EP3696475A1 - Vorrichtung zur bereitstellung von brauchwarmwasser - Google Patents

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EP3696475A1
EP3696475A1 EP19157233.8A EP19157233A EP3696475A1 EP 3696475 A1 EP3696475 A1 EP 3696475A1 EP 19157233 A EP19157233 A EP 19157233A EP 3696475 A1 EP3696475 A1 EP 3696475A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hot water
heat pump
compressor
water storage
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19157233.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lukas GASSER
Urs Bobst
Patrik Zeiter
Thomas Triebel
Benjamin SCHROETELER
Ludger Fischer
Reto VON EUW
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.)
R Nussbaum AG
Original Assignee
R Nussbaum AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by R Nussbaum AG filed Critical R Nussbaum AG
Priority to EP19157233.8A priority Critical patent/EP3696475A1/de
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    • F24H15/457—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based remotely accessible using telephone networks or Internet communication

Definitions

  • the invention relates to a device for providing domestic hot water, comprising a heat pump for heating water, in particular drinking water, to a hot water temperature and thus for generating the domestic hot water, the heat pump having an evaporator for using a fluid as a heat source for evaporating a refrigerant, a condenser for Comprises condensing the refrigerant and a compressor for compressing the refrigerant, in particular a compressor for compressing the refrigerant, and has a heat pump operating mode in which the heat pump on the condenser side provides a heating power to heat the water to the hot water temperature, and a hot water storage tank for storing the domestic hot water, wherein the hot water storage tank has a hot water storage volume.
  • the invention further comprises a method for operating such a device for providing domestic hot water.
  • the object of the invention is to create a device belonging to the technical field mentioned at the outset, which is quiet in operation and accordingly causes only low noise emissions.
  • the object of the invention is to create a method for the correspondingly quiet operation of such a device.
  • the heating output of the heat pump in the heat pump operating mode divided by the hot water storage volume is less than 2.5 watts per liter, preferably less than 2.15 watts per liter.
  • the device is operated daily at least 80% of the time of the respective day, preferably at least 90% of the time of the respective day, particularly preferably permanently in the operating mode.
  • the device will be used for at least a week, i. Operated 7 days a day in this way.
  • the device is used to provide domestic hot water.
  • domestic hot water water with a temperature in a range from 45 ° C to 75 ° C, particularly preferably in a range from 55 ° C to 65 ° C, very particularly preferably in a range from 60 ° C to 65 ° C, is preferred.
  • domestic hot water, drinking water with a temperature in a range from 45 ° C to 75 ° C is particularly preferred, particularly preferably in a range from 55 ° C to 65 ° C, very particularly preferably in a range from 60 ° C to 65 ° C.
  • the provision of domestic hot water preferably includes heating water, in particular drinking water, to a temperature in the range from 45 ° C to 75 ° C, in particular in the range from 55 ° C to 65 ° C or in the range from 60 ° C to 65 ° C ° C, as well as keeping the water or drinking water ready at a temperature in the range from 45 ° C to 75 ° C, in particular in the range from 55 ° C to 65 ° C or in the range from 60 ° C to 65 ° C.
  • being ready preferably means being always ready for immediate use when required.
  • the hot water temperature to which the water or drinking water is heated is thus preferably in the range from 45 ° C to 75 ° C or in the range from 55 ° C to 65 ° C or in the range from 60 ° C to 65 ° C . It is not necessary that the domestic hot water is also kept ready at the hot water temperature to which the domestic hot water is heated for its provision. Since the domestic hot water is stored in the hot water tank, the domestic hot water can also be taken from the hot water tank at a withdrawal temperature that is slightly lower than the hot water temperature. This can be the case, for example, if there is an inhomogeneous temperature distribution in the hot water tank. However, this can also be the case, for example, due to heat losses in the hot water tank.
  • the removal temperature is also preferably in the range from 45 ° C to 75 ° C, in particular in the range from 55 ° C to 65 ° C.
  • the device particularly preferably complies with the SIA 385/1: 2011 standard. This means that the removal temperature at the inlet of the discharge line is preferably in the range from 55 ° C to 65 ° C or from 60 ° C to 65 ° C, depending on the use of the device.
  • the device preferably comprises a hot water tank for storing the domestic hot water.
  • hot water storage tank is preferably to be understood broader than in accordance with the SIA 385/1: 2011 standard and preferably includes water storage tanks with built-in heating surfaces and water storage tanks without built-in heating surfaces. Accordingly, the term “hot water storage tank” in the present text should be understood to include both storage water heaters in accordance with the SIA 385/1: 2011 standard and hot water storage tanks in accordance with the SIA 385/1: 2011 standard.
  • the heat pump comprises an evaporator for using a fluid as a heat source for evaporating a refrigerant.
  • This fluid is preferably a substance which is continuously deformed under the influence of shear forces. This means that the substance flows and preferably has a shear modulus with a value of 0 N / m 2 or zero.
  • the fluid can thus be a gas such as air.
  • the fluid can also be a liquid such as, for example, water or a brine.
  • the heat pump can be constructed in such a way that it causes only low noise emissions during operation and is correspondingly quiet during operation.
  • the hot water storage volume is in the range from 120L to 500 liters
  • the device can for example be constructed in such a way that it can be placed in living rooms and there, for example, in a cupboard.
  • a cabinet can for example be arranged in the kitchen, bathroom, hallway or in a storage room.
  • a maximum heating output of the heat pump for heating water to the hot water temperature, which the heat pump is designed to provide on the condenser side, divided by the hot water storage volume is preferred to be less than 3.0 watts per liter, particularly preferably less than 2.5 watts per liter.
  • the maximum heating output of the heat pump is advantageously the maximum output which the heat pump is designed to provide on the capacitor side.
  • the heating output in the heat pump operating mode is preferably at least 80%, particularly preferably at least 90% of the maximum heating output of the heat pump.
  • the heating output in the heat pump operating mode is very particularly preferably 100% of the maximum heating output or the heating output in the heat pump operating mode is at the same time the maximum heating output of the heat pump.
  • the advantage is achieved that the Heat pump can be dimensioned comparatively small. Accordingly, the device can thereby be made compact. It also has the advantage achieves that the heat pump can be designed in such a way that it causes only low noise emissions during operation, such as less than 35 dB (A) or even less than 26 dB (A).
  • the device can thus be constructed in such a way that it can be installed in living spaces and, for example, can be placed in a closet.
  • a cabinet can for example be arranged in the kitchen, bathroom, hallway or in a storage room.
  • the maximum heating output of the heat pump for heating water to the hot water temperature that the heat pump is designed to provide on the condenser side, divided by the hot water storage volume, is 3.0 watts per liter or more.
  • the device preferably comprises a temperature sensor for determining a temperature of water in the hot water tank.
  • This temperature sensor is particularly preferably arranged in an interior of the hot water tank.
  • the device also includes a temperature display for displaying the temperature of the water in the hot water tank determined by the temperature sensor.
  • the temperature display can be connected directly to the temperature sensor. If the device has a control unit for controlling the device, in particular the heat pump and any heating element that may be present, the temperature display can also be connected to the control unit.
  • the device does not include a temperature display.
  • the device does not include a temperature sensor for determining the temperature of water in the hot water tank.
  • the device preferably comprises a control unit for controlling the device, in particular the heat pump and any heating element that may be present. If the device has a temperature sensor, the control unit is preferably connected to the temperature sensor for receiving temperature signals output by the temperature sensor.
  • control unit comprises an input unit for inputting control parameters.
  • control unit does not include such an input unit.
  • the device comprises a temperature display for displaying the temperature of the water in the hot water tank determined by the temperature sensor and a control unit for controlling the device, in particular the heat pump and any heating element that may be present, with an input unit for inputting control parameters
  • the temperature display can be integrated in the input unit or be formed separately from the input unit.
  • the control unit is preferably designed such that it enables the device to be controlled as a function of the electricity tariff.
  • the control unit is preferably designed in such a way that the heat pump is switched off when the electricity tariff is high.
  • the control unit is designed in such a way that any heating element that may be present is switched off when the electricity tariff is high. If the electricity tariff changes depending on fixed times of the day and is high at fixed times of the day, the control can switch off the heat pump or any heating element that may be present, for example according to the times of the day.
  • the control can switch off the heat pump or the heat pump when the current electricity tariff exceeds a limit value of the current electricity tariff.
  • the limit value can be set manually or also automatically set. The latter can take place, for example, on the basis of a moving average of the electricity tariff over a certain number of days, for example over the past 10 days, in that the limit value is automatically set to 200% of the moving average, for example.
  • the device does not include a control unit for controlling the device.
  • the compressor in particular the compressor, advantageously requires a nominal compressor power for its operation, the nominal compressor power divided by the hot water storage volume preferably being at most 1.4 watts per liter, particularly preferably at most 0.7 watts per liter, very particularly preferably at most 0.5 watts per liter.
  • the nominal compressor output is preferably the nominal electrical output of the compressor or the compressor in the heat pump operating mode.
  • the nominal compressor output is preferably given by the consumption of fuel for the operation of the compressor or the compressor in the heat pump operating mode, the calorific value of the fuel used and the efficiency of the internal combustion engine The calorific value is multiplied by the amount of fuel consumed in the heat pump operating mode of the heat pump per unit of time for the operation of the compressor and the efficiency of the internal combustion engine.
  • a nominal compressor capacity divided by the hot water storage volume of a maximum of 1.4 watts per liter, or a maximum of 0.7 watts per liter or a maximum of 0.5 watts per liter has the advantage that the compressor or compressor requires comparatively little energy.
  • the device can be operated by a comparatively small photovoltaic system. If the device is used in a residential building such as a single-family house or an apartment building, a photovoltaic system can be installed on the roof of the residential building without any problems, which is dimensioned sufficiently for the operation of the device.
  • the nominal compressor output divided by the hot water storage volume is more than 1.4 watts per liter.
  • the device preferably has a heating element, in particular an electrical heating element, to support the heat pump when heating water, in particular drinking water, to the hot water temperature and thus when generating domestic hot water, the heating element being arranged in the hot water tank.
  • a heating element in particular an electrical heating element
  • the device is designed for operation in an operational orientation in the room, the heating element being arranged in an upper third of the hot water tank in the operational orientation of the device.
  • the water especially drinking water
  • the device is designed for operation in an operational orientation in the room, the heating element being arranged in the lower two thirds of the hot water tank in the operational orientation of the device. This has the advantage that if the heat pump fails, the same amount of hot water can still be provided as with the heat pump.
  • the heating element preferably has a heating element operating mode in which the heating element has a heating element output for heating water in the range of 5 watts per liter of hot water storage volume to 12 watts per liter of hot water storage volume, particularly preferably about 10 watts per liter of hot water storage volume. This has the advantage that the heating element can be dimensioned comparatively small and inexpensive.
  • the heating element can also have a different heating element operating mode.
  • the device does not have such a heating element.
  • the device preferably has elements made of phase change material in the hot water tank or adjacent to the hot water tank. These elements are preferably encased in a shell and thereby separated from the water in the hot water tank.
  • a phase change material is preferably a material whose melting enthalpy in joules per kilogram is greater than the energy in joules per kilogram which is required to heat one kilogram of the material in the liquid state by 10 ° C, particularly preferably by 50 ° C.
  • the phase transition temperature of the phase change material from the liquid to the solid state is particularly preferably in a range from 45 ° C to 75 ° C, particularly preferably in a range from 55 ° C to 65 ° C, very particularly preferably in a range from 60 ° C up to 65 ° C.
  • the phase change material is hard paraffin, i. a paraffin in which n-alkanes predominate, the molar mass being between 275 and 600 grams per mole.
  • hard paraffin has the advantage that it is insoluble in water, which means that contamination of the water in the hot water tank can be prevented in a simple manner.
  • the phase transition temperature of hard paraffin is around 60 ° C.
  • the device does not have any elements made of phase change material that are arranged in the hot water tank or adjacent to the hot water tank.
  • the device is designed for a power supply of 230V plus / minus 10% with alternating current with a frequency of 50 Hz and a current strength of a maximum of 10 A and connected to a power supply system with a voltage of 230V plus / minus 10% Alternating current with a frequency of 50 Hz and a current of maximum 10 A can be connected.
  • a power supply system with a voltage of 230V plus / minus 10% Alternating current with a frequency of 50 Hz and a current of maximum 10 A can be connected.
  • the device is designed for a different power supply.
  • the voltage, frequency or current strength can have different values.
  • the device is designed for operation with a direct current supply. This is advantageous, for example, if the device is to be operated with a photovoltaic system as well as an electricity storage device that may be present, since no conversion into alternating current is required.
  • the heat pump is particularly preferably an electric heat pump.
  • the compressor is preferably an electrically driven compressor.
  • the heat pump is preferably designed for a power supply of 230V plus / minus 10% with alternating current with a frequency of 50Hz and a current strength of a maximum of 10A.
  • the heat pump is particularly preferably designed for a power supply of 230V plus / minus 10% with alternating current at a frequency of 50Hz and a current strength of a maximum of 2.0 A, very particularly preferably a maximum of 1.5 A.
  • the heat pump is designed for a different power supply. Depending on the power supply, the voltage, frequency or current strength can have different values.
  • the heat pump or the compressor is designed for operation with a direct current supply. This is advantageous, for example, if the device is to be operated with a photovoltaic system as well as an electricity storage device that may be present, since no conversion into alternating current is required. In a further variant of this, however, there is also the possibility that the heat pump is not an electric heat pump. In this case, the compressor can be driven by an internal combustion engine, for example.
  • the heat pump advantageously has a refrigerant circuit.
  • the condenser, the evaporator and the compressor are arranged one after the other in the flow direction of the refrigerant, which in turn is followed by the condenser.
  • the heat pump also has a throttle, in particular a valve or a constriction such as a capillary in the refrigerant circuit, for reducing a pressure in the refrigerant circuit in the flow direction after the throttle compared to before the throttle, the throttle following in the flow direction of the refrigerant the condenser and is arranged in front of the evaporator.
  • the refrigerant circuit does not have a throttle.
  • the refrigerant circuit is advantageously a closed circuit. In an alternative to this, there is also the possibility that the refrigerant circuit is an open circuit.
  • the heat pump is preferably designed for operation with an amount of refrigerant which, in liquid form of the refrigerant, occupies a volume of less than 1%, preferably less than 0.1%, very particularly preferably less than 0.075% of the hot water storage volume. This has the advantage that only a comparatively small amount of refrigerant is required. This is particularly advantageous if the refrigerant is harmful to the environment or the climate.
  • the heat pump is designed for operation with a larger amount of refrigerant.
  • the heat pump preferably contains the refrigerant.
  • the refrigerant is preferably a fluid that is used for heat transfer in the heat pump and that absorbs heat at low temperature and low pressure and emits heat at higher temperature and higher pressure, with changes in the state of the fluid taking place. The changes in the state of the fluid when absorbing heat are preferred from liquid to gaseous and when releasing heat from gaseous to liquid.
  • refrigerants are 1,1,1,2-tetrafluoroethane, carbon dioxide, ammonia, propane, 2,3,3,3-tetrafluoropropene and water.
  • refrigerants are listed by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) in ANSI / ASHRAE Standard 34-2016.
  • the refrigerant propane is particularly preferred. Propane has the advantage that it is practically insoluble in water and at ambient pressure it becomes gaseous at -42.1 ° C. If it is due to a leak If refrigerant accidentally gets into the hot water tank, the refrigerant does not dissolve in the water in the hot water tank, but becomes gaseous and settles in the upper area of the hot water tank above the water in the hot water tank. From there, the refrigerant can be drained without any problems through an optionally available pressure relief valve.
  • the heat pump does not contain any refrigerant. This can be advantageous, for example, for long-term storage or transport of the device.
  • the refrigerant is preferably added to the heat pump before the device is started up.
  • the heat pump advantageously contains the refrigerant, the refrigerant in liquid form having a volume of less than 1%, preferably less than 0.1%, very particularly preferably less than 0.075% of the hot water storage volume. This has the advantage that only a comparatively small amount of refrigerant is required. This is particularly advantageous if the refrigerant is harmful to the environment or the climate.
  • water in the hot water tank can be heated to the hot water temperature by the condenser.
  • the device enables a particularly efficient provision of domestic hot water.
  • the condenser is arranged in the hot water tank.
  • the capacitor is particularly preferably designed with two walls. In a preferred variant of this, however, the capacitor is single-walled. However, the capacitor can also be designed with three or more walls. Regardless of how multi-walled the condenser is, the device is therefore advantageously a storage water heater in accordance with the SIA 385/1: 2011 standard.
  • the condenser is arranged outside the hot water storage tank.
  • the condenser can be formed by a pipe or hose which is routed or wound several times around the hot water tank.
  • the condenser to bring water outside the hot water tank to the hot water temperature is heatable.
  • This can be implemented, for example, in that the condenser is upstream of the hot water storage tank with respect to a flow direction of a water flow through the device.
  • this can also be implemented, for example, in that the device has a water line from the hot water tank to the condenser and back again to the hot water tank, so that water from the hot water tank is fed to the condenser to be heated to the hot water temperature and can be fed back to the hot water tank after heating.
  • the device preferably has a water inflow connection for connecting the device to a water supply, in particular a drinking water supply.
  • the water inflow connection is preferably connected to the hot water tank in order to let water or drinking water supplied to the water inflow connection into the hot water tank.
  • the device preferably has a water drainage connection for connecting the device to a hot water consumption device, the water drainage connection preferably being connected to the hot water storage tank in order to drain domestic hot water from the hot water storage tank via the water drainage connection and thereby supply it to a hot water consumption device possibly connected to the water drainage.
  • the water drain connection can preferably be connected to an exhaust line which is connected to the hot water consumption device.
  • the Withdrawal temperature preferably the temperature of the water measured at the water drainage connection, which is withdrawn from the hot water storage tank.
  • the hot water storage volume is preferably at least 150 liters, preferably at least 200 liters. This has the advantage that the device is suitable for providing domestic hot water in an apartment, since it is designed to provide domestic hot water for around 3 to 5 people, and thus for around 4 people.
  • the hot water storage volume is preferably at most 1,000 liters, particularly preferably at most 500 liters, very particularly preferably at most 350 liters.
  • the hot water storage tank volume can also be more than 1,000 liters.
  • the heat pump is an air-water heat pump and thus the fluid and thus the heat source is air.
  • the fluid and thus the heat source is air.
  • the device is particularly easy to install.
  • the device is particularly suitable for use in apartments and houses that are being renovated, since no connections to a separate heat source are required.
  • the device advantageously comprises a fan for supplying air as a heat source to the evaporator.
  • a fan for supplying air as a heat source to the evaporator. This has the advantage that more air can be supplied to the evaporator and thus a larger amount of the heat source can be supplied from which the heat pump can extract energy per unit of time. This increases the heating output that the heat pump provides on the condenser side to heat the water to the hot water temperature in the heat pump operating mode.
  • an air volume of air can be supplied to the evaporator per second with the fan when the fan is operating at ambient pressure, the air volume per second being at least 0.142 liters per second per watt of heating power of the heat pump in the heat pump operating mode.
  • the heating output of the heat pump in the heat pump operating mode is 480 watts
  • an air volume of air that is at least 68.16 liters per second can be supplied to the evaporator per second with the fan in operation of the fan at ambient pressure.
  • the hot water storage volume can be 200 liters and the heating output of the heat pump in heat pump operating mode divided by the hot water storage volume can be 2.4 watts per liter.
  • the hot water storage volume can also be 250 liters and the heating output of the heat pump in heat pump operating mode divided by the hot water storage volume can be 1.92 watts per liter.
  • An air volume per second of at least 0.142 liters per second per watt of heating output of the heat pump in heat pump operating mode has the advantage that the air in the air flow is cooled by a maximum of 5 degrees when passing through the evaporator. This is particularly advantageous when the device is used in living spaces because it does not generate an unpleasantly cold air flow in the living space.
  • the evaporator can be supplied with an air volume of air per second that is less than 0.142 liters per second per watt of heat output of the heat pump in heat pump operating mode.
  • the fan can preferably be used to supply an air volume of air to the evaporator per second, the air volume per second divided by the hot water storage volume being at least 0.284 per second, particularly preferably at least 0.355 per second. In a variant of this, the air volume per second divided by the hot water storage volume can also be less than 0.284 per second.
  • the fan When the fan is in operation at ambient pressure, the fan can preferably be used to supply an air volume of air to the evaporator per second, the speed of the air moved by the fan being less than 0.8 m / s. This has the advantage that flow noise from the air moved by the fan is minimized. Accordingly, the device causes only low noise emissions and is therefore suitable for use in living spaces.
  • the device preferably comprises an air duct through which an air volume of air can be fed to the evaporator per second with the fan when the fan is operating at ambient pressure, the air duct having an air inlet for letting in air from the surroundings of the device and an air outlet for letting out air comprises in the vicinity of the device, wherein the air duct has a minimal cross section, wherein the air volume divided by the minimal cross section is less than 0.8 m.
  • This has the advantage that it is ensured in a simple manner that the speed of the air moved by the fan is less than 0.8 m / s.
  • the minimum cross section of the air duct is larger, that the device does not have an air duct includes.
  • an air volume of air can be supplied to the evaporator per second when the fan is in operation at ambient pressure, the speed of the air moved by the fan being 0.8 m / s or greater.
  • the device comprises a fan for supplying air as a heat source to the evaporator, with the fan being able to supply an air volume of air to the evaporator per second when the fan is operating at ambient pressure, the speed of the air moved by the fan being less than 0.8 m / s and where the air volume per second is at least 0.142 liters per second per watt of heating output of the heat pump in the heat pump operating mode, it is ensured that the flow noise of the air moved by the fan is minimized and that the air in the air flow when passing the evaporator by a maximum of 5 Degree is cooled.
  • the fan is preferably designed for a power supply of 230V plus / minus 10% with alternating current with a frequency of 50Hz and a current strength of a maximum of 0.25 A.
  • the fan is preferably mounted in the device in a sound-decoupled manner.
  • the compressor is preferably mounted in the device in a sound-decoupled manner.
  • the compressor is not mounted in the device in a sound-decoupled manner.
  • both the fan and the compressor are mounted in the device in a sound-decoupled manner.
  • Both the fan and the compressor are preferably mounted with a bearing on the rest of the device. But there is also the possibility that neither the fan nor the compressor is mounted in the device in a sound-decoupled manner.
  • stored sound-decoupled means that the object in question, such as the fan or compressor, if applicable, is mounted on the rest of the device with a mounting in such a way that vibrations of the object that occur during operation of the object are reduced from the mounting to the rest of the device be transmitted.
  • the vibrations measured on a side of the mounting on the mounting facing away from the object are preferably at least 30%, particularly preferably at least 50% less than measured on a side of the mounting on the mounting facing the object.
  • Such a sound-decoupled mounting can be achieved, for example, by rubber elements.
  • a sound emission (sound power level A-rated according to DIN EN 61672-1 2003-10) of at most 35dB (A), preferably causes a maximum of 25dB (A).
  • a sound emission sound power level A-rated according to DIN EN 61672-1 2003-10
  • A 35dB
  • the device is no louder than a refrigerator commonly used in 2018 and is accordingly suitable for installation in a living room.
  • the heat pump is a water-to-water heat pump and thus the fluid and thus the heat source is water.
  • the heat source has a high specific heat capacity.
  • the heat pump requires a comparatively small amount of the heat source per unit of time and can nevertheless extract a comparatively large amount of energy from this amount of the heat source.
  • the heating output which the heat pump provides on the condenser side in the heat pump operating mode for heating the water to the hot water temperature is comparatively large for a given heat source consumption.
  • the device preferably comprises a heat source water line with two heat source water connections for connecting the device to a heat source water supply, in particular a heating circuit or a fresh water source, in order to lead water as a heat source to the evaporator and away from the evaporator again.
  • the heat pump is a brine-water heat pump and thus the fluid and thus the heat source is a brine.
  • a brine is preferably an aqueous solution of salts which contains at least 14 g of dissolved salts per kg of water. This has the advantage that the device can be connected, for example, to the geothermal probe of a geothermal probe heater.
  • the heat pump is a different heat pump and thus neither an air-water, water-water nor brine-water heat pump.
  • the device preferably includes thermal insulation for the hot water tank. This has the advantage that heat losses from the water stored in the hot water storage tank, in particular domestic hot water, are minimized.
  • the thermal insulation is preferably an insulation layer which encloses at least 95%, particularly preferably at least 99%, of an outer surface of the hot water tank.
  • the insulation layer is preferably attached directly to the outer surface of the hot water tank and is thus part of the hot water tank.
  • the insulation layer can, however, also be arranged at a distance from the outer surface of the hot water tank.
  • the insulation layer can be arranged on any housing of the device that may be present.
  • the device advantageously comprises a housing.
  • This has the advantage that the components of the device can be optimally protected from harmful external influences.
  • this has the advantage that access to potentially dangerous components of the device such as any power supply or hot elements is made more difficult.
  • the device is arranged in living rooms, this has the advantage that the risk of accidents is minimized in a simple manner.
  • the housing preferably has an air inlet for admitting air as a heat source into the housing and an air outlet for letting air out of the housing.
  • the device is preferably designed to be operated in an operational orientation in space, the air inlet being arranged at the bottom and the air outlet being arranged at the top in the housing in the operational orientation of the device. This has the advantage that unpleasant cool air currents near the ground are prevented. This is particularly advantageous when the device is arranged in living rooms.
  • the Device with the air inlet at the top and the air outlet at the bottom of the housing.
  • the air Since the air is used as a heat source and is correspondingly cooled during operation of the device, the cooled air sinks during operation due to the convention from the air inlet downwards to the air outlet.
  • the air and thus the heat source supply to the evaporator is supported if the air inlet is arranged at the top and the air outlet is arranged at the bottom in the housing.
  • an additional fan for supplying air as a heat source to the evaporator can be dispensed with or that this fan can at least be made smaller and weaker. This reduces the sound emission of the device.
  • the air inlet and the air outlet can also be arranged elsewhere in the housing.
  • the device is preferably designed for operation in an operational orientation in space, with the compressor, in particular the compressor, being arranged below the hot water storage tank in the operational orientation of the device.
  • This has the advantage that the compressor or compressor causes fewer vibrations of the rest of the device and in particular of the hot water tank during operation. This reduces the sound emission of the device.
  • the compressor or the compressor in the operational orientation of the device, is arranged above the hot water storage tank. In a further variant of this, in the operational orientation of the device, the compressor or the compressor is arranged at the same height as the hot water storage tank.
  • the device is preferably a tall cabinet boiler.
  • a tall cabinet boiler is preferably a hot water storage tank with a heating device for heating the water, in the present case the heat pump, and possibly a heating element to support the heat pump, the device or the tall cabinet boiler being designed for operation in an operational orientation in the room, with in the operational orientation of the tall unit boilers has a width of no more than 549 mm and a depth of no more than 549 mm and a height of no more than 2399 mm.
  • This has the advantage that the tall cabinet boiler of the former The Swiss SINK standard, which corresponds to the "Swiss Mass System” (SMS) valid in 2018, is sufficient and can be easily installed in an existing building such as a corridor, a kitchen, a bathroom or a storage room. In a variant of this, there is also the possibility that the tall cabinet boiler has a different mass.
  • the device preferably has a front side. If the device comprises a control unit for controlling the device, in particular the heat pump, the control unit comprising an input unit for inputting control parameters, this input unit is preferably arranged on the front of the device. If the device comprises a temperature sensor for determining the temperature of the water in the hot water tank and a temperature display for displaying the temperature of the water in the hot water tank determined by the temperature sensor, the temperature display is preferably arranged on the front of the device. It is irrelevant here whether the temperature display is integrated in the input unit, if any, or is formed separately from the input unit, if any. If the device is a tall cabinet boiler, the tall cabinet boiler preferably has a rear wall which is located on a side of the device opposite the front of the device.
  • the device has a front side and comprises a fan for supplying air to the evaporator
  • the fan is preferably arranged behind the evaporator as seen from the front side of the device. This has the advantage that the sound emissions of the device are reduced when the device is in operation.
  • the fan can also be arranged in front of the evaporator as seen from the front of the device.
  • Figure 1 shows a simplified schematic representation of a side view of a first device 1 according to the invention for providing domestic hot water.
  • the device 1 is a tall cabinet boiler, which has a width of 549 mm, a depth of 549 mm and a height of 2399 mm and thus the former Swiss SINK standard, which corresponds to the "Swiss Mass System” valid in 2018 "(SMS) is sufficient.
  • the device 1 is designed for operation in an operational orientation in space. Accordingly, the device 1 is in the Figure 1 in operational orientation shown aligned. This corresponds to the Figure 1 above and below also in the case of the device 1 aligned in the operational orientation, above and below.
  • the previous information on the height of the tall cabinet boiler relates to the height of the tall cabinet boiler in the operational orientation of the device 1. Based on this representation, information such as “below”, “below”, “above” and “above” refers to the in the operational orientation of the device 1 is referred to.
  • the Figure 1 a side view of the device 1. Therefore, the depth of the device 1 extends in FIG Figure 1 left to right. That means that left in the Figure 1 is a front of the device 1, while right in the Figure 1 a rear side of the device 1 opposite the front of the device 1 is located. In Figure 1 only a vertical section through the front and a vertical section through the rear of the device 1 visible, because the front and the rear of the device 1 are each arranged in a plane that is perpendicular to the plane of the representation Figure 1 are aligned.
  • the device 1 comprises an enveloping housing 60.
  • the device 1 further comprises a hot water storage tank 40 arranged in the housing 60 for storing domestic hot water.
  • This hot water storage tank 40 has a hot water storage volume which is 200 liters. However, this hot water storage volume can also be larger or smaller. For example, it can be 120 liters, 150 liters or 250 liters, 300 liters, 350 liters, 500 liters, 1,000 liters or more.
  • the device 1 Independently of the hot water storage volume, has thermal insulation 45 of the hot water storage 40.
  • This thermal insulation 45 is an insulation layer which is attached to an outer surface of the hot water tank 40 and is therefore part of the hot water tank 40 and reduces heat losses from the domestic hot water stored in the hot water tank 40.
  • the thermal insulation encloses 99% of the outer surface of the hot water tank 40.
  • the device 1 Independently of the hot water storage volume, the device 1 has a water inflow connection 43 for connecting the device 1 to a drinking water supply (not shown here).
  • This water inlet connection 43 has a lower one Connected to the area of the hot water tank 40 in order to supply drinking water supplied to the water inflow connection 43 to the hot water tank 40 in the lower area of the hot water tank 40.
  • the device 1 has a water drain connection 44 for connecting the device 1 to a hot water consumption device (not shown here), the water drain connection 44 being connected to an upper area of the hot water storage tank 40 in order to drain domestic hot water from the hot water storage tank 40 via the water drainage connection 44 and thereby possibly one to supply the hot water consumption device connected to the water drain.
  • the water drain connection 44 can be connected to an exhaust line, not shown here, which is connected to the hot water consumption device.
  • the device 1 includes a heat pump 20 arranged in the housing 60 for heating drinking water to a hot water temperature of 62 ° C. and thus for generating the domestic hot water, which can be stored in the hot water tank 40.
  • This heat pump 20 comprises an evaporator 21 for using a fluid as a heat source for evaporating a refrigerant.
  • the heat pump 20 further comprises a condenser 22 for condensing the refrigerant, a compressor 23 for compressing the refrigerant and a throttle 24.
  • the compressor 23 is an electrically operated compressor for compressing the refrigerant. Since the compressor is operated electrically, the compressor 23 is an electric compressor and the heat pump 20 is an electric heat pump.
  • the heat pump 20 has a refrigerant circuit 25 which is a closed circuit.
  • the condenser 22, the throttle 24, the evaporator 21 and the compressor 23 are arranged one after the other in the flow direction of the refrigerant, which in turn is followed by the condenser 22.
  • the refrigerant contained in the refrigerant circuit 25 is propane.
  • the refrigerant circuit 25 can also contain a different refrigerant, such as, for example, 1,1,1,2-tetrafluoroethane. Examples of other possible refrigerants are listed in ANSI / ASHRAE Standard 34-2016 of the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE).
  • the heat pump 20 is designed for operation with an amount of refrigerant which, in liquid form of the refrigerant, occupies a volume of less than 1% of the volume of the hot water storage tank.
  • the amount of refrigerant is 1.9 liters, which corresponds to 0.95% of the hot water storage volume.
  • the heat pump 20 is designed for operation with an amount of refrigerant which, in liquid form of the refrigerant, occupies a volume of less than 0.1% of the hot water storage volume.
  • the amount of refrigerant is 0.19 liters, which corresponds to 0.095% of the hot water storage volume.
  • the heat pump 20 is designed for operation with an amount of refrigerant which, in liquid form of the refrigerant, occupies a volume of less than 0.075% of the hot water storage volume.
  • the amount of refrigerant is 0.148 liters, which corresponds to 0.074% of the hot water storage volume.
  • the heat pump 20 contains the specified amount of refrigerant.
  • the heat pump 20 has a heat pump operating mode in which the heat pump 20 can be operated. In this heat pump operating mode, the heat pump 20 provides a heating power on the condenser side to heat the drinking water to the hot water temperature in order to generate the hot water.
  • the condenser-side heating power in the heat pump operating mode is 480 watts in one example and 390 watts in another example. This corresponds to 2.4 watts per liter of hot water storage volume or 1.95 watts per liter of hot water storage volume.
  • the heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode divided by the hot water storage volume is less than 2.5 watts per liter, preferably even less than 2.15 watts per liter
  • the condenser-side heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode is in further variants with a hot water storage volume of 120 liters only 290 watts or only 235 watts and in further variants with a hot water storage volume of 150 liters only 370 watts or only 290 watts.
  • this corresponds to a heating output of 2.42 watts per liter of hot water storage volume, 1.96 watts per liter of hot water storage volume, 2.47 watts per hot water storage volume, or 1.93 watts per liter of hot water storage volume.
  • the condenser-side heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode is 1,500 watts, which corresponds to 1.5 watts per liter of hot water storage volume. All these variants and examples have in common that the condenser-side heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode divided by the hot water storage volume is less than 2.5 watts per liter of hot water storage volume.
  • the condenser-side heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode divided by the hot water volume is even less than 2.15 watts per liter of hot water storage volume.
  • the heat pump 20 is each dimensioned such that its heating output in the heat pump operating mode is 85% of its maximum heating output. In further variants, the heat pump 20 is each dimensioned such that its heating output in the heat pump operating mode is its maximum heating output.
  • the compressor 23 In the heat pump operating mode, the compressor 23 requires a compressor rated output for its operation. In a first variant, this nominal compressor output is a maximum of 1.4 watts per liter of the hot water storage tank volume. In a second variant, the nominal compressor output is a maximum of 0.7 watts per liter of the hot water storage tank volume. In a third variant, on the other hand, the nominal compressor output is a maximum of 0.5 watts per liter of the hot water storage tank volume. In the embodiment already described, where the hot water storage volume is 200 liters and the condenser-side heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode is 480 watts, the nominal compressor output in the first variant is therefore 280 watts. In the second variant, however, the nominal compressor output is 140 watts, while it is 100 watts in the third variant.
  • Both the compressor 23 and the evaporator 21 and also the throttle 24 of the heat pump 20 are arranged below the hot water tank 40.
  • the condenser 22 is arranged in the hot water tank 40 in order to heat the drinking water in the hot water tank 40 to the hot water temperature. This enables efficient heat transfer to the drinking water in the hot water storage tank 40 for heating the drinking water to the hot water temperature.
  • the condenser is designed with two walls, so that in the event of a leak in the refrigerant circuit 25, refrigerant cannot unintentionally get into the drinking water in the hot water tank 40. Even if the condenser 22 is arranged in the hot water tank 40, the arrangement of the remaining components of the heat pump 20 below the hot water tank 40 means that the heat pump 20 is arranged below the hot water tank 40.
  • an air inlet 61 is arranged in a lower region of the housing 60 and an air outlet 62 is arranged in an upper region of the housing 60.
  • the air inlet 61 is connected to the air outlet 62 by an air duct 63.
  • This air channel 63 is in the Figure 1 shown with dashed lines. It runs from the air inlet 61 below the hot water tank 40 towards the rear of the device 1 and in the area of the rear of the device 1 upwards and above the hot water tank 40 to the air outlet 62.
  • the evaporator 21 of the heat pump 20 is arranged in the air duct 63 below the hot water tank 40 .
  • a fan 30 is arranged on the side of the evaporator 21 opposite the air inlet 61.
  • the evaporator 21 With the fan 30, ambient air is moved through the air inlet 61 and the air duct 63 to the evaporator 21 and further to the air outlet 62 and back again into the environment.
  • the evaporator 21 is supplied with air as a heat source.
  • the heat pump 20 is thus an air-to-water heat pump and the fluid which is used as a heat source for the heat pump 20 is air or ambient air which is moved by the fan 30 through the air duct 63 during operation.
  • the device 1 is in operation with the fan 30 at ambient pressure, ie about 1,000 mbar, the evaporator 21 can be supplied with an air volume of air per second.
  • This air volume per second divided by the hot water storage volume is at least 0.142 per second per watt of heating power of the heat pump 20 in the heat pump operating mode, so that the air in the air volume is cooled by a maximum of 5 degrees.
  • this air volume per second is thus at least 28.4 liters per second per watt of heating output of the heat pump 20 in the heat pump operating mode.
  • the air volume per second is therefore at least 68.16 liters per second.
  • the air volume per second is 71 liters per second.
  • the air volume per second is at least 55.38 liters per second. In an example of this variant, the air volume per second is 56.8 liters per second. This is 0.284 per second per liter of hot water storage tank volume. But there is also the possibility that the volume of air moved by the fan 30 per second is larger or smaller.
  • the device 1 shown is the cross-section of the air duct 63 15 cm x 50 cm over the entire length of the air duct 63.
  • the air in the air duct is therefore moved at a flow speed of 0.947 m / s.
  • the cross-section of the air channel 63 is 18 cm ⁇ 50 cm over the entire length of the air channel 63, a flow speed of 0.789 m / s results in the air channel 63.
  • the air in the air duct is moved at a flow speed of 0.7573 m / s.
  • the flow velocity less than 0.8 m / s, prevents flow noises from becoming audible. This reduces noise emissions from the device 1 during operation.
  • both the compressor 23 or the compressor and the fan 30 are mounted on the rest of the device 1 in a sound-decoupled manner by means of rubber elements.
  • the rubber elements are dimensioned in such a way that vibrations of the compressor 23 or compressor that occur during operation of the compressor 23 or compressor are transmitted to the rest of the device 1 in a reduced manner. Measured over the entire vibration frequency spectrum, the vibrations measured on a side of the rubber elements on the rubber elements facing away from the compressor 23 or compressor are measured at least 50% less than on a side of the rubber elements on the rubber elements facing the compressor 23 or compressor.
  • the rubber elements are dimensioned in such a way that vibrations of the fan 30 that occur during operation of the fan 30 are transmitted to the rest of the device 1 in a reduced manner. Measured over the entire vibration frequency spectrum, the vibrations measured on the rubber elements on a side of the rubber elements facing away from the fan 30 are at least 50% less than measured on the rubber elements on a side of the rubber elements facing the fan 30.
  • the device 1 comprises a temperature sensor 41 for determining a temperature of the drinking water in the hot water storage tank 40.
  • This temperature sensor 41 is arranged in the hot water storage tank 40.
  • the device 1 also has an electrical heating element 42 arranged in the hot water storage tank 40 to support the heat pump 20 in heating the drinking water to the hot water temperature and thus in generating the domestic hot water.
  • this heating element 42 in the operational orientation of the device 1 in an upper third of the hot water tank 40.
  • the drinking water in the upper third of the hot water tank 40 can be heated very quickly if the temperature of the drinking water in the hot water tank 40 is high sinks below a limit value such as 55 ° C in order to be able to provide hot water again or continue to be available quickly.
  • the heating element 42 is arranged in the lower two thirds of the hot water tank 40.
  • the heating element 42 has a heating element operating mode in which the Heating element 42 provides a heating element output for heating the drinking water.
  • This heating element output is 10 watts per liter of hot water storage volume.
  • the heating element output of the heating element 42 in the heating element operating mode is thus 2000 watts.
  • Elements 46.1, 46.2, 46.3 made of hard paraffin and thus a phase change material are arranged in the hot water tank 40. These elements are encased in a shell and thereby separated from the water in the hot water tank 40.
  • the hard paraffin material used has a phase transition temperature or melting temperature of 61 ° C.
  • the device is designed for a power supply of 230V plus / minus 10% with alternating current at a frequency of 50Hz .
  • a current of less than 10 A is thus sufficient to operate the device 1.
  • this embodiment is also suitable for use in buildings with power networks of 230V plus / minus 10% with alternating current with a frequency of 50Hz and a maximum current strength of 10A.
  • power networks of 230V plus / minus 10% with alternating current with a frequency of 50Hz and a maximum current strength of 10A.
  • a large number of old buildings that existed in Switzerland in 2018 show such a power grid.
  • the aforementioned embodiment is suitable for use in these old buildings.
  • the device 1 further comprises a control unit 10 for controlling the device 1.
  • This control unit 10 is arranged on the front side of the device 1 and is connected to the temperature sensor 41 in order to receive temperature signals output by the temperature sensor 41.
  • the control unit 10 is also connected to the heat pump 20, in particular the compressor 23 of the heat pump 20, in order to control the heat pump 20 or the compressor 23.
  • the control unit 10 is connected to the fan 30 for controlling the fan 30 as well as to the heating element 42 for controlling the heating element 42.
  • the control unit 10 comprises an input unit 11 for inputting control parameters and a display 12 for displaying the control parameters.
  • This display 12 also serves as a temperature display for displaying the temperature signals output by the temperature sensor 41.
  • the control unit 10 includes an Internet connection for receiving data, in particular data on the current electricity tariff, via the Internet.
  • Figure 2 shows a simplified schematic representation of a side view of a second device 101 according to the invention for providing domestic hot water.
  • Figure 2 the same view of device 101 shown as Figure 1 of the device 1.
  • Most of the features of the in Figure 2 device 101 shown are identical to the features of FIG Figure 1 Device shown 1. The only differences are highlighted below.
  • the condenser 122 of the heat pump 120 is not arranged in the hot water storage tank 140, but is designed as a tube wound around the hot water storage tank 140 and in which the refrigerant is contained.
  • the heating element 142 is not arranged in the upper third, but in the lower two thirds of the hot water storage tank 140.
  • Both the in Figure 1 device 1 shown as well as in Figure 2 The device 101 shown can both be modified so that the respective heat pump 20, 120 cannot is more of an air-to-water heat pump than a water-to-water heat pump or a brine-to-water heat pump. In such modifications, the evaporator no longer uses air, but rather water or brine as a heat source.
  • Figure 3 shows a simplified schematic representation of a side view of a third device 201 according to the invention for providing domestic hot water.
  • Most of the features of the in Figure 3 Device 301 shown are identical to the features of FIG Figure 1 Device shown 1. The only differences are highlighted below.
  • Device 201 shown is a water-to-water heat pump, with which the fluid and thus the heat source is water. Therefore, the evaporator 221 required in the Figure 3
  • the device 201 shown does not have an air supply, but a water supply. Accordingly, the device 201 does not require an air inlet, air duct and air outlet. In addition, the device 201 does not require a fan.
  • the device 201 comprises a heat source water line 226 with two heat source water connections 227.1, 227.2 for connecting the device 201 to a heat source water supply, not shown here, such as a heating circuit, in particular the heating circuit of a floor heating system, or a fresh water source.
  • This heat source water line 226 serves to supply the evaporator 221 of the heat pump 220 with water as a heat source.
  • the heat pump is the in Figure 3 Device 201 shown is a brine-water heat pump and thus the fluid and thus the heat source is a brine.
  • the heat source water line with the heat source water connections is a brine line with two brine connections in order to connect the brine line to a brine circuit such as a geothermal probe of a geothermal probe heating system.
  • the device In the aforementioned variants with a hot water storage volume of 350 liters or less, the device generates in operation with the heat pump Heat pump operating mode a sound emission (sound power level A-weighted according to DIN EN 61672-1 2003-10) of less than 25 dB (A).
  • a sound emission sound power level A-weighted according to DIN EN 61672-1 2003-10
  • the invention is not restricted to the aforementioned embodiments.
  • the compressor or the fan which may be present, to be arranged below the hot water storage tank.
  • the compressor or compressor can be arranged below the hot water tank, while the fan is arranged above the hot water tank.
  • the compressor or compressor can also be arranged above the hot water tank or at the same height as the hot water tank. It is irrelevant whether the fan that may be present is arranged above or below the hot water tank or at the same height as the hot water tank.
  • the device is a tall cabinet boiler and has the corresponding external dimensions.
  • the device can also be made larger or smaller, wider, narrower, deeper, less deep or higher or less high.
  • the device can also be designed to provide domestic hot water in a single-family house, where it is arranged in the basement.
  • the device can also be designed for the central provision of domestic hot water in an apartment building.
  • the device can also be designed for use in any other building.
  • a device for providing domestic hot water which is quiet in operation and accordingly only causes low noise emissions.
  • a method for the correspondingly quiet operation of such a device is created.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser, umfassend eine Wärmepumpe (20) zum Erwärmen von Wasser, insbesondere Trinkwasser, auf eine Warmwassertemperatur und damit zur Erzeugung des Brauchwarmwasser. Dabei umfasst die Wärmepumpe (20) einen Verdampfer (21) zur Nutzung eines Fluids als Wärmequelle zum Verdampfen eines Kältemittels, einen Kondensator (22) zum Kondensieren des Kältemittels und einen Verdichter (23) zum Verdichten des Kältemittels, insbesondere einen Kompressor zum Komprimieren des Kältemittels. Zudem weist die Wärmepumpe (20) einen Wärmepumpenbetriebsmodus auf, in welchem die Wärmepumpe (20) kondensatorseitig eine Heizleistung zum Erwärmen des Wassers auf die Warmwassertemperatur leistet. Weiter umfasst die Vorrichtung (1) einen Warmwasserspeicher (40) zum Speichern des Brauchwarmwassers, wobei der Warmwasserspeicher (40) ein Warmwasserspeichervolumen aufweist, Dabei ist die Heizleistung der Wärmepumpe (20) im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 2.5 Watt pro Liter, bevorzugt geringer als 2.15 Watt pro Liter. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung (1) zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser, in welchem die Vorrichtung (1) täglich mindestens 80% der Zeit des jeweiligen Tages, bevorzugt mindestens 90% der Zeit des jeweiligen Tages, besonders bevorzugt permanent im Betriebsmodus betrieben wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser, umfassend eine Wärmepumpe zum Erwärmen von Wasser, insbesondere Trinkwasser, auf eine Warmwassertemperatur und damit zur Erzeugung des Brauchwarmwassers, wobei die Wärmepumpe einen Verdampfer zur Nutzung eines Fluids als Wärmequelle zum Verdampfen eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels und einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels, insbesondere einen Kompressor zum Komprimieren des Kältemittels, umfasst und einen Wärmepumpenbetriebsmodus aufweist, in welchem die Wärmepumpe kondensatorseitig eine Heizleistung zum Erwärmen des Wassers auf die Warmwassertemperatur leistet, und einen Warmwasserspeicher zum Speichern des Brauchwarmwassers, wobei der Warmwasserspeicher ein Warmwasserspeichervolumen aufweist. Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser.
    • Stand der Technik
  • Vorrichtungen, welche zum eingangs genannten technischen Gebiet gehören, sind bekannt. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der DE 20 2014 226 983 A1 der ROTEX Heating Systems GmbH beschrieben.
  • Derartige Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie im Betrieb erhebliche, störende Schallemissionen verursachen und daher nur beschränkt für den Einsatz in Wohnräumen geeignet sind.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zu schaffen, welche im Betrieb leise ist und entsprechend nur geringe Schallemissionen verursacht. Zudem ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum entsprechend leisen Betrieb einer derartigen Vorrichtung zu schaffen.
  • Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung ist die Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 2.5 Watt pro Liter, bevorzugt geringer als 2.15 Watt pro Liter.
  • Im Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die Vorrichtung täglich mindestens 80% der Zeit des jeweiligen Tages, bevorzugt mindestens 90% der Zeit des jeweiligen Tages, besonders bevorzugt permanent im Betriebsmodus betrieben. Bevorzugt wird die Vorrichtung mindestens eine Woche, d.h. 7 Tage täglich derart betrieben.
  • Erfindungsgemäss dient die Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser. Bevorzugt ist Brauchwarmwasser Wasser mit einer Temperatur in einem Bereich von 45°C bis 75°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 55°C bis 65°C, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 60°C bis 65°C. Besonders bevorzugt ist Brauchwarmwasser Trinkwasser mit einer Temperatur in einem Bereich von 45°C bis 75°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 55°C bis 65°C, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 60°C bis 65°C. Somit umfasst das Bereitstellen von Brauchwarmwasser bevorzugt ein Erwärmen von Wasser, insbesondere Trinkwasser, auf eine Temperatur im Bereich von 45°C bis 75°C, insbesondere im Bereich von 55°C bis 65°C bzw. im Bereich von 60°C bis 65°C, sowie das Bereithalten des Wassers bzw. Trinkwassers bei einer Temperatur im Bereich von 45°C bis 75°C, insbesondere im Bereich von 55°C bis 65°C bzw. im Bereich von 60°C bis 65°C. Dabei bedeutet Bereithalten bevorzugt ein ständiges Bereithaben zur unmittelbaren Benutzung bei Bedarf. Somit liegt die Warmwassertemperatur, auf welche das Wasser bzw. Trinkwasser erwärmt wird, bevorzugt im Bereich von 45°C bis 75°C bzw. im Bereich von 55°C bis 65°C bzw. im Bereich von 60°C bis 65°C. Dabei ist nicht erforderlich, dass das Brauchwarmwasser auch bei der Warmwassertemperatur, auf welche das Brauchwarmwasser zu seiner Bereitstellung erwärmt wird, bereitgehalten wird. Da das Brauchwarmwasser im Warmwasserspeicher gespeichert wird, kann das Brauchwarmwasser auch bei einer Entnahmetemperatur dem Warmwasserspeicher entnehmbar sein, welche etwas tiefer als die Warmwassertemperatur ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn im Warmwasserspeicher eine inhomogene Temperaturverteilung vorliegt. Dies kann aber beispielsweise auch aufgrund von Wärmeverlusten im Warmwasserspeicher der Fall sein. Bevorzugt liegt die Entnahmetemperatur jedoch ebenfalls im Bereich von 45°C bis 75°C, insbesondere im Bereich von 55°C bis 65°C. Besonders bevorzugt erfüllt die Vorrichtung dabei die Norm SIA 385/1:2011. Das bedeutet, dass die Entnahmetemperatur am Eintritt der Ausstossleitung je nach Verwendung der Vorrichtung bevorzugt im Bereich von 55°C bis 65°C oder von 60°C bis 65°C liegt.
  • Bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Warmwasserspeicher zum Speichern des Brauchwarmwassers. Dabei ist der Begriff "Warmwasserspeicher" bevorzugt breiter als gemäss der Norm SIA 385/1:2011 zu verstehen und umfasst bevorzugt Wasserspeicher mit eingebauten Heizflächen und Wasserspeicher ohne eingebaute Heizflächen. Entsprechend ist der Begriff "Warmwasserspeicher" im vorliegenden Text derart zu verstehen, dass er sowohl Speicherwassererwärmer gemäss der Norm SIA 385/1:2011 als auch Warmwasserspeicher gemäss der Norm SIA 385/1:2011 umfasst.
  • Erfindungsgemäss umfasst die Wärmepumpe einen Verdampfer zur Nutzung eines Fluids als Wärmequelle zum Verdampfen eines Kältemittels. Dieses Fluid ist bevorzugt eine Substanz, welche sich unter dem Einfluss von Scherkräften kontinuierlich verformt. Das bedeutet, dass die Substanz fliesst und bevorzugt ein Schubmodul mit einem Wert von 0 N/m2 bzw. null aufweist. Damit kann das Fluid ein Gas wie zum Beispiel Luft sein. Das Fluid kann aber auch eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Wasser oder eine Sole sein.
  • Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass die Wärmepumpe derart konstruiert werden kann, dass sie im Betrieb nur eine geringe Schallemission verursacht und entsprechend im Betrieb leise ist. Wenn das Warmwasserspeichervolumen im Bereich von 120L bis 500 Liter beträgt, kann die Vorrichtung dadurch beispielsweise derart konstruiert werden, dass sie in Wohnräumen und dort beispielsweise in einem Schrank Platz findet. Ein solcher Schrank kann beispielsweise in der Küche, im Badezimmer, im Flur oder in einer Abstellkammer angeordnet werden.
  • Bevorzugt ist eine Maximalheizleistung der Wärmepumpe zum Erwärmen von Wasser auf die Warmwassertemperatur, welche die Wärmepumpe kondensatorseitig zu leisten ausgebildet ist, geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 3.0 Watt pro Liter, besonders bevorzugt geringer als 2.5 Watt pro Liter. Dabei ist die Maximalheizleistung der Wärmepumpe vorteilhafterweise die maximale Leistung, welche die Wärmepumpe kondensatorseitig zu leisten ausgebildet ist. Bevorzugt beträgt die Heizleistung im Wärmepumpenbetriebsmodus mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90% der Maximalheizleistung der Wärmepumpe. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Heizleistung im Wärmepumpenbetriebsmodus 100% der Maximalheizleistung bzw. ist die Heizleistung im Wärmepumpenbetriebsmodus zugleich die Maximalheizleistung der Wärmepumpe.
  • Wenn die Maximalheizleistung der Wärmepumpe zum Erwärmen von Wasser auf die Warmwassertemperatur, welche die Wärmepumpe kondensatorseitig zu leisten ausgebildet ist, geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 3.0 Watt pro Liter bzw. geringer als 2.5 Watt pro Liter ist, so wird der Vorteil erreicht, dass die Wärmepumpe vergleichsweise klein dimensioniert werden kann. Entsprechend kann dadurch die Vorrichtung kompakt konstruiert werden. Ausserdem wird dadurch der Vorteil erreicht, dass die Wärmepumpe derart konstruiert werden kann, dass sie im Betrieb nur eine geringe Schallemission verursacht wie beispielsweise weniger als 35 dB(A) oder gar weniger als 26 dB(A). Somit kann die Vorrichtung dadurch derart konstruiert werden, dass sie in Wohnräumen montiert werden kann und beispielsweise in einem Schrank Platz findet. Ein solcher Schrank kann beispielsweise in der Küche, im Badezimmer, im Flur oder in einer Abstellkammer angeordnet werden.
  • Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Maximalheizleistung der Wärmepumpe zum Erwärmen von Wasser auf die Warmwassertemperatur, welche die Wärmepumpe kondensatorseitig zu leisten ausgebildet ist, geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen 3.0 Watt pro Liter oder mehr beträgt.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung einen Temperatursensor zum Bestimmen einer Temperatur von Wasser im Warmwasserspeicher. Besonders bevorzugt ist dieser Temperatursensor in einem Inneren des Warmwasserspeichers angeordnet. Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung zudem eine Temperaturanzeige zur Anzeige der vom Temperatursensor bestimmten Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher. Dabei kann die Temperaturanzeige direkt mit dem Temperatursensor verbunden sein. Falls die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung, insbesondere der Wärmepumpe sowie eines allenfalls vorhandenen Heizelements, aufweist, so kann die Temperaturanzeige auch mit der Steuereinheit verbunden sein.
  • In einer Variante davon umfasst die Vorrichtung hingegen keine Temperaturanzeige.
  • Alternativ dazu umfasst die Vorrichtung keinen Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur von Wasser im Warmwasserspeicher.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung, insbesondere der Wärmepumpe sowie eines allenfalls vorhandenen Heizelements. Falls die Vorrichtung dabei einen Temperatursensor aufweist, so ist die Steuereinheit bevorzugt zum Empfangen von vom Temperatursensor ausgegebenen Temperatursignalen mit dem Temperatursensor verbunden.
  • In einer bevorzugten Variante umfasst die Steuereinheit eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Steuerparametern. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Steuereinheit keine derartige Eingabeeinheit umfasst.
  • Falls die Vorrichtung eine Temperaturanzeige zur Anzeige der vom Temperatursensor bestimmten Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher sowie eine Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung, insbesondere der Wärmepumpe sowie eines allenfalls vorhandenen Heizelements, mit einer Eingabeeinheit zur Eingabe von Steuerparametern umfasst, so kann die Temperaturanzeige in der Eingabeeinheit integriert sein oder aber von der Eingabeeinheit separat ausgebildet sein.
  • Bevorzugt ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass sie eine Steuerung der Vorrichtung in Abhängigkeit des Stromtarifs ermöglicht. So ist die Steuereinheit bevorzugt derart ausgebildet, dass die Wärmepumpe bei hohem Stromtarif ausgeschaltet wird. In einer bevorzugten Variante davon ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass ein allenfalls vorhandenes Heizelement bei hohem Stromtarif ausgeschaltet wird. Falls der Stromtarif abhängig von festen Tageszeiten ändert und zu festen Tageszeiten hoch ist, so kann die Steuerung beispielsweise nach Tageszeiten die Wärmepumpe bzw. das allenfalls vorhandene Heizelement ausschalten. Falls der Stromtarif hingegen von der aktuellen Stromnachfrage und dem aktuellen Stromangebot bzw. dem aktuellen Strommarkt abhängt, so kann die Steuerung bei Überschreiten des aktuellen Stromtarifs eines Grenzwerts des aktuellen Stromtarifs die Wärmepumpe bzw. die Wärmepumpe ausschalten. Dabei kann der Grenzwert manuell festlegbar oder auch automatisch festlegbar sein. Letzteres kann beispielsweise aufgrund eines gleitenden Mittelwerts des Stromtarifs über eine bestimmte Anzahl Tage wie beispielsweise über die vergangenen 10 Tage erfolgen, indem der Grenzwert beispielsweise auf 200% des gleitenden Mittelwerts automatisch festgelegt wird. Mit derartigen stromtarifabhängigen Steuermöglichkeiten wird der Vorteil erreicht, dass die Vorrichtung smartgridfähig ausgebildet werden kann. Um Daten bezüglich der des Stromtarifs erhalten zu können, umfasst die Steuereinrichtung vorzugsweise eine Schnittstelle für eine Verbindung ans Internet oder an ein Mobiltelefonnetz. Alternativ dazu kann die Steuereinrichtung aber auch ohne derartige Schnittstelle ausgebildet sein.
  • Als Alternative zu diesen Varianten umfasst die Vorrichtung hingegen keine Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung.
  • Vorteilhafterweise benötigt im Wärmepumpenbetriebsmodus der Verdichter, insbesondere der Kompressor, für seinen Betrieb eine Verdichternennleistung, wobei die Verdichternennleistung geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen bevorzugt höchstens 1.4 Watt pro Liter, besonders bevorzugt höchstens 0.7 Watt pro Liter, ganz besonders bevorzugt höchstens 0.5 Watt pro Liter ist. Falls der Verdichter ein elektrischer Verdichter bzw. der Kompressor ein elektrischer Kompressor ist, so ist die Verdichternennleistung vorzugsweise die elektrische Nennleistung des Verdichters bzw. des Kompressors im Wärmepumpenbetriebsmodus. Falls der Verdichter bzw. der Kompressor durch einen Verbrennungsmotor angetrieben ist, so ist die Verdichternennleistung vorzugsweise durch den Verbrauch von Brennstoff für den Betrieb des Verdichters bzw. des Kompressors im Wärmepumpenbetriebsmodus, den Brennwert des dabei verwendeten Brennstoffs sowie den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors gegeben, wobei der Brennwert mit der im Wärmepumpenbetriebsmodus der Wärmpepumpe pro Zeiteinheit für den Betrieb des Verdichters bzw. Kompressors verbrauchten Menge Brennstoff und dem Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors multipliziert wird. Unabhängig davon, ob der Verdichter ein elektrischer Verdichter bzw. der Kompressor ein elektrischer Kompressor ist oder nicht, hat eine Verdichternennleistung geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen von höchstens 1.4 Watt pro Liter, bzw. höchstens 0.7 Watt pro Liter bzw. höchstens 0.5 Watt pro Liter den Vorteil, dass der Verdichter bzw. Kompressor vergleichsweise wenig Energie benötigt. Je geringer der Wert der Watt pro Liter dabei ist, desto grösser wird der Vorteil. Insbesondere bei einem elektrischen Verdichter bzw. einem elektrischen Kompressor wird dadurch der Vorteil erreicht, dass die Vorrichtung durch eine vergleichsweise kleine Photovoltaikanlage betrieben werden kann. Wenn die Vorrichtung in einem Wohngebäude wie einem Einfamilienhaus oder einem Mehrfamilienhaus eingesetzt wird, so kann dadurch problemlos eine Photovoltaikanlage auf dem Dach des Wohngebäudes installiert werden, welche für den Betrieb der Vorrichtung ausreichend dimensioniert ist.
  • Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Verdichternennleistung geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen mehr als 1.4 Watt pro Liter beträgt.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Heizelement, insbesondere ein elektrisches Heizelement, zur Unterstützung der Wärmepumpe beim Erwärmen von Wasser, insbesondere Trinkwasser, auf die Warmwassertemperatur und damit bei der Erzeugung von Brauchwarmwasser auf, wobei das Heizelement im Warmwasserspeicher angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Erzeugung von Brauchwarmwasser durch Betreiben des elektrischen Heizelements im Bedarfsfall optimal unterstützt werden kann.
  • In einer ersten bevorzugten Variante davon ist die Vorrichtung zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt, wobei in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung das Heizelement in einem oberen Drittel des Warmwasserspeichers angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Wasser, insbesondere Trinkwasser, im oberen Drittel des Warmwasserspeichers sehr rasch erwärmt werden kann, wenn beispielsweise bei grossem Gebrauchswasserverbrauch die Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher unter einen Grenzwert wie zum Beispiel 55°C sinkt, um rasch wieder bzw. weiterhin Brauchwarmwasser bereitstellen zu können. In einer zweiten bevorzugten Variante davon ist die Vorrichtung zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt, wobei in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung das Heizelement im unteren zwei Dritteln des Warmwasserspeichers angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Ausfall der Wärmepumpe dennoch die gleiche Menge Brauchwarmwasser wie mit der Wärmepumpe bereitgestellt werden kann.
  • Bevorzugt weist das Heizelement einen Heizelementbetriebsmodus auf, in welchem das Heizelement eine Heizelementleistung zum Erwärmen von Wasser im Bereich von 5 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen bis 12 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen, besonders bevorzugt etwa 10 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das Heizelement vergleichsweise klein und kostengünstig dimensioniert werden kann.
  • In einer Variante dazu kann das Heizelement auch einen anderen Heizelementbetriebsmodus aufweisen.
  • Alternativ zu den Varianten mit Heizelement besteht auch die Möglichkeit, dass die Vorrichtung kein derartiges Heizelement aufweist.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung im Warmwasserspeicher oder an den Warmwasserspeicher anliegend angeordnete Elemente aus Phasenwechselmaterial auf. Bevorzugt sind diese Elemente mit einer Hülle umhüllt und dadurch vom Wasser im Warmwasserspeicher separiert. Ein Phasenwechselmaterial ist bevorzugt ein Material, dessen Schmelzenthalpie in Joule pro Kilogramm grösser ist als die Energie in Joule pro Kilogramm, welche benötigt wird, um ein Kilogramm des Materials im flüssigen Zustand um 10°C, besonders bevorzugt um 50°C zu erwärmen. Besonders bevorzugt liegt dabei die Phasenübergangstemperatur des Phasenwechselmaterial vom flüssigen in den festen Zustand in einem Bereich von 45°C bis 75°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 55°C bis 65°C, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 60°C bis 65°C. Dies hat den Vorteil, dass bei grossem Brauchwarmwasserverbrauch zumindest vorübergehend verhindert werden kann, dass die Temperatur des Wassers bzw. Trinkwassers im Warmwasserspeicher unterhalb der Phasenübergangstemperatur des Phasenwechselmaterials sinken kann, weil sich erst das Phasenübergangsmaterial verfestigt, bis die Temperatur des Wassers bzw. Trinkwassers im Warmwasserspeicher weiter absinken kann. Somit wird ermöglicht, dass bei vorgegebenem Warmwasserspeichervolumen ein grösserer Brauchwarmwasserverbrauch ermöglicht wird bzw. dass ein bestimmter Brauchwarmwasserverbrauch auch mit einem kleineren Warmwasserspeichervolumen ermöglicht wird.
  • Besonders bevorzugt ist das Phasenwechselmaterial Hartparaffin, d.h. ein Paraffin, bei welchem n-Alkane dominieren, wobei die Molare Masse zwischen 275 und 600 Gramm pro Mol liegt. Hartparaffin hat einerseits den Vorteil, dass es in Wasser unlöslich ist, womit eine Verunreinigung des Wassers im Warmwasserspeicher auf einfache Art und Weise verhindert werden kann. Andererseits liegt die Phasenübergangstemperatur von Hartparaffin bei etwa 60°C.
  • Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Vorrichtung keine im Warmwasserspeicher oder an den Warmwasserspeicher anliegend angeordnete Elemente aus Phasenwechselmaterial aufweist.
  • Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung für eine Stromversorgung von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz und einer Stromstärke von maximal 10 A ausgelegt und an ein Stromnetz mit einer Spannung von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz und einer Stromstärke von maximal 10 A anschliessbar. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung sowohl bei Neubauten als auch bei Altbauten an die vorhandenen Stromanschlüsse anschliessbar ist. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Vorrichtung für eine andere Stromversorgung ausgelegt ist. Je nach Stromversorgung kann dabei die Spannung, Frequenz oder auch Stromstärke andere Werte aufweisen. In einer bevorzugten Variante ist die Vorrichtung für den Betrieb mit einer Gleichstromversorgung ausgebildet. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mit einer Photovoltaikanlage sowie einem allenfalls vorhandenen Stromspeicher betrieben werden soll, da keine Umwandlung in Wechselstrom erforderlich ist.
  • Besonders bevorzugt ist die Wärmepumpe eine elektrische Wärmepumpe. Entsprechend ist der Verdichter bevorzugt ein elektrisch angetriebener Verdichter. Bevorzugt ist die Wärmepumpe dabei für eine Stromversorgung von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz und einer Stromstärke von maximal 10 A ausgelegt. Besonders bevorzugt ist die Wärmepumpe dabei für eine Stromversorgung von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz und einer Stromstärke von maximal 2.0 A, ganz besonders bevorzugt von maximal 1.5 A ausgelegt. In einer Variante dazu besteht auch die Möglichkeit dass die Wärmepumpe für eine andere Stromversorgung ausgelegt ist. Je nach Stromversorgung kann dabei die Spannung, Frequenz oder auch Stromstärke andere Werte aufweisen. In einer bevorzugten Variante ist die Wärmepumpe bzw. der Verdichter für den Betrieb mit einer Gleichstromversorgung ausgebildet. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mit einer Photovoltaikanlage sowie einem allenfalls vorhandenen Stromspeicher betrieben werden soll, da keine Umwandlung in Wechselstrom erforderlich ist. In einer weiteren Variante dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Wärmepumpe keine elektrische Wärmepumpe ist. In diesem Fall kann der Verdichter beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben sein.
  • Vorteilhafterweise weist die Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf auf. In diesem Kältemittelkreislauf sind in Flussrichtung des Kältemittels nacheinander der Kondensator, der Verdampfer und der Verdichter angeordnet, worauf wiederum der Kondensator folgt. In einer bevorzugten Variante weist die Wärmepumpe zudem eine Drossel, insbesondere ein Ventil oder eine Engstelle wie beispielsweise eine Kapillare im Kältemittelkreislauf, zum Verringern eines Drucks im Kältemittelkreislauf in Flussrichtung nach der Drossel im Vergleich zu vor der Drossel auf, wobei die Drossel in Flussrichtung des Kältemittels nach dem Kondensator und vor dem Verdampfer angeordnet ist. In einer Variante dazu weist der Kältemittelkreislauf hingegen keine Drossel auf.
  • Vorteilhafterweise ist der Kältemittelkreislauf ein geschlossener Kreislauf. In einer Alternative dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Kältemittelkreislauf ein offener Kreislauf ist.
  • Bevorzugt ist die Wärmepumpe für den Betrieb mit einer Kältemittelmenge ausgelegt, welche in flüssiger Form des Kältemittels ein Volumen von weniger als 1%, bevorzugt weniger als 0.1%, ganz besonders bevorzugt weniger als 0.075% des Warmwasserspeichervolumens einnimmt. Dies hat den Vorteil, dass nur eine vergleichsweise geringe Menge Kältemittel benötigt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Kältemittel umwelt- oder klimaschädlich ist.
  • Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Wärmepumpe für den Betrieb mit einer grösseren Kältemittelmenge ausgelegt ist.
  • Vorzugsweise enthält die Wärmepumpe das Kältemittel. Vorzugsweise ist das Kältemittel ein Fluid, das zur Wärmeübertragung in der Wärmepumpe eingesetzt wird, und das bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, wobei Aggregatszustandsänderungen des Fluids erfolgen. Bevorzugt sind die Aggregatszuständsänderungen des Fluids bei Aufnahme von Wärme von flüssig zu gasförmig und bei der Abgabe von Wärme von gasförmig zu flüssig. Beispiele von Kältemitteln sind 1,1,1,2-Tetrafluorethan, Kohlendioxid, Ammoniak, Propan, 2,3,3,3-Tetrafluorpropen und Wasser. Diese und weitere Beispiele von Kältemitteln sind von der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) im ANSI/ASHRAE Standard 34-2016 aufgelistet. Besonders bevorzugt ist das Kältemittel Propan. Propan hat den Vorteil, in Wasser praktisch unlöslich zu sein und bei Umgebungsdruck bereits bei -42.1°C gasförmig werden. Falls somit aufgrund eines Lecks versehentlich Kältemittel in den Warmwasserspeicher gelangt, so löst sich das Kältemittel nicht im Wasser im Warmwasserspeicher, sondern wird gasförmig und setzt sich im oberen Bereich des Warmwasserspeichers über dem Wasser im Warmwasserspeicher ab. Von dort kann das Kältemittel problemlos durch ein gegebenenfalls vorhandenes Überdruckventil abgelassen werden.
  • Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass die Wärmepumpe kein Kältemittel enthält. Dies kann beispielsweise für eine längerdauernde Lagerung oder den Transport der Vorrichtung vorteilhaft sein. In diesem Fall wird vor der Inbetriebnahme der Vorrichtung vorzugsweise der Wärmepumpe das Kältemittel beigefügt.
  • Vorteilhafterweise enthält die Wärmepumpe das Kältemittel, wobei das Kältemittel in flüssiger Form ein Volumen von weniger als 1%, bevorzugt weniger als 0.1%, ganz besonders bevorzugt weniger als 0.075% des Warmwasserspeichervolumens aufweist. Dies hat den Vorteil, dass nur eine vergleichsweise geringe Menge Kältemittel benötigt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Kältemittel umweit- oder klimaschädlich ist.
  • Bevorzugt ist durch den Kondensator Wasser im Warmwasserspeicher auf die Warmwassertemperatur erwärmbar. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung eine besonders effiziente Bereitstellung von Brauchwarmwasser ermöglicht.
  • In einer ersten bevorzugten Variante davon ist der Kondensator im Warmwasserspeicher angeordnet. Besonders bevorzugt ist dabei der Kondensator zweiwandig ausgebildet. In einer bevorzugten Variante davon ist der Kondensator hingegen einwandig ausgebildet. Der Kondensator kann aber auch drei- oder mehrwandig ausgebildet sein. Unabhängig davon, wievielwandig der Kondensator ausgebildet ist, ist die Vorrichtung somit vorteilhafterweise ein Speicherwassererwärmer gemäss der Norm SIA 385/1:2011. In einer zweiten bevorzugten Variante davon ist der Kondensator ausserhalb des Warmwasserspeichers angeordnet. So kann der Kondensator beispielsweise durch ein Rohr oder Schlauch gebildet sein, welcher mehrfach um den Warmwasserspeicher geführt bzw. gewickelt ist.
  • Als Alternative zu diesen Varianten besteht auch die Möglichkeit, dass durch den Kondensator Wasser ausserhalb des Warmwasserspeichers auf die Warmwassertemperatur erwärmbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch umgesetzt sein, dass der Kondensator bezüglich einer Flussrichtung eines Wasserdurchflusses durch die Vorrichtung dem Warmwasserspeicher vorgelagert ist. Dies kann aber beispielsweise auch dadurch umgesetzt sein, dass die Vorrichtung eine Wasserleitung vom Warmwasserspeicher zum Kondensator und wieder zurück zum Warmwasserspeicher aufweist, sodass Wasser aus dem Warmwasserspeicher dem Kondensator zum Erwärmen auf die Warmwassertemperatur zugeführt und nach dem Erwärmen wieder dem Warmwasserspeicher zuführbar ist.
  • Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Wasserzuflussanschluss zum Anschliessen der Vorrichtung an eine Wasserversorgung, insbesondere eine Trinkwasserversorgung auf. Dabei ist der Wasserzuflussanschluss bevorzugt mit dem Warmwasserspeicher verbunden, um dem Wasserzuflussanschluss zugeführtes Wasser bzw. Trinkwasser in den Warmwasserspeicher einzulassen.
  • Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Wasserabflussanschluss zum Anschliessen der Vorrichtung an eine Warmwasserverbrauchseinrichtung auf, wobei der Wasserabflussanschluss bevorzugt mit dem Warmwasserspeicher verbunden ist, um Brauchwarmwasser aus dem Warmwasserspeicher via den Wasserabflussanschluss abzulassen und dadurch einer allenfalls an den Wasserabfluss angeschlossenen Warmwasserverbrauchseinrichtung zuzuführen. Dabei ist der Wasserabflussanschluss bevorzugt mit einer Ausstossleitung verbindbar, welche mit der Warmwasserverbrauchseinrichtung verbunden ist. Wenn somit die Vorrichtung die Norm SIA 385/1:2011 und die Entnahmetemperatur am Eintritt der Ausstossleitung je nach Verwendung der Vorrichtung im Bereich von 55°C bis 65°C bzw. von 60°C bis 65°C liegt, so ist dabei die Entnahmetemperatur bevorzugt die beim Wasserabflussanschluss gemessene Temperatur des Wassers, welches dem Warmwasserspeicher entnommen wird.
  • Vorzugsweise beträgt das Warmwasserspeichervolumen mindestens 150 Liter, bevorzugt mindestens 200 Liter. Dies hat den Vorteil, dass sich die Vorrichtung für die Bereitstellung von Brauchwarmwasser einer Wohnung eignet, da sie zum Bereitstellen von Brauchwarmwasser für etwa 3 bis 5 Personen, und damit für etwa 4 Personen ausgelegt ist.
  • Bevorzugt beträgt das Warmwasserspeichervolumen höchstens 1'000 Liter, besonders bevorzugt höchstens 500 Liter, ganz besonders bevorzugt höchstens 350 Liter. Alternativ dazu kann das Warmwasserspeichervolumen aber auch mehr als 1'000 Liter betragen.
  • In einer bevorzugten Variante ist die Wärmepumpe eine Luft-Wasser-Wärmepumpe und somit das Fluid und damit die Wärmequelle Luft. Dies hat den Vorteil, dass Umgebungsluft als Wärmequelle benutzt werden kann und dass somit keine separaten Wärmequellenleitungen benötigt werden. Entsprechend ist die Vorrichtung besonders einfach zu installieren. Zudem ist die Vorrichtung besonders für den Einsatz in Wohnungen und Häusern geeignet, welche saniert werden, da keine Anschlüsse an eine separate Wärmequelle benötigt werden.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung einen Ventilator zum Zuführen von Luft als Wärmequelle zum Verdampfer. Dies hat den Vorteil, dass dem Verdampfer mehr Luft zugeführt und damit eine grössere Menge der Wärmequelle zugeführt werden kann, welcher die Wärmepumpe pro Zeiteinheit Energie entziehen kann. Damit wird die Heizleistung, welche die Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus kondensatorseitig zum Erwärmen des Wassers auf die Warmwassertemperatur leistet, vergrössert.
  • Bevorzugt ist mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar, wobei pro Watt Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus das Luftvolumen pro Sekunde mindestens 0.142 Liter pro Sekunde beträgt. Auf ein Beispiel angewendet, bei welchem die Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus 480 Watt beträgt, ist somit mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar, welches mindestens 68.16 Liter pro Sekunde beträgt. In diesem Beispiel können das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter und die Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen 2.4 Watt pro Liter betragen. Genauso kann in diesem Beispiel das Warmwasserspeichervolumen aber auch 250 Liter und die Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen 1.92 Watt pro Liter betragen.
  • Ein Luftvolumen pro Sekunde von mindestens 0.142 Liter pro Sekunde pro Watt Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus hat den Vorteil, dass die Luft im Luftstrom beim Passieren des Verdampfers um höchstens 5 Grad abgekühlt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung in Wohnräumen eingesetzt wird, weil dadurch im Wohnraum kein unangenehm kalter Luftstrom erzeugt wird. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar ist, welcher pro Sekunde geringer als 0.142 Liter pro Sekunde pro Watt Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus ist.
  • Bevorzugt ist mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar, wobei das Luftvolumen pro Sekunde geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen mindestens 0.284 pro Sekunde, besonders bevorzugt mindestens 0.355 pro Sekunde beträgt. In einer Variante dazu kann das Luftvolumen pro Sekunde geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen aber auch weniger als 0.284 pro Sekunde betragen.
  • Bevorzugt ist mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar, wobei eine Geschwindigkeit der vom Ventilator bewegten Luft geringer als 0.8 m/s ist. Dies hat den Vorteil, dass Strömungsgeräusche der vom Ventilator bewegten Luft minimiert werden. Entsprechend verursacht die Vorrichtung nur geringe Schallemissionen und ist damit für den Einsatz in Wohnräumen geeignet. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung dabei einen Luftkanal, durch welchen mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar ist, wobei der Luftkanal einen Lufteinlass zum Einlassen von Luft aus einer Umgebung der Vorrichtung und einen Luftauslass zum Auslassen von Luft in die Umgebung der Vorrichtung umfasst, wobei der Luftkanal einen minimalen Querschnitt aufweist, wobei das Luftvolumen geteilt durch den minimalen Querschnitt kleiner als 0.8 m ist. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise sichergestellt wird, dass die Geschwindigkeit der vom Ventilator bewegten Luft geringer als 0.8 m/s beträgt. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass der minimale Querschnitt des Luftkanals grösser ist, dass die Vorrichtung keinen Luftkanal umfasst. Ausserdem besteht auch die Möglichkeit, dass mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar ist, wobei eine Geschwindigkeit der vom Ventilator bewegten Luft 0.8 m/s oder grösser ist.
  • Indem die Vorrichtung einen Ventilator um Zuführen von Luft als Wärmequelle zum Verdampfer umfasst, wobei mit dem Ventilator im Betrieb des Ventilators bei Umgebungsdruck dem Verdampfer pro Sekunde ein Luftvolumen Luft zuführbar ist, wobei eine Geschwindigkeit der vom Ventilator bewegten Luft geringer als 0.8 m/s ist und wobei das Luftvolumen pro Sekunde mindestens 0.142 Liter pro Sekunde pro Watt Heizleistung der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus beträgt, wird sowohl sichergestellt, dass Strömungsgeräusche der vom Ventilator bewegten Luft minimiert werden, als auch sichergestellt, dass die Luft im Luftstrom beim Passieren des Verdampfers um höchstens 5 Grad abgekühlt wird.
  • Bevorzugt ist der Ventilator für eine Stromversorgung von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz und einer Stromstärke von maximal 0.25 A ausgelegt.
  • Bevorzugt ist der Ventilator in der Vorrichtung schallentkoppelt gelagert. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, dass der Ventilator in der Vorrichtung nicht schallentkoppelt gelagert ist. Bevorzugt ist der Kompressor in der Vorrichtung schallentkoppelt gelagert. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Kompressor in der Vorrichtung nicht schallentkoppelt gelagert ist. Besonders bevorzugt sind sowohl der Ventilator als auch der Kompressor in der Vorrichtung schallentkoppelt gelagert. Dabei sind bevorzugt sowohl der Ventilator als auch der Kompressor mit einer Lagerung an der restlichen Vorrichtung gelagert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass weder der Ventilator noch der Kompressor in der Vorrichtung schallentkoppelt gelagert ist.
  • In diesen Varianten bedeutet schallentkoppelt gelagert bevorzugt, dass das betreffende Objekt, wie gegebenenfalls der Ventilator bzw. Kompressor, mit einer Lagerung derart an der restlichen Vorrichtung gelagert ist, dass im Betrieb des Objekts entstandene Vibrationen des Objekts von der Lagerung reduziert an die restliche Vorrichtung übertragen werden. Über das gesamte Vibrationsfrequenzspektrum gemessen sind dabei die Vibrationen auf einer dem Objekt abgewandten Seite der Lagerung an der Lagerung gemessen bevorzugt mindestens um 30%, besonders bevorzugt mindestens um 50% geringer als auf einer dem Objekt zugewandten Seite der Lagerung an der Lagerung gemessen. Eine derartige schallentkoppelte Lagerung kann beispielsweise durch Gummielemente erreicht werden. Mit einer geeigneten derartigen schallentkoppelten Lagerung kann erreicht werden, dass die Vorrichtung in einem Betrieb, in welchem die Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus betrieben wird, eine Schallemission (Schalleistungspegel A-bewertet nach DIN EN 61672-1 2003-10) von höchstens 35dB(A), bevorzugt höchstens 25dB(A) verursacht. Damit ist die Vorrichtung nicht lauter als ein im Jahr 2018 gebrauchsüblicher Kühlschrank und entsprechend für die Montage in einem Wohnraum geeignet.
  • In einer bevorzugten Variante ist die Wärmepumpe eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe und somit das Fluid und damit die Wärmequelle Wasser. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmequelle eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist. Dadurch benötigt die Wärmepumpe pro Zeiteinheit eine vergleichsweise geringe Menge der Wärmequelle und kann dieser Menge der Wärmequelle dennoch vergleichsweise viel Energie entziehen. Dadurch wird die Heizleistung, welche die Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus kondensatorseitig zum Erwärmen des Wassers auf die Warmwassertemperatur leistet, für einen gegebenen Wärmequellenverbrauch vergleichsweise gross.
  • Wenn die Wärmepumpe eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist, so umfasst die Vorrichtung bevorzugt eine Wärmequellenwasserleitung mit zwei Wärmequellenwasseranschlüssen zum Anschliessen der Vorrichtung an eine Wärmequellenwasserversorgung, insbesondere einen Heizkreislauf oder eine Frischwasserquelle, um Wasser als Wärmequelle zum Verdampfer und wieder vom Verdampfer weg zu führen.
  • In einer weiteren bevorzugten Variante ist die Wärmepumpe eine Sole-Wasser-Wärmepumpe und somit das Fluid und damit die Wärmequelle eine Sole. Bevorzugt ist eine Sole eine wässrige Lösung von Salzen, die mindestens 14 g gelöster Salze pro kg Wasser enthält. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung beispielsweise an die Erdsonde einer Erdsondenheizung angeschlossen werden kann.
  • Alternativ zu diesen Varianten besteht auch die Möglichkeit, dass die Wärmepumpe eine andere Wärmepumpe und damit weder eine Luft-Wasser-, Wasser-Wasser- noch Sole-Wasser-Wärmepumpe ist.
  • Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung eine Wärmedämmung des Warmwasserspeichers. Dies hat den Vorteil, dass Wärmeverluste des im Warmwasserspeicher gespeicherten Wasser, insbesondere Brauchwarmwassers minimiert werden.
  • Bevorzugt ist die Wärmedämmung eine Isolationsschicht, welche mindestens 95%, besonders bevorzugt mindestens 99%, einer Aussenoberfläche des Warmwasserspeichers umschliesst. Bevorzugt ist dabei die Isolationsschicht direkt auf der Aussenoberfläche des Warmwasserspeichers angebracht und damit Bestandteil des Warmwasserspeichers. Die Isolationsschicht kann aber auch von der Aussenoberfläche des Warmwasserspeichers beabstandet angeordnet sein. So kann die Isolationsschicht beispielsweise an einem allenfalls vorhandenen Gehäuse der Vorrichtung angeordnet sein.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse. Dies hat den Vorteil, dass die Bestandteile der Vorrichtung optimal vor schädlichen äusseren Einflüssen geschützt werden können. Zudem hat dies den Vorteil, dass der Zugang zu potentiell gefährlichen Bestandteilen der Vorrichtung wie einer allfälligen Stromversorgung oder heissen Elementen erschwert wird. Insbesondere wenn die Vorrichtung in Wohnräumen angeordnet wird, hat dies den Vorteil, dass damit die Unfallgefahr auf einfache Art und Weise minimiert wird.
  • Falls die Wärmepumpe eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ist und somit das Fluid und damit die Wärmequelle Luft ist, so weist das Gehäuse bevorzugt einen Lufteinlass zum Einlassen von Luft als Wärmequelle in das Gehäuse sowie einen Luftauslass zum Auslassen von Luft aus dem Gehäuse auf. Bevorzugt ist dabei die Vorrichtung zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt, wobei in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung der Lufteinlass unten und der Luftauslass oben im Gehäuse angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass unangenehme kühle Luftströmungen in Bodennähe verhindert werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Vorrichtung in Wohnräumen angeordnet wird. In einer bevorzugten Variante dazu sind in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung der Lufteinlass oben und der Luftauslass unten im Gehäuse angeordnet. Da dabei die Luft als Wärmequelle benutzt wird und entsprechend im Betrieb der Vorrichtung gekühlt wird, sinkt im Betrieb die gekühlte Luft aufgrund der Konvention vom Lufteinlass nach unten zum Luftauslass. Somit wird die Luft- und somit Wärmequellenzuführung zum Verdampfer unterstützt, wenn der Lufteinlass oben und der Luftauslass unten im Gehäuse angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass auf einen zusätzlichen Ventilator zum Zuführen von Luft als Wärmequelle zum Verdampfer verzichtet werden kann oder dass dieser Ventilator zumindest kleiner und schwächer dimensioniert werden kann. Dadurch wird die Schallemission der Vorrichtung reduziert.
  • Alternativ zu den beiden vorgenannten bevorzugten Varianten können der Lufteinlass und der Luftauslass aber auch anderswo im Gehäuse angeordnet sein.
  • Bevorzugt ist die Vorrichtung zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt, wobei in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung der Verdichter, insbesondere der Kompressor, unterhalb des Warmwasserspeichers angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Verdichter bzw. Kompressor im Betrieb weniger Vibrationen der restlichen Vorrichtung und insbesondere des Warmwasserspeichers verursacht. Dadurch wird die Schallemission der Vorrichtung reduziert.
  • In einer Variante dazu ist in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung der Verdichter bzw. der Kompressor oberhalb des Warmwasserspeichers angeordnet. In einer weiteren Variante dazu ist in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung der Verdichter bzw. der Kompressor auf einer gleichen Höhe wie der Warmwasserspeicher angeordnet.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung ein Hochschrankboiler. Bevorzugt ist ein Hochschrankboiler ein Warmwasserspeicher mit einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des Wassers, im vorliegenden Fall der Wärmepumpe, sowie allenfalls einem zur Unterstützung der Wärmepumpe vorhandenen Heizelement, wobei die Vorrichtung bzw. der Hochschrankboiler zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt ist, wobei in der Betriebsausrichtung der Hochschrankboiler eine Breite von höchstens 549 mm und eine Tiefe von höchstens 549 mm sowie eine Höhe von höchstens 2399 mm aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der Hochschrankboiler der ehemaligen Schweizer SINK-Norm, welche dem im Jahr 2018 gültigen "Schweizer Mass-System" (SMS) entspricht, genügt und entsprechend einfach in einem bestehenden Gebäude wie beispielsweise in einem Korridor, einer Küche, einem Bad oder einem Abstellraum eingebaut werden kann. In einer Variante dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Hochschrankboiler andere Masse aufweist.
  • Unabhängig davon, ob die Vorrichtung ein Hochschrankboiler ist oder nicht, weist die Vorrichtung bevorzugt eine Vorderseite auf. Falls die Vorrichtung eine Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung, insbesondere der Wärmepumpe, umfasst, wobei die Steuereinheit eine Eingabeeinheit zur Eingabe von Steuerparametern umfasst, so ist diese Eingabeeinheit bevorzugt auf der Vorderseite der Vorrichtung angeordnet. Falls die Vorrichtung einen Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher sowie eine Temperaturanzeige zur Anzeige der vom Temperatursensor bestimmten Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher umfasst, so ist die Temperaturanzeige bevorzugt auf der Vorderseite der Vorrichtung angeordnet. Dabei ist unerheblich, ob die Temperaturanzeige in der allenfalls vorhandenen Eingabeeinheit integriert oder aber von der allenfalls vorhandenen Eingabeeinheit separat ausgebildet ist. Falls die Vorrichtung ein Hochschrankboiler ist, so weist der Hochschrankboiler bevorzugt eine Rückwand auf, welche sich auf einer der Vorderseite der Vorrichtung gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung befindet.
  • Falls die Vorrichtung eine Vorderseite aufweist und einen Ventilator zum Zuführen von Luft zum Verdampfer umfasst, so ist der Ventilator von der Vorderseite der Vorrichtung her gesehen bevorzugt hinter dem Verdampfer angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass im Betrieb der Vorrichtung die Schallemissionen der Vorrichtung reduziert werden. In einer Variante dazu kann der Ventilator aber auch von der Vorderseite der Vorrichtung her gesehen vor dem Verdampfer angeordnet sein.
  • Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seitenansicht einer ersten erfindungsgemässen Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe und einem Warmwasserspeicher, bei welcher ein Kondensator der Wärmepumpe im Warmwasserspeicher angeordnet ist,
    Fig. 2
    eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten erfindungsgemässen Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser, bei welcher der Kondensator der Wärmepumpe nicht im Warmwasserspeicher angeordnet ist, sondern als ein um den Warmwasserspeicher gewickeltes Rohr, in welchem das Kältemittel enthalten ist, ausgebildet ist, und
    Fig. 3
    eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten erfindungsgemässen Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser mit einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe.
  • Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Figur 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seitenansicht einer ersten erfindungsgemässen Vorrichtung 1 zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser. Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich um einen Hochschrankboiler, welcher eine Breite von 549 mm, eine Tiefe von 549 mm sowie eine Höhe von 2399 mm aufweist und damit der ehemaligen Schweizer SINK-Norm, welche dem im Jahr 2018 gültigen "Schweizer Mass-System" (SMS) entspricht, genügt.
  • Dabei ist die Vorrichtung 1 zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt. Entsprechend ist die Vorrichtung 1 in der Figur 1 in der Betriebsausrichtung ausgerichtet dargestellt. Damit entsprechen in der Figur 1 oben und unten auch bei der in der Betriebsausrichtung ausgerichteten Vorrichtung 1 oben und unten. Zudem bezieht sich die vorherige Angabe zur Höhe des Hochschrankboilers auf die Höhe des Hochschrankboilers in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung 1. Aufgrund dieser Darstellung wird in der Folge mit Angaben wie "unter", "unterhalb", "oben" und "oberhalb" auf die in der Betriebsausrichtung ausgerichtete der Vorrichtung 1 Bezug genommen.
  • Wie bereits erwähnt, zeigt die Figur 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung 1. Daher erstreckt sich die Tiefe der Vorrichtung 1 in der Figur 1 von links nach rechts. Das bedeutet, dass sich links in der Figur 1 eine Vorderseite der Vorrichtung 1 befindet, während sich rechts in der Figur 1 eine der Vorderseite der Vorrichtung 1 gegenüberliegende Rückseite der Vorrichtung 1 befindet. Dabei ist in Figur 1 nur ein vertikaler Schnitt durch die Vorderseite und ein vertikaler Schnitt durch die Rückseite der Vorrichtung 1 sichtbar, weil die Vorderseite und die Rückseite der Vorrichtung 1 je in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zur Darstellungsebene der Figur 1 ausgerichtet sind.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst ein umhüllendes Gehäuse 60. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen im Gehäuse 60 angeordneten Warmwasserspeicher 40 zum Speichern von Brauchwarmwasser. Dieser Warmwasserspeicher 40 weist ein Warmwasserspeichervolumen auf, welches 200 Liter beträgt. Dieses Warmwasserspeichervolumen kann aber auch grösser oder kleiner sein. So kann es beispielsweise 120 Liter, 150 Liter oder auch 250 Liter, 300 Liter, 350 Liter, 500 Liter, 1'000 Liter oder mehr betragen. Unabhängig vom Warmwasserspeichervolumen weist die Vorrichtung 1 eine Wärmedämmung 45 des Warmwasserspeichers 40 auf. Bei dieser Wärmedämmung 45 handelt es sich um eine Isolationsschicht, welche auf einer Aussenoberfläche des Warmwasserspeichers 40 angebracht und damit Bestandteil des Warmwasserspeichers 40 ist und Wärmeverluste des im Warmwasserspeicher 40 gespeicherten Brauchwarmwassers reduziert. Dabei umschliesst die Wärmedämmung 99% der Aussenoberfläche des Warmwasserspeichers 40.
  • Unabhängig vom Warmwasserspeichervolumen weist die Vorrichtung 1 einen Wasserzuflussanschluss 43 zum Anschliessen der Vorrichtung 1 an eine hier nicht gezeigte Trinkwasserversorgung auf. Dieser Wasserzuflussanschluss 43 ist mit einem unteren Bereich des Warmwasserspeichers 40 verbunden, um dem Wasserzuflussanschluss 43 zugeführtes Trinkwasser dem Warmwasserspeicher 40 im unteren Bereich des Warmwasserspeichers 40 zuzuführen. Weiter weist die Vorrichtung 1 einen Wasserabflussanschluss 44 zum Anschliessen der Vorrichtung 1 an eine hier nicht gezeigte Warmwasserverbrauchseinrichtung auf, wobei der Wasserabflussanschluss 44 mit einem oberen Bereich des Warmwasserspeichers 40 verbunden ist, um Brauchwarmwasser aus dem Warmwasserspeicher 40 via den Wasserabflussanschluss 44 abzulassen und dadurch einer allenfalls an den Wasserabfluss angeschlossenen Warmwasserverbrauchseinrichtung zuzuführen. Hierzu ist der Wasserabflussanschluss 44 mit einer hier nicht gezeigten Ausstossleitung verbindbar, welche mit der Warmwasserverbrauchseinrichtung verbunden ist.
  • Nebst dem Warmwasserspeicher 40 umfasst die Vorrichtung 1 eine im Gehäuse 60 angeordnete Wärmepumpe 20 zum Erwärmen von Trinkwasser auf eine Warmwassertemperatur von 62°C und damit zur Erzeugung des Brauchwarmwassers, welches im Warmwasserspeicher 40 gespeichert werden kann. Diese Wärmepumpe 20 umfasst einen Verdampfer 21 zur Nutzung eines Fluids als Wärmequelle zum Verdampfen eines Kältemittels. Weiter umfasst die Wärmepumpe 20 einen Kondensator 22 zum Kondensieren des Kältemittels, einen Verdichter 23 zum Verdichten des Kältemittels und eine Drossel 24. Bei dem Verdichter 23 handelt es sich um einen elektrisch betriebenen Kompressor zum Komprimieren des Kältemittels. Da der Kompressor elektrisch betrieben ist, ist der Verdichter 23 ein elektrischer Verdichter und die Wärmepumpe 20 eine elektrische Wärmepumpe.
  • Die Wärmepumpe 20 weist einen Kältemittelkreislauf 25 auf, welcher ein geschlossener Kreislauf ist. In diesem Kältemittelkreislauf 25 sind in Flussrichtung des Kältemittels nacheinander der Kondensator 22, die Drossel 24, der Verdampfer 21 und der Verdichter 23 angeordnet, worauf wiederum der Kondensator 22 folgt. Das im Kältemittelkreislauf 25 enthaltene Kältemittel ist Propan. In Varianten davon kann der Kältemittelkreislauf 25 aber auch ein anders Kältemittel wie beispielsweise 1,1,1,2-Tetrafluorethan enthalten. Beispiele weiterer möglicher Kältemittel sind im ANSI/ASHRAE Standard 34-2016 der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) aufgelistet.
  • In einer ersten Variante ist die Wärmepumpe 20 für den Betrieb mit einer Kältemittelmenge ausgelegt, welche in flüssiger Form des Kältemittels ein Volumen von weniger als 1% des Warmwasserspeichervolumens einnimmt. In der bereits erwähnten Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt, beträgt in einem Beispiel die Kältemittelmenge 1.9 Liter, was 0.95% des Warmwasserspeichervolumens entspricht. In einer zweiten Variante ist die Wärmepumpe 20 für den Betrieb mit einer Kältemittelmenge ausgelegt, welche in flüssiger Form des Kältemittels ein Volumen von weniger als 0.1% des Warmwasserspeichervolumens einnimmt. In der bereits erwähnten Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt, beträgt in einem Beispiel die Kältemittelmenge 0.19 Liter, was 0.095% des Warmwasserspeichervolumens entspricht. In einer dritten Variante ist die Wärmepumpe 20 für den Betrieb mit einer Kältemittelmenge ausgelegt, welche in flüssiger Form des Kältemittels ein Volumen von weniger als 0.075% des Warmwasserspeichervolumens einnimmt. In der bereits erwähnten Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt, beträgt in einem Beispiel die Kältemittelmenge 0.148 Liter, was 0.074% des Warmwasserspeichervolumens entspricht. In all diesen Varianten und Beispielen enthält die Wärmepumpe 20 jeweils die genannte Menge Kältemittel.
  • Die Wärmepumpe 20 weist einen Wärmepumpenbetriebsmodus auf, in welchem die Wärmepumpe 20 betrieben werden kann. In diesem Wärmepumpenbetriebsmodus leistet die Wärmepumpe 20 kondensatorseitig eine Heizleistung zum Erwärmen des Trinkwassers auf die Warmwassertemperatur, um das Brauchwarmwasser zu erzeugen. In der vorgenannten Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt, beträgt die kondensatorseitige Heizleistung im Wärmepumpenbetriebsmodus in einem Beispiel 480 Watt und in einem anderen Beispiel 390 Watt. Dies entspricht 2.4 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen bzw. 1.95 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen. In einer Variante mit einem Warmwasserspeichervolumen von 300 Liter entspricht dies 1.6 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen bzw. 1.3 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen. Da erfindungsgemäss die Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 2.5 Watt pro Liter, bevorzugt sogar geringer als 2.15 Watt pro Liter ist, beträgt die kondensatorseitige Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus in weiteren Varianten mit einem Warmwasserspeichervolumen von 120 Liter nur 290 Watt bzw. nur 235 Watt und in weiteren Varianten mit einem Warmwasserspeichervolumen von 150 Liter nur 370 Watt bzw. nur 290 Watt. In diesen Fällen entspricht dies einer Heizleistung von 2.42 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen, 1.96 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen, 2.47 Watt pro Warmwasserspeichervolumen, bzw. 1.93 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen. In einer weiteren Variante mit einem Warmwasserspeichervolumen von 1'000 Liter hingegen beträgt die kondensatorseitige Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus 1'500 Watt, was 1.5 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen entspricht. AII diesen Varianten und Beispielen ist gemeinsam, dass die kondensatorseitige Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 2.5 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen ist. In einigen der vorgenannten Varianten ist die kondensatorseitige Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasservolumen sogar geringer als 2.15 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen. In beiden Fällen ist die Wärmepumpe 20 jeweils so dimensioniert, dass ihre Heizleistung im Wärmepumpenbetriebsmodus 85% ihrer Maximalheizleistung beträgt. In weiteren Varianten ist die Wärmepumpe 20 jeweils so dimensioniert, dass ihre Heizleistung im Wärmepumpenbetriebsmodus ihre Maximalheizleistung ist.
  • Im Wärmepumpenbetriebsmodus benötigt der Verdichter 23 für seinen Betrieb eine Verdichternennleistung. Diese Verdichternennleistung ist in einer ersten Variante höchstens 1.4 Watt pro Liter des Warmwasserspeichervolumens. In einer zweiten Variante ist die Verdichternennleistung höchstens 0.7 Watt pro Liter des Warmwasserspeichervolumens. In einer dritten Variante hingegen ist die Verdichternennleistung höchstens 0.5 Watt pro Liter des Warmwasserspeichervolumens. In der bereits beschriebenen Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt und die kondensatorseitige Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus 480 Watt beträgt, ist daher die Verdichternennleistung in der ersten Variante 280 Watt. In der zweiten Variante hingegen ist die Verdichternennleistung 140 Watt, während sie in der dritten Variante 100 Watt beträgt.
  • Sowohl der Verdichter 23 als auch der Verdampfer 21 und auch die Drossel 24 der Wärmepumpe 20 sind unterhalb des Warmwasserspeichers 40 angeordnet. Dadurch werden Schwingungen, welche durch die Wärmepumpe 20 im Betriebsmodus erzeugt werden, nur geringfügig auf den Warmwasserspeicher 40 übertragen. Entsprechend erzeugt die Vorrichtung 1 im Betrieb nur geringe Schallemissionen. Der Kondensator 22 hingegen ist im Warmwasserspeicher 40 angeordnet, um das Trinkwasser im Warmwasserspeicher 40 auf die Warmwassertemperatur zu erwärmen. Dadurch wird eine effiziente Wärmeabgabe an das Trinkwasser im Warmwasserspeicher 40 zum Erwärmen des Trinkwassers auf die Warmwassertemperatur zu ermöglichen. Dabei ist der Kondensator zweiwandig ausgebildet, damit bei einem Leck im Kältemittelkreislauf 25 nicht unbeabsichtigt Kältemittel in das Trinkwasser im Warmwasserspeicher 40 gelangen kann. Auch wenn der Kondensator 22 im Warmwasserspeicher 40 angeordnet ist, bedeuten die Anordnung der restlichen Komponenten der Wärmepumpe 20 unterhalb des Warmwasserspeichers 40, dass die Wärmepumpe 20 unterhalb des Warmwasserspeichers 40 angeordnet ist.
  • In der Vorderseite des Gehäuses 60 der Vorrichtung 1 sind in einem unteren Bereich des Gehäuses 60 ein Lufteinlass 61 und in einem oberen Bereich des Gehäuses 60 ein Luftauslass 62 angeordnet. Dabei ist der Lufteinlass 61 durch einen Luftkanal 63 mit dem Luftauslass 62 verbunden. Dieser Luftkanal 63 ist in der Figur 1 mit gestrichelten Linien dargestellt. Er verläuft vom Lufteinlass 61 unterhalb des Warmwasserspeichers 40 hindurch in Richtung Rückseite der Vorrichtung 1 und im Bereich der Rückseite der Vorrichtung 1 nach oben sowie oberhalb des Warmwasserspeichers 40 zum Luftauslass 62. Im Luftkanal 63 ist unterhalb des Warmwasserspeichers 40 der Verdampfer 21 der Wärmepumpe 20 angeordnet. Zudem ist auf der dem Lufteinlass 61 gegenüberliegenden Seite des Verdampfers 21 ein Ventilator 30 angeordnet. Mit dem Ventilator 30 wird Umgebungsluft durch den Lufteinlass 61 und den Luftkanal 63 zum Verdampfer 21 und weiter zum Luftauslass 62 und wieder zurück in die Umgebung bewegt. Dadurch wird im Betrieb der Vorrichtung 1 der Verdampfer 21 mit Luft als Wärmequelle versorgt. Somit ist die Wärmepumpe 20 eine Luft-Wasser-Wärmepumpe und das Fluid, welches der Wärmepumpe 20 als Wärmequelle dient, Luft bzw. Umgebungsluft, welche vom Ventilator 30 im Betrieb durch den Luftkanal 63 bewegt wird. Dabei ist im Betrieb der Vorrichtung 1 mit dem Ventilator 30 bei Umgebungsdruck, d.h. etwa 1'000 mbar, dem Verdampfer 21 ein Luftvolumen Luft pro Sekunde zuführbar. Dieses Luftvolumen pro Sekunde geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen beträgt pro Watt Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus mindestens 0.142 pro Sekunde, damit die Luft im Luftvolumen höchstens um 5 Grad abgekühlt wird. In der bereits beschriebenen Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt, ist dieses Luftvolumen pro Sekunde somit mindestens 28.4 Liter pro Sekunde pro Watt Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus. In der vorgenannten Variante, wo die Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus 480 Watt beträgt, beträgt das Luftvolumen pro Sekunde somit mindestens 68.16 Liter pro Sekunde. In einem Beispiel dieser Variante beträgt das Luftvolumen pro Sekunde 71 Liter pro Sekunde. Pro Liter Warmwasserspeichervolumen ist dies 0.355 pro Sekunde. In der vorgenannten Variante hingegen, wo die Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus 390 Watt beträgt, beträgt das Luftvolumen pro Sekunde mindestens 55.38 Liter pro Sekunde. In einem Beispiel dieser Variante beträgt das Luftvolumen pro Sekunde 56.8 Liter pro Sekunde. Pro Liter Warmwasserspeichervolumen ist dies 0.284 pro Sekunde. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass das vom Ventilator 30 bewegte Luftvolumen pro Sekunde grösser oder kleiner ist.
  • Bei der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1 beträgt der Querschnitt des Luftkanals 63 15 cm x 50 cm über die ganze Länge des Luftkanals 63. Beim im vorgehenden Absatz genannten Beispiel, wo das vom Ventilator 30 bei Umgebungsdruck, d.h. etwa 1'000 mbar, dem Verdampfer 21 zuführbare Luftvolumen Luft pro Sekunde 71 Liter pro Sekunde beträgt, wird somit die Luft im Luftkanal mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0.947 m/s bewegt. In einer Variante, wo der Querschnitt des Luftkanals 63 hingegen 18 cm x 50 cm über die ganze Länge des Luftkanals 63 beträgt, resultiert im Luftkanal 63 eine Strömungsgeschwindigkeit von 0.789 m/s. In einer weiteren Variante hingegen, wo der Querschnitt des Luftkanals 63 15 cm x 50 cm über die ganze Länge des Luftkanals 63 beträgt und wo das vom Ventilator 30 bei Umgebungsdruck, d.h. etwa 1'000 mbar, dem Verdampfer 21 zuführbare Luftvolumen Luft pro Sekunde 56.8 Liter pro Sekunde beträgt, wird die Luft im Luftkanal mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0.7573 m/s bewegt. Indem die Strömungsgeschwindigkeit geringer als 0.8 m/s eingestellt wird, wird verhindert, dass Strömungsgeräusche hörbar werden. Damit werden Schallemissionen der Vorrichtung 1 im Betrieb reduziert.
  • Um Schallemissionen der Vorrichtung 1 im Betrieb weiter zu reduzieren, sind sowohl der Verdichter 23 bzw. der Kompressor sowie der Ventilator 30 mittels Gummielementen schallentkoppelt an der restlichen Vorrichtung 1 gelagert. Für die Lagerung des Verdichters 23 bzw. des Kompressors sind die Gummielemente derart bemessen, dass im Betrieb des Verdichters 23 bzw. Kompressors entstandene Vibrationen des Verdichters 23 bzw. Kompressors reduziert an die restliche Vorrichtung 1 übertragen werden. Über das gesamte Vibrationsfrequenzspektrum gemessen sind dabei die Vibrationen auf einer dem Verdichter 23 bzw. Kompressor abgewandten Seite der Gummielemente an den Gummielementen gemessen mindestens um 50% geringer als auf einer dem Verdichter 23 bzw. Kompressor zugewandten Seite der Gummielemente an den Gummielementen gemessen. Für die Lagerung des Ventilators 30 sind die Gummielemente derart bemessen, dass im Betrieb des Ventilators 30 entstandene Vibrationen des Ventilators 30 reduziert an die restliche Vorrichtung 1 übertragen werden. Über das gesamte Vibrationsfrequenzspektrum gemessen sind dabei die Vibrationen auf einer dem Ventilator 30 abgewandten Seite der Gummielemente an den Gummielementen gemessen mindestens um 50% geringer als auf einer dem Ventilator 30 zugewandten Seite der Gummielemente an den Gummielementen gemessen.
  • Zusätzlich zu den bereits genannten Komponenten umfasst die Vorrichtung 1 einen Temperatursensor 41 zum Bestimmen einer Temperatur des Trinkwassers im Warmwasserspeicher 40. Dieser Temperatursensor 41 ist im Warmwasserspeicher 40 angeordnet. Weiter weist die Vorrichtung 1 ein im Warmwasserspeicher 40 angeordnetes elektrisches Heizelement 42 zur Unterstützung der Wärmepumpe 20 beim Erwärmen des Trinkwassers auf die Warmwassertemperatur und damit bei der Erzeugung des Brauchwarmwassers auf. In der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1 befindet sich dieses Heizelement 42 in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung 1 in einem oberen Drittel des Warmwasserspeichers 40. Dadurch kann das Trinkwasser im oberen Drittel des Warmwasserspeichers 40 sehr rasch erwärmt werden, wenn bei grossem Gebrauchswasserverbrauch die Temperatur des Trinkwassers im Warmwasserspeicher 40 unter einen Grenzwert wie zum Beispiel 55°C sinkt, um rasch wieder bzw. weiterhin Brauchwarmwasser bereitstellen zu können. In einer Variante davon ist in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung 1 das Heizelement 42 in den unteren zwei Drittel des Warmwasserspeichers 40 angeordnet. Dadurch kann bei einem Ausfall der Wärmepumpe 20 auch mit dem Heizelement 42 alleine Brauchwarmwasser bereitgestellt werden. Sowohl in der Variante, wo das Heizelement 42 im oberen Drittel des Warmwasserspeichers 40 angeordnet ist, als auch in der Variante, wo das Heizelement 42 in den unteren zwei Drittel des Warmwasserspeichers 40 angeordnet ist, weist das Heizelement 42 einen Heizelementbetriebsmodus auf, in welchem das Heizelement 42 eine Heizelementleistung zum Erwärmen des Trinkwassers leistet. Diese Heizelementleistung beträgt 10 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen. In der bereits beschriebenen Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt, beträgt die Heizelementleistung des Heizelements 42 im Heizelementbetriebsmodus somit 2000 Watt.
  • Im Warmwasserspeicher 40 sind Elemente 46.1, 46.2, 46.3 aus Hartparaffin und somit einem Phasenwechselmaterial angeordnet. Diese Elemente sind mit einer Hülle umhüllt und dadurch vom Wasser im Warmwasserspeicher 40 separiert. Das verwendete Hartparaffinmaterial hat eine Phasenübergangstemperatur bzw. Schmelztemperatur von 61°C.
  • Zur Versorgung der Vorrichtung 1 mit Energie für den Betrieb der Vorrichtung 1 und insbesondere zum Betrieb der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus sowie zum Betrieb des Heizelements 42 im Heizelementbetriebsmodus ist die Vorrichtung für eine Stromversorgung von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz ausgelegt. In einer Ausführungsform, wo das Warmwasserspeichervolumen 200 Liter beträgt und die kondensatorseitige Heizleistung der Wärmepumpe 20 im Wärmepumpenbetriebsmodus 480 Watt und die Heizelementleistung des Heizelements 42 im Heizelementbetriebsmodus somit 2000 Watt beträgt, reicht somit zum Betrieb der Vorrichtung 1 eine Stromstärke von weniger als 10 A aus. Entsprechend ist diese Ausführungsform auch für den Einsatz in Gebäuden mit Stromnetzen von 230V plus/minus 10% mit Wechselstrom einer Frequenz von 50Hz und einer maximalen Stromstärke von 10 A geeignet. Eine Vielzahl von im Jahr 2018 in der Schweiz existierenden Altbauten weist ein solches Stromnetz auf. Somit ist die vorgenannte Ausführungsform für den Einsatz in diesen Altbauten geeignet.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Steuereinheit 10 zum Steuern der Vorrichtung 1. Diese Steuereinheit 10 ist auf der Vorderseite der Vorrichtung 1 angeordnet und mit dem Temperatursensor 41 verbunden, um vom Temperatursensor 41 ausgegebene Temperatursignale zu empfangen. Weiter ist die Steuereinheit 10 mit der Wärmepumpe 20, insbesondere dem Verdichter 23 der Wärmepumpe 20 verbunden, um die Wärmepumpe 20 bzw. den Verdichter 23 zu steuern. Ausserdem ist die Steuereinheit 10 mit dem Ventilator 30 zum Steuern des Ventilators 30 sowie mit dem Heizelement 42 zum Steuern des Heizelements 42 verbunden. Um diese Elemente der Vorrichtung 1 zu steuern, umfasst die Steuereinheit 10 eine Eingabeeinheit 11 zur Eingabe von Steuerparametern sowie eine Anzeige 12 zur Anzeige der Steuerparameter. Diese Anzeige 12 dient zugleich als Temperaturanzeige zum Anzeigen der vom Temperatursensor 41 ausgegebenen Temperatursignale. Ausserdem umfasst die Steuereinheit 10 einen Internetanschluss zum Empfang von Daten, insbesondere Daten zum aktuellen Stromtarif, über das Internet.
  • Figur 2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten erfindungsgemässen Vorrichtung 101 zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser. Dabei ist in Figur 2 die gleiche Ansicht der Vorrichtung 101 gezeigt wie Figur 1 von der Vorrichtung 1. Die meisten Merkmale der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung 101 sind identisch mit den Merkmalen der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1. Die einzigen Unterschiede sind nachfolgend hervorgehoben.
  • Im Gegensatz zur in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1 ist bei der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung 101 der Kondensator 122 der Wärmepumpe 120 nicht im Warmwasserspeicher 140 angeordnet, sondern als um den Warmwasserspeicher 140 herumgewickeltes Rohr, in welchem das Kältemittel enthalten ist, ausgebildet. Zudem ist das Heizelement 142 nicht im oberen Drittel, sondern in den unteren zwei Drittel des Warmwasserspeichers 140 angeordnet.
  • Sowohl die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 als auch die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung 101 können beide abgewandelt werden, sodass die jeweilige Wärmepumpe 20, 120 nicht mehr eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, sondern eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe oder eine Sole-Wasser-Wärmepumpe ist. In derartigen Abwandlungen nutzt der Verdampfer nicht mehr Luft, sondern Wasser bzw. eine Sole als Wärmequelle.
  • Figur 3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten erfindungsgemässen Vorrichtung 201 zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser. Dabei ist in Figur 3 die gleiche Ansicht der Vorrichtung 201 gezeigt wie Figur 1 von der Vorrichtung 1. Die meisten Merkmale der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung 301 sind identisch mit den Merkmalen der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1. Die einzigen Unterschiede sind nachfolgend hervorgehoben.
  • Im Gegensatz zur in Figur 1 gezeigten Vorrichtung 1 ist die Wärmepumpe 220 der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung 201 eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe, womit das Fluid und damit die Wärmequelle Wasser ist. Daher benötigt Verdampfer 221 der in der Figur 3 gezeigten Vorrichtung 201 keine Luftzufuhr, sondern eine Wasserzufuhr. Entsprechend benötigt die Vorrichtung 201 keinen Lufteinlass, Luftkanal und Luftauslass. Zudem benötigt die Vorrichtung 201 auch keinen Ventilator. Dafür umfasst die Vorrichtung 201 jedoch eine Wärmequellenwasserleitung 226 mit zwei Wärmequellenwasseranschlüssen 227.1, 227.2 zum Anschliessen der Vorrichtung 201 an eine hier nicht gezeigte Wärmequellenwasserversorgung wie beispielsweise einen Heizkreislauf, insbesondere den Heizkreislauf einer Bodenheizung, oder eine Frischwasserquelle auf. Diese Wärmequellenwasserleitung 226 dabei dient dazu, den Verdampfer 221 der Wärmepumpe 220 mit Wasser als Wärmequelle zu versorgen.
  • In einer Variante ist die Wärmepumpe der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung 201 eine Sole-Wasser-Wärmepumpe und damit das Fluid und somit die Wärmequelle eine Sole. In diesem Fall ist die Wärmequellenwasserleitung mit den Wärmequellenwasseranschlüssen eine Solenleitung mit zwei Solenanschlüssen, um die Solenleitung an einen Solenkreislauf wie beispielsweise eine Erdsonde einer Erdsondenheizung anzuschliessen.
  • In den vorgenannten Varianten mit einem Warmwasserspeichervolumen von 350 Liter oder weniger erzeugt die Vorrichtung im Betrieb mit der Wärmepumpe im Wärmepumpenbetriebsmodus eine Schallemission (Schalleistungspegel A-bewertet nach DIN EN 61672-1 2003-10) von weniger als 25 dB(A).
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist nicht erforderlich, dass der Verdichter bzw. Kompressor sowie der allenfalls vorhandene Ventilator unterhalb des Warmwasserspeichers angeordnet sind. Beispielsweise kann auch nur der Verdichter bzw. Kompressor unterhalb des Warmwasserspeichers angeordnet sein, während der Ventilator oberhalb des Warmwasserspeichers angeordnet ist. Auch kann der Verdichter bzw. Kompressor oberhalb des Warmwasserspeichers oder auf einer gleichen Höhe wie der Warmwasserspeicher angeordnet sein. Dabei ist unerheblich, ob der allenfalls vorhandene Ventilator oberhalb oder unterhalb des Warmwasserspeichers oder auf einer gleichen Höhe wie der Warmwasserspeicher angeordnet ist. Ausserdem ist nicht erforderlich, dass die Vorrichtung ein Hochschrankboiler ist und die entsprechenden Aussenmasse aufweist. So kann die Vorrichtung auch grösser oder kleiner, breiter, schmaler, tiefer, weniger tief oder höher bzw. weniger hoch ausgebildet sein. Zudem ist nicht erforderlich, dass die Vorrichtung ein umhüllendes Gehäuse aufweist. Beispielsweise kann die Vorrichtung auch zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser in einem Einfamilienhaus ausgebildet sein, wo sie im Keller angeordnet wird. Genauso kann die Vorrichtung aber auch zur zentralen Bereitstellung von Brauchwarmwasser in einem Mehrfamilienhaus ausgebildet sein. Auch kann die Vorrichtung zum Einsatz in einem beliebigen anderen Gebäude ausgebildet sein.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser geschaffen wird, welche im Betrieb leise ist und entsprechend nur geringe Schallemissionen verursacht. Zudem wird ein Verfahren zum entsprechend leisen Betrieb einer derartigen Vorrichtung geschaffen.

Claims (16)

  1. Vorrichtung (1, 101, 201) zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser, umfassend
    a. eine Wärmepumpe (20, 120, 220) zum Erwärmen von Wasser, insbesondere Trinkwasser, auf eine Warmwassertemperatur und damit zur Erzeugung des Brauchwarmwassers, wobei die Wärmepumpe (20, 120, 220) einen Verdampfer (21, 221) zur Nutzung eines Fluids als Wärmequelle zum Verdampfen eines Kältemittels, einen Kondensator (22, 122) zum Kondensieren des Kältemittels und einen Verdichter (23) zum Verdichten des Kältemittels, insbesondere einen Kompressor zum Komprimieren des Kältemittels, umfasst und einen Wärmepumpenbetriebsmodus aufweist, in welchem die Wärmepumpe (20, 120, 220) kondensatorseitig eine Heizleistung zum Erwärmen des Wassers auf die Warmwassertemperatur leistet, und
    b. einen Warmwasserspeicher (40, 140) zum Speichern des Brauchwarmwassers, wobei der Warmwasserspeicher (40, 140) ein Warmwasserspeichervolumen aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizleistung der Wärmepumpe (20, 120, 220) im Wärmepumpenbetriebsmodus geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen geringer als 2.5 Watt pro Liter, bevorzugt geringer als 2.15 Watt pro Liter ist.
  2. Vorrichtung (1, 101, 201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmepumpenbetriebsmodus der Verdichter (23), insbesondere der Kompressor, für seinen Betrieb eine Verdichternennleistung benötigt, wobei die Verdichternennleistung geteilt durch das Warmwasserspeichervolumen höchstens 1.4 Watt pro Liter, bevorzugt höchstens 0.7 Watt pro Liter, besonders bevorzugt höchstens 0.5 Watt pro Liter ist.
  3. Vorrichtung (1, 101, 201) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) ein Heizelement (42, 142), insbesondere ein elektrisches Heizelement, zur Unterstützung der Wärmepumpe (20, 120, 220) beim Erwärmen von Wasser, insbesondere Trinkwasser, auf die Warmwassertemperatur und damit bei der Erzeugung von Brauchwarmwasser aufweist, wobei das Heizelement (42, 142) im Warmwasserspeicher (40, 140) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung (1, 101, 201) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (42, 142) einen Heizelementbetriebsmodus aufweist, in welchem das Heizelement (42, 142) eine Heizelementleistung zum Erwärmen von Wasser im Bereich von 5 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen bis 12 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen, besonders bevorzugt etwa 10 Watt pro Liter Warmwasserspeichervolumen aufweist.
  5. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (20, 120, 220) das Kältemittel enthält, wobei das Kältemittel in flüssiger Form ein Volumen von weniger als 1%, bevorzugt weniger als 0.1%, ganz besonders bevorzugt weniger als 0.075% des Warmwasserspeichervolumens aufweist.
  6. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kondensator (22, 122) Wasser im Warmwasserspeicher (40, 140) auf die Warmwassertemperatur erwärmbar ist.
  7. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwasserspeichervolumen mindestens 150 Liter, bevorzugt mindestens 200 Liter, beträgt.
  8. Vorrichtung (1, 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (20, 120) eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ist und somit das Fluid und damit die Wärmequelle Luft ist.
  9. Vorrichtung (1, 101) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101) einen Ventilator (30) zum Zuführen von Luft als Wärmequelle zum Verdampfer (21) umfasst.
  10. Vorrichtung (201) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (220) eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist und somit das Fluid und damit die Wärmequelle Wasser ist.
  11. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) eine Wärmedämmung (45) des Warmwasserspeichers (40, 140) beinhaltet.
  12. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) ein Gehäuse (60) umfasst.
  13. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt ist, wobei in der Betriebsausrichtung der Vorrichtung (1, 101, 201) der Verdichter (23), insbesondere der Kompressor unterhalb des Warmwasserspeichers (40, 140) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung (1, 101, 201) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) ein Hochschrankboiler ist.
  15. Vorrichtung (1, 101, 201) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) zum Betrieb in einer Betriebsausrichtung im Raum ausgerichtet ausgelegt ist und in der Betriebsausrichtung eine Breite von höchstens 549 mm und eine Tiefe von höchstens 549 mm sowie eine Höhe von höchstens 2399 mm aufweist.
  16. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1, 101, 201) zur Bereitstellung von Brauchwarmwasser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 101, 201) täglich mindestens 80% der Zeit des jeweiligen Tages, bevorzugt mindestens 90% der Zeit des jeweiligen Tages, besonders bevorzugt permanent im Betriebsmodus betrieben wird.
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