begriffe haben die folgende Bedeutung:
- Die hier verwendeten Begriffe „Hauptcontainer“, „Zusatzcontainer“ oder kurz „Container“ beziehen sich auf einen intermodalen Container, der oft auch als Schiffscontainer bezeichnet wird und ein großes standardisiertes Transportgefäß ist, der in diesem Fall vorzugsweise aus einer pulverbeschichteten Metallträgerkonstruktion mit Wänden und einer Decke aus dreischichtigen Paneelen mit 50 bis 100 mm Polyurethanschaum-Isolierung und pulverbeschichtetem Blech sowie mit einem Boden aus Riffelblech, das je nach Kundenwunsch aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder anderen Materialien bestehen kann, konstruiert und gebaut ist.
-
Der Begriff „geothermisches Wärmepumpenaggregat“, wie er hier verwendet wird, ist eine Heizungs-/Kühlanlage für Gebäude, die eine Wärmepumpe zur Übertragung von Wärme in den oder aus dem Boden nutzt, wobei die relativ konstante Temperatur im Untergrund während der Jahreszeiten ausgenutzt wird. Das geothermische Wärmepumpenaggregat ist eine Maschine, deren Funktionsprinzip auf dem „umgekehrten Carnot-Kreislauf“ beruht und die im Allgemeinen aus einem Kondensator, einem Drosselventil, einem Verdampfer und einem Kompressor besteht, der das Aggregat üblicherweise in einen Kondensator- und einen Verdampferteil unterteilt.
-
Der Begriff „standardisierte Baugruppe“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einzelne Funktionseinheiten des Systems, die eine eindeutige Funktion in Bezug auf die jeweiligen Einrichtungen darin haben und weiter auch Steuer- und Regelarmaturen zum automatischen Umschalten und Einstellen der Betriebsarten der modularen geothermischen Energieanlage und/oder Armaturen umfassen, die eine vorbeugende Wartung und Instandhaltung ohne vollständige Unterbrechung des Betriebs der modularen geothermischen Energieanlage ermöglichen.
-
Das vorliegende Gebrauchsmuster bezieht sich auf eine modulare geothermische Energieanlage, die mindestens ein Hauptmodul umfasst, das in einem Hauptcontainer 1 (dargestellt in den 1 und 2) untergebracht ist, in dem mindestens ein geothermisches Wärmepumpenaggregat 2 installiert ist. Je nach erforderlicher Leistung der Energieanlage und dem Wunsch des Kunden können an das Hauptmodul ein oder mehrere Funktionsmodule angeschlossen werden, die als Zusatzcontainer 7, 12, 13 abgetrennt sind. Jeder Container 1, 7, 12, 13 hat eine pulverbeschichtete Metallträgerkonstruktion mit Wänden und Decke aus dreischichtigen Paneelen mit einer Wärmedämmung vorzugsweise aus Polyurethanschaum mit einer Dicke von 50 bis 100 mm, die mit pulverbeschichtetem Blech abgedeckt sind. Die Decke jedes Containers 1, 7, 12, 13 kann aus LT-Blech mit der entsprechenden Tragfähigkeit hergestellt werden, um als Restschalung beim Einbau in ein Gebäude auf Wunsch des Kunden verwendet zu werden. Der Boden besteht vorzugsweise aus Riffelblech, das je nach Kundenwunsch aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder anderen Materialien bestehen kann. Jeder der Container 1, 7, 12, 13 kann bei eventuellem Bedarf an Wartungsarbeiten mehrmals von allen Seiten geöffnet und geschlossen werden. Die Container 1, 7, 12, 13 sind mit Verstauungsteilen für den Transport mit jeder Art von Be- und Entladevorrichtungen, einschließlich des Transports mit einem Hubschrauber, versehen.
-
Für den Einsatz des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 ist ein Geothermiefeld aus Bohrungen vorgesehen, die mit unterirdischen Verteilerschächte verbunden sind. Die Tiefe der einzelnen Bohrungen hängt von den geologischen Gegebenheiten, dem Gebiet, in dem sie sich befinden, und der durch das Geothermiefeld zu erbringenden Leistung und Arbeit ab. In jede dieser Bohrungen werden Wärmeübertrager 8.1 mit zwei oder zweimal zwei am unteren Ende werksseitig verbundenen Rohren eingelassen. Die Bohrlöcher sind mit einem Baustoff mit einem der Geologie angepassten Wärmeleitkoeffizienten gefüllt. An der Oberfläche werden die vier Rohre jeder Bohrung zu zwei Rohren (Vor- und Rücklauf) mit größerem Durchmesser verbunden und unterirdisch zu einem Vor- und Rücklaufverteiler in einem Sammelschacht und von dort zur modularen geothermischen Energieanlage geführt. Die Verteiler sind mit Durchflussmessgeräte und Durchflussausgleichsregelventilen ausgestattet. Die Anzahl der Bohrungen kann optimiert werden, nachdem eine Prüfung der Wärmeleitfähigkeit der Bodenschichten am Standort des Investors mit Simulationen der Energieverteilung aus einer unterschiedlichen Anzahl von geothermischen Bohrungen durchgeführt wird. Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse wird die erforderliche Anzahl von Bohrungen berechnet. Die Verteiler sind an einen Zirkulationskreislauf angeschlossen, der jedes geothermisches Wärmepumpenaggregat 2 versorgt.
-
2 zeigt das Schema des Hauptcontainers 1 der modularen geothermischen Energieanlage, aus dem ersichtlich ist, dass jedes geothermisches Wärmepumpenaggregat 2 einen Kondensator- und einen Verdampferteil aufweist und in einem Rohrleitungssystem mit Umwälzpumpen sowie Sicherheits-, Regel- und anderen Arten von Armaturen und zusätzlichen, dem Fachmann bekannten Ausrüstungen zur Unterstützung ihres Betriebs verbunden ist. An den Verdampferteil jedes geothermischen Wärmepumpenaggregat 2 ist eine Wärmeträger-Pumpenbaugruppe 8 angeschlossen, die mindestens eine elektronisch gesteuerte Umwälzpumpe umfasst, die für die hydraulische Verbindung der Pumpenbaugruppe für Wärmeträger durch die vorgenannten Bohrlöcher mit den in den geothermischen Quellen befindlichen Rohrwärmeträger 8.1 vorgesehen ist. Der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 kann sowohl an eine Heizungs- und Klimaanlage als auch an eine Brauchwarmwasserversorgungsanlage angeschlossen werden. Der Verdampferteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 ist über eine erste standardisierte Verbindungsbaugruppe 3 hydraulisch mit der vorgenannten Wärmeträger-Pumpenbaugruppe 8 verbunden, und zwar über eine standardisierte Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5, die sich im Container 1 befindet und elektronisch gesteuerte Dreiwegeventile umfasst. Der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 kann sowohl an eine Heizungs- und Klimaanlage als auch an eine Brauchwarmwasserversorgungsanlage angeschlossen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die standardisierte Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5 über eine zweite standardisierte Anschlussbaugruppe 4 hydraulisch auch mit dem Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 verbunden ist.
-
Der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 hat durch die zweite standardisierte Anschlussbaugruppe 4 eine hydraulische Verbindung über die vorgenannte Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5 zu einem Plattenwärmetauscher 9, der im Container 1 angeordnet ist. Der Plattenwärmetauscher 9 ermöglicht den Anschluss der modularen geothermischen Energieanlage an das Heizungs- und Klimaanlage. Es ist vorgesehen, dass der Plattenwärmetauscher 9 über eine hydraulische Verbindung zu einer standardisierten Energiespeicherbaugruppe 15 verfügt, die einen oder mehrere volumetrische Container umfasst. Diese standardisierte Energiespeicherbaugruppe 15 ist mit einer standardisierten Heizungs- und Klimaanlagenbaugruppe 14 verbunden, die mindestens eine elektronisch gesteuerte Umwälzpumpe und Verteiler umfasst, die die Zirkulation des Wärmeträgerwassers zur Heizungs- und Klimaanlage sicherstellen. Die standardisierte Energiespeicherbaugruppe 15 und die standardisierte Heizungs- und Klimaanlage 14 können innerhalb des Gebäudes im Hauptcontainer 1 oder in einem Zusatzcontainer 12 untergebracht sein.
-
Weiterhin verfügt der Kondensatorteil des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 durch die zweite standardisierte Anschlussbaugruppe 4 über eine hydraulische Verbindung zu einer ebenfalls im Container 1 angeordneten standardisierten Schaltbaugruppe 6.1. Die standardisierte Schaltbaugruppe 6.1 ist dazu vorgesehen, die Wärmeträgerströme über Dreiwegeventile zur standardisierten Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5 zu leiten oder bzw. den Anschluss der modularen geothermischen Energieanlage an eine Brauchwasserversorgungsanlage zu ermöglichen. Es ist vorgesehen, dass die Schaltbaugruppe 6.1 mit einer Anschlussbaugruppe 6.2 (siehe 4) verbunden ist, die einen Wärmeträger, Ausdehnungsgefäße und eine Umwälzpumpe umfasst. Die vorgenannte standardisierte Anschlussbaugruppe 6.2 ist mit einer standardisierten Brachwarmwasserversorgungsbaugruppe 6.3 (siehe 4) verbunden, die einen oder mehrere Heizkessel umfasst, die für den Anschluss an die vorgenannte Brauchwarmwasserversorgungsanlage vorgesehen sind. Die standardisierte Anschlussbaugruppe 6.2 und die standardisierte Brauchwasserversorgungsbaugruppe 6.3 können im Gebäude im Hauptcontainer 1 oder in einem Zusatzcontainer 7 untergebracht sein.
-
Die standardisierte Brauchwarmwasserversorgungsbaugruppe 6.3 kann eine hydraulische Verbindung zu einer standardisierten Energiespeicherbaugruppe 17 (in 4 dargestellt) mit einem oder mehreren volumetrischen Containern umfassen. Diese standardisierte Energiespeicherbaugruppe 17 ist an einer standardisierten Zusatzheizungsbaugruppe 16 verbunden, die mindestens einen elektronisch gesteuerte Umwälzpumpe und Verteiler umfasst, die für den Anschluss an mindestens einen zusätzlichen Wärmeverbraucher, wie zum Beispiel ein Schwimmbad, einen Wärmeträger für Klimakammern, einen nicht standardisierten Klimakreislauf, wie zum Beispiel eine gekühlte Lagerung, ein „Eis“-Schwimmbecken, einen Whirlpool usw., vorgesehen sind. Die standardisierte Energiespeicherbaugruppe 17 und die standardisierte Zusatzheizungsbaugruppe 16 können innerhalb des Gebäudes im Hauptcontainer 1 oder in einem Zusatzcontainer 13 untergebracht sein.
-
Die modulare geothermische Energieanlage umfasst standardisierte Sicherungsbaugruppen 10, die innerhalb des Containers 1 angeordnet sind und mindestens ein geschlossenes Ausdehnungsgefäß und Sicherheitsentlastungsventile umfassen. Von diesen standardisierten Sicherungsbaugruppen ist eine stromabwärts der Bohrung vor der Wärmeträger-Pumpenbaugruppe 8 hydraulisch angeschlossen, während eine andere stromaufwärts der standardisierten Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5 nach den ersten und zweiten standardisierten Anschlussbaugruppen 4 hydraulisch angeschlossen ist. Die standardisierten Sicherungsbaugruppen 10 sorgen für die Absicherung der modularen geothermischen Energieanlage und nehmen die Temperaturausdehnungen des Wärmeträgers auf. Darüber hinaus verfügt der Container 1 über eine Wärmeträger-Füllstation 11, die mit der Wärmeträger-Pumpenbaugruppe 8 verbunden ist, sowie über ein Stromversorgungs- und Steuerschrank 18.
-
In der modularen geothermischen Energieanlage kann eine 25%ige wässerige Lösung von Monoethylenglykol, einer organischen Verbindung mit einem Gefrierpunkt von etwa -15°C, als Wärmeträger verwendet werden. Der Plattenwärmetauscher 9 und die standardisierte Anschlussbaugruppe 6.2 in der modularen geothermischen Energieanlage sind dazu vorgesehen, um die Sicherheit bei der Verwendung von 25%iger wässeriger Monoethylenglykol-Lösung als Wärmeträger zu erhöhen, da sie zur Trennung des Wärmeträgerkreislaufs und des Wasserkreislaufs zur Heizungs- und Klimaanlage sowie zur Brauchwasserversorgungsanlage dienen.
-
Die modulare geothermische Energieanlage verfügt dank des modularen Prinzips der Vervollständigung der spezifischen Energieanlage (im Detail in 5 dargestellt) über eine breite Palette von schnell erreichbaren Funktionalitäten (hohe Flexibilität der Systeme), die die Möglichkeit der folgenden Betriebsmodi anbieten:
- - Stromversorgungsmodus des Innenraumheizungssystems, bei dem die Zirkulationskreisläufe der Heizungsanlage an die Kondensationsseite (die heiße Seite) jedes geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 angeschlossen sind. Das Steuerungssystem in Form eines Stromversorgungs- und Schaltschranks 18 ermöglicht den Betrieb von bis zu acht Kreisläufen mit unterschiedlichen Temperaturen - zum Beispiel Fußbodenheizungen und Konvektoren usw. Der Anschluss an die Innenraumheizung erfolgt über den Plattenwärmetauscher 9.
- - Brauchwarmwasserbereitungsmodus, bei dem die standardisierte Brachwarmwasserversorgungsbaugruppe 6.3 an die heiße Seite jedes geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 angeschlossen ist, einschließlich der erforderlichen Anzahl von Heizkesseln je nach Bedarf des Gebäudes. Die Wärme an die standardisierte Brachwarmwasserversorgungsbaugruppe 6.3 und an die Innenanlage wird abwechselnd alternativ nach Bedarf zugeführt, und wird durch die Dreiwegeventile der Schalt-Baugruppe 6.1 gesteuert. Das Steuersignal zum Schalten jedes Dreiwegeventils ist die Temperatur in diesen Heizkesseln, die entsprechend den spezifischen Anforderungen des Standorts eingestellt wird. Die Wärmezufuhr zu den Heizkesseln wird priorisiert und die maximale Betriebszeit für die Kessel wird für den jeweiligen Standort ausgewählt.
- - Kühlmodus für die Sommersaison, bei dem passive und aktive Kühlung bereitgestellt wird. Die passive Kühlung wird von einem Integral gesteuert, das ein Signal an die Dreiwegeventile der standardisierten Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5 liefert, wobei das Kühlpotenzial des geothermischen Bodenfeldes genutzt wird, ohne den Kompressor (Kältekreislauf) des geothermischen Wärmepumpenaggregats 2 einzuschalten. Reicht die Leistung nicht aus, um die eingestellten Parameter zu erreichen, wird automatisch auf aktive Kühlung umgeschaltet, und zu diesem Zweck ist die standardisierte Wärmeträgerfluss-Steuerungsbaugruppe 5 vorgesehen, die die Wärmeträgerfluss umschaltet - der Kondensatorteil wird mit dem Geothermiefeld und der Verdampferteil wird mit dem Plattenwärmetauscher 9 verbunden. Werden die geothermischen Wärmepumpenaggregate 2 im aktiven Kühlbetriebmodus betrieben, ist es möglich, dass die gesamte Wärmeleistung nicht zu den geothermische Bohrlöchern, sondern zu einem zusätzlichen Wärmeverbraucher oder zu den Heizkesseln zur Brauchwarmwasserbereitung geleitet wird.
-
Die modulare geothermische Energieanlage kann in neuen und bereits bestehenden Gebäuden eingesetzt werden und eignet sich besonders als Wärme- und Kältequelle in Wohngebäuden mit zentralen Heizungs- und Kühlanlagen, in bestehenden Gebäuden zur Verbesserung ihrer Energieeffizienz und der Komfortsysteme, in Wohn- und Hotelkomplexen, in öffentlichen Gebäuden wie Schulen, Krankenhäusern, Bürogebäuden und Ähnliches sowie in Produktionsstätten, insbesondere in der Lebensmittel- und Fertigungsindustrie, in Datenzentren und Gebäuden mit speziellen Zwecken. Die technische Lösung gemäß Gebrauchsmuster ist eine unverzichtbare Wärme- und Kältequelle, auch für die Kondensatoren von Kühlanlagen in unterirdischen Anlagen (U-Bahnhöfe, Militäreinrichtungen), da kein Kontakt mit der Umwelt außer dem Geothermiefeld erforderlich ist. Die modulare geothermische Energieanlage kann vor Ort oder freistehend auf einem ausgerichteten Gelände installiert werden, sie kann aber auch in ein Gebäude eingebaut werden, wie es bei einem Standard-Technikraum der Fall ist, und außerdem kann sie auf einem Dach oder als Standard-Untergrund-Technikraum untergebracht werden, wenn ein Zugang vorhanden ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
