EP4273469A1 - Wärmepumpenvorrichtung und verfahren zum betrieb einer wärmepumpenvorrichtung - Google Patents

Wärmepumpenvorrichtung und verfahren zum betrieb einer wärmepumpenvorrichtung Download PDF

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EP4273469A1
EP4273469A1 EP23171474.2A EP23171474A EP4273469A1 EP 4273469 A1 EP4273469 A1 EP 4273469A1 EP 23171474 A EP23171474 A EP 23171474A EP 4273469 A1 EP4273469 A1 EP 4273469A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
heat
heat pump
refrigerant
way valve
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
EP23171474.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Bader
Emmanuel Bertocchi
Roger Guiguemdé
Fabrice Kaczmarek
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
Application filed by Viessmann Climate Solutions SE filed Critical Viessmann Climate Solutions SE
Publication of EP4273469A1 publication Critical patent/EP4273469A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/02—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/023—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units
    • F25B2313/0233—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units in parallel arrangements
    • F25B2313/02334—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units in parallel arrangements during heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers

Definitions

  • the invention relates to a heat pump device according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating a heat pump device according to the preamble of patent claim 13.
  • a heat pump device of the type mentioned is from the patent document EP 1 731 846 A1 known.
  • This consists of a heat pump circuit (or refrigeration circuit) which is at least partially arranged in a building and through which a refrigerant flows, which contains the refrigerant and a supplied fluid (here air, hereinafter preferably either air or ambient air or also a heat transfer medium that exchanges heat with geothermal heat).
  • a heat pump circuit or refrigeration circuit
  • a supplied fluid hereinafter preferably either air or ambient air or also a heat transfer medium that exchanges heat with geothermal heat.
  • the first heat exchanger brings into heat-transferring contact (see reference number 18 in the single figure), a second heat exchanger which brings the refrigerant and water stored in a hot water tank into heat-transferring contact if necessary (see there reference number 17) and one the refrigerant and through a heating circuit
  • Flowing liquid heating circuit medium has a third heat exchanger (see reference numeral 19) which brings heat-transferring contact into heat-transferring contact if necessary.
  • this heat pump device is arranged in a building A refrigerant flows through the heat pump circuit, whereby, if necessary, on a first heat exchanger through which the refrigerant flows and on the other hand through which supplied air flows, on a second heat exchanger through which the refrigerant flows on the one hand and on the other hand through which water stored in a water tank flows, and on a third, on the one hand the refrigerant and On the other hand, heat is transferred from liquid heat exchanger medium flowing through a heating circuit.
  • the invention is based on the object of improving a heat pump device and a method for operating a heat pump device of the type mentioned at the outset.
  • a heat pump device that can be used even more flexibly and a method for operating a heat pump device that can be used even more flexibly should be created.
  • the heat pump circuit is designed in such a way that the third heat exchanger serves as an evaporator for cooling the building is operable.
  • the method provides that, if necessary, heat is transferred from the heating circuit medium to the refrigerant at the third heat exchanger to cool the building.
  • the solution according to the invention is characterized in that the third heat exchanger connected to the heating circuit is designed to be operable not only as a condenser of the heat pump circuit for heating the building, but also as an evaporator of the heat pump circuit for cooling the building, a function i.e., which is not implemented or feasible in the prior art mentioned at the beginning, which, when viewed more closely, is due in particular to the fact that there is no expansion device upstream of the third heat exchanger.
  • the engine valve disclosed there with the reference number 23 only serves to shut off the first heat exchanger (there reference number 18).
  • the heat pump device shown initially consists in a known manner of a heat pump circuit 1 arranged (at least partially) in a building and through which a refrigerant flows.
  • This has a first heat exchanger 1.1 which brings the refrigerant and a supplied fluid (preferably air, in particular ambient air) into heat-transferring contact if necessary , a second heat exchanger 1.2 which brings the refrigerant and water stored in a hot water tank into heat-transferring contact when necessary and a third heat exchanger 1.3 which brings the refrigerant and liquid heating circuit medium flowing through a heating circuit 2 into heat-transferring contact when necessary.
  • a supplied fluid preferably air, in particular ambient air
  • the heat pump circuit 1, in particular the first heat exchanger 1.1 is completely arranged in the building.
  • the first heat exchanger 1.1 is designed to be connected to a fluid supply line, in particular an air supply line, coming from outside the building, and with a fluid discharge line, in particular an air discharge line, leading to the outside of the building.
  • a heat pump circuit 1 arranged in the building is flowed through by a refrigerant.
  • a first heat exchanger 1.1 through which the refrigerant flows and on the other hand a supplied fluid, preferably air, in particular ambient air, flows through a second heat exchanger 1.2 through which the refrigerant flows through on the one hand and water stored in a water tank flows through on the other hand, and on a third heat exchanger 1.3, through which heat is transferred on the one hand by the refrigerant and on the other hand by liquid heating circuit medium flowing through a heating circuit 2.
  • propane is used as the refrigerant.
  • the heat pump circuit 1 is designed in such a way that the third heat exchanger 1.3 can be operated as an evaporator for cooling the building.
  • the third heat exchanger 1.3 can be operated as an evaporator for cooling the building.
  • the heat pump circuit 1 is designed in such a way that when the building is cooled via the third heat exchanger 1.3, the second heat exchanger 1.2 can be operated as a condenser.
  • the second heat exchanger 1.2 it is particularly preferred in this context that when the building is cooled via the third heat exchanger 1.3, heat is transferred from the refrigerant to the water stored in the water tank on the second heat exchanger 1.2.
  • the first heat exchanger 1.1 is designed or is decoupled from the heat pump circuit 1 via the third heat exchanger 1.3 when cooling the building, i.e. H.
  • the first heat exchanger 1.1 is no longer flowed through by the refrigerant, i.e. it no longer takes part in the cycle.
  • an expansion device 1.4 which can flow through in two directions and has a pressure-reducing effect in the flow direction is arranged on the heat pump circuit 1.
  • the third heat exchanger 1.3 which is preferably designed to be connected to an underfloor heating or underfloor cooling loop
  • the third heat exchanger 1.3 viewed in the flow direction of the refrigerant, has one or more said expansion device 1.4 is connected upstream.
  • the refrigerant is expanded when cooling the building before reaching the third heat exchanger 1.3 by means of one or the said expansion device 1.4.
  • the heat pump device is completely "normal" either in heating or cooling mode (compare Figure 2 and 3 ) to be able to operate, in a manner known per se, it is preferably provided that a compressor 1.5 of the heat pump circuit 1 is followed by a 4/2-way valve 1.6, viewed in the flow direction of the refrigerant.
  • the compressor 1.5 always delivers in the same direction, but the direction in which the refrigerant flows through the heat pump circuit 1 can be adjusted via the position of the 4/2-way valve 1.6.
  • a first 3-way valve 1.10 is arranged between the third heat exchanger 1.3 and the 4/2-way valve 1.6. Looking at it a little more closely, it is particularly preferably provided that a first connection 10.1.1 of the first 3-way valve 1.10 with the 4/2-way valve 1.6, a second connection 1.10.2 of the first 3-way valve 1.10 is designed to be connected to the second heat exchanger 1.2 and a third connection 1.10.3 of the first 3-way valve 1.10 to the third heat exchanger 1.3.
  • a second 3-way valve 1.20 is arranged between the first heat exchanger 1.1 and the 4/2-way valve 1.6. Looking at it a little more closely, it is particularly preferably provided that a first connection 1.20.1 of the second 3-way valve 1.20 is connected to the first heat exchanger 1.1, and a second connection 1.20.2 of the second 3-way valve 1.20 is designed to be connected to the second heat exchanger 1.2 and a third connection 1.20.3 of the second 3-way valve 1.20 to the 4/2-way valve 1.6.
  • a branch 1.40.1 leading to the first 3-way valve 1.10 is preferably provided on a refrigerant line 1.40 provided between the second 3-way valve 1.20 and the second heat exchanger 1.2.
  • a third 3-way valve 1.30 is preferably provided, which has a first connection 1.30.1 connected to the expansion device 1.4, a second connection 1.30.2 connected to the second heat exchanger 1.2 and a third connection to the third heat exchanger 1.3 connected connection 1.30.3.
  • a branch 1.7.1 leading to the third heat exchanger 1.3 is particularly preferred on a refrigerant line 1.7 provided between the expansion device 1.4 and the first heat exchanger 1.1 , preferably with a valve 1.8.1 lockable refrigerant line 1.8 provided.
  • a fourth 3-way valve can also be provided at this point, which has a first connection connected to the first heat exchanger 1.1 and a second connection connected to the expansion device 1.4 and has a third connection connected to the third heat exchanger 1.3.
  • the expansion device 1.4 is provided with a bypass line 1.4.1 that bypasses it and can be shut off for the refrigerant. Furthermore, in this context it is preferably provided that a branch 1.9.1 leading to the bypass line 1.4.1 is provided on a refrigerant line 1.9 provided between the third 3-way valve 1.30 and the third heat exchanger 1.3.
  • a refrigerant line 1.50 with a valve 1.50.1 branching off between the expansion device 1.4 and the first heat exchanger 1.1 is also shown, which opens out on the high-pressure side between the compressor 1.5 and the 4/2-way valve 1.6. If necessary, this refrigerant line 1.50 serves to defrost the first heat exchanger 1.1, which works as an evaporator during heating operation.
  • FIG. 5 an otherwise identically functioning embodiment is shown in the special operating mode, in which the aforementioned 3-way valves are replaced by cheaper 2-way valves.
  • valve 1.8.1 also a 2-way valve
  • another 2-way valve are in Figure 5
  • all other 2-way valves are closed (which is symbolized by the white or black triangles, whereby the white triangles indicate a closed valve and the black triangles an open valve).
  • a first 2-way valve 3.1 is preferably arranged between a branch from the refrigerant line 1.7 to the refrigerant line 1.40 and the first heat exchanger 1.1.
  • a second 2-way valve 3.2 is preferably arranged between the branch 1.40.1 and the refrigerant line 1.7 running between the 4/2-way valve 1.6 and the third heat exchanger 1.3.
  • a third 2-way valve 3.3 is arranged between the branch 1.9.1 and the expansion device 1.4.
  • a fourth 2-way valve 3.4 is provided, namely on the refrigerant line 1.40. This is the aforementioned additional 2-way valve that is opened in the special operating mode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmepumpenvorrichtung, umfassend einen in einem Gebäude angeordneten und von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf (1), der einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten Wärmeübertrager (1.1), einen das Kältemittel und in einem Warmwassertank gespeichertes Wasser bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager (1.2) und einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis (2) strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden dritten Wärmeübertrager (1.3) aufweist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmepumpenkreislauf (1) derart ausgebildet ist, dass der dritte Wärmeübertrager (1.3) zum Kühlen des Gebäudes als Verdampfer betreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 13.
  • Eine Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument EP 1 731 846 A1 bekannt. Diese besteht aus einem mindestens teilweise in einem Gebäude angeordneten und von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf (bzw. Kältekreis), der einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid (hier Luft, nachfolgend bevorzugt wahlweise Luft bzw. Umgebungsluft oder auch ein mit Erdwärme wärmetauschendes Wärmeträgermedium) bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten Wärmeübertrager (siehe dort in der einzigen Figur das Bezugszeichen 18), einen das Kältemittel und in einem Warmwassertank gespeichertes Wasser bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager (siehe dort Bezugszeichen 17) und einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden dritten Wärmeübertrager (siehe dort Bezugszeichen 19) aufweist. Bei dieser Lösung ist im Sommerbetrieb, also wenn es im Freien in der Regel warm ist, die Umwälzpumpe (siehe dort Absatz [0029] und das Bezugszeichen 26) für das Heizkreismedium stillgesetzt, d. h. durch den Heizkreis strömt bei dieser Betriebsweise kein Heizkreismedium. In verfahrensmäßigen Worten ausgedrückt, wird bei dieser Wärmepumpenvorrichtung ein in einem Gebäude angeordneter Wärmepumpenkreislauf von einem Kältemittel durchströmt, wobei bei Bedarf an einem ersten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von zugeführter Luft durchströmten Wärmeübertrager, an einem zweiten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von in einem Wassertank gespeichertem Wasser durchströmten Wärmeübertrager und an einem dritten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von flüssigem, durch einen Heizkreis strömendem Heizkreismedium durchströmten Wärmeübertrager Wärme übertragen wird.
  • Die vorstehend und auch nachfolgend verwendete Maßgabe "bei Bedarf" bedeutet dabei, dass die Vorrichtung so betrieben wird, dass eine Wärmeübertragung an den Wärmeübertragern immer dann stattfindet bzw. stattfinden kann, wenn es die jeweilige Betriebsweise erforderlich macht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine noch flexibler einsetzbare Wärmepumpenvorrichtung und ein noch flexibler einsetzbares Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe ist gegenständlich mit einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Verfahrensmä-ßig ist diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 13 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist gegenständlich also vorgesehen, dass der Wärmepumpenkreislauf derart ausgebildet ist, dass der dritte Wärmeübertrager zum Kühlen des Gebäudes als Verdampfer betreibbar ist. Verfahrensmäßig ist vorgesehen, dass bei Bedarf zum Kühlen des Gebäudes am dritten Wärmeübertrager Wärme vom Heizkreismedium auf das Kältemittel übertragen wird.
  • Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass der dritte, mit dem Heizkreis in Verbindung stehende Wärmeübertrager nicht nur als Kondensator des Wärmepumpenkreislaufs zum Heizen des Gebäudes, sondern auch als Verdampfer des Wärmepumpenkreislaufs zum Kühlen des Gebäudes betreibbar ausgebildet ist, eine Funktion also, die beim eingangs genannten Stand der Technik nicht realisiert bzw. realisierbar ist, was genauer betrachtet insbesondere daran liegt, dass dort dem dritten Wärmeübertrager keine Expansionseinrichtung vorgeschaltet ist. Das dort mit dem Bezugszeichen 23 offenbarte Motorventil dient lediglich zur Absperrung des ersten Wärmeübertragers (dort Bezugszeichen 18).
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen bzw. das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigt schematisch
    • Figur 1
    einen ersten Schaltplan der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung in einer speziellen Betriebsweise, bei der das Gebäude mittels des Heizkreises und des Warmwassertanks gekühlt wird;
    Figur 2
    den Schaltplan gemäß Figur 1 in einer Betriebsweise, bei der Umgebungswärme des Gebäudes zum Heizen benutzt wird;
    Figur 3
    den Schaltplan gemäß Figur 1 in einer Betriebsweise, bei der Wärme aus dem Gebäude an die Umgebung des Gebäudes abgeführt wird;
    Figur 4
    einen zweiten Schaltplan der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung in der speziellen Betriebsweise wie in Figur 1; und
    Figur 5
    einen dritten Schaltplan der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung mit einfachen 2-Wege-Ventilen.
  • Die in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Wärmepumpenvorrichtung besteht zunächst in bekannter Weise aus einem (mindestens teilweise) in einem Gebäude angeordneten und von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf 1. Dieser weist einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid (bevorzugt Luft, insbesondere Umgebungsluft) bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten Wärmeübertrager 1.1, einen das Kältemittel und in einem Warmwassertank gespeichertes Wasser bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager 1.2 und einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis 2 strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden dritten Wärmeübertrager 1.3 auf.
  • Ganz besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Wärmepumpenkreislauf 1, insbesondere der erste Wärmeübertrager 1.1, vollständig im Gebäude angeordnet ist. Dazu ist weiterhin bevorzugt vorgesehen (aber nicht extra dargestellt), dass der erste Wärmeübertrager 1.1 mit einer von außerhalb des Gebäudes kommenden Fluidzufuhrleitung, insbesondere Luftzufuhrleitung, und mit einer nach außerhalb des Gebäudes führenden Fluidabfuhrleitung, insbesondere Luftabfuhrleitung, verbunden ausgebildet ist.
  • Verfahrensmäßig ausgedrückt, wird zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung, insbesondere einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1, ein im Gebäude angeordneter Wärmepumpenkreislauf 1 von einem Kältemittel durchströmt. Dabei wird ferner bei Bedarf an einem ersten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von einem zugeführten Fluid, vorzugsweise Luft, insbesondere Umgebungsluft, durchströmten Wärmeübertrager 1.1, an einem zweiten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von in einem Wassertank gespeichertem Wasser durchströmten Wärmeübertrager 1.2 und an einem dritten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von flüssigem, durch einen Heizkreis 2 strömendem Heizkreismedium durchströmten Wärmeübertrager 1.3 Wärme übertragen.
  • Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass als Kältemittel Propan verwendet wird.
  • Gegenständlich wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung ist nun, dass der Wärmepumpenkreislauf 1 derart ausgebildet ist, dass der dritte Wärmeübertrager 1.3 zum Kühlen des Gebäudes als Verdampfer betreibbar ist. Verfahrensmäßig ausgedrückt, ist vorgesehen, dass bei Bedarf zum Kühlen des Gebäudes am dritten Wärmeübertrager 1.3 Wärme vom Heizkreismedium auf das Kältemittel übertragen wird.
  • Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei, gegenständlich ausgedrückt, besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmepumpenkreislauf 1 derart ausgebildet ist, dass beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager 1.3 der zweite Wärmeübertrager 1.2 als Kondensator betreibbar ist. Verfahrensmäßig ausgedrückt, ist in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt vorgesehen, dass beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager 1.3 am zweiten Wärmeübertrager 1.2 Wärme vom Kältemittel an das im Wassertank gespeicherte Wasser übertragen wird.
  • Ganz konkret betrachtet, ist bei alledem ganz besonders bevorzugt vorgesehen, dass der erste Wärmeübertrager 1.1 beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager 1.3 aus dem Wärmepumpenkreislauf 1 ausgekoppelt ausgebildet ist bzw. ausgekoppelt wird, d. h. es wird zur Realisierung der speziellen Betriebsweise ganz bewusst dafür gesorgt, dass der erstes Wärmeübertrager 1.1 nicht mehr vom Kältemittel durchströmt wird, dieser also nicht mehr am Kreisprozess teilnimmt.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass am Wärmepumpenkreislauf 1 eine in zwei Richtungen durchströmbare und jeweils in Strömungsrichtung druckmindernd wirkende Expansionseinrichtung 1.4 angeordnet ist. Um das Gebäude bei der speziellen Betriebsweise über den dritten Wärmeübertrager 1.3, der vorzugsweise mit einer Fußbodenheiz- bzw. Fußbodenkühlschleife verbunden ausgebildet ist, kühlen zu können, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass dem dritten Wärmeübertrager 1.3 in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen eine bzw. die besagte Expansionseinrichtung 1.4 vorgeschaltet ist. Oder nochmals in verfahrensmäßigen Worten ausgedrückt: Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Kältemittel beim Kühlen des Gebäudes vor Erreichen des dritten Wärmeübertragers 1.3 mittels einer bzw. der besagten Expansionseinrichtung 1.4 expandiert wird.
  • Weiterhin ist, um die Wärmepumpenvorrichtung ganz "normal" entweder im Heiz- oder Kühlbetrieb (vergleiche Figur 2 und 3) betreiben zu können, in an sich bekannter Weise bevorzugt vorgesehen, dass einem Verdichter 1.5 des Wärmepumpenkreislaufes 1 in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen ein 4/2-Wege-Ventil 1.6 nachgeschaltet ist. Der Verdichter 1.5 fördert also immer in die gleiche Richtung, über die Stellung des 4/2-Wege-Ventils 1.6 lässt sich aber einstellen, in welcher Richtung das Kältemittel durch den Wärmepumpenkreislauf 1 strömt.
  • Ferner ist bevorzugt vorgesehen (siehe die Figuren 1 bis 4), dass zwischen dem dritten Wärmeübertrager 1.3 und dem 4/2-Wege-Ventil 1.6 ein erstes 3-Wege-Ventil 1.10 angeordnet ist. Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein erster Anschluss 10.1.1 des ersten 3-Wege-Ventils 1.10 mit dem 4/2-Wege-Ventil 1.6, ein zweiter Anschluss 1.10.2 des ersten 3-Wege-Ventils 1.10 mit dem zweiten Wärmeübertrager 1.2 und ein dritter Anschluss 1.10.3 des ersten 3-Wege-Ventils 1.10 mit dem dritten Wärmeübertrager 1.3 verbunden ausgebildet ist.
  • Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem ersten Wärmeübertrager 1.1 und dem 4/2-Wege-Ventil 1.6 ein zweites 3-Wegeventil 1.20 angeordnet ist. Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein erster Anschluss 1.20.1 des zweiten 3-Wege-Ventils 1.20 mit dem ersten Wärmeübertrager 1.1, ein zweiter Anschluss 1.20.2 des zweiten 3-Wege-Ventils 1.20 mit dem zweiten Wärmeübertrager 1.2 und ein dritter Anschluss 1.20.3 des zweiten 3-Wege-Ventils 1.20 mit dem 4/2-Wege-Ventil 1.6 verbunden ausgebildet ist. Darüber hinaus ist bevorzugt an einer zwischen dem zweiten 3-Wege-Ventil 1.20 und dem zweiten Wärmeübertrager 1.2 vorgesehenen Kältemittelleitung 1.40 eine zum ersten 3-Wege-Ventil 1.10 führende Abzweigung 1.40.1 vorgesehen.
  • Ferner ist noch bevorzugt ein drittes 3-Wege-Ventil 1.30 vorgesehen ist, das einen ersten, mit der Expansionseinrichtung 1.4 verbundenen Anschluss 1.30.1, einen zweiten, mit dem zweiten Wärmeübertrager 1.2 verbundenen Anschluss 1.30.2 und einen dritten, mit dem dritten Wärmeübertrager 1.3 verbundenen Anschluss 1.30.3 aufweist.
  • Um die spezielle Betriebsweise des Kühlens des Gebäudes über den Wärmeübertrager 1.3 realisieren zu können, ist, noch genauer betrachtet, besonders bevorzugt an einer zwischen der Expansionseinrichtung 1.4 und dem ersten Wärmeübertrager 1.1 vorgesehenen Kältemittelleitung 1.7 eine Abzweigung 1.7.1 zu einer zum dritten Wärmeübertrager 1.3 führenden, vorzugsweise mit einem Ventil 1.8.1 absperrbaren Kältemittelleitung 1.8 vorgesehen.
  • Alternativ zur vorgenannten Abzweigung 1.7.1 kann, was nicht extra dargestellt ist, an dieser Stelle auch ein viertes 3-Wege-Ventil vorgesehen sein, das einen ersten, mit dem ersten Wärmeübertrager 1.1 verbundenen Anschluss, einen zweiten, mit der Expansionseinrichtung 1.4 verbundenen Anschluss und einen dritten, mit dem dritten Wärmeübertrager 1.3 verbundenen Anschluss aufweist.
  • Nochmals in anderen Worten ausgedrückt, ist zur Realisierung der besagten speziellen Betriebsweise besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Expansionseinrichtung 1.4 mit einer diese umgehenden, absperrbaren Bypassleitung 1.4.1 für das Kältemittel versehen ausgebildet ist. Ferner ist in diesem Zusammenhang noch bevorzugt vorgesehen, dass an einer zwischen dem dritten 3-Wege-Ventil 1.30 und dem dritten Wärmeübertrager 1.3 vorgesehenen Kältemittelleitung 1.9 eine zur Bypassleitung 1.4.1 führende Abzweigung 1.9.1 vorgesehen ist.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist ferner noch eine zwischen der Expansionseinrichtung 1.4 und dem ersten Wärmeübertrager 1.1 abzweigende Kältemittelleitung 1.50 mit einem Ventil 1.50.1 dargestellt, die hochdruckseitig zwischen dem Verdichter 1.5 und dem 4/2-Wege-Ventil 1.6 ausmündet. Diese Kältemittelleitung 1.50 dient, falls erforderlich, dazu, den ersten Wärmeübertrager 1.1, der beim Heizbetrieb als Verdampfer arbeitet, abzutauen.
  • In Figur 5 ist schließlich noch eine ansonsten aber gleich funktionierende Ausführungsform in der speziellen Betriebsweise gezeigt, bei der die vorgenannten 3-Wege-Ventile durch kostengünstigere 2-Weg-Ventile ersetzt sind. Abgesehen vom bereits erwähnten Ventil 1.8.1 (ebenfalls ein 2-Wege-Ventil) und einem weiteren 2-Wege-Ventil sind in Figur 5 bei dieser Betriebsweise alle übrigen 2-Wege-Ventile geschlossen (was durch die weißen bzw. schwarzen Dreiecke symbolisiert ist, wobei die weißen Dreiecke ein geschlossenes und die schwarzen Dreiecke ein offenes Ventil kennzeichnen). Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei bevorzugt ein erstes 2-Wege-Ventil 3.1 zwischen einer Abzweigung von der Kältemittelleitung 1.7 zur Kältemittelleitung 1.40 und dem ersten Wärmeübertrager 1.1 angeordnet. Ferner ist bevorzugt ein zweites 2-Wege-Ventil 3.2 zwischen der Abzweigung 1.40.1 und der zwischen dem 4/2-Wege-Ventil 1.6 und dem dritten Wärmeübertrager 1.3 verlaufenden Kältemittelleitung 1.7 angeordnet. Außerdem ist noch ein drittes 2-Wege-Ventil 3.3 zwischen der Abzweigung 1.9.1 und der Expansionseinrichtung 1.4 angeordnet. Zuletzt ist noch ein viertes 2-Wege-Ventil 3.4 vorgesehen, und zwar an der Kältemittelleitung 1.40. Es handelt sich dabei um das vorgenannte, bei der speziellen Betriebsweise geöffnete weitere 2-Wege-Ventil.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmepumpenkreislauf
    1.1
    erster Wärmeübertrager
    1.2
    zweiter Wärmeübertrager
    1.3
    dritter Wärmeübertrager
    1.4
    Expansionseinrichtung
    1.4.1
    Bypassleitung
    1.5
    Verdichter
    1.6
    4/2-Wege-Ventil
    1.7
    Kältemittelleitung
    1.7.1
    Abzweigung
    1.8
    Kältemittelleitung
    1.8.1
    Ventil
    1.9
    Kältemittelleitung
    1.9.1
    Abzweigung
    1.10
    erstes 3-Wege-Ventil
    1.10.1
    erster Anschluss
    1.10.2
    zweiter Anschluss
    1.10.3
    dritter Anschluss
    1.20
    zweites 3-Wege-Ventil
    1.20.1
    erster Anschluss
    1.20.2
    zweiter Anschluss
    1.20.3
    dritter Anschluss
    1.30
    drittes 3-Wege-Ventil
    1.30.1
    erster Anschluss
    1.30.2
    zweiter Anschluss
    1.30.3
    dritter Anschluss
    1.40
    Kältemittelleitung
    1.40.1
    Abzweigung
    1.50
    Kältemittelleitung
    1.50.1
    Ventil
    2
    Heizkreis
    3.1
    erstes 2-Wege-Ventil
    3.2
    zweites 2-Wege-Ventil
    3.3
    drittes 2-Wege-Ventil
    3.4
    viertes 2-Wege-Ventil

Claims (16)

  1. Wärmepumpenvorrichtung, umfassend einen in einem Gebäude angeordneten und von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf (1), der
    - einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten Wärmeübertrager (1.1),
    - einen das Kältemittel und in einem Warmwassertank gespeichertes Wasser bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager (1.2) und
    - einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis (2) strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden dritten Wärmeübertrager (1.3)
    aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmepumpenkreislauf (1) derart ausgebildet ist, dass der dritte Wärmeübertrager (1.3) zum Kühlen des Gebäudes als Verdampfer betreibbar ist.
  2. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Wärmeübertrager (1.1) beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager (1.3) aus dem Wärmepumpenkreislauf (1) ausgekoppelt ausgebildet ist.
  3. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmepumpenkreislauf (1) derart ausgebildet ist, dass beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager (1.3) der zweite Wärmeübertrager (1.2) als Kondensator betreibbar ist.
  4. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem dritten Wärmeübertrager (1.3) zum bedarfsweisen Kühlen des Gebäudes in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen eine Expansionseinrichtung (1.4) vorgeschaltet ist.
  5. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei einem Verdichter (1.5) des Wärmepumpenkreislaufes (1) in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen ein 4/2-Wege-Ventil (1.6) nachgeschaltet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen dritten Wärmeübertrager (1.3) und dem 4/2-Wege-Ventil (1.6) ein erstes 3-Wege-Ventil (1.10) angeordnet ist.
  6. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein erster Anschluss (10.1.1) des ersten 3-Wege-Ventils (1.10) mit dem 4/2-Wege-Ventil (1.6), ein zweiter Anschluss (1.10.2) des ersten 3-Wege-Ventils (1.10) mit dem zweiten Wärmeübertrager (1.2) und ein dritter Anschluss (1.10.3) des ersten 3-Wege-Ventils (1.10) mit dem dritten Wärmeübertrager (1.3) verbunden ausgebildet ist.
  7. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einem Verdichter (1.5) des Wärmepumpenkreislaufes (1) in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen ein 4/2-Wege-Ventil (1.6) nachgeschaltet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen dem ersten Wärmeübertrager (1.1) und dem 4/2-Wege-Ventil (1.6) ein zweites 3-Wegeventil (1.20) angeordnet ist.
  8. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein erster Anschluss (1.20.1) des zweiten 3-Wege-Ventils (1.20) mit dem ersten Wärmeübertrager (1.1), ein zweiter Anschluss (1.20.2) des zweiten 3-Wege-Ventils (1.20) mit dem zweiten Wärmeübertrager (1.2) und ein dritter Anschluss (1.20.3) des zweiten 3-Wege-Ventils (1.20) mit dem 4/2-Wege-Ventil (1.6) verbunden ausgebildet ist.
  9. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei am Wärmepumpenkreislauf (1) eine in zwei Richtungen durchströmbare und jeweils in Strömungsrichtung druckmindernd wirkende Expansionseinrichtung (1.4) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein drittes 3-Wege-Ventil (1.30) vorgesehen ist, das einen ersten, mit der Expansionseinrichtung (1.4) verbundenen Anschluss (1.30.1), einen zweiten, mit dem zweiten Wärmeübertrager (1.2) verbundenen Anschluss (1.30.2) und einen dritten, mit dem dritten Wärmeübertrager (1.3) verbundenen Anschluss (1.30.3) aufweist.
  10. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei am Wärmepumpenkreislauf (1) eine in zwei Richtungen durchströmbare und jeweils in Strömungsrichtung druckmindernd wirkende Expansionseinrichtung (1.4) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einer zwischen der Expansionseinrichtung (1.4) und dem ersten Wärmeübertrager (1.1) vorgesehenen Kältemittelleitung (1.7) eine Abzweigung (1.7.1) zu einer zum dritten Wärmeübertrager (1.3) führenden, absperrbaren Kältemittelleitung (1.8) vorgesehen ist.
  11. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei am Wärmepumpenkreislauf (1) eine in zwei Richtungen durchströmbare und jeweils in Strömungsrichtung druckmindernd wirkende Expansionseinrichtung (1.4) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Expansionseinrichtung (1.4) mit einer diese umgehenden, absperrbaren Bypassleitung (1.4.1) für das Kältemittel versehen ausgebildet ist.
  12. Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Wärmepumpenkreislauf (1) vollständig im Gebäude angeordnet ist.
  13. Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung, bei dem ein in einem Gebäude angeordneter Wärmepumpenkreislauf (1) von einem Kältemittel durchströmt wird, wobei bei Bedarf
    - an einem ersten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von einem zugeführten Fluid durchströmten Wärmeübertrager (1.1),
    - an einem zweiten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von in einem Wassertank gespeichertem Wasser durchströmten Wärmeübertrager (1.2) und
    - an einem dritten, einerseits vom Kältemittel und andererseits von flüssigem, durch einen Heizkreis (2) strömendem Heizkreismedium durchströmten Wärmeübertrager (1.3)
    Wärme übertragen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Bedarf zum Kühlen des Gebäudes am dritten Wärmeübertrager (1.3) Wärme vom Heizkreismedium auf das Kältemittel übertragen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager (1.3) der erste Wärmeübertrager (1.1) aus dem Wärmepumpenkreislauf (1) ausgekoppelt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Kühlen des Gebäudes über den dritten Wärmeübertrager (1.3) am zweiten Wärmeübertrager (1.2) Wärme vom Kältemittel an das im Wassertank gespeicherte Wasser übertragen wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kältemittel beim Kühlen des Gebäudes vor Erreichen des dritten Wärmeübertragers (1.3) mittels einer Expansionseinrichtung (1.4) expandiert wird.
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