EP3483511A1 - Wärmeübergabestation - Google Patents

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EP3483511A1
EP3483511A1 EP18196782.9A EP18196782A EP3483511A1 EP 3483511 A1 EP3483511 A1 EP 3483511A1 EP 18196782 A EP18196782 A EP 18196782A EP 3483511 A1 EP3483511 A1 EP 3483511A1
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EP
European Patent Office
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heat
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supply line
output
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18196782.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Max Bankowski
Wolfgang Noll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1072—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D2220/02—Fluid distribution means
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    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/08—Storage tanks

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer station which transfers demand from heat sources at different temperature level to heat sinks having different temperature specifications as required.
  • the object of the present invention is to provide service water and heating heat as needed with the least possible energy losses.
  • FIG. 1 shows a heat transfer station 1 with a heat exchanger 2, which is connected to four terminals 3, 4, 5, 6, in which there is a first input 3, a first output 4, a second input 5 and a second output 6.
  • the first input 3 is fluidly connected via the heat exchanger 2 to the first output 4.
  • Disconnected therefrom via the heat exchanger surface of the heat exchanger 2 the second input 5 is connected in a fluid-conducting manner via the heat exchanger 2 to the second output 6.
  • a changeover valve 8 a circulating pump 9 which can be regulated in the delivery rate, and a mixing valve 10 are arranged one behind the other in a supply line 7.
  • the circulation pump 9 also has an integrated volume flow sensor.
  • the mixing valve 10 is connected to a respective connection to the second input 5, the second output 6, a first heat source supply line 11 and a second heat source supply line 12.
  • the second output 6 is connected to a heat source return line 13.
  • the switching valve 8 is connected to a respective connection to the second input 5, the supply line 7 and a heating circuit 15.
  • the second output 6 is connected to a heating circuit return 16.
  • the mixing valve 10 is always open to the second input 5, while the feeds to the second output 6, the first heat source supply line 11 and the second heat source supply line 12 continuously locked.
  • FIG. 2 shows the integration of the heat transfer station 1 with a controller 20 in a system.
  • WW hot water
  • KW fresh water
  • WW hot water
  • two heat sinks 17 are connected in the form of radiators in rooms to be heated.
  • a first stratified storage 18.1 is connected at its upper portion to the first heat source supply pipe 11 and at its lower portion to the heat source return pipe 13.
  • a second stratified storage 18.2 is connected at its upper portion to the second heat source supply line 12 and at its lower portion also to the heat source return line 13.
  • the second output 6 of the heat exchanger 2 is connected via a bypass line 19 to an input of the mixing valve 10.
  • the circulation pump 9 conveys the fluid to the heat exchanger 2, where it transfers thermal energy to service water, which flows via the fresh water supply of the inlet 3 through the heat exchanger 2 and the first outlet 4 to the hot water tapping point 14.
  • the first layer memory 18.1 is at a higher temperature level than the second layer memory 18.2.
  • the fluid, which flows to the second input 5 of the heat exchanger 2 is mixed as required in the mixing valve 10 from fluid from the first heat source supply line 11, the second heat source supply line 12 and / or return from the bypass line 17.
  • the higher the required temperature the more fluid from the first heat source supply line 11 is used, since there the highest temperature is withdrawn from the first layer memory 18.1.
  • At even lower temperatures required fluid from the second heat source flow line 12 can be mixed in the mixing valve 10 with fluid from the bypass line 19.
  • the switching valve 8 is switched such that the supply line 7 is connected to the heating circuit 15.
  • the circulation pump 9 takes over the delivery of the fluid, which leads via the heat sink 17 and the heating circuit return 16 to the heat source return line 13.
  • the circuit is analogous to the dhw requirement.
  • FIG. 3 shows a building installation with several heat transfer stations according to the invention 1.
  • Several heat transfer stations 1 have here together via a first layer memory 18.1 at a higher temperature level and a second layer memory 18.2 at a lower level.
  • a heat pump 21 has an environmental heat source 23 for transferring thermal energy from ambient air to a brine circuit 22.
  • the environmental heat source 23 may be an air heat exchanger, a geothermal heat exchanger, a groundwater heat exchanger or other source.
  • the brine circuit 22 can on the one hand serve the evaporator of the heat pump 21. On the other hand, heat can also be transferred from the brine circuit 22 to the second stratified storage 18.2 via a brine heat exchanger 24.
  • heat from a radiator which then acts as a heat sink 17 can be transmitted via a heat transfer station 1 to the second layer storage 18.2.
  • the stored heat can later be used again via the heat transfer station 1 for domestic water heating. If the stored heat can not be used meaningfully, the heat can be transmitted via the brine heat exchanger 24 to the brine circuit 22 and discharged into the environment heat source 23, for example an air heat exchanger to the environment.
  • the heat pump 21 can also be used with inverted process control as Klimaanalage; In this case as well, heat can ultimately be released to the environment via the environmental heat source 23, which in this case is a heat sink.

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Abstract

Bei einer Wärmeübergangstation (1) mit einem Wärmeübertrager (2), welcher mit vier Anschlüssen (3, 4, 5, 6) verbunden ist, bei denen es sich einer ersten Eingang (3), einen ersten Ausgang (4), einen zweiten Eingang (5) und einen zweiten Ausgang (6) handelt, wobei der erste Eingang (3) fluidführend über den Wärmeübertrager (2) mit dem ersten Ausgang (4) und der zweite Eingang (5) fluidführend über den Wärmeübertrager (2) mit dem zweiten Ausgang (6) verbunden ist, sind stromauf des zweiten Eingangs (5) in einer Zuführleitung (7) ein Umschaltventil (8), eine Umwälzpumpe (9) und ein Mischventil (10) angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeübergabestation, welche bedarfsgerecht Wärme von Wärmequellen auf unterschiedlichem Temperaturniveau auf Wärmesenken mit unterschiedlichen Temperaturvorgaben überträgt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bedarfsgerecht mit möglichst geringen Energieverlusten Brauchwasser und Heizungswärme zur Verfügung zu stellen.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1 eine erfindungsgemäße Wärmeübergabestation,
    • Figur 2 eine erfindungsgemäße Wärmeübergabestation in einer Etageninstallation und
    • Figur 3 eine Gebäudeinstallation mit mehreren erfindungsgemäßen Wärmeübergabestationen.
  • Figur 1 zeigt eine Wärmeübergangstation 1 mit einem Wärmeübertrager 2, welcher mit vier Anschlüssen 3, 4, 5, 6 verbunden ist, bei denen es sich einer ersten Eingang 3, einen ersten Ausgang 4, einen zweiten Eingang 5 und einen zweiten Ausgang 6 handelt. Der erste Eingang 3 ist fluidführend über den Wärmeübertrager 2 mit dem ersten Ausgang 4 verbunden. Hiervon über die Wärmetauscherfläche des Wärmeübertragers 2 getrennt, ist der zweite Eingang 5 fluidführend über den Wärmeübertrager 2 mit dem zweiten Ausgang 6 verbunden. Stromauf des zweiten Eingangs 5 sind hintereinander in einer Zuführleitung 7 ein Umschaltventil 8, eine in der Förderleistung regelbare Umwälzpumpe 9 und ein Mischventil 10 angeordnet ist. Die Umwälzpumpe 9 verfügt ferner über einen integrierten Volumenstromsensor. Das Mischventil 10 ist mit je einem Anschluss mit dem zweiten Eingang 5, dem zweiten Ausgang 6, einer ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung 11 und einer zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung 12 verbunden. Der zweite Ausgang 6 ist mit einer Wärmequellen-Rücklaufleitung 13 verbunden. Das Umschaltventil 8 ist mit je einem Anschluss mit dem zweiten Eingang 5, der Zuführleitung 7 und einem Heizkreisvorlauf 15 verbunden. Der zweiten Ausgang 6 ist mit einem Heizkreisrücklauf 16 verbunden. Das Mischventil 10 ist stets zum zweiten Eingang 5 geöffnet, während die Zuführungen zum zweiten Ausgang 6, der ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung 11 und der zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung 12 stetig verriegelbar.
  • Figur 2 zeigt die Einbindung der Wärmeübergangsstation 1 mit einem Regler 20 in ein System. An den ersten Eingang 3 ist eine Frischwasserzuführung (KW=Kaltwasser), an den ersten Ausgang 4 ist mindestens eine Warmwasserszapfstelle 14 (WW=Warmwasser) angeschlossen. Zwischen dem Anschluss für den Heizkreisvorlauf 15 und dem Anschluss für den Heizkreisrücklauf 16 sind zwei Wärmesenken 17 in Form von Heizkörpern in zu beheizenden Räumen angeschlossen.
  • Ein erster Schichtenspeicher 18.1 ist mit seinem oberen Bereich mit der ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung 11 und mit seinem unteren Bereich mit der Wärmequellen-Rücklaufleitung 13 verbunden. Ein zweiter Schichtenspeicher 18.2 ist mit seinem oberen Bereich mit der zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung 12 und mit seinem unteren Bereich ebenfalls mit der Wärmequellen-Rücklaufleitung 13 verbunden. Der zweite Ausgang 6 des Wärmeübertragers 2 ist über eine Bypassleitung 19 mit einem Eingang des Mischventils 10 verbunden.
  • Bei Brauchwasserzapfung wird das Umschaltventil 8 in die Position gebracht, dass die Zuführleitung 7 mit dem zweiten Eingang 5 verbunden ist. Die Umwälzpumpe 9 fördert das Fluid zum Wärmeübertrager 2, wo es thermische Energie auf Brauchwasser, welches über die Frischwasserzuführung des Eingang 3 durch den Wärmeübertrager 2 und den ersten Ausgang 4 zur Warmwasserszapfstelle 14 strömt, überträgt.
  • Der erste Schichtenspeicher 18.1 befindet sich auf einem höheren Temperaturniveau als der zweite Schichtenspeicher 18.2. Das Fluid, welches zum zweiten Eingang 5 des Wärmeübertrager 2 strömt, wird im Mischventil 10 bedarfsgerecht aus Fluid aus der ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung 11, der zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung 12 und / oder Rücklauf aus der Bypassleitung 17 gemischt. Je höher die benötigte Temperatur ist, desto mehr Fluid aus der ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung 11 wird verwendet, da dort die höchste Temperatur aus dem ersten Schichtenspeicher 18.1 abgezogen wird. Mit fallender benötigter Temperatur wird weniger Fluid aus der ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung 11 und mehr Fluid aus der zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung 12 und dem zweiten Schichtenspeicher 18.2 im Mischventil 10 zugemischt. Bei noch geringeren benötigten Temperaturen kann Fluid aus der zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung 12 im Mischventil 10 mit Fluid aus der Bypassleitung 19 vermischt werden.
  • Ohne Brauchwasseranforderung, wenn Heizwärme benötigt wird, wird das Umschaltventil 8 derart geschaltet, dass die Zuführleitung 7 mit dem Heizkreisvorlauf 15 verbunden ist. Die Umwälzpumpe 9 übernimmt die Förderung des Fluids, das über die Wärmesenke 17 und den Heizkreisrücklauf 16 zur Wärmequellen-Rücklaufleitung 13 führt. Auf der Wärmequellenseite erfolgt die Schaltung anlog zur Brauchwasseranforderung.
  • Figur 3 zeigt eine Gebäudeinstallation mit mehreren erfindungsgemäßen Wärmeübergabestationen 1. Mehrere Wärmeübergabestationen 1 verfügen hier über gemeinsam über einen ersten Schichtenspeicher 18.1 auf einem höheren Temperaturniveau und einem zweiten Schichtenspeicher 18.2 auf einem niedrigerem Niveau. Eine Wärmepumpe 21 verfügt über eine Umweltwärmequelle 23 zur Übertragung von thermischer Energie aus Umgebungsluft auf einen Solekreislauf 22. Bei der Umweltwärmequelle 23 kann es sich um einen Luftwärmetauscher, einem Erdwärmetauscher, einem Grundwasserwärmetauscher oder einer andern Quelle handeln. Der Solekreislauf 22 kann einerseits den Verdampfer der Wärmepumpe 21 bedienen. Andererseits kann auch über einen Solewärmetauscher 24 Wärme aus dem Solekreislauf 22 auf den zweiten Schichtenspeicher 18.2 übertragen werden.
  • Zum Kühlen von Räumen kann Wärme von einem Heizkörper, der dann als Kühlkörper 17 agiert über eine Wärmeübergabestation 1 an den zweiten Schichtenspeicher 18.2 übertragen werden. Die so gespeicherte Wärme kann später wieder über die Wärmeübergabestation 1 zur Brauchwassererwärmung genutzt werden. Kann die gespeicherte Wärme nicht sinnvoll genutzt werden, so kann die Wärme über den Solewärmetauscher 24 auf den Solekreislauf 22 übertragen und in der Umweltwärmequelle 23, beispielsweise einem Luftwärmetauscher an die Umgebung abgegeben werden. Die Wärmepumpe 21 kann auch mit umgedrehter Prozessführung als Klimaanalage verwendet werden; auch in diesem Fall kann letztendlich Wärme über die Umweltwärmequelle 23, die in diesem Fall eine Wärmesenke ist, an die Umgebung abgegeben werden.

Claims (5)

  1. Wärmeübergangstation (1) mit einem Wärmeübertrager (2), welcher mit vier Anschlüssen (3, 4, 5, 6) verbunden ist, bei denen es sich einer ersten Eingang (3), einen ersten Ausgang (4), einen zweiten Eingang (5) und einen zweiten Ausgang (6) handelt, wobei der erste Eingang (3) fluidführend über den Wärmeübertrager (2) mit dem ersten Ausgang (4) und der zweite Eingang (5) fluidführend über den Wärmeübertrager (2) mit dem zweiten Ausgang (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des zweiten Eingangs (5) in einer Zuführleitung (7) ein Umschaltventil (8), eine Umwälzpumpe (9) und ein Mischventil (10) angeordnet ist.
  2. Wärmeübergangstation (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischventil (10) mit je einem Anschluss mit dem zweiten Eingang (5), dem zweiten Ausgang(6), einer ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung (11) und einer zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung (12) verbunden ist.
  3. Wärmeübergangstation (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (8) mit je einem Anschluss mit dem zweiten Eingang (5), der Zuführleitung (7) und einem Heizkreisvorlauf (15) verbunden ist.
  4. Wärmeübergangstation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Ausgang (6) mit einem Heizkreisrücklauf (16) verbunden ist.
  5. Wärmeübergangstation (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischventil (10) zum zweiten Eingang (5) stets geöffnet ist, während die Zuführungen zum zweiten Ausgang(6), der ersten Wärmequellen-Vorlaufleitung (11) und der zweiten Wärmequellen-Vorlaufleitung (12) verriegelbar, vorzugsweise stetig verriegelbar sind.
EP18196782.9A 2017-11-13 2018-09-26 Wärmeübergabestation Withdrawn EP3483511A1 (de)

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