EP2198203A2 - Solar air power absorber - Google Patents

Solar air power absorber

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Publication number
EP2198203A2
EP2198203A2 EP08835769A EP08835769A EP2198203A2 EP 2198203 A2 EP2198203 A2 EP 2198203A2 EP 08835769 A EP08835769 A EP 08835769A EP 08835769 A EP08835769 A EP 08835769A EP 2198203 A2 EP2198203 A2 EP 2198203A2
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EP
European Patent Office
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heat
air
supply device
heat supply
solar
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08835769A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Schubert
Dirk Drews
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SolarHybrid AG
Original Assignee
SolarHybrid AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F24S10/75Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits with enlarged surfaces, e.g. with protrusions or corrugations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S20/40Solar heat collectors combined with other heat sources, e.g. using electrical heating or heat from ambient air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24S70/00Details of absorbing elements
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
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    • F25B27/005Machines, plants or systems, using particular sources of energy using solar energy in compression type systems
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
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    • F28D1/024Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with air flow channels with an air driving element
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    • F25B2700/2106Temperatures of fresh outdoor air
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    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/06Heat pumps characterised by the source of low potential heat
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    • F28D9/0093Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a heat supply device for heating buildings with a solar collector for receiving solar energy.
  • the energy gained through the heat supply device can either be used directly for heating residential or office space or the heating of service water or indirectly via a heat pump, by transforming to a higher temperature level.
  • Thermal solar collectors are known in various embodiments. These are surface-mounted systems that expediently mount or set up outside buildings, absorb the direct solar radiation and convert the radiation and light energy into heat. The heat is transferred to pipeline-bound heat transfer media and is usually supplied to buffer storage tanks, in the form of larger water tanks, for the purpose of storing and distributing the recovered energy.
  • air heat pumps installed outside the building for heat generation are known for obtaining heat energy from the ambient air, which consist of units made up of fin heat exchangers with fans, compressors, water heat exchangers on the heat output side and fittings in a housing.
  • split system is also known in which the finned heat exchanger with fan and refrigeration fittings are housed in a separate housing for outdoor installation and the compressor with the remaining components are placed separately in another housing. Both units are connected by pipelines.
  • the finned heat exchanger can be flowed through directly by evaporating, latent heat receiving refrigerant or by a sensitive heat receiving medium such as water or brine.
  • the heat absorbed by the heat pump at low outside air temperatures and compressed by the compressor is transferred to buffer storage for buffer storage and distribution, or transferred directly to the structure, primarily in underfloor heating systems.
  • solar hybrid collectors are known, which are conventional flat thermal collectors, which in addition to the main function to absorb solar radiation energy through flat radiation absorbing elements are able, as an additional function, heat energy from the outside air by means of small ventilation systems during the low-irradiation operating times on the absorber surfaces and to accommodate the conventional existing hydraulic heat transport system.
  • the proportion of the drive energy to be applied is proportional to the overcoming temperature difference.
  • a 30% higher drive current is needed to transform a constant amount of heat from 25 ° C to 55 ° C than it would be for a system designed for these conditions.
  • thermal hybrid collectors described above are in the main function conventional thermal solar collectors with the disadvantages described.
  • the effectiveness of the additional function, the absorption of heat energy from the ambient air, is relatively low, so that hybrid collectors in day and seasonally low-irradiation periods can not work to cover heat demand, unless it disproportionately large areas are installed, which is economical and often architectural or structural boundaries.
  • thermal solar collectors with air heat pumps results in compact, efficient heat supply devices.
  • the strength of solar thermal systems namely the possibility of direct use of solar energy
  • drive of pumps can be gen amounts of drive energy (drive of pumps)
  • air heat pump systems namely the possibility of recovering heat energy in low-radiation times and at low outside temperatures, synergistically.
  • Day and seasonally different exploitation potentials of direct solar energy and outdoor air energy are used efficiently.
  • the solar collector forms an upper cover of the housing of the air heat pump, resulting in an upwardly rain-tight completion of the heat supply device and in particular an electrically operated fan of the laminated air heat exchanger of the air heat pump is covered and protected from external contaminants.
  • the solar collector envelops an upwardly closed airspace.
  • This airspace can be collected by the sun's warm air, whose energy can be harnessed.
  • the solar collector is an integral part of the housing of the air heat pump or is detachably connected to the housing of the air heat pump.
  • the heat supply device heat transfer fluid carrying pipelines for forwarding the heat absorbed by the solar collector, especially for aqueous solutions, glycol, etc.
  • the heat from the outdoor installed heat supply device by connecting to other pipelines in the building or in a buffer will be forwarded within the building.
  • the solar collector has an absorber surface and the pipelines run below the absorber surface or are formed as an integral part of the absorber surface, resulting in a favorable heat transfer from the absorber surface to the heat transfer fluid.
  • a surface of optically transparent material forming the outer skin of the solar collector be provided above the absorber surface.
  • the heat exchanger of the air heat pump has fins and the solar collector is embedded in the fins of the heat exchanger such that the surfaces of the fins form the absorber surfaces of the solar collector.
  • the heat exchanger which are held in particular in black color, not only serve to absorb the energy of these overflowing air, but at the same time to absorb the sun's rays impinging on them and thus to absorb solar energy.
  • the lamellae can therefore be operated either only as solar absorption surfaces, only as overflow lamellae, or in combined operation as a combination of both. Not all fins need serve as solar absorption surfaces. Depending on the angle of incidence of the sun, it is possible that certain slats or slats areas are not exposed to solar radiation. In this context, it is advantageous if the heat transfer medium-carrying pipelines of the solar collector run through the lamellae of the air heat exchanger, in particular transversely to the surface thereof.
  • the air heat pump has pipelines of a refrigerant circuit of a heat pump, which run through the fins of the air heat pump, in particular transversely to the surface thereof. These pipelines form the evaporator tubes of the heat pump process.
  • the fins of the air heat pump are surrounded by a transparent hood.
  • the transparent hood also has an important mechanical protective function, e.g. against vandalism, and meets the requirements regulated by standards and laws (Machinery Directive, CE).
  • the solar radiation passes through the hood on the serving as absorber surfaces fin surfaces.
  • hood has a distance from the slats, whereby a aufloomender under the influence of solar radiation in the manner of a greenhouse interspace arises.
  • the accumulating in this space heat is also made available on the surfaces of the finned heat exchanger and the running in the disk packs pipelines.
  • directly usable amounts of heat as in known solar collectors.
  • the air heat pump has an air inlet to the entry of ambient air, which is slit or lattice-shaped, so that coarse contaminants such as leaves or paper can not enter the interior of the heat supply device.
  • the air inlet can be closed, whereby an effective heat accumulation is achieved in the interior of the heat supply device. From the closure of the air inlet could continue to be used in the defrosting process of the finned evaporator, which in this case also causes a build-up of heat and thus accelerates the defrosting process and makes it possible for larger wind forces in the first place.
  • the heat released to the ambient air during defrosting (defrost loss heat) would be largely recovered when the normal heat pump function is resumed because it can not be dissipated by the outside air.
  • the pipes not belonging to the heat pump process form a closed circuit to which heat can be withdrawn via a heat exchanger.
  • the circuit carries heat transfer fluid, such as glycol, which is heated at the solar collector by heat transfer from the absorber surface, then fed to the heat exchanger, cooled there and then performed for reheating in the solar collector.
  • the heat released in the heat exchanger can be used to heat the building be made available, for example by storage in a buffer memory.
  • An embodiment is advantageous in which switching means are provided via which the heat exchanger can be switched out of the circuit under certain environmental conditions. This is the case, for example, when the solar temperature applied to the absorber surfaces falls below a level of about 40 ° C., since in this case the temperature of the heat transfer fluid would be too low for direct storage in the higher temperature buffer.
  • switching means are provided, by means of which the circuit with the refrigerant circuit of the heat pump can be coupled via a heat exchanger.
  • the heat is fed via a corresponding heat exchanger in the refrigerant circuit of the air heat pump, where it is transmitted via a compressor to the refrigerant of the refrigerant circuit of the air heat pump and is transferred there by means of a compressor to a higher temperature level.
  • At least one air temperature sensor, a solar temperature sensor and a storage level sensor are provided, which are connected to a control unit, which causes a changeover of the changeover means as a function of the detected temperatures, whereby an automatic adaptation of the heat supply device to the given environmental conditions and the heat demand in the buffer memory.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat supply device
  • FIG. 4a shows a further embodiment of a heat supply device in a perspective view
  • FIG. 4b is a representation corresponding to FIG. 4a with outbreaks to illustrate the internal structure of the heat supply device, FIG.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a heat supply device in a side view
  • FIG. 6 is a sectional view through the heat supply device according to FIG. 4a, b or FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 is a further sectional view through a heat supply device according to a further embodiment
  • 8 is a partial perspective view of a heat supply device according to another embodiment
  • FIG. 9 is a sectional view of the heat supply device of FIG. 8 and
  • FIG. 1 shows a heat supply device 100 according to the invention, in which an outside air heat pump 1 in a compact design or the outside part of an air heat pump in a split design are combined with a solar collector 2 in a structural unit.
  • air heat pump is therefore to be understood below as including both a complete air heat pump and the outer part of an air heat pump in split design.
  • the air heat pump 1 has a laminated air heat exchanger 1a, a fan 1b, and other not shown in Fig. 1 components, such as fittings, a housing, etc. on.
  • a roughly hemispherical designed solar collector 2 can be seen, which is designed as the upper Deckab gleich the heat pump housing of the air heat pump 1 and also serves as a shelter for the underlying fan 1b of the air heat pump 1.
  • the solar collector 2 installed on the heat pump 1 may be designed as an integral, i. integral, formed part of the heat pump housing or may be detachably mounted on the heat pump housing.
  • the solar collector 2 has an absorber surface 2 a as well as a plurality of spirally or helically running pipelines 2 b which are either located inside the absorber surface 2 a or in the radiation direction. seeks below the absorber surface 2a are arranged and serve to forward the received from the direct radiation or from the outside air heat energy.
  • the pipelines 2b are part of a heat transfer fluid, such as glycol, leading circuit K F , which will be explained in more detail below with reference to the illustration in FIG.
  • the solar energy receiving surface 2a can also be designed directly as a heat carrier leading element.
  • a light and radiation permeable hood or plate is mounted as impermeable to air as possible, so that warm air which collects below the hood can not escape upwards.
  • the design of the heat carrier lines or the pipes 2b is either in accordance with the requirements for aqueous solar liquids and / or refrigerant as evaporator tubes.
  • the heat supply device 100 has an air heat exchanger 1 in the cylinder design below the solar collector 2 designed as a hemispherical cover.
  • the designed as a cylindrical substructure air heat exchanger 1 is next to chassis and housing components from the outside, roller-shaped arranged laminated air heat exchanger 1a, the fan 1b, and possibly other technical components inside together.
  • the air heat pump 1 is characterized by a, formed by the fins, very large heat exchange surface, which may extend radially from the center of the cylindrical air heat exchanger 1a or in parallel alignment. Since the thermal energy content of the air is relatively low, large areas are required, which are covered by the outside air to technically meaningful heat gains for domestic heating and dhw to enable.
  • the air is for the purpose of said heat gain usually with one or more fans 1b conveyed mechanically over the slat air heat exchanger 1a and cooled by this.
  • the cooling of the air over the lamellae 1a is done by the evaporation of a boiling refrigerant in the pipelines thereof, which are not shown in Fig. 1.
  • the same effect can be achieved by the guidance of a cooled under the temperature of the outside air aqueous heat transport medium in the pipes of the fin exchanger 1b.
  • the heat gained is, as already described, brought to a useful, higher temperature level with the aid of a compressor.
  • the hemispherical attachment is technically similar to a conventional solar flat collector.
  • the shaping outer skin consists of translucent material such as glass, Plexiglas or acrylic glass.
  • the actual absorber surface 2a for the absorption of the radiation energy of the sun is arranged at a certain distance in the air-sealed space.
  • the absorber surface 2a is usually colored in black and consists of material which promotes the absorption of energy.
  • a piping system 2b is fixedly connected to the absorber surface 2a. In the pipes 2b moves a heat transfer medium which the absorber surface 2a removes the heat.
  • the heat transport medium is in conventional solar collectors usually an aqueous salt solution or a water mixture which is enriched with antifreeze.
  • the absorbed heat is forwarded by the heat transfer medium to other components, eg buffer storage, by means of a hydraulic system. It follows that the temperature level of the heat transfer medium must be higher than the temperature of the storage water of the possible buffer storage, as the recipient of the storage meenergy to use heat according to the laws of physics. This means that in conventional solar collectors only amounts of heat with temperatures generally in the majority well above 45 0 C can be used.
  • the invention described here is characterized in that in addition to the conventional direct use of solar energy and the heat gained by the solar collector can be used at a temperature of 45 0 C. This is done by transforming the thermal energy absorbed by the solar collector with the help of the heat pump process according to the known thermodynamic principles to a higher temperature level. Said pipelines 2b can lead directly as conventional aqueous mixtures or solutions or evaporating refrigerant of the heat pump process. The latter significantly increases the efficiency of the heat pump process. It is possible according to the invention that the absorber surface 2a is equipped with a hybrid pipe system, wherein a hydraulic pipe system and a refrigerant system according to the Carnot process or as a heat pipe system (heat pipe) can be paired.
  • FIG. 2 shows possible geometrical modifications of the solar collector 2, which according to variant v2a may be cylindrical, conical in accordance with variant v2b and cubic in variant v2ac.
  • 3 shows possible geometric modifications of the air heat pump 1, which according to the variant can be cubic with a V-shaped arrangement of the lamellae, according to variants v1b and v1c can be cubic with vertically arranged lamellae, whereby one or more fans 1b are provided in each case could be.
  • FIGS. 4a, b Another embodiment of the invention is shown.
  • the heat absorbed by the absorption of the solar radiation is transferred to the heat transfer fluid-carrying pipe 2b of the solar collector 2, which extends through the fins 9 therethrough, and dissipated.
  • the heat energy transferred to the heat transfer fluid of the pipeline 2b is transferred to the ambient air by the flow around the fins 9.
  • This heat transfer fluid is an aqueous salt solution or a water mixture.
  • the pipes 2c of the refrigerant circuit required for the operation of the air heat pump 1 are also contained in the fins 9, in which a refrigerant boiling at low temperatures is conducted.
  • the pipes 2b and 2c are parallel to each other and pass vertically through the surfaces of the fins 9 therethrough.
  • the lamellae 9 are arranged in an annular shape in an oblong shape in a radial orientation, resulting in an overall hollow cylindrical structure, in the center of which the ventilator 1b is arranged. In contrast to the embodiment of FIG.
  • the fan 1b in which the fan 1 b is arranged above the slats and the air is conveyed from top to bottom by generating an overpressure on the slats, the fan 1b generates in the embodiment of FIG. 4, a negative pressure , via which the ambient air is conveyed via the fins 9.
  • the compressor 7 can also be seen, through which the refrigerant guided in the pipes 2c compressed and thus can be transformed in a heat pump process to a higher temperature level.
  • a hood 3 made of transparent material, such as glass, Plexiglas or similar materials, which is slipped over the solar collector 2 and the fins 9 of the Heilmér- mepumpe 1.
  • the hood 3 has a distance a with respect to the slats 9, so that an annular space 4 is formed, which heats up under the influence of solar radiation in the manner of a greenhouse.
  • the available in the space air heat passes through the fins 9 and in the area between the fins 9 directly on the pipes 2b and 2c and thus on the guided in these media over.
  • an air inlet 5 is provided, via which air from the environment enters the interior of the hood 3 and, due to the negative pressure generated by the fan 1b, is guided over the surface of the lamellae 9.
  • a baffle 18 is provided, which initially deflects the incoming air tangentially into the annular space 4, from where they then radially corresponding to the generated in the center of the arrangement on the fan 1b negative and is conveyed downwards along the surface of the lamellae 9, cf. Fig. 6.
  • FIG. 7 shows a symmetrical arrangement of two, opposing air inlets 5.
  • the air inlet 5 is provided with roller blind or blind-like closing elements 10, via which the air inlet 5 can be closed.
  • the arrangement of closing elements is functionally not required, but improves the performance.
  • the air inlet 5 should at least be provided with a weather protection grid.
  • the provided in the lower part of the heat supply device Luftaus- outlet 11 with lamellar elements designed as weather protection.
  • the air outlet may be provided with closing elements 10.
  • the air inlet 5 may be provided with a mesh screen as a filter element against coarse impurities carried in the intake air flow.
  • the solar collector 2 is arranged not only in the region of the fins 9 of the air heat exchanger 1, but the solar absorption surface is by a hemispherical solar collector region 19, which in turn forms a top cover of the housing 24 of the air heat pump 1 similar to the representation in FIG.
  • the pipes 2b passing through the fins 9 are flow-connected to the pipes 2b of the solar collector region 19.
  • the conduits 2b carrying the aqueous heat transfer fluid form a closed circuit K F.
  • the circuit KF leads in the manner shown in Figures 4 to 9, which is shown in Fig. 10 simplified for reasons of clarity, driven by the fins 9 and the absorber section 19 via a pump 20 to a heat exchanger 12.
  • the heat exchanger 12th it is a multiple heat exchanger, such as a multi-plate heat exchanger.
  • the heat transfer fluid transfers its heat to a useful water circuit KN, via which the heat is then fed via a pump 22 to a buffer storage 21, from which the heat is available for heating the building or for heating process water stands.
  • the subsequently cooled heat transfer fluid passes back into the heat supply device 100 and passes through the fins 9 and the absorber section 19 again.
  • the above-described mode of operation is always used when the heat absorbed by the solar radiation is at a temperature level which is sufficient for feeding into the buffer memory 21.
  • This temperature can be assumed, for example at 40 ° C. If the temperature applied to the solar absorption surfaces falls below the value of, for example, 40 ° C., the temperature is lower than that of the buffer store 21, so that it is not possible to feed the heat absorbed by the solar cycle KF directly into the latter.
  • switching means 13 are therefore provided which deflect the course of the heat transfer fluid conducted in the pipes 2b in such a way that it is no longer guided through the heat exchanger 12.
  • the deflection of the heat transfer fluid flow in the pipes 2b below a solar temperature of for example 40 0 C can be done in different ways depending on the temperature of the ambient air, which will be explained below.
  • the heat-transfer fluid flowing in the pipelines 2b absorbs heat in particular in the area of the collector section 19, in which ambient air heated by solar radiation accumulates on the sections of the tubes 2b extending in this area.
  • the heat absorbed there is then supplied to the refrigerant circuit K ⁇ of the air heat pump 1 when passing through the fins 9 via the fins 9.
  • the flow of the heat transfer fluid in the pipelines 2b is deflected via the changeover element 13 in accordance with the course shown in dotted lines in FIG.
  • the heat absorbed in the heat supply device 100 is supplied via a heat exchanger 17 to the refrigerant circuit KK. This mode of operation also comes into consideration in heat supply devices 100 with lamellae exposed and thus exposed to the wind.
  • the circuit K ⁇ is a heat pump cycle in which a refrigerant in the pipe sections of the fins 9 evaporates or boils when the ambient air flows over, then compressed via a compressor 23 and thus to higher temperatures is brought, then sufficient to charge the buffer memory 21 via the heat exchanger 12.
  • the switching of the switching means 13 is fully automatic, including solar temperature sensors 14 determine the temperature of the solar radiation absorbing surfaces of the solar collector 2 and air temperature sensors 15 are operatively connected to detect the ambient air temperature via a control element 16 with the switching means 13. Furthermore, the energy level in the buffer memory is monitored by the control technology as a criterion for triggering a changeover. Secondarily, a number of other measurement data are permanently evaluated in order to always set an economically favorable operating mode.
  • the inventive arrangement of the various system components allows a good utilization of the natural potential of direct solar energy and outdoor air energy in a compact design device.
  • the outdoor air heat pump 1 provides the required heat energy.
  • the air heat pump 1 is effectively relieved by the additional gain of solar heat.
  • additional refrigerant evaporation in the solar collector 2 this is over-cooled relative to the ambient air. Due to the self-adjusting temperature difference, on the one hand heat from the ambient air is absorbed and on the other hand the existing radiation supply is used in a technically meaningful way. The supercooling of the collector surfaces results in a higher negative radiation potential.
  • the outside air may have a temperature of 7 ° C which sets a possible evaporation temperature of the Carnot process of -3 0 C.
  • the supply of the heat obtained in the solar collector 2 raises the evaporation temperature and thus the efficiency of the heat pump process significantly, for example to 1 0 C.
  • the above-described state of hybrid use of both subsystems is to be found over a large part of the annual operating times.
  • the supply time and the energy yield of the thermal solar system with the support of the heat pump extended and on the other hand the efficiency of the air heat pump is effectively increased by means of the solar system.
  • Another advantage of the invention is the possibility of direct solar use of solar radiation.
  • the recovered heat energy is passed on directly to the buffer storage tank or to other energy consumers by means of control technology by means of a heat transfer medium. This only requires the energy of the circulation pumps. The expensive energy for driving the compressor is thus eliminated with sufficiently high solar power.

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Abstract

The invention relates to heat supplying apparatus for heating buildings, comprising a solar panel (2) for absorbing solar power. Said heat supplying apparatus has an air heat pump (1) for absorbing thermal power from the ambient air, said air heat pump (1) being connected to the solar panel (2) to form a structural unit.

Description

Solarluftenergieabsorber Solar air energy absorber
Die Erfindung betrifft eine Wärmeversorgungsvorrichtung zum Beheizen von Gebäuden mit einem Solarkollektor zur Aufnahme von Son- nenenergie.The invention relates to a heat supply device for heating buildings with a solar collector for receiving solar energy.
Die über die Wärmeversorgungsvorrichtung gewonnene Energie kann entweder direkt für die Beheizung von Wohn- oder Büroräumen oder die Erwärmung von Brauchwasser genutzt werden oder indirekt über eine Wärmepumpe, durch Transformieren auf ein höheres Tempera- tumiveau.The energy gained through the heat supply device can either be used directly for heating residential or office space or the heating of service water or indirectly via a heat pump, by transforming to a higher temperature level.
Thermische Solarkollektoren sind in verschiedensten Ausführungsarten bekannt. Es handelt sich um flächige Systeme, welche außerhalb von Gebäuden zweckmäßig montiert oder aufgestellt die direkte Sonnenstrahlung absorbieren und die Strahlungs- und Lichtenergie in Wärme umwandeln. Die Wärme wird an rohleitungsgebundene Wärmeträger- medien übertragen und in der Regel Pufferspeichern, in der Form von größeren Wasserbehältern, zwecks Einspeicherung und Verteilung der gewonnenen Energie zugeführt.Thermal solar collectors are known in various embodiments. These are surface-mounted systems that expediently mount or set up outside buildings, absorb the direct solar radiation and convert the radiation and light energy into heat. The heat is transferred to pipeline-bound heat transfer media and is usually supplied to buffer storage tanks, in the form of larger water tanks, for the purpose of storing and distributing the recovered energy.
Weiterhin sind zur Wärmegewinnung außerhalb des Gebäudes aufge- stellte Luftwärmepumpen zur Gewinnung von Wärmeenergie aus der Umgebungsluft bekannt, die als Baueinheiten aus Lamellenwärmetauschern mit Ventilatoren, Kompressoren, Wasserwärmetauschern auf der Wärmeabgabeseite und Armaturen in einem Gehäuse bestehen.Furthermore, air heat pumps installed outside the building for heat generation are known for obtaining heat energy from the ambient air, which consist of units made up of fin heat exchangers with fans, compressors, water heat exchangers on the heat output side and fittings in a housing.
Aus dem Stand der Technik ist ferner das so genannte Splitsystem bekannt, bei dem der Lamellenwärmetauscher mit Ventilator und kältetechnischen Armaturen in einem separaten Gehäuse für die Außenaufstellung untergebracht sind und der Kompressor mit den restlichen Bauteilen gesondert in einem anderen Gehäuse platziert sind. Beide Baueinheiten werden durch Rohrleitungen verbunden.From the prior art, the so-called split system is also known in which the finned heat exchanger with fan and refrigeration fittings are housed in a separate housing for outdoor installation and the compressor with the remaining components are placed separately in another housing. Both units are connected by pipelines.
Der Lamellenwärmetauscher kann direkt von verdampfendem, latent Wärme aufnehmendem Kältemittel oder von einem sensibel Wärme aufnehmendem Trägermedium wie Wasser oder Sole durchströmt sein. Die durch die Wärmepumpe bei niedrigen Außenlufttemperaturen aufgenommene und durch den Kompressor verdichtete Wärme wird zwecks Zwischenspeicherung und Verteilung an Pufferspeicher abgegeben oder direkt in den Baukörper, vornehmlich bei Fußbodenheiz- Systemen, übertragen.The finned heat exchanger can be flowed through directly by evaporating, latent heat receiving refrigerant or by a sensitive heat receiving medium such as water or brine. The heat absorbed by the heat pump at low outside air temperatures and compressed by the compressor is transferred to buffer storage for buffer storage and distribution, or transferred directly to the structure, primarily in underfloor heating systems.
Weiterhin sind Solarhybridkollektoren bekannt, bei denen es sich um herkömmliche thermische Flachkollektoren handelt, welche neben der Hauptfunktion Sonnenstrahlungsenergie durch flächige strah- lungsabsorbierende Elemente aufzunehmen, in der Lage sind, als Zusatzfunktion, Wärmeenergie aus der Außenluft mittels kleiner Belüftungssysteme während der einstrahlungsarmen Betriebszeiten über die Absorberflächen und das herkömmlich vorhandene hydraulische Wärmetransportsystem aufzunehmen.Furthermore, solar hybrid collectors are known, which are conventional flat thermal collectors, which in addition to the main function to absorb solar radiation energy through flat radiation absorbing elements are able, as an additional function, heat energy from the outside air by means of small ventilation systems during the low-irradiation operating times on the absorber surfaces and to accommodate the conventional existing hydraulic heat transport system.
Bei den bekannten solarthermischen Wärmeversorgungsvorrichtungen sind naturbedingt die Nutzzeiten in denen Wärme aus direkter Sonnenstrahlung gewonnen werden kann, aufgrund der systembedingt hohen benötigten Vorlauftemperaturen für Brauchwasserbereitungsan- lagen (>550C) oder Raumheizungsanlagen (>40° C), nicht ausreichend für einen autarken Wärmeversorgungsbetrieb. Um bei diesen herkömmlichen, direkten Verfahren Nutzwärme gewinnen zu können, müssen die Temperaturen der so genannten Wärmequelle (Solarkollektor) über denen der Nutztemperaturen liegen.In the known solar thermal heat supply devices, of course, the useful life in which heat from direct solar radiation can be obtained due to the high system required flow temperatures for water heating systems (> 55 0 C) or space heating systems (> 40 ° C), not sufficient for a self-sufficient heat supply operation , In order to be able to obtain useful heat in these conventional, direct processes, the temperatures of the so-called heat source (solar collector) must be above those of the useful temperatures.
Über bekannte Pufferspeicher wird die hoch temperiert gewonnene, solare Energie zwischengespeichert, um die Versorgungszeit auf die einstrahlungsarmen Tageszeiten zu erweitern. Da große Langzeitspeicheranlagen sehr aufwendig wären und die baulichen und räumlichen Vorraussetzungen nicht gegeben sind, wird bei der War- meenergieversorgung in Mitteleuropa nur ein Deckungsgrad bis ca. 30% erzielt.About known buffer memory, the high-temperature recovered solar energy is cached to extend the supply time to the low-irradiation times of day. Since large long-term storage facilities would be very costly and the structural and spatial conditions are not met, in the case of energy supply in Central Europe only achieved a coverage of up to approx. 30%.
Bei den bekannten Luftwärmepumpensystemen wird Wärmeenergie aus der Umgebungsluft bei Temperaturen unter denen der Nutztemperatur über die Lamellenwärmetauscher aufgenommen und mit Hilfe des Kompressors auf höhere Temperaturniveaus gebracht, die den Wärmefluss auf das Nutztemperaturniveau ermöglichen. Der Hauptnachteil von Wärmepumpensystemen ist der relativ hohe Verbrauch von teurer Hochenergie, in der Regel Elektroenergie, für den Antrieb des Kompressors. Die Menge der benötigten Antriebsenergie beträgt in der Regel zwischen 20% und 40% der Gesamtmenge der abgegebenen Wärmemenge. Herkömmliche Luftwärmepumpen für Heizungsanwendungen sind rein konstruktiv gemäß dem Stand der Technik nicht in der Lage, Quellentemperaturen über 1O0C sinnvoll zu nutzen. Bereits in dem Fall, dass die Quellentemperaturen über 10° C steigen, wird der Wärmeaufnahmeprozess analog dahingehend ausgeregelt, dass die Fläche des als Verdampfer fungierenden Lamellentauschers nur noch teilweise genutzt wird, da die einfließenden Wärmemengen nicht mehr komprimiert und ausreichend auf andere Systeme abgegeben werden können. Ein Wärmeüberangebot im Wärmepumpenkreislauf führt zu einer Sicherheitsabschaltung, um eine Selbstzerstörung zu vermeiden. Somit wird selbstregelnd das Temperaturniveau der Wärmeaufnahme gesenkt und nur eine verminderte Luftmenge überpro- portional abgekühlt um eine Nutzung zu erreichen. Sehr deutlich wird dies bei höheren Lufttemperaturen, Beispiel: Lufttemperatur 25° C → technisch notwendige Abkühlung auf 10°C → Verdichten auf 55 0C für Brauchwassererwärmung. Das bedeutet, obwohl nur eine ursprüngliche Temperaturdifferenz von 30K zu überwinden war, sind es über den herkömmlichen Wärmepumpenprozess gemäß Beispiel 45K. Der Anteil der aufzubringenden Antriebsenergie ist proportional zu der zu überwindenden Temperaturdifferenz. Im gegebenen Beispiel wird aus konstruktiven Gründen ein 30% höherer Antriebsstrom benötigt, um eine konstante Wärmemenge von 25° C auf 55° C zu transformieren, als es bei einem auf diese Bedingungen ausgelegten System.In the known air heat pump systems, heat energy from the ambient air at temperatures below that of the useful temperature is absorbed by the finned heat exchanger and brought by means of the compressor to higher temperature levels, which allow the heat flow to the Nutztemperaturniveau. The main disadvantage of heat pump systems is the relatively high consumption of expensive high energy, usually electric power, for driving the compressor. The amount of drive energy required is usually between 20% and 40% of the total amount of heat released. Conventional air heat pumps for heating applications are purely constructive according to the prior art not able to use source temperatures above 1O 0 C meaningful. Already in the event that the source temperatures rise above 10 ° C, the heat absorption process is analogously adjusted so that the surface of the acting as an evaporator fin exchanger is only partially used because the inflowing amounts of heat can no longer be compressed and sufficiently discharged to other systems , A heat surplus in the heat pump cycle leads to a safety shutdown to avoid self-destruction. Thus, the temperature level of the heat absorption is lowered automatically and only a reduced amount of air cooled disproportionately to achieve a use. This is very clear at higher air temperatures, for example: air temperature 25 ° C → technically necessary cooling to 10 ° C → compression to 55 0 C for domestic water heating. This means that although only an original temperature difference of 30K was to be overcome, it is over the conventional heat pump process according to Example 45K. The proportion of the drive energy to be applied is proportional to the overcoming temperature difference. In the example given, for design reasons, a 30% higher drive current is needed to transform a constant amount of heat from 25 ° C to 55 ° C than it would be for a system designed for these conditions.
Die oben beschriebenen thermischen Hybridkollektoren sind in der Hauptfunktion herkömmliche thermische Solarkollektoren mit den beschriebenen Nachteilen. Die Wirksamkeit der Zusatzfunktion, der Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebungsluft, ist relativ gering, so dass auch Hybridkollektoren in tages- und jahreszeitlich einstrahlungsarmen Zeiten nicht wärmebedarfsdeckend arbeiten können, es sei denn, es werden unverhältnismäßig große Flächen installiert, was an wirtschaftliche und oftmals an architektonische oder bauliche Grenzen stößt.The thermal hybrid collectors described above are in the main function conventional thermal solar collectors with the disadvantages described. The effectiveness of the additional function, the absorption of heat energy from the ambient air, is relatively low, so that hybrid collectors in day and seasonally low-irradiation periods can not work to cover heat demand, unless it disproportionately large areas are installed, which is economical and often architectural or structural boundaries.
Es ist daher die A u f g a b e der Erfindung, eine kompakt bauende Wärmeversorgungsvorrichtung anzugeben, die die tages- und jahreszeitlich unterschiedlichen Verwertungspotentiale sowohl von direkter Sonnenenergie als auch Außenluftenergie nutzt und eine weitgehend gleich bleibende Wärmeversorgung gewährleistet.It is therefore the object of the invention to specify a compact heat supply device which utilizes the different potentials of use both of direct solar energy and outdoor air energy and which ensures a largely constant heat supply.
Zur L ö s u n g dieser Aufgabe wird bei einer Wärmeversorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art eine in baulicher Einheit mit dem Solarkollektor verbundene Luftwärmepumpe zur Aufnahme von Wär- meenergie aus der Umgebungsluft vorgeschlagen.To solve this problem, in a heat supply device of the type mentioned in the introduction, an air heat pump connected in a structural unit with the solar collector for absorbing heat energy from the ambient air is proposed.
Durch die Kombination thermischer Solarkollektoren mit Luftwärmepumpen ergeben sich kompakt bauende, effiziente Wärmeversorgungsvorrichtungen. Durch die Kombination beider Systeme lässt sich die Stärke von thermischen Solaranlagen, nämlich die Möglichkeit der direkten Nutzung von Sonnenenergie unter Einsatz von relativ gerin- gen Mengen Antriebsenergie (Antrieb von Pumpen), und die Stärke von Luftwärmepumpensystemen, nämlich die Möglichkeit der Gewinnung von Wärmeenergie in strahlungsarmen Zeiten und bei niedrigen Aus- sentemperaturen, synergetisch vereinen. Tages- und jahreszeitlich unterschiedliche Verwertungspotentiale von direkter Sonnenenergie und Außenluftenergie werden effizient genutzt.The combination of thermal solar collectors with air heat pumps results in compact, efficient heat supply devices. By combining both systems, the strength of solar thermal systems, namely the possibility of direct use of solar energy, can be gen amounts of drive energy (drive of pumps), and combine the strength of air heat pump systems, namely the possibility of recovering heat energy in low-radiation times and at low outside temperatures, synergistically. Day and seasonally different exploitation potentials of direct solar energy and outdoor air energy are used efficiently.
In Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, dass der Solarkollektor einen oberen Deckabschluss des Gehäuses der Luft- Wärmepumpe bildet, wodurch sich ein nach oben hin regendichter Abschluss der Wärmeversorgungsvorrichtung ergibt und insbesondere ein elektrisch betriebener Ventilator des Lamellenluftwärmetauschers der Luftwärmepumpe überdacht und vor äußeren Verunreinigungen geschützt ist.In an embodiment of the inventive concept, it is proposed that the solar collector forms an upper cover of the housing of the air heat pump, resulting in an upwardly rain-tight completion of the heat supply device and in particular an electrically operated fan of the laminated air heat exchanger of the air heat pump is covered and protected from external contaminants.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Solarkollektor einen nach oben abgeschlossenen Luftraum umhüllt. In diesem Luftraum kann sich durch die Sonneneinstrahlung erwärmte Luft sammeln, deren Energie nutzbar gemacht werden kann.One embodiment provides that the solar collector envelops an upwardly closed airspace. In this airspace can be collected by the sun's warm air, whose energy can be harnessed.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Solarkollektor ein integraler Bestandteil des Gehäuses der Luftwärmepumpe ist oder lösbar mit dem Gehäuse der Luftwärmepumpe verbunden ist.It is further proposed that the solar collector is an integral part of the housing of the air heat pump or is detachably connected to the housing of the air heat pump.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wärmeversorgungsvorrichtung wärmeträgerfluidführende Rohrleitungen zur Weiterleitung der von dem Solarkollektor aufgenommenen Wärme aufweist, insbesondere für wässrige Lösungen, Glykol usw. Über die Rohrleitungen kann die Wärme von der im Freien installierten Wärmeversorgungsvorrichtung durch Anschluss an weitere Rohrleitungen in das Gebäude bzw. in einen Pufferspeicher innerhalb des Gebäudes weitergeleitet werden. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der Solarkollektor eine Absorberfläche aufweist und die Rohrleitungen unterhalb der Absorberfläche verlaufen oder als integraler Bestandteil der Absorberflä- che ausgebildet sind, wodurch sich ein günstiger Wärmeübergang von der Absorberfläche auf das Wärmeträgerfluid ergibt.It is also proposed that the heat supply device heat transfer fluid carrying pipelines for forwarding the heat absorbed by the solar collector, especially for aqueous solutions, glycol, etc. About the pipes, the heat from the outdoor installed heat supply device by connecting to other pipelines in the building or in a buffer will be forwarded within the building. In this context, it is advantageous if the solar collector has an absorber surface and the pipelines run below the absorber surface or are formed as an integral part of the absorber surface, resulting in a favorable heat transfer from the absorber surface to the heat transfer fluid.
Mit einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass oberhalb der Absorberfläche eine die Außenhaut des Solarkollektors bildende Fläche aus optisch transparentem Material vorgesehen ist.In a further embodiment, it is proposed that a surface of optically transparent material forming the outer skin of the solar collector be provided above the absorber surface.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher der Luftwärmepumpe Lamellen aufweist und der Solarkollektor derart in die Lamellen des Wärmetauschers eingebettet ist, dass die Oberflächen der Lamellen die Absorberflächen des Solarkollektors bilden. In die Lamellen der Luftwärmepumpe sind auch die Verdampferrohre der Luftwärmepumpe eingebettet. Bei einer solchen Ausgestaltung ergibt sich eine Verschmelzung des Solarkollektors mit dem Luftwärmetauscher. Die Lamellen des Luftwärmetauschers, die insbesondere in schwarzer Farbe gehalten sind, dienen nicht nur zur Aufnahme der Energie der diese überströmenden Luft, sondern gleichzeitig auch zur Absorption der auf sie treffenden Sonnenstrahlen und damit zur Aufnahme solarer Energie. Die Lamellen können daher wahlweise entweder nur als solare Absorptionsflächen, nur als Überströmungslamellen, oder im kom- binierten Betrieb als eine Kombination von beiden betrieben werden. Es müssen nicht alle Lamellen als solare Absorptionsflächen dienen. In Abhängigkeit des Einstrahlwinkels der Sonne ist es möglich, dass bestimmte Lamellen oder Lamellenbereiche nicht der Sonnenstrahlung ausgesetzt sind. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die wärmeträgerflu- idführenden Rohrleitungen des Solarkollektors durch die Lamellen des Luftwärmetauschers, insbesondere quer zu deren Fläche, verlaufen.Furthermore, it is proposed that the heat exchanger of the air heat pump has fins and the solar collector is embedded in the fins of the heat exchanger such that the surfaces of the fins form the absorber surfaces of the solar collector. In the slats of the air heat pump and the evaporator tubes of the air source heat pump are embedded. In such an embodiment, a fusion of the solar collector results with the air heat exchanger. The fins of the air heat exchanger, which are held in particular in black color, not only serve to absorb the energy of these overflowing air, but at the same time to absorb the sun's rays impinging on them and thus to absorb solar energy. The lamellae can therefore be operated either only as solar absorption surfaces, only as overflow lamellae, or in combined operation as a combination of both. Not all fins need serve as solar absorption surfaces. Depending on the angle of incidence of the sun, it is possible that certain slats or slats areas are not exposed to solar radiation. In this context, it is advantageous if the heat transfer medium-carrying pipelines of the solar collector run through the lamellae of the air heat exchanger, in particular transversely to the surface thereof.
Ferner ist vorgesehen, dass die Luftwärmepumpe Rohrleitungen eines Kältemittelkreises einer Wärmepumpe aufweist, die durch die Lamellen der Luftwärmepumpe, insbesondere quer zu deren Fläche, verlaufen. Diese Rohrleitungen bilden die Verdampferrohre des Wärmepumpenprozesses.Furthermore, it is provided that the air heat pump has pipelines of a refrigerant circuit of a heat pump, which run through the fins of the air heat pump, in particular transversely to the surface thereof. These pipelines form the evaporator tubes of the heat pump process.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Rohrleitungen parallel zueinander verlaufen.It is further proposed that the pipes run parallel to each other.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Lamellen der Luftwär- mepumpe von einer transparenten Haube umgeben sind. Auf diese Weise werden grobe, die Wärmeaufnahme behindernde Verunreinigungen etwa Laub, Papier und ähnliche Verunreinigungen von den Lamellen ferngehalten. Die transparente Haube hat zudem eine wichtige mechanische Schutzfunktion, z.B. gegen Vandalismus, und erfüllt die durch Normen und Gesetze (Maschinenrichtlinie, CE) geregelten Fordrungen. Gleichzeitig tritt die Sonnenstrahlung durch die Haube auf die als Absorberflächen dienenden Lamellenoberflächen.Another embodiment provides that the fins of the air heat pump are surrounded by a transparent hood. In this way, coarse, heat-impeding impurities such as leaves, paper and similar contaminants are kept away from the fins. The transparent hood also has an important mechanical protective function, e.g. against vandalism, and meets the requirements regulated by standards and laws (Machinery Directive, CE). At the same time, the solar radiation passes through the hood on the serving as absorber surfaces fin surfaces.
Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang eine luftströmungstechnisch vorteilhafte Ausgestaltung, bei welcher die Haube einen Abstand gegenüber den Lamellen aufweist, wodurch ein sich unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung nach Art eines Treibhauses aufheizender Zwischenraum entsteht. Die sich in diesem Zwischenraum ansammelnde Wärme wird über die Oberflächen des Lamellenwärmetauschers und über die in den Lamellenpaketen verlaufenden Rohrleitungen ebenfalls nutzbar gemacht. Bei Stillstandzeiten und außerhalb der generei- len Betriebszeiten der Luftwärmepumpe entwickeln sich ähnlich hoch temperierte, direkt nutzbare Wärmemengen wie bei bekannten Solarkollektoren.Of advantage in this context is an air flow advantageous embodiment in which the hood has a distance from the slats, whereby a aufheizender under the influence of solar radiation in the manner of a greenhouse interspace arises. The accumulating in this space heat is also made available on the surfaces of the finned heat exchanger and the running in the disk packs pipelines. In case of downtimes and outside the generei- len operating times of the air heat pump develop similarly high temperature, directly usable amounts of heat as in known solar collectors.
In konstruktiver Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Luftwärmepumpe einen Lufteintritt zum Eintritt von Umgebungsluft aufweist, der schlitz- oder gitterförmig ist, so dass grobe Verunreinigungen wie Laub oder Papier nicht in das Innere der Wärmeversorgungsvorrichtung eintreten können. Optional wird vorgeschlagen, den Lufteintritt schließbar zu gestalten. Bei Stillstand der Wärmepumpe kann der Lufteintritt geschlossen werden, wodurch ein wirksamer Wärmestau im Inneren der Wärmeversorgungsvorrichtung erreicht wird. Von der Schließung des Lufteintritts könnte weiterhin beim Abtauprozess des Lamellenverdampfers Gebrauch gemacht werden, was in diesem Fall ebenfalls einen Wärmestau verursacht und dadurch den Abtauprozess beschleunigt sowie bei größeren Windstärken überhaupt erst möglich macht. Die beim Abtauen eingesetzte an die Umgebungsluft abgegebene Wärme (Abtauverlustwärme) würde bei Wiedereinsetzen der normalen Wärmepumpenfunktion weitestgehend wieder zurück ge- wonnen werden, da sie von der Außenluft nicht abgeführt werden kann.In a constructive embodiment, it is proposed that the air heat pump has an air inlet to the entry of ambient air, which is slit or lattice-shaped, so that coarse contaminants such as leaves or paper can not enter the interior of the heat supply device. Optionally, it is proposed to make the air inlet closable. At standstill of the heat pump, the air inlet can be closed, whereby an effective heat accumulation is achieved in the interior of the heat supply device. From the closure of the air inlet could continue to be used in the defrosting process of the finned evaporator, which in this case also causes a build-up of heat and thus accelerates the defrosting process and makes it possible for larger wind forces in the first place. The heat released to the ambient air during defrosting (defrost loss heat) would be largely recovered when the normal heat pump function is resumed because it can not be dissipated by the outside air.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die nicht zum Wärmepumpenprozess gehörenden Rohrleitungen einen geschlossenen Kreislauf bilden, dem über einen Wärmetauscher Wärme entziehbar ist. Der Kreislauf führt Wärmeträgerfluid, beispielsweise Glykol, welches am Solarkollektor durch Wärmeübergang von dessen Absorberfläche erwärmt, anschließend dem Wärmetauscher zugeführt, dort abgekühlt und anschließend zur erneuten Erwärmung in den Solarkollektor geführt wird. Die im Wärmetauscher abgegebene Wärme kann zur Beheizung des Gebäudes nutzbar gemacht werden, beispielsweise durch Einlagerung in einem Pufferspeicher.Furthermore, it is provided that the pipes not belonging to the heat pump process form a closed circuit to which heat can be withdrawn via a heat exchanger. The circuit carries heat transfer fluid, such as glycol, which is heated at the solar collector by heat transfer from the absorber surface, then fed to the heat exchanger, cooled there and then performed for reheating in the solar collector. The heat released in the heat exchanger can be used to heat the building be made available, for example by storage in a buffer memory.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher Umstellmittel vorgese- hen sind, über welche der Wärmetauscher bei bestimmten Umweltbedingungen aus dem Kreislauf herausschaltbar ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die an den Absorberflächen anliegende Solartemperatur unter ein Niveau von etwa 40° C fällt, da in diesem Fall die Temperatur des Wärmeträgerfluids für eine direkte Einlagerung in dem höher temperierten Pufferspeicher zu gering wäre.An embodiment is advantageous in which switching means are provided via which the heat exchanger can be switched out of the circuit under certain environmental conditions. This is the case, for example, when the solar temperature applied to the absorber surfaces falls below a level of about 40 ° C., since in this case the temperature of the heat transfer fluid would be too low for direct storage in the higher temperature buffer.
Weiterhin ist vorgesehen, dass Umstellmittel vorgesehen sind, mittels welcher der Kreislauf mit dem Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe über einen Wärmetauscher koppelbar ist. Auf diese Weise ist es bei bestimmten Umweltbedingungen, etwa niedrigen solaren Temperaturen wie auch niedrigeren Temperaturen der Umgebungsluft möglich, die am Solarkollektor aufgenommene Energie trotz ihres niedrigen Temperaturniveaus gleichwohl zur Beheizung des Gebäudes zu nutzen. Die Wärme wird über einen entsprechenden Wärmetauscher in den Kältemittelkreislauf der Luftwärmepumpe eingespeist, wo sie über einen Verdichter auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs der Luftwärmepumpe übertragen wird und dort mittels eines Kompressors auf ein höheres Temperaturniveau überführt wird.It is further provided that switching means are provided, by means of which the circuit with the refrigerant circuit of the heat pump can be coupled via a heat exchanger. In this way it is possible under certain environmental conditions, such as low solar temperatures as well as lower ambient air temperatures, to use the solar collector energy, despite their low temperature level nevertheless to heat the building. The heat is fed via a corresponding heat exchanger in the refrigerant circuit of the air heat pump, where it is transmitted via a compressor to the refrigerant of the refrigerant circuit of the air heat pump and is transferred there by means of a compressor to a higher temperature level.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Lufttemperatursensor, ein Solartemperatursensor und ein Speicherniveausensor vorgesehen sind, die mit einer Steuereinheit verbunden sind, welche in Abhängigkeit der erfassten Temperaturen eine Umstellung der Umstellmittel bewirkt, wodurch sich eine automatische Anpassung der Wärmeversorgungsvorrichtung an die gegebenen Umweltbedingungen und den Wärmebedarf im Pufferspeicher einstellt. Weitere Einzelheiten und Vorteile einer erfindungsgemäßen Wärmeversorgungsvorrichtung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten, schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Darin zeigen:Finally, it is proposed that at least one air temperature sensor, a solar temperature sensor and a storage level sensor are provided, which are connected to a control unit, which causes a changeover of the changeover means as a function of the detected temperatures, whereby an automatic adaptation of the heat supply device to the given environmental conditions and the heat demand in the buffer memory. Further details and advantages of a heat supply device according to the invention are explained below with the aid of the accompanying schematic drawings of exemplary embodiments. Show:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Wärmeversorgungsvorrichtung,1 is a perspective view of a heat supply device,
Fig. 2 drei geometrisch verschiedene Ausführungsformen von Solarkollektoren,2 shows three geometrically different embodiments of solar collectors,
Fig. 3 drei geometrisch verschiedene Ausführungen von Luftwärmepumpen,3 shows three geometrically different versions of air heat pumps,
Fig. 4a eine weitere Ausführung einer Wärmeversorgungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung,4a shows a further embodiment of a heat supply device in a perspective view,
Fig. 4b eine der Fig. 4a entsprechende Darstellung mit Ausbrüchen zu Veranschaulichung des inneren Aufbaus der Wärmeversorgungsvorrichtung,4b is a representation corresponding to FIG. 4a with outbreaks to illustrate the internal structure of the heat supply device, FIG.
Fig. 5 eine weitere Ausführung einer Wärmeversorgungsvorrichtung in seitlicher Darstellung,5 shows a further embodiment of a heat supply device in a side view,
Fig. 6 eine Schnittansicht durch die Wärmeversorgungsvorrichtung gemäß Fig. 4a, b oder Fig. 5,6 is a sectional view through the heat supply device according to FIG. 4a, b or FIG. 5, FIG.
Fig. 7 eine weitere Schnittdarstellung durch eine Wärmeversor- gungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung, Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht einer Wärmeversorgungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung,7 is a further sectional view through a heat supply device according to a further embodiment, 8 is a partial perspective view of a heat supply device according to another embodiment,
Fig. 9 eine Schnittansicht der Wärmeversorgungsvorrichtung gemäß Fig. 8 und9 is a sectional view of the heat supply device of FIG. 8 and
Fig. 10 eine schaltplanmäßige Übersichtsdarstellung.10 is a circuit diagram overview.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmeversorgungsvorrichtung 100, bei welcher eine Außenluftwärmepumpe 1 in Kompaktausführung bzw. der Außenteil einer Luftwärmepumpe in Splitausführung mit einem Solarkollektor 2 in einer Baueinheit kombiniert sind. Der Begriff Luftwärmepumpe ist daher im Folgenden so zu verstehen, dass sowohl eine vollständige Luftwärmepumpe wie auch der Außenteil einer Luftwärmepumpe in Splitausführung umfasst sind.1 shows a heat supply device 100 according to the invention, in which an outside air heat pump 1 in a compact design or the outside part of an air heat pump in a split design are combined with a solar collector 2 in a structural unit. The term air heat pump is therefore to be understood below as including both a complete air heat pump and the outer part of an air heat pump in split design.
Die Luftwärmepumpe 1 weist einen Lamellenluftwärmetauscher 1a, einen Ventilator 1b, sowie weitere in Fig. 1 nicht dargestellte Komponenten, wie Armaturen, ein Gehäuse usw. auf. Oberhalb der Luftwär- mepumpe 1 ist ein in etwa halbkugelförmig gestalteter Solarkollektor 2 zu erkennen, der als oberer Deckabschluss des Wärmepumpengehäuses der Luftwärmepumpe 1 gestaltet ist und auch als Schutzdach für den sich darunter befindlichen Ventilator 1b des Luftwärmepumpe 1 dient. Der auf der Wärmepumpe 1 installierte Solarkollektor 2 kann als integraler, d.h. einstückiger, Bestandteil des Wärmepumpengehäuses ausgebildet oder kann lösbar an dem Wärmepumpengehäuse montiert sein.The air heat pump 1 has a laminated air heat exchanger 1a, a fan 1b, and other not shown in Fig. 1 components, such as fittings, a housing, etc. on. Above the air heat pump 1, a roughly hemispherical designed solar collector 2 can be seen, which is designed as the upper Deckabschluss the heat pump housing of the air heat pump 1 and also serves as a shelter for the underlying fan 1b of the air heat pump 1. The solar collector 2 installed on the heat pump 1 may be designed as an integral, i. integral, formed part of the heat pump housing or may be detachably mounted on the heat pump housing.
Der Solarkollektor 2 weist eine Absorberfläche 2a sowie mehrere spi- ral- bzw. wendeiförmig verlaufende Rohrleitungen 2b auf, die entweder innerhalb der Absorberfläche 2a oder in Strahlungsrichtung be- trachtet unterhalb der Absorberfläche 2a angeordnet sind und zur Weiterleitung der aus der direkten Strahlung oder aus der Außenluft aufgenommenen Wärmeenergie dienen. Die Rohrleitungen 2b sind Teil eines ein Wärmeträgerfluid, etwa Glykol, führenden Kreislaufs KF, was im Folgenden anhand der Darstellung in Fig. 10 noch näher erläutert werden wird.The solar collector 2 has an absorber surface 2 a as well as a plurality of spirally or helically running pipelines 2 b which are either located inside the absorber surface 2 a or in the radiation direction. seeks below the absorber surface 2a are arranged and serve to forward the received from the direct radiation or from the outside air heat energy. The pipelines 2b are part of a heat transfer fluid, such as glycol, leading circuit K F , which will be explained in more detail below with reference to the illustration in FIG.
Die Solarenergieaufnahmefläche 2a kann auch direkt als wärmeträger- führendes Element ausgeführt sein. Über der energieabsorbierenden Fläche 2a ist eine licht- und strahlungsdurchlässige Haube oder Platte möglichst luftundurchlässig montiert, so dass sich unterhalb der Haube ansammelnde, warme Luft nicht nach oben entweichen kann.The solar energy receiving surface 2a can also be designed directly as a heat carrier leading element. Above the energy absorbing surface 2a, a light and radiation permeable hood or plate is mounted as impermeable to air as possible, so that warm air which collects below the hood can not escape upwards.
Die Ausführung der Wärmeträgerleitungen bzw. der Rohrleitungen 2b ist entweder gemäß den Anforderungen für wässrige Solarflüssigkeiten und/oder für Kältemittel als Verdampferrohre.The design of the heat carrier lines or the pipes 2b is either in accordance with the requirements for aqueous solar liquids and / or refrigerant as evaporator tubes.
Bei der Ausführung in Fig. 1 weist die Wärmeversorgungsvorrichtung 100 einen Luftwärmetauscher 1 in Zylinderbauform unterhalb des als halbkugelförmige Abdeckung gestalteten Solarkollektors 2 auf. Der als zylinderförmiger Unterbau gestaltete Luftwärmetauscher 1 setzt sich neben Chassis und Gehäusebauteilen aus dem außen, walzenförmig angeordneten Lamellenluftwärmetauscher 1a, dem Ventilator 1b, sowie eventuell anderen technischen Bauteilen im Inneren zusammen. Die Luftwärmepumpe 1 zeichnet sich durch eine, durch die Lamellen gebildete, sehr große Wärmeaustauschfläche aus, die sich radial vom Zentrum des zylindrischen Luftwärmetauschers 1a aus oder in zueinander paralleler Ausrichtung erstrecken können. Da der Wärmeenergiegehalt der Luft relativ gering ist, sind große Flächen erforderlich, die von der Außenluft überströmt werden, um technisch sinnvolle Wärmegewinne für die Wohnraumheizung und Brauchwasserbereitung zu ermöglichen. Die Luft wird zum Zwecke des genannten Wärmegewinnes in der Regel mit einem oder mehreren Ventilatoren 1b mechanisch über den Lamelleluftwärmetauscher 1a befördert und von diesem abgekühlt. Die Abkühlung der Luft über die Lamellentauscher 1a geschieht durch die Verdampfung eines siedenden Kältemittels in den Rohleitungen desselben, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind. Ebenso kann der gleiche Effekt durch die Führung eines unter die Temperatur der Außenluft abgekühlten wässrigen Wärmetransportmediums in den Rohrleitungen des Lamellentauschers 1b erreicht werden. Die gewon- nene Wärme wird, wie bereits beschrieben, mit Hilfe eines Verdichters auf ein nutzbringendes, höheres Temperaturniveau gebracht.In the embodiment in FIG. 1, the heat supply device 100 has an air heat exchanger 1 in the cylinder design below the solar collector 2 designed as a hemispherical cover. The designed as a cylindrical substructure air heat exchanger 1 is next to chassis and housing components from the outside, roller-shaped arranged laminated air heat exchanger 1a, the fan 1b, and possibly other technical components inside together. The air heat pump 1 is characterized by a, formed by the fins, very large heat exchange surface, which may extend radially from the center of the cylindrical air heat exchanger 1a or in parallel alignment. Since the thermal energy content of the air is relatively low, large areas are required, which are covered by the outside air to technically meaningful heat gains for domestic heating and dhw to enable. The air is for the purpose of said heat gain usually with one or more fans 1b conveyed mechanically over the slat air heat exchanger 1a and cooled by this. The cooling of the air over the lamellae 1a is done by the evaporation of a boiling refrigerant in the pipelines thereof, which are not shown in Fig. 1. Likewise, the same effect can be achieved by the guidance of a cooled under the temperature of the outside air aqueous heat transport medium in the pipes of the fin exchanger 1b. The heat gained is, as already described, brought to a useful, higher temperature level with the aid of a compressor.
Der halbkugelförmige Aufsatz ist technisch ähnlich aufgebaut wie ein herkömmlicher Solarflachkollektor. Die formgebende Außenhaut be- steht aus lichtdurchlässigem Material wie z.B. Glas, Plexiglas oder Ac- rylglas. Unterhalb der Außenhaut ist im luftabgeschlossenen Raum die eigentliche Absorberfläche 2a für die Aufnahme der Strahlungsenergie der Sonne in einem bestimmten Abstand angeordnet. Die Absorberfläche 2a ist zumeist farblich in Schwarztönen gehalten und be- steht aus Material welches die Aufnahme der Energie fördert. Unterhalb oder als integraler Bestandteil der Absorberfläche 2a ist ein Rohrleitungssystem 2b fest mit der Absorberfläche 2a verbunden. In den Rohrleitungen 2b bewegt sich ein Wärmetransortmedium welches der Absorberfläche 2a die Wärme entzieht. Das Wärmetransportmedium ist bei herkömmlichen Solarkollektoren in der Regel eine wässrige Salzlösung oder ein Wassergemisch welches mit Gefrierschutzmittel angereichert ist. Die aufgenommene Wärme wird durch den Wärmeträger an andere Bauteile, z.B. Pufferspeicher, mittels eines hydraulischen Systems weitergeleitet. Daraus folgt, dass das Temperaturni- veau des Wärmeträgers höher sein muss, als die Temperatur des Speicherwassers des eventuellen Pufferspeichers, als Empfänger der War- meenergie, um nach den physikalischen Gesetzen Wärme zu nutzen. Das bedeutet, dass bei herkömmlichen Solarkollektoren nur Wärmemengen mit Temperaturen in der Regel mehrheitlich deutlich über 450C genutzt werden können.The hemispherical attachment is technically similar to a conventional solar flat collector. The shaping outer skin consists of translucent material such as glass, Plexiglas or acrylic glass. Below the outer skin, the actual absorber surface 2a for the absorption of the radiation energy of the sun is arranged at a certain distance in the air-sealed space. The absorber surface 2a is usually colored in black and consists of material which promotes the absorption of energy. Below or as an integral part of the absorber surface 2a, a piping system 2b is fixedly connected to the absorber surface 2a. In the pipes 2b moves a heat transfer medium which the absorber surface 2a removes the heat. The heat transport medium is in conventional solar collectors usually an aqueous salt solution or a water mixture which is enriched with antifreeze. The absorbed heat is forwarded by the heat transfer medium to other components, eg buffer storage, by means of a hydraulic system. It follows that the temperature level of the heat transfer medium must be higher than the temperature of the storage water of the possible buffer storage, as the recipient of the storage meenergie to use heat according to the laws of physics. This means that in conventional solar collectors only amounts of heat with temperatures generally in the majority well above 45 0 C can be used.
Die hier beschriebene Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass neben der herkömmlichen direkten Nutzung der Solarenergie auch die durch den Solarkollektor gewonnene Wärme unter einer Temperatur von 450C genutzt werden kann. Dies geschieht durch die Transformierung der durch den Solarkollektor aufgenommenen Wärmeenergie mit Hilfe des Wärmepumpenprozesses nach den bekannten thermodynamischen Prinzipien auf ein höheres Temperaturniveau. Die genannten Rohrleitungen 2b können wie herkömmlich wässrige Gemische oder Lösungen oder verdampfendes Kältemittel des Wärmepumpenprozesses direkt führen. Letzteres erhöht den Wirkungsgrad des Wärmepumpenprozesses deutlich. Es ist gemäß der Erfindung möglich, dass die Absorberfläche 2a mit einem hybriden Rohrsystem ausgestattet ist, wobei ein hydraulisches Rohrsystem und ein Kältemittelsystem entsprechend des Carnot- Prozesses oder als Wärmerohrsystem (Heatpipe) gepaart sein können.The invention described here is characterized in that in addition to the conventional direct use of solar energy and the heat gained by the solar collector can be used at a temperature of 45 0 C. This is done by transforming the thermal energy absorbed by the solar collector with the help of the heat pump process according to the known thermodynamic principles to a higher temperature level. Said pipelines 2b can lead directly as conventional aqueous mixtures or solutions or evaporating refrigerant of the heat pump process. The latter significantly increases the efficiency of the heat pump process. It is possible according to the invention that the absorber surface 2a is equipped with a hybrid pipe system, wherein a hydraulic pipe system and a refrigerant system according to the Carnot process or as a heat pipe system (heat pipe) can be paired.
Die anhand der Ausführung in Fig. 1 beschriebenen Geometrien sind nicht obligatorisch. Fig. 2 zeigt mögliche geometrische Abwandlungen des Solarkollektors 2, der gemäß Variante v2a zylindrisch, gemäß Va- riante v2b kegelförmig und gemäß Variante v2ac kubisch ausgeführt sein kann. Fig. 3 zeigt mögliche geometrische Abwandlungen der Luftwärmepumpe 1, die gemäß Variante via kubisch mit einer V- förmigen Anordnung der Lamellen, gemäß den Varianten v1b und v1c kubisch mit vertikal angeordneten Lamellen ausgeführt sein kann, wo- bei jeweils ein oder mehrere Ventilatoren 1b vorgesehen sein können. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fign. 4a, b dargestellt. Im Gegensatz zu der ersten Ausführung gemäß den Figuren 1 bis 3, bei welcher der Solarkollektor 2 und die Luftwärmepumpe 1 funktionell voneinander getrennt sind, sind bei der Ausführung ge- maß Fign. 4a,b beide Bauteile zu einer funktionellen Einheit miteinander verschmolzen. Zu erkennen ist, dass die Lamellen des Lamellen- luftwärmetauschers 1a gleichzeitig eine Absorberfläche 2a des Solarkollektors 2 bilden. Wie insbesondere auch die Schnittdarstellung in Fig. 6 erkennen lässt, bilden die Oberflächen der Lamellen 9 die Ab- sorberflächen 2a zur Aufnahme der Sonnenenergie. Aus diesem Grund sind die Lamellen 9 in Schwarztönen gehalten, um eine möglichst effiziente Absorption der Sonnenstrahlung zu erreichen. Die durch die Absorption der Sonnenstrahlung aufgenommene Wärme wird auf die das Wärmeträgerfluid führende Rohrleitung 2b des Solarkollektors 2, welche sich durch die Lamellen 9 hindurch erstreckt, übertragen und abgeführt. Gleichzeitig wird die durch das Umströmen der Lamellen 9 mit Umgebungsluft auf diese übertragene Wärmeenergie auf das Wärmeträgerfluid der Rohrleitung 2b übertragen. Bei diesem Wärmeträgerfluid handelt es sich um eine wässrige Salzlösung bzw. ein Wasser- gemisch.The geometries described with reference to the embodiment in Fig. 1 are not mandatory. FIG. 2 shows possible geometrical modifications of the solar collector 2, which according to variant v2a may be cylindrical, conical in accordance with variant v2b and cubic in variant v2ac. 3 shows possible geometric modifications of the air heat pump 1, which according to the variant can be cubic with a V-shaped arrangement of the lamellae, according to variants v1b and v1c can be cubic with vertically arranged lamellae, whereby one or more fans 1b are provided in each case could be. Another embodiment of the invention is shown in FIGS. 4a, b shown. In contrast to the first embodiment according to Figures 1 to 3, in which the solar collector 2 and the air heat pump 1 are functionally separated from each other, are dimensioned in the embodiment Fign. 4a, b fused both components together to form a functional unit. It can be seen that the lamellae of the lamellar air heat exchanger 1a simultaneously form an absorber surface 2a of the solar collector 2. As can also be seen in particular from the sectional illustration in FIG. 6, the surfaces of the lamellae 9 form the absorber surfaces 2 a for receiving the solar energy. For this reason, the fins 9 are held in black to achieve the most efficient absorption of solar radiation. The heat absorbed by the absorption of the solar radiation is transferred to the heat transfer fluid-carrying pipe 2b of the solar collector 2, which extends through the fins 9 therethrough, and dissipated. At the same time, the heat energy transferred to the heat transfer fluid of the pipeline 2b is transferred to the ambient air by the flow around the fins 9. This heat transfer fluid is an aqueous salt solution or a water mixture.
Zusätzlich zu den Rohrleitungen 2b sind in die Lamellen 9 auch die Rohrleitungen 2c des für den Betrieb der Luftwärmepumpe 1 erforderlichen Kältemittelkreislaufs enthalten, in welchen ein bei niedrigen Temperaturen siedendes Kältemittel geführt wird. Die Rohrleitungen 2b und 2c verlaufen zueinander parallel und treten senkrecht durch die Oberflächen der Lamellen 9 hindurch. Die Lamellen 9 sind von länglicher Form in strahlenförmiger Ausrichtung etwa ringförmig angeordnet, so dass sich ein insgesamt hohlzylindrisches Gebilde ergibt, in dessen Zentrum der Ventilator 1 b angeordnet ist. Im Gegensatz zur Ausführung gemäß Fig. 1, bei welcher der Ventilator 1 b oberhalb der Lamellen angeordnet ist und die Luft von oben nach unten durch Erzeugung eines Überdrucks über die Lamellen gefördert wird, erzeugt der Ventilator 1b bei der Ausführung gemäß Fig. 4 einen Unterdruck, über welchen die Umgebungsluft über die Lamellen 9 gefördert wird.In addition to the pipes 2b, the pipes 2c of the refrigerant circuit required for the operation of the air heat pump 1 are also contained in the fins 9, in which a refrigerant boiling at low temperatures is conducted. The pipes 2b and 2c are parallel to each other and pass vertically through the surfaces of the fins 9 therethrough. The lamellae 9 are arranged in an annular shape in an oblong shape in a radial orientation, resulting in an overall hollow cylindrical structure, in the center of which the ventilator 1b is arranged. In contrast to the embodiment of FIG. 1, in which the fan 1 b is arranged above the slats and the air is conveyed from top to bottom by generating an overpressure on the slats, the fan 1b generates in the embodiment of FIG. 4, a negative pressure , via which the ambient air is conveyed via the fins 9.
Insgesamt ergibt sich ein sowohl solare Energie wie auch Energie aus der Umgebungsluft absorbierendes Element, im Prinzip ein Solar-Luft- Energieabsorber.Overall, both a solar energy as well as energy from the ambient air absorbing element, in principle, a solar-air energy absorber.
In Fig. 4b ist ferner der Kompressor 7 zu erkennen, über welchen das in den Rohrleitungen 2c geführte Kältemittel verdichtet und damit in einem Wärmepumpenprozess auf ein höheres Temperaturniveau trans- formiert werden kann.In Fig. 4b, the compressor 7 can also be seen, through which the refrigerant guided in the pipes 2c compressed and thus can be transformed in a heat pump process to a higher temperature level.
In den Fign. 4a,b ferner dargestellt ist eine Haube 3 aus transparentem Material, beispielsweise Glas, Plexiglas oder ähnlichen Materialien, die über den Solarkollektor 2 bzw. die Lamellen 9 der Luftwär- mepumpe 1 gestülpt ist. Die Haube 3 weist einen Abstand a gegenüber den Lamellen 9 auf, so dass ein ringförmiger Zwischenraum 4 entsteht, der sich unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung nach Art eines Treibhauses aufheizt. Die in dem Zwischenraum zur Verfügung stehende Luftwärme geht über die Lamellen 9 und im Bereich zwischen den Lamellen 9 direkt auf die Rohrleitungen 2b und 2c und damit auf die in diesen geführten Medien über.In the Fign. 4a, b further shown is a hood 3 made of transparent material, such as glass, Plexiglas or similar materials, which is slipped over the solar collector 2 and the fins 9 of the Luftwär- mepumpe 1. The hood 3 has a distance a with respect to the slats 9, so that an annular space 4 is formed, which heats up under the influence of solar radiation in the manner of a greenhouse. The available in the space air heat passes through the fins 9 and in the area between the fins 9 directly on the pipes 2b and 2c and thus on the guided in these media over.
Seitlich am Gehäuse ist ein Lufteintritt 5 vorgesehen, über welchen Luft aus der Umgebung in das Innere der Haube 3 eintritt und auf- grund des durch den Ventilator 1b erzeugten Unterdrucks über die Oberfläche der Lamellen 9 geführt wird. Um eine effiziente Überströ- mung der Lamellen zu erreichen, ist in Einströmrichtung betrachtet hinter dem Lufteintritt 5 eine Umlenkplatte 18 vorgesehen, welche die eintretende Luft zunächst tangential in den Ringraum 4 umlenkt, von wo aus sie dann entsprechend dem im Zentrum der Anordnung über den Ventilator 1b generierten Unterdruck radial ein- und abwärts entlang der Oberfläche der Lamellen 9 gefördert wird, vgl. Fig. 6.On the side of the housing, an air inlet 5 is provided, via which air from the environment enters the interior of the hood 3 and, due to the negative pressure generated by the fan 1b, is guided over the surface of the lamellae 9. To ensure efficient overflow mung of the slats, viewed in the inflow direction behind the air inlet 5, a baffle 18 is provided, which initially deflects the incoming air tangentially into the annular space 4, from where they then radially corresponding to the generated in the center of the arrangement on the fan 1b negative and is conveyed downwards along the surface of the lamellae 9, cf. Fig. 6.
Alternativ ist es auch möglich, mehrere über den Umfang der Wärmeversorgungsvorrichtung verteilte Lufteinlässe 5 vorzusehen, wie bei- spielsweise Fig. 7 eine symmetrische Anordnung zweier, sich gegenüberliegender Lufteintritte 5 zeigt.Alternatively, it is also possible to provide a plurality of air inlets 5 distributed over the circumference of the heat supply device, such as, for example, FIG. 7 shows a symmetrical arrangement of two, opposing air inlets 5.
Wie die Figuren in Fig. 5 und 6 zeigen, ist der Lufteintritt 5 mit rollo- bzw. jalousieartigen Schließelementen 10 versehen, über welche der Lufteintritt 5 geschlossen werden kann. Grundsätzlich ist die Anordnung von Schließelementen funktionstechnisch nicht erforderlich, verbessert aber das Betriebsverhalten. Der Lufteintritt 5 sollte jedoch zumindest mit einem Wetterschutzgitter versehen sein. Der im unteren Bereich der Wärmeversorgungsvorrichtung vorgesehene Luftaus- tritt 11 mit Lamellenelementen als Wetterschutz ausgeführt. Gemäß der Ausführung in den Fign. 4a, b kann alternativ ein , Gitter vorgesehen sein. Um den Wartungsaufwand zu minimieren, kann der Luftaustritt mit Schließelementen 10 versehen sein. Während der Stillstandphasen der Wärmepumpe wird so der Eintritt von Verunreinigungen, Ungeziefer und Staub verhindert. Ferner kann der Lufteintritt 5 mit einem Maschengitter als Filterelement gegen grobe im Ansaugluftstrom mitgeführte Verunreinigungen versehen sein.As the figures in Fig. 5 and 6 show, the air inlet 5 is provided with roller blind or blind-like closing elements 10, via which the air inlet 5 can be closed. Basically, the arrangement of closing elements is functionally not required, but improves the performance. However, the air inlet 5 should at least be provided with a weather protection grid. The provided in the lower part of the heat supply device Luftaus- outlet 11 with lamellar elements designed as weather protection. According to the embodiment in FIGS. 4a, b may alternatively be provided a grid. In order to minimize maintenance, the air outlet may be provided with closing elements 10. During the stoppage phases of the heat pump, the entry of impurities, vermin and dust is thus prevented. Furthermore, the air inlet 5 may be provided with a mesh screen as a filter element against coarse impurities carried in the intake air flow.
Bei den Ausführungen gemäß den Fign. 4a, 4b und 5 ist der Solarkol- lektor 2 nicht nur im Bereich der Lamellen 9 des Luftwärmetauschers 1 angeordnet, sondern die solare Absorptionsfläche ist durch einen halbkugelförmigen Solarkollektorbereich 19, der wiederum ähnlich zu der Darstellung in Fig. 1 einen oberen Deckabschluss des Gehäuses 24 der Luftwärmepumpe 1 bildet, erweitert. Die durch die Lamellen 9 verlaufenden Rohrleitungen 2b sind mit den Rohrleitungen 2b des So- larkollektorbereichs 19 durchflussverbunden. Durch das Vorsehen des Bereichs 19 ergibt sich unterhalb der in diesem Bereich vorgesehenen Rohrleitungen 2b ein Luftraum 8, in welchem sich von der Sonne erwärmte Umgebungsluft sammeln kann.In the embodiments according to FIGS. 4a, 4b and 5, the solar collector 2 is arranged not only in the region of the fins 9 of the air heat exchanger 1, but the solar absorption surface is by a hemispherical solar collector region 19, which in turn forms a top cover of the housing 24 of the air heat pump 1 similar to the representation in FIG. The pipes 2b passing through the fins 9 are flow-connected to the pipes 2b of the solar collector region 19. By providing the area 19, an air space 8, in which ambient air heated by the sun is obtained, can be obtained below the pipelines 2b provided in this area.
In den Figuren 8 und 9 ist eine Ausführung dargestellt, bei welcher nicht nur ein Ventilator 1b, sondern mehrere übereinander liegende Ventilatoren 1b die Umgebungsluft über die Lamellen 9 befördern.In the figures 8 and 9, an embodiment is shown in which not only a fan 1b, but a plurality of superimposed fans 1b convey the ambient air over the fins 9.
Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Wärmeversorgungsvorrich- tung 100 wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der schaubildichen Ü- bersichtsdarstellung in Fig. 10 erläutert.The mode of operation of the heat supply device 100 according to the invention is explained below with the aid of the diagrammatic overview in FIG. 10.
Wie Fig. 10 im linken Teil zu entnehmen ist, bilden die das wässrige Wärmeträgerfluid führenden Rohrleitungen 2b einen geschlossenen Kreislauf KF. Der Kreislauf KF führt in der in den Figuren 4 bis 9 dargestellten Weise, die in Fig. 10 aus Gründen der Übersichtlichkeit vereinfacht dargestellt ist, durch die Lamellen 9 und den Absorberabschnitt 19 angetrieben über eine Pumpe 20 zu einem Wärmetauscher 12. Bei dem Wärmetauscher 12 handelt es sich um einen Mehrfach- Wärmetauscher, beispielsweise einen Mehrfachplattenwärmetauscher. Beim Durchströmen des Wärmetauschers 12 gibt das Wärmeträgerfluid seine Wärme an einen Nutzwasserkreislauf KN ab, über welchen die Wärme dann getrieben über eine Pumpe 22 einem Pufferspeicher 21 zugeführt wird, von welchem aus die Wärme zum Beheizen des Ge- bäudes oder zur Erwärmung von Brauchwasser zur Verfügung steht. Nach Durchlaufen des Wärmetauschers 12 gelangt das danach abgekühlte Wärmeträgerfluid zurück in die Wärmeversorgungsvorrichtung 100 und durchläuft die Lamellen 9 sowie den Absorberabschnitt 19 erneut.As can be seen from FIG. 10 in the left part, the conduits 2b carrying the aqueous heat transfer fluid form a closed circuit K F. The circuit KF leads in the manner shown in Figures 4 to 9, which is shown in Fig. 10 simplified for reasons of clarity, driven by the fins 9 and the absorber section 19 via a pump 20 to a heat exchanger 12. In the heat exchanger 12th it is a multiple heat exchanger, such as a multi-plate heat exchanger. As it flows through the heat exchanger 12, the heat transfer fluid transfers its heat to a useful water circuit KN, via which the heat is then fed via a pump 22 to a buffer storage 21, from which the heat is available for heating the building or for heating process water stands. After passing through the heat exchanger 12, the subsequently cooled heat transfer fluid passes back into the heat supply device 100 and passes through the fins 9 and the absorber section 19 again.
Die vorstehend beschriebene Betriebsweise kommt immer dann zum Einsatz, wenn die über die Sonneneinstrahlung aufgenommene Wärme auf einem Temperaturniveau liegt, welches zur Einspeisung in den Pufferspeicher 21 ausreicht. Diese Temperatur kann beispielsweise bei 40°C angenommen werden. Fällt die an den solaren Absorptionsflächen anliegende Temperatur unter den Wert von beispielsweise 40° C, liegt die Temperatur unter jener des Pufferspeichers 21, so dass es nicht möglich ist, die über den Solarkreislauf KF aufgenommene Wärme direkt in diesen einzuspeisen.The above-described mode of operation is always used when the heat absorbed by the solar radiation is at a temperature level which is sufficient for feeding into the buffer memory 21. This temperature can be assumed, for example at 40 ° C. If the temperature applied to the solar absorption surfaces falls below the value of, for example, 40 ° C., the temperature is lower than that of the buffer store 21, so that it is not possible to feed the heat absorbed by the solar cycle KF directly into the latter.
Für den Fall, dass die Temperatur an der Absorberfläche unter einen von der Regelungstechnik ermittelten kritischen Wert fällt, sind daher Umstellmittel 13 vorgesehen, die den Verlauf des in den Rohrleitungen 2b geführten Wärmeträgerfluids derart umlenken, dass dieses nicht mehr durch den Wärmetauscher 12 geführt wird. Die Umlenkung des Wärmeträgerfluidstroms in den Rohrleitungen 2b unterhalb einer solaren Temperatur von beispielsweise 400C kann in Abhängigkeit der Temperatur der Umgebungsluft auf verschiedene Weisen erfolgen, was nachfolgend erläutert werden wird.In the event that the temperature at the absorber surface falls below a critical value determined by the control technology, switching means 13 are therefore provided which deflect the course of the heat transfer fluid conducted in the pipes 2b in such a way that it is no longer guided through the heat exchanger 12. The deflection of the heat transfer fluid flow in the pipes 2b below a solar temperature of for example 40 0 C can be done in different ways depending on the temperature of the ambient air, which will be explained below.
In einem relativ hohen Temperaturbereich der Umgebungsluft von z.B. 7 bis 20° C und nicht ausreichender Temperatur an der Absorberfläche wird durch das beim Ausführungsbeispiel als Dreiwegeventil gestaltete Umstellmittel 13 der Durchfluss zum Wärmetauscher 12 gesperrt, und das Wärmeträgerfluid in Richtung der gestrichelten Pfeile direkt durch die Wärmeversorgungsvorrichtung 100 bzw. die Lamellen 9 sowie den Solarkollektorbereich 19 geleitet. Bei dieser Betriebsweise bilden die Leitungen 2b des Solarkreislaufs KF und die Leitungen 2c des ein Kältemittel führenden Luftwärmepumpenkreislaufs Kκ untereinander eine Art Wärmetauscher. Das in den Rohrleitungen 2b strömende Wär- meträgerfluid nimmt insbesondere im Bereich des Kollektorabschnitts 19, in welchem sich bei Sonneneinstrahlung erwärmte Umgebungsluft staut, über die in diesem Bereich verlaufenden Abschnitte der Rohre 2b Wärme auf. Die dort aufgenommene Wärme wird dann beim Durchlaufen der Lamellen 9 über die Lamellen 9 dem Kältemittelkreislauf Kκ der Luftwärmepumpe 1 zugeführt.In a relatively high temperature range of the ambient air of eg 7 to 20 ° C and insufficient temperature at the absorber surface is blocked by the embodiment designed as a three-way valve Umstellmittel 13 13 the flow to the heat exchanger 12, and the heat transfer fluid in the direction of the dashed arrows directly through the heat supply device 100 or the slats 9 and the Solar collector area 19 headed. In this mode of operation, the lines 2b of the solar circuit KF and the lines 2c of the refrigerant-carrying air-heat pump circuit K κ form a kind of heat exchanger with one another. The heat-transfer fluid flowing in the pipelines 2b absorbs heat in particular in the area of the collector section 19, in which ambient air heated by solar radiation accumulates on the sections of the tubes 2b extending in this area. The heat absorbed there is then supplied to the refrigerant circuit K κ of the air heat pump 1 when passing through the fins 9 via the fins 9.
Bei noch niedrigeren Temperaturen der Umgebungsluft im Bereich von z.B. - 2 bis 7°C wird über das Umstellelement 13 der Fluss des Wär- meträgerfluids in den Rohrleitungen 2b entsprechend des in Fig. 10 punktiert dargestellten Verlaufs umgelenkt. Dabei wird die in der Wärmeversorgungsvorrichtung 100 aufgenommene Wärme über einen Wärmetauscher 17 dem Kältemittelkreislauf KK zugeführt. Diese Betriebsweise kommt auch bei Wärmeversorgungsvorrichtungen 100 mit offen liegenden und damit dem Wind ausgesetzten Lamellen in Be- tracht.At even lower ambient air temperatures in the range of e.g. 2 to 7 ° C., the flow of the heat transfer fluid in the pipelines 2b is deflected via the changeover element 13 in accordance with the course shown in dotted lines in FIG. In this case, the heat absorbed in the heat supply device 100 is supplied via a heat exchanger 17 to the refrigerant circuit KK. This mode of operation also comes into consideration in heat supply devices 100 with lamellae exposed and thus exposed to the wind.
Bei Umgebungslufttemperaturen im Bereich von z.B. - 2 bis 200C wird Luft über die Lamellen 9 des Luftwärmetauschers gefördert. Hierdurch wird Wärmeenergie in den Kältemittelkreislauf Kκ eingebracht, die in Abhängigkeit der solaren Temperaturen, wie vorstehend beschrieben, über den solaren Kreislauf KF ergänzt werden kann. Bei dem Kreislauf Kκ handelt es sich um einen Wärmepumpenkreislauf, bei dem ein Kältemittel in den Rohrleitungsabschnitten der Lamellen 9 beim Überströmen der Umgebungsluft verdampft bzw. siedet, anschließend über einen Kompressor 23 verdichtet und damit auf höhere Temperaturen gebracht wird, die dann zur Aufladung des Pufferspeichers 21 über den Wärmetauscher 12 ausreichen.At ambient air temperatures in the range of eg - 2 to 20 0 C, air is conveyed via the fins 9 of the air heat exchanger. As a result, heat energy is introduced into the refrigerant circuit K κ , which can be supplemented as a function of the solar temperatures, as described above, via the solar cycle K F. The circuit K κ is a heat pump cycle in which a refrigerant in the pipe sections of the fins 9 evaporates or boils when the ambient air flows over, then compressed via a compressor 23 and thus to higher temperatures is brought, then sufficient to charge the buffer memory 21 via the heat exchanger 12.
Die Umschaltung des Umstellmittels 13 erfolgt vollautomatisch, wozu Solartemperatursensoren 14 die Temperatur an den die solare Strahlung absorbierenden Flächen des Solarkollektors 2 ermitteln und Lufttemperatursensoren 15 zur Erfassung der Umgebungslufttemperatur über ein Steuerelement 16 mit dem Umstellmittel 13 wirkverbunden sind. Weiterhin wird von der Regelungstechnik als Kriterium für die Auslösung einer Umschaltung das Energieniveau im Pufferspeicher ü- berwacht. Sekundär werden eine Reihe weiterer Messdaten permanent ausgewertet um stets einen wirtschaftlich günstigen Betriebsmodus einzustellen.The switching of the switching means 13 is fully automatic, including solar temperature sensors 14 determine the temperature of the solar radiation absorbing surfaces of the solar collector 2 and air temperature sensors 15 are operatively connected to detect the ambient air temperature via a control element 16 with the switching means 13. Furthermore, the energy level in the buffer memory is monitored by the control technology as a criterion for triggering a changeover. Secondarily, a number of other measurement data are permanently evaluated in order to always set an economically favorable operating mode.
Die erfindungsgemäße Anordnung der verschiedenen Systembauteile ermöglicht eine gute Ausnutzung des naturgemäßen Potentials direkter Sonnenstrahlungsenergie und Außenluftenergie in einer kompakt bauenden Vorrichtung. In tages- oder jahreszeitlich bedingten Versorgungszeiten mit zu geringer oder ohne jegliche Sonnenstrahlungsener- gie stellt ausschließlich die Außenluftwärmepumpe 1 die benötigte Wärmeenergie bereit. In Versorgungszeiten mit geringer Sonnenstrahlung wird die Luftwärmepumpe 1 durch den zusätzlichen Gewinn von solarer Wärme wirksam entlastet. Mittels zusätzlicher Kältemittelverdampfung im Solarkollektor 2 wird dieser gegenüber der Umgebungsluft unterkühlt. Durch die sich einstellende Tem- peraturdifferenz wird einerseits Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen und anderseits hauptsächlich das vorhandene Strahlungsangebot technisch sinnvoll ausgenutzt. Es entsteht durch die Unterkühlung der Kollektorflächen ein höheres negatives Strahlungspo- tential. Ein beispielsweises Temperaturangebot gemäß einer entsprechenden schwachen Einstrahlung von 30° C am Kollektor kann über die Wärmepumpe höher transformiert weitestgehend genutzt werden, was sonst nicht möglich wäre. In Weiterführung des gegebenen Beispiels hätte die Außenluft möglicherweise eine Temperatur von 7° C wodurch sich eine mögliche Verdampfungstemperatur des Carnot- Prozesses von -30C einstellt. Die Zuführung der im Solarkollektor 2 gewonnenen Wärme hebt die Verdampfungstemperatur und damit den Wirkungsgrad des Wärmepumpenprozesses deutlich an, z.B. auf 1 0C. Das bewirkt gemäß üblicher Berechnungsverfahren bei konstanter Stromaufnahme des Verdichters eine um 10% bis 15% höhere Wärme- leistung. Der vorstehend beschriebene Zustand der hybriden Nutzung beider Teilsysteme ist über weite Teile der Jahresbetriebszeiten anzutreffen. Somit erweitert sich auf der einen Seite die Versorgungszeit und die Energieausbeute des thermischen Solarsystems mit Unterstützung der Wärmepumpe und andererseits wird die Effizienz der Luft- Wärmepumpe mit Hilfe der Solaranlage wirksam erhöht.The inventive arrangement of the various system components allows a good utilization of the natural potential of direct solar energy and outdoor air energy in a compact design device. In daily or seasonal supply times with too little or no solar radiation energy, only the outdoor air heat pump 1 provides the required heat energy. In times of supply with low solar radiation, the air heat pump 1 is effectively relieved by the additional gain of solar heat. By means of additional refrigerant evaporation in the solar collector 2, this is over-cooled relative to the ambient air. Due to the self-adjusting temperature difference, on the one hand heat from the ambient air is absorbed and on the other hand the existing radiation supply is used in a technically meaningful way. The supercooling of the collector surfaces results in a higher negative radiation potential. An example Temperatures offer according to a corresponding low irradiation of 30 ° C at the collector can on the Heat pump higher transformed to be used as far as possible, which would otherwise not be possible. In continuation of the given example, the outside air may have a temperature of 7 ° C which sets a possible evaporation temperature of the Carnot process of -3 0 C. The supply of the heat obtained in the solar collector 2 raises the evaporation temperature and thus the efficiency of the heat pump process significantly, for example to 1 0 C. This causes according to conventional calculation method with constant power consumption of the compressor by 10% to 15% higher heat output. The above-described state of hybrid use of both subsystems is to be found over a large part of the annual operating times. Thus, on the one hand, the supply time and the energy yield of the thermal solar system with the support of the heat pump extended and on the other hand, the efficiency of the air heat pump is effectively increased by means of the solar system.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit der direkten solaren Nutzung der Sonnenstrahlung. Durch reglungstechni- sche Erfassung eines am Solarkollektor anliegenden nutzbaren Tempe- raturniveaus, wird durch armaturentechnische Umsteuerung mittels Wärmeträgermedium die gewonnene Wärmeenergie direkt zum Pufferspeicher oder an andere Energieabnehmer weiter geleitet. Dazu wird nur die Energie der Umwälzpumpen benötigt. Die teure Energie für den Antrieb des Kompressors entfällt somit bei ausreichend hohen solaren Leistungen.Another advantage of the invention is the possibility of direct solar use of solar radiation. By means of control engineering detection of a usable temperature level applied to the solar collector, the recovered heat energy is passed on directly to the buffer storage tank or to other energy consumers by means of control technology by means of a heat transfer medium. This only requires the energy of the circulation pumps. The expensive energy for driving the compressor is thus eliminated with sufficiently high solar power.
Insgesamt ergibt sich aus der beschriebenen Betriebsweise eine sehr hohe Effizienz bei der Nutzung von regenerativer Sonnenenergie und Außenluftenergie zum Zwecke der Wohnraumbeheizung und für die Brauchwassererwärmung während aller Tages- und Jahreszeiten. Bezugszeichen:Overall, results from the described operation a very high efficiency in the use of renewable solar energy and outdoor air energy for the purpose of living space heating and for domestic water heating during all day and seasons. Reference numerals:
1 Luftwärmepumpe1 air heat pump
1a Lamellenluftwärmetauscher1a laminated air heat exchanger
1 b Ventilator1 b fan
2 Solarkollektor2 solar collector
2a Absorberfläche2a absorber surface
2b Rohrleitung2b pipeline
2c Rohrleitung2c pipe
3 Haube3 hood
4 Zwischenraum4 space
5 Lufteintritt5 air intake
6 Luftaustritt6 air outlet
7 Kompressor7 compressor
8 Luftraum8 airspace
9 Lamelle9 lamella
10 Schließelement10 closing element
11 Luftaustritt11 air outlet
12 Wärmetauscher12 heat exchangers
13 Umstellmittel13 changeover means
14 Solarsensor14 solar sensor
15 Luftsensor15 air sensor
16 Steuerelement16 control
17 Wärmetauscher17 heat exchangers
18 Umlenkplatte18 baffle plate
19 Absorberabschnitt19 absorber section
20 Pumpe20 pump
21 Pufferspeicher21 buffer memory
22 Pumpe 23 Kompressor22 pump 23 compressor
24 Gehäuse24 housing
100 Wärmeversorgungsvorrichtung100 heat supply device
a Abstanda distance
v2a Variante v2b Variante v2c Variantev2a Variant v2b Variant v2c Variant
via Variante v1b Variante v1c Variantevia Variant v1b Variant v1c Variant
KF KreislaufKF circulation
KK KreislaufKK circulation
KN Nutzwasserkreislauf K N utility water cycle

Claims

Patentansprüche claims
1. Wärmeversorgungsvorrichtung zum Beheizen von Gebäuden mit einem Solarkollektor (2) zur Aufnahme von Sonnenenergie, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine in baulicher Einheit mit dem Solarkollektor (2) verbundene Luftwärmepumpe (1) zur Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebungsluft.1. A heat supply device for heating buildings with a solar collector (2) for receiving solar energy, e e c e n e d d e r c h in an integrated unit with the solar collector (2) connected air heat pump (1) for receiving heat energy from the ambient air.
2. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (2) einen oberen2. Heat supply device according to claim 1, characterized in that the solar collector (2) has an upper
Deckabschluss eines Gehäuses (24) der Luftwärmepumpe (1 ) bildet.Deckabschluss a housing (24) of the air heat pump (1).
3. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (2) einen nach oben abgeschlossenen Luftraum (8) umhüllt.3. Heat supply device according to claim 2, characterized in that the solar collector (2) encloses an upwardly closed air space (8).
4. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (2) ein integraler Bestandteil des Gehäuses (24) der Luftwärmepumpe4. Heat supply device according to claim 2 or claim 3, characterized in that the solar collector (2) an integral part of the housing (24) of the air heat pump
(1 ) ist oder lösbar mit dem Gehäuse (24) der Luftwärmepumpe (1 ) verbunden ist.(1) is or is detachably connected to the housing (24) of the air heat pump (1).
5. Wärmeversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wärmeträgerfluidführende Rohrleitungen (2b) zur Weiterleitung der von dem Solarkollektor5. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized by heat transfer fluid-carrying pipelines (2b) for forwarding the of the solar collector
(2) aufgenommenen Wärme.(2) absorbed heat.
6. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarkollektor (2) eine Absorberfläche (2a) aufweist und dass die Rohrleitungen (2b) unterhalb der Absorberfläche (2a) verlaufen oder als integraler Bestandteil der Absorberfläche (2a) ausgebildet sind.6. Heat supply device according to claim 5, characterized in that the solar collector (2) has an absorber surface (2a) and that the pipes (2b) below the Absorber surface (2a) extend or are formed as an integral part of the absorber surface (2a).
7. Wärmeversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Absorberfläche (2a) eine die Außenhaut des Solarkollektors (2) bildende Fläche aus optisch transparentem Material vorgesehen ist.7. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized in that above the absorber surface (2 a), the outer skin of the solar collector (2) forming surface is provided from optically transparent material.
8. Wärmeversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftwärmepumpe (1 ) Lamellen (9) aufweist und der Solarkollektor (2) derart in die8. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the air heat pump (1) slats (9) and the solar collector (2) in such a way
Lamellen (9) der Luftwärmepumpe (1) eingebettet ist, dass die Oberflächen der Lamellen (9) Absorberflächen (2a) des Solarkollektors (2) bilden.Lamellae (9) of the air heat pump (1) is embedded, that form the surfaces of the lamellae (9) absorber surfaces (2a) of the solar collector (2).
9. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (2b) durch die Lamellen9. Heat supply device according to claim 8, characterized in that the pipes (2b) through the slats
(9) des Luftwärmetauschers (1 ), insbesondere quer zu deren Fläche, verlaufen.(9) of the air heat exchanger (1), in particular transverse to the surface run.
10. Wärmeversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftwärmepumpe (1 ) Rohrleitungen (2c) eines Kältemittelkreises aufweist, die durch die Lamellen (9) der Luftwärmepumpe (1 ), insbesondere quer zu deren Fläche, verlaufen.10. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the air heat pump (1) has pipelines (2c) of a refrigerant circuit passing through the lamellae (9) of the air heat pump (1), in particular transversely to its surface.
11. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (2b, 2c) parallel zueinander verlaufen.11. Heat supply device according to claim 9 and claim 10, characterized in that the pipes (2b, 2c) extend parallel to each other.
12. Wärmeversorgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (9) der Luftwärmepumpe (1 ) von einer transparenten Haube (3) umgeben sind.12. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the lamellae (9) of the Air heat pump (1) by a transparent hood (3) are surrounded.
13. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (3) einen Abstand (a) gegenüber den Lamellen (9) aufweist, wodurch ein sich unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung nach Art eines Treibhauses aufheizender Zwischenraum (4) entsteht.13. A heat supply device according to claim 12, characterized in that the hood (3) has a distance (a) relative to the slats (9), whereby a heating up under the influence of solar radiation in the manner of a greenhouse intermediate space (4).
14. Wärmeversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftwärmepumpe (1 ) einen Lufteintritt (5) zum Eintritt von Umgebungsluft aufweist, der schlitz- oder gitterförmig ausgebildet ist.14. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the air heat pump (1) has an air inlet (5) for the entry of ambient air, which is formed slit or lattice-shaped.
15. Wärmeversorgungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (2b) einen geschlossenen Kreislauf (Kp) bilden, dem über einen Wärmetauscher (12) Wärme entziehbar ist.15. Heat supply device according to one of the preceding claims, characterized in that the pipes (2b) form a closed circuit (Kp), which is heat-extractable via a heat exchanger (12).
16. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Umstellmittel (13), über welche der Wärmetauscher (12) bei bestimmten Umweltbedingungen aus dem Kreislauf (KF) herausschaltbar ist.16. Heat supply device according to claim 15, characterized by switching means (13), via which the heat exchanger (12) under certain environmental conditions from the circuit (K F ) can be switched out.
17. Wärmeversorgungsvorrichtung nach Anspruch 15 und/oder 16, gekennzeichnet durch Umstellmittel (13), mittels welcher der Kreislauf (KF) mit einem die Rohrleitungen (2c) der Luftwärmepumpe (1 ) durchströmenden Kältemittelkreislauf (KK) über einen Wärmetauscher koppelbar ist.17. Heat supply device according to claim 15 and / or 16, characterized by switching means (13) by means of which the circuit (K F ) with a the pipes (2c) of the air heat pump (1) flowing through the refrigerant circuit (KK) can be coupled via a heat exchanger.
18. Wärmeversorgungseinrichtung nach Anspruch 16 und/oder 17, gekennzeichnet durch einen Lufttemperatursensor (15) und einen Solartemperatursensor (14), die mit einer Steuereinheit (16) verbunden sind, welche in Abhängigkeit der erfassten Temperaturen eine Umstellung der Umstellmittel (13) bewirkt. 18. Heat supply device according to claim 16 and / or 17, characterized by an air temperature sensor (15) and a solar temperature sensor (14) connected to a control unit (16). are connected, which causes a change of the switching means (13) in dependence of the detected temperatures.
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