EP4212783A1 - Gebäudetechnische anlage - Google Patents

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EP4212783A1
EP4212783A1 EP23151239.3A EP23151239A EP4212783A1 EP 4212783 A1 EP4212783 A1 EP 4212783A1 EP 23151239 A EP23151239 A EP 23151239A EP 4212783 A1 EP4212783 A1 EP 4212783A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
brine
technical building
heat exchanger
heat
Prior art date
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Pending
Application number
EP23151239.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Hopf
Joachim Maul
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.)
Viessmann Holding International GmbH
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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
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Publication of EP4212783A1 publication Critical patent/EP4212783A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • F24D3/18Hot-water central heating systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/11Geothermal energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12Heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16Waste heat
    • F24D2200/29Electrical devices, e.g. computers, servers

Definitions

  • the invention relates to a technical building installation according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a system consists of a brine-water heat pump with a circuit through which brine flows and an electrical system belonging to the system.
  • the object of the invention is to improve a building services installation of the type mentioned at the outset.
  • a system that is even more efficient in terms of energy is to be created.
  • a heat exchanger that can be thermally connected to the circuit through which the brine flows is provided on the electrotechnical device for its temperature control.
  • the technical building system according to the invention is characterized in that the electrotechnical device is connected to a heat exchanger, which in turn is connected to the circuit through which the brine flows is, so that - depending on requirements - heat can be transferred either from the electrotechnical device to the cycle or from the cycle to the device.
  • the electrotechnical device it is particularly preferable for the electrotechnical device to be embodied either as a battery charging station or as a rechargeable, stationary battery.
  • the circuit 2 for conveying the brine has a circuit pump 2.3.
  • the brine/water heat pump 1 is configured to be connected to a heating circuit 6 that preferably has a heating circuit pump 6.1.
  • a heating circuit 6 that preferably has a heating circuit pump 6.1.
  • the building and / or (not shown separately) hot water tank is optionally heated or heated.
  • a heat exchanger 4 that can be thermally connected to the circuit 2 through which the brine flows is provided on the electrotechnical device 3 for its temperature control.
  • the electrotechnical device 3 is designed either as a battery charging station or as a rechargeable, stationary battery. It is also preferably provided that the heat exchanger 4 is designed to be thermally connected either to power electronics of the battery charging station or to electrical cells of the battery. If the electrotechnical device 3 is designed as a rechargeable, stationary battery, this is either inside (not shown separately) or outside (see figure 1 ) of the building.
  • the circuit 2 through which a brine flows has a flow line 2.1 and a return line 2.2 and that the heat exchanger 4 is designed to be connected to the circuit 2 on the one hand via the flow line 2.1 and on the other hand via the return line 2.2.
  • a feed line 4.1 branching off from the flow line 2.1 and leading to the heat exchanger 4 and a discharge line 4.2 coming from the heat exchanger 4 and leading back to the flow line 2.1 are preferably provided.
  • the heat exchanger 4 is designed to be connected via a controllable valve device 5, preferably a three-way mixing valve, to the circuit 2, preferably to its flow line 2.1.
  • a controllable valve device 5 preferably a three-way mixing valve
  • a quantity of heat transferred at the heat exchanger 4 is regulated via a valve device 5 provided at the circuit 2 .
  • a (in figure 1 not shown separately) control device for controlling the valve device 5 and also preferably the circulation pump 2.3 is provided. Furthermore, it is preferably provided that the brine/water heat pump 1 has a controller and the control device is designed as part of this controller.
  • the electrotechnical Device 3 to avoid falling below the dew point has a temperature sensor.
  • the brine typically has a temperature of around 12°C to 13°C after it has passed through the soil. In winter, the temperature is still around 6°C to 8°C, even when the outside temperature is very low.
  • the relatively constant temperature range is therefore excellently suited for controlling the temperature of the electrotechnical device 3.
  • the COP of the technical building system can be improved by introducing the waste heat (about 100 watts for the battery, about 1000 to 2000 watts for the power electronics) into the brine circuit.
  • the energy of the electrotechnical device 3 can still be delivered to the (brine) circuit 2 and the soil can thus be regenerated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine gebäudetechnische Anlage, umfassend eine Sole-Wasser-Wärmepumpe (1) mit einem von einer Sole durchströmten Kreislauf (2) und eine zur Anlage gehörende elektrotechnische Einrichtung (3). Nach der Erfindung ist an der elektrotechnischen Einrichtung (3) zu deren Temperierung ein thermisch mit dem von der Sole durchströmten Kreislauf (2) verbindbarer Wärmeübertrager (4) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine gebäudetechnische Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine gebäudetechnische Anlage der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Eine solche Anlage besteht aus einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit einem von einer Sole durchströmten Kreislauf und einer zur Anlage gehörenden elektrotechnischen Einrichtung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gebäudetechnische Anlage der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine energetisch noch effizientere Anlage geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe ist mit einer gebäudetechnische Anlage der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass an der elektrotechnischen Einrichtung zu deren Temperierung ein thermisch mit dem von der Sole durchströmten Kreislauf verbindbarer Wärmeübertrager vorgesehen ist.
  • Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße gebäudetechnische Anlage somit dadurch aus, dass die elektrotechnische Einrichtung mit einem Wärmeübertrager verbunden ist, der seinerseits mit dem von der Sole durchströmten Kreislauf verbunden ist, so dass - je nach Bedarf - Wärme wahlweise von der elektrotechnische Einrichtung auf den Kreislauf oder vom Kreislauf auf die Einrichtung übertragbar ist.
  • Dabei ist, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, besonders bevorzugt vorgesehen, dass die elektrotechnische Einrichtung wahlweise als Batterie-Ladestation oder als wiederaufladbare, stationäre Batterie ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt ist dabei weiterhin vorgesehen, dass zur Regeneration (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.-php?title=Erdw%C3%A4rmesonde&oldid=218250214#Dimensionierung) einer mit dem Kreislauf verbundenen Solequelle eine Wärmeübertragung vom Kreislauf an die Sole-Wasser-Wärmepumpe abgeschaltet und Wärme von der elektrotechnischen Einrichtung an den Kreislauf übertragen wird. Die vorstehend verwendete Maßgabe "abgeschaltet" ist dabei in dem Sinne zu verstehen, dass während der Regeneration keine Wärme mehr vom Kreislauf an die Sole-Wasser-Wärmepumpe übertragen wird. Dies kann zum Beispiel durch Abschalten der Sole-Wasser-Wärmepumpe selbst realisiert sein, aber durchaus auch durch einen umgekehrten Betrieb der Sole-Wasser-Wärmepumpe, bei dem Wärme von dieser an den Kreislauf übertragen wird. Unter "Wärmeübertragung" ist dabei im wörtlichen Sinne die Übertragung von Wärme, also Energie, zu verstehen (eine Übertragung von Kälte ist ja physikalisch nicht möglich).
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf folgende Dokumente hingewiesen:
    Aus dem Dokument DE 10 2017 104 730 A1 ist eine temperierbare Ladestation bekannt, die allerdings nicht im Verbund mit einer Wärmepumpe arbeitet und deren Abwärme nicht genutzt wird.
  • Aus dem Dokument DE 10 2017 201 541 A1 ist ein batteriebetriebenes Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die beim Laden der Batterie entstehende Abwärme zur Gebäudeheizung genutzt wird.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen gebäudetechnische Anlage ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die erfindungsgemäße gebäudetechnische Anlage einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt schematisch
  • Figur 1
    die erfindungsgemäße gebäudetechnische Anlage mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe und einer elektrotech-nischen Einrichtung.
  • Die in Figur 1 dargestellte gebäudetechnische Anlage besteht zunächst in bekannter Weise aus einer Sole-Wasser-Wärmepumpe 1 mit einem von einer Sole (siehe hierzu https://de.wikipe-dia.org/w/index.php?title=Sole&oldid=215832049) durchströmten Kreislauf 2 und einer zur Anlage gehörenden elektrotechnischen Einrichtung 3.
  • Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kreislauf 2 zum Fördern der Sole eine Kreislaufpumpe 2.3 aufweist. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sole-Wasser-Wärmepumpe 1 mit einem vorzugsweise eine Heizkreislaufpumpe 6.1 aufweisenden Heizkreislauf 6 verbunden ausgebildet ist. Über diesen typischerweise Wasser führenden Heizkreislauf 6 wird wahlweise das Gebäude und/oder ein (nicht extra dargestellter) Warmwasserspeicher erwärmt bzw. beheizt.
  • Wesentlich für die erfindungsgemäße gebäudetechnische Anlage ist nun, dass an der elektrotechnischen Einrichtung 3 zu deren Temperierung ein thermisch mit dem von der Sole durchströmten Kreislauf 2 verbindbarer Wärmeübertrager 4 vorgesehen ist.
  • Verfahrensmäßig ausgedrückt, ist bevorzugt vorgesehen, dass zur Regeneration einer mit dem Kreislauf 2 verbundenen Solequelle 5 eine Wärmeübertragung vom Kreislauf 2 an die Sole-Wasser-Wärmepumpe 1 abgeschaltet und Wärme von der elektrotechnischen Einrichtung 3 an den Kreislauf 2 übertragen wird.
  • Noch etwas genauer betrachtet, ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die elektrotechnische Einrichtung 3 wahlweise als Batterie-Ladestation oder als wiederaufladbare, stationäre Batterie ausgebildet ist. Dabei ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 4 wahlweise mit einer Leistungselektronik der Batterie-Ladestation oder mit elektrischen Zellen der Batterie thermisch verbunden ausgebildet ist. Sofern die elektrotechnische Einrichtung 3 als wiederaufladbare, stationäre Batterie ausgebildet ist, ist diese wahlweise innerhalb (nicht extra dargestellt) oder außerhalb (siehe Figur 1) des Gebäudes angeordnet.
  • Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der von einer Sole durchströmte Kreislauf 2 einen Vorlaufstrang 2.1 und einen Rücklaufstrang 2.2 aufweist und dass der Wärmeübertrager 4 einerseits über den Vorlaufstrang 2.1 und andererseits über den Rücklaufstrang 2.2 mit dem Kreislauf 2 verbunden ausgebildet ist. Hierzu ist vorzugsweise eine vom Vorlaufstrang 2.1 abzweigende und zum Wärmeübertrager 4 führende Zuleitung 4.1 und eine vom Wärmeübertrager 4 kommende und wieder zum Vorlaufstrang 2.1 führende Ableitung 4.2 vorgesehen.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 4 über eine regelbare Ventileinrichtung 5, vorzugsweise ein Drei-Wege-Mischventil, mit dem Kreislauf 2, vorzugsweise mit dessen Vorlaufstrang 2.1, verbunden ausgebildet ist. Noch etwas genauer betrachtet, führt vorzugsweise die vorgenannte Ableitung 4.2 zur Ventileinrichtung 5.
  • Wiederum verfahrensmäßig betrachtet, ist in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt vorgesehen, dass eine am Wärmeübertrager 4 übertragene Menge an Wärme über eine am Kreislauf 2 vorgesehene Ventileinrichtung 5 geregelt wird.
  • Dabei ist weiterhin bevorzugt eine (in Figur 1 nicht extra dargestellte) Regelungseinrichtung zur Regelung der Ventileinrichtung 5 und auch vorzugsweise der Kreislaufpumpe 2.3 vorgesehen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sole-Wasser-Wärmepumpe 1 einen Regler aufweist und die Regelungseinrichtung als Teil dieses Reglers ausgebildet ist.
  • Schließlich ist noch bevorzugt vorgesehen (aber wiederum in Figur 1 nicht extra dargestellt), dass die elektrotechnische Einrichtung 3 zur Vermeidung einer Taupunktunterschreitung einen Temperatursensor aufweist.
  • Wie ersichtlich, dient die vorstehend beschriebene Lösung somit zur optimalen Abwärmenutzung, nämlich durch eine geschickte Einbindung in einen (Sole-) Kreislauf 2 einer Sole-Wasser-Wärmepumpe 1. Dies ist sowohl für den Heiz- als auch für den Kühlbetrieb optimal und ermöglicht eine besonders effiziente Nutzung der Abwärme.
  • Die Sole hat dabei im Sommer typischerweise nach Durchlauf des Erdreichs eine Temperatur von etwa 12°C bis 13°C. Im Winter beträgt die Temperatur auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen immer noch etwa 6°C bis 8°C. Das verhältnismäßig konstante Temperaturband eignet sich somit hervorragend zur Temperierung der elektrotechnische Einrichtung 3. Insbesondere bei einer außen aufgestellten Batterie kann es im Sommer Kühlbedarf und im Winter Heizbedarf geben, der sehr gut durch den Sole-Kreislauf gedeckt werden kann.
  • Insbesondere durch die Einbringungen der Abwärme (bei der Batterie etwa 100 Watt, bei der Leistungselektronik etwa 1000 bis 2000 Watt) in den Sole-Kreislauf kann der COP der gebäudetechnischen Anlage verbessert werden. Insbesondere, wenn kein Heizbedarf besteht, kann die Energie der elektrotechnischen Einrichtung 3 dennoch an den (Sole-) Kreislauf 2 abgegeben und somit das Erdreich regeneriert werden.
  • Dieser Vorteil besteht dabei sogar während einer passiven Kühlung des Hauses durch den (Sole-) Kreislauf 2. Oftmals muss nämlich die Temperatur für die passive Kühlung mittels eines Mischers angehoben werden, um eine Taupunktunterschreitung zu vermeiden. Die Einbringung der Abwärme stellt somit keinen Komfortverlust dar, sondern kann vielmehr die Solequelle regenerieren und wirkt sich bei der Warmwasserbereitung sogar vorteilhaft aus.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Sole-Wasser-Wärmepumpe
    2
    von einer Sole durchströmter Kreislauf
    2.1
    Vorlaufstrang
    2.2
    Rücklaufstrang
    2.3
    Kreislaufpumpe
    3
    elektrotechnische Einrichtung
    4
    Wärmeübertrager
    4.1
    Zuleitung
    4.2
    Ableitung
    5
    Ventileinrichtung
    6
    Heizkreislauf
    6.1
    Heizkreislaufpumpe

Claims (10)

  1. Gebäudetechnische Anlage, umfassend eine Sole-Wasser-Wärmepumpe (1) mit einem von einer Sole durchströmten Kreislauf (2) und eine zur Anlage gehörende elektrotechnische Einrichtung (3),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der elektrotechnischen Einrichtung (3) zu deren Temperierung ein thermisch mit dem von der Sole durchströmten Kreislauf (2) verbindbarer Wärmeübertrager (4) vorgesehen ist.
  2. Gebäudetechnische Anlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrotechnische Einrichtung (3) wahlweise als Batterie-Ladestation oder als wiederaufladbare, stationäre Batterie ausgebildet ist.
  3. Gebäudetechnische Anlage nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmeübertrager (4) wahlweise mit einer Leistungselektronik der Batterie-Ladestation oder mit elektrischen Zellen der Batterie thermisch verbunden ausgebildet ist.
  4. Gebäudetechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass der von einer Sole durchströmte Kreislauf (2) einen Vorlaufstrang (2.1) und einen Rücklaufstrang (2.2) aufweist und dass der Wärmeübertrager (4) einerseits über den Vorlaufstrang (2.1) und andererseits über den Rücklaufstrang (2.2) mit dem Kreislauf (2) verbunden ausgebildet ist.
  5. Gebäudetechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmeübertrager (4) über eine regelbare Ventileinrichtung (5) mit dem Kreislauf (2) verbunden ausgebildet ist.
  6. Gebäudetechnische Anlage nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Ventileinrichtung (5) vorgesehen ist.
  7. Gebäudetechnische Anlage nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sole-Wasser-Wärmepumpe (1) einen Regler aufweist und die Regelungseinrichtung als Teil dieses Reglers ausgebildet ist.
  8. Gebäudetechnische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrotechnische Einrichtung (3) zur Vermeidung einer Taupunktunterschreitung einen Temperatursensor aufweist.
  9. Verfahren zum Betrieb einer gebäudetechnischen Anlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Regeneration einer mit dem Kreislauf (2) verbundenen Solequelle (5) eine Wärmeübertragung vom Kreislauf (2) an die Sole-Wasser-Wärmepumpe (1) abgeschaltet und Wärme von der elektrotechnischen Einrichtung (3) an den Kreislauf (2) übertragen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine am Wärmeübertrager (4) übertragene Menge an Wärme über eine am Kreislauf (2) vorgesehene Ventileinrichtung (5) geregelt wird.
EP23151239.3A 2022-01-18 2023-01-12 Gebäudetechnische anlage Pending EP4212783A1 (de)

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