EP4639041A1 - Energiespeicheraussengerät - Google Patents

Energiespeicheraussengerät

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Publication number
EP4639041A1
EP4639041A1 EP23837695.8A EP23837695A EP4639041A1 EP 4639041 A1 EP4639041 A1 EP 4639041A1 EP 23837695 A EP23837695 A EP 23837695A EP 4639041 A1 EP4639041 A1 EP 4639041A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy storage
unit
heat exchanger
air
building
Prior art date
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Pending
Application number
EP23837695.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Schechner
Thomas Scherl
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.)
Envola GmbH
Original Assignee
Envola GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Envola GmbH filed Critical Envola GmbH
Publication of EP4639041A1 publication Critical patent/EP4639041A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • F24F5/001—Compression cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F5/0096—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater combined with domestic apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • F24F5/0017—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using cold storage bodies, e.g. ice
    • F24F2005/0025—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using cold storage bodies, e.g. ice using heat exchange fluid storage tanks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40—Geothermal heat-pumps

Definitions

  • the invention relates to an energy storage external unit of a system for air conditioning the interior of a building.
  • Such an energy storage external unit is arranged outside the building and at least partially sunk into the ground.
  • a system for air conditioning the interior of a building can have an energy storage device for energy transfer and energy storage with a water heat exchanger in a liquid reservoir.
  • the liquid reservoir is located outside the building, whereas a heat pump for the water heat exchanger and the building is located inside the building.
  • Other building technology components, such as heating and hot water, are also located inside the building.
  • GB 2 076 139 A shows a heat transfer device with a water heat exchanger in a liquid reservoir as a heat storage medium, to which exhaust air is directed, and an air heat exchanger which is placed in the exhaust air flow.
  • Heat pumps are provided for both the water heat exchanger and the air heat exchanger. The heat pump is arranged so that exhaust air flows over it and the air is preheated by the motor-compressor unit of the heat pump before contact with the heat storage medium and then releases the heat to the heat storage medium.
  • DE 10 2020 119 653 B3 relates to a system for air conditioning interior spaces of a building, which are connected via at least one exhaust air duct, wherein one or more interior spaces are provided with an air conditioning unit which has a supply of outside air and supplies fresh air or recirculated air to the or the interior spaces.
  • the air conditioning unit is connected to a fluid circuit of a heat pump, whereby the exhaust air duct and another fluid circuit of the heat pump are connected to an energy storage unit arranged outside the building.
  • the energy storage unit is designed for energy transfer and for energy storage with a heat exchanger in a liquid reservoir, which is connected to the other fluid circuit of the heat pump via the heat exchanger, whereby the exhaust air is led into the liquid reservoir via a heat exchanger.
  • EP 2 090 838 A2 shows a heat pump system with a water tank embedded in the ground as the primary heat source of a heat pump and an additional pump with which water from an additional heat reservoir can be introduced into the water tank.
  • a control device activates the additional pump until at least part of the water quantity in the water tank has been replaced.
  • GB 2 247 072 A shows an integrated heating or cooling system using a heat pump and a phase change heat storage tank to supply space heating, space cooling and domestic hot water to a building.
  • a heat exchanger in the exhaust air stream and another fitted to the building's waste water line extract heat from the used air and grey water, which is transferred to the heat storage tank via an ethylene glycol circuit. This heat is then extracted from the heat storage tank to supply the evaporator in the heat pump when heating is required.
  • a drinking water circuit passes through the condenser, a hot water storage tank and, if required, an air conditioning heat exchanger. Cooling is provided by an extension of the ethylene glycol circuit leading to a heat exchanger.
  • DE 10 2019 135 681 B4 describes an energy storage device that is preferably at least partially sunk into the ground. It comprises a water heat exchanger and an air heat exchanger arranged above the water heat exchanger, wherein the water heat exchanger is arranged in a liquid reservoir that is formed on a floor between an inner wall and an outer wall.
  • the inner wall encloses a cavity that is at least partially filled by at least a first container and a second container, wherein the first container and the second container have equal volumes and each form one pole of a redox flow battery.
  • JP 2002-267 214 A relates to an air-cooled heat storage air conditioner.
  • a casing there are provided an exhaust air circulation fan passage, a heat storage air fan passage having a heat storage tank that performs heat exchange with the exhaust air, an air supply fan passage on which an evaporator is provided, an exhaust air fan passage having a condenser provided therein, and a compressor for operating the evaporator, the condenser, and the heat storage tank.
  • the compressor and the circulation exhaust air fan passage are arranged side by side and in parallel so as to be sandwiched between the air supply fan passage and the exhaust air fan passage.
  • the heat storage fan passage is arranged while adjoining the former passages at the ends of the aforementioned air passages in the columnar direction to form the casing.
  • the task is to provide a space-saving device for an air conditioning system.
  • an energy storage external unit of a system for temperature conditioning of interior spaces of a building in particular for heating, cooling or air conditioning
  • the Energy storage external unit can be set up outside the building and comprises at least one energy storage unit, an air heat exchanger and a device unit in a modular design
  • the energy storage unit is designed with a liquid reservoir with a water heat exchanger for energy transmission and energy storage
  • the air heat exchanger surrounds a radial fan at least in sections around an outer circumference, so that an air flow is created through the air heat exchanger radially from the outside to the inside, which escapes axially upwards at the radial fan
  • the device unit is arranged between the energy storage unit and the air heat exchanger and has an exhaust air connection for the building's exhaust air, so that incoming exhaust air from the building is distributed in the device unit, and wherein an insulation unit shields the device unit from the environment with thermal insulation, wherein the exhaust air from the building, after flowing through the device unit, is first guided to the energy storage unit and then
  • the energy storage external unit is modularly constructed in the form of individual units, which can be delivered pre-installed and does not require any space inside the building.
  • the arrangement of the units is important. According to the invention, all units are stacked on top of each other.
  • the liquid reservoir enables energy to be stored in the liquid.
  • the energy transfer takes place both via the air heat exchanger and the water heat exchanger.
  • the individual functional modules that are important for the function are then located in the device unit.
  • the exhaust air is the room air discharged from the building, the thermal energy of which is passed through the energy storage unit for heat recovery or cold recovery. Before that, it is used for tempering, i.e.
  • Tempoture control therefore includes both heating and cooling.
  • the operation of the functional modules in the device unit with cold-sensitive electrical circuits is therefore insensitive to cold even at low outside temperatures in winter due to the temperature control of the water pump and the optionally provided additional functional modules through the exhaust air, so that no heating needs to be provided in the energy storage external unit.
  • the device unit has at least one heat pump which is coupled to the water heat exchanger and the air heat exchanger via a connecting plate.
  • the device unit contains the devices required for the function of the energy storage unit and the air heat exchanger.
  • the device unit can have a hot water storage tank for drinking water or service water.
  • the device unit can have an energy buffer, for example in the form of a water storage tank, which serves to provide short-term energy and supports the function of the heat pump.
  • the interior of the device unit forms a space that is decoupled from the outside temperature and heated by the building's exhaust air.
  • the same principle is used to control the temperature of other functional modules, in particular to temper their electrical circuits.
  • the functional module forms a closed functional unit, usually with its own housing within the energy storage external unit.
  • the functional modules are interchangeable, which makes maintenance and repair easier.
  • electrical and/or electromechanical components are combined to form a functional arrangement that, for example, controls the functional module or its interaction with other functional modules, the energy storage unit or other components of the system, which can also be buildings.
  • Electrical circuits are sensitive to cold and are often the limiting factor for the operation of the functional module at low temperatures, so tempering, especially of the electrical circuits, improves the operational reliability of the entire energy storage external unit.
  • the device unit is surrounded on its outside by an insulation unit.
  • the device unit with the insulation unit is arranged in the form of a highly insulated “warm room”, which can also accommodate the hot water tank for drinking water or service water, so that it has only a small energy loss to the environment.
  • the insulation unit spans a floor area to the energy storage device.
  • the insulation unit can be reinforced on the circumference by means of a collar. This is particularly advantageous for an external energy storage device that is partially sunk into the ground, with this collar covering the part of the device unit that is sunk into the ground.
  • the appliance unit and the air heat exchanger can be provided with side covers above the insulation unit.
  • the air heat exchanger can have a cover.
  • the building's exhaust air can enter the device unit via a pipe connection, preferably laid underground, on the underside of the edge.
  • the exhaust air from the building is used together with the waste heat from electrical components in the device unit to control its temperature.
  • the device unit typically contains several functional modules, which are advantageously designed to control heating, cooling and/or ventilation in the system.
  • the functional modules are arranged in such a way that the exhaust air flows between the functional modules to the energy storage unit and controls the temperature of the functional modules.
  • a fan is arranged in the device unit, through which the exhaust air is guided to the energy storage unit.
  • the fan directs the exhaust air to the energy storage unit.
  • the energy storage unit advantageously has an exhaust air-conducting heat exchanger, which is designed so that the exhaust air is directed over the liquid reservoir before it flows to the air heat exchanger in the energy storage unit. In this way, an energy transfer takes place between the exhaust air and the liquid in the liquid reservoir before the thermal energy of the exhaust air is used in the air heat exchanger.
  • the energy storage external unit comprises a base plate, a cover and a continuous side wall between the base plate and the cover, which enclose the space in which the energy storage and the functional modules are housed.
  • the base plate can have a raised edge, which is associated with a tub shape.
  • the energy storage external unit can be installed partially sunk into the ground, so that only the cover and the upper side wall protrudes from the ground. They can be integrated into the design of the outdoor space, for example by planting plants or providing a garden pond on the lid.
  • Figure 1 shows an embodiment of a system for air conditioning the interior of a building
  • Figure 2 is a three-dimensional exploded view of an embodiment of an external energy storage device
  • Figure 3 a three-dimensional view of the interior of the energy storage external unit
  • Figure 4 is a three-dimensional view of the device unit of the energy storage outdoor unit.
  • Figure 5 shows another three-dimensional view of the interior of the energy storage external unit.
  • a system 2 for air conditioning the interiors 4 of a building 6 is shown in one embodiment.
  • the building 6 can be, for example, a residential building or an office building. However, such a system 2 can be applied to different types of buildings. The example shown should therefore be considered non-limiting.
  • Each of the The interior spaces 4 are connected via an exhaust air opening 8 to an exhaust air duct 10, which discharges exhaust air from the interior spaces 4.
  • An energy storage external unit 40 is arranged outside the building 6, for example in the garden or on the outdoor area.
  • the energy storage external unit 40 is at least partially sunk into the ground 30, so that only the upper area of the energy storage external unit 40 protrudes from the ground 30.
  • the energy storage external unit 40 has an energy storage unit 14 with a water heat exchanger 18 in a liquid reservoir 16 and an air heat exchanger 22 above the liquid reservoir 16.
  • the energy storage external unit 40 also has a device unit 50 with a heat pump 52 as a functional module of the device unit 50, which is coupled to the water heat exchanger 18 and the air heat exchanger 22.
  • the device unit 50 further comprises a hot water tank 54 for drinking and/or service water, from which drinking and/or service water can be provided for the building 6.
  • the building 6 is equipped with a transfer point 12, which couples the building 6 to the energy storage external unit 40 via a connection 42.
  • the connection 42 can include, for example, a supply line for exhaust air from the building 6, an electrical connection, drinking water or service water supply lines or even fluid lines for the heat pump 52, which are required for the function of the energy storage external unit 40 or which are to be led back into the building in order to be able to fulfill the temperature conditioning of the interior rooms 4 of the building 6 for heating, cooling or air conditioning as well as for hot water supply.
  • the coupling shown between the building 6 and the energy storage external unit 40 by means of the transfer point 12 and the connection 42 with the energy storage external unit 40 is to be understood here only as an example.
  • individual lines can also be in their own supply channels or in another way. be routed together between the building 6 and the energy storage external unit 40 or penetrate the building 6 at several points other than just the transfer point 12.
  • the exhaust air duct 10 is coupled to the energy storage unit 14 and the heat pump 52 so that the incoming exhaust air is distributed in the device unit 50 before the exhaust air flows into the energy storage unit 14.
  • the water heat exchanger 18 with a plurality of pipes that are connected to the heat pump 52 via a fluid circuit is located in the liquid reservoir 16 of the energy storage device 14.
  • a heat transfer medium flows through the pipes and removes heat or cold transferred by the liquid in the liquid reservoir 16.
  • the liquid reservoir 16 is typically filled with water or a paraffin compound.
  • an air heat exchanger 22 is located above an insulation layer 20.
  • the air heat exchanger 22 is arranged in several segments around a central area 24 of the energy storage unit 14.
  • a heat exchanger 44 with flow conductors is arranged below the insulation layer 20.
  • the heat exchanger 44 is designed so that an air flow is directed over the liquid in the liquid reservoir 16 before the air flows onto the air heat exchanger 22 in the energy storage unit 14. As a result, the energy contained in the air flow is first fed to the liquid reservoir 16.
  • the heat exchanger 44 directs the air radially outwards over the liquid. The air is then guided radially from the outside through the air heat exchanger 22.
  • the heat pump 52 is connected to the fluid circuit of the water heat exchanger 18.
  • the heat pump 52 is also connected to a fluid circuit of the air heat exchanger 22, which comprises a plurality of pipes. A heat transfer medium flows through the pipes, which removes heat or cold from the air flowing past the pipes. Pumping devices can be provided in the heat pump 52 for the water heat exchanger 18 and the air heat exchanger 22.
  • a fluid circuit 32 in the building 6 is coupled to the energy storage external unit 40 via the connection 42, so that the heat pump 52 is connected to an air conditioning unit 34, which, in addition to the connection to the further fluid circuit 32, has a supply of outside air via an opening 36 by means of the supply line 38.
  • a pump can be provided as a further module, which is coupled to the hot water tank 54 for drinking and/or service water. It is designed to pump drinking and/or service water from the hot water tank 54 for drinking and/or service water into the building 6.
  • a drinking and/or service water connection is provided on the energy storage external unit 40, which is connected to a hot water pipe leading into the building 6.
  • FIG 2 shows a three-dimensional view of an embodiment of an energy storage external unit 40.
  • an exhaust air connection 56 can also be seen, which is laid underground within the soil 30 and supplies the exhaust air from the building 6 to the energy storage external unit 40 in the area of the device unit 50.
  • the liquid reservoir 16 is surrounded by soil 30, whereby the air heat exchanger and parts of the device unit can be arranged above the soil 30, whereby these components are side covers 58 and a lid 60 are protected from environmental influences.
  • the lid 60 an opening can be seen in the central area 24 through which the air guided through the air heat exchanger leaves the energy storage external unit 40.
  • the side covers 58 give the energy storage external unit 40 a visually appealing appearance so that, for example, it fits comfortably into a garden plot or another visible area of land for an observer.
  • the lid 60 can also be planted or filled with water so that a bed or a garden pond can be formed on the top of the energy storage external unit 40. It is also possible to fill the trough-shaped lid with decorative sand or decorative gravel.
  • thermal insulation 62 which is reinforced by an additional collar 64 with thermally insulating properties, particularly in the area of the ground 30.
  • the thermal insulation 62 and the collar 64 form an insulation unit 66 for thermal insulation, particularly of the device unit 50.
  • Figure 3 shows a three-dimensional view of the interior of the external energy storage unit 40 without elements that obstruct the view into the interior, such as the side covers 58, the lid 60 or the casing of the liquid reservoir 16.
  • a radial fan 70 is provided above the air heat exchanger 22 to remove the air flowing through the air heat exchanger 22.
  • the air heat exchanger 22 is designed together with the radial fan 70 as a modular unit that is placed on the device unit 50.
  • the device unit 50 is in turn surrounded by the insulation unit 66.
  • the insulation unit 66 continues via the thermal insulation 62 and the collar 64 into removable side panels 68, which act as vacuum insulation for the Warm area within the device unit 50.
  • the removable side panels 68 allow access to the interior of the device unit 50 from all four directions.
  • the energy storage unit is also arranged in a modular design below the device unit 50, whereby in the illustration shown only a support structure 72 can be seen, which supports the water heat exchanger 18 and the casing surrounding the liquid reservoir 16. Due to the modular design, the energy storage external unit 40 can be installed particularly flexibly and cost-effectively, whereby individual properties can be taken into account when controlling the temperature of the building 6 by selecting the functional modules provided in the device unit 50. In some installations, the hot water storage tank 54 can remain unequipped, for example if the hot water supply to the building 6 is to be carried out in a different way. It is of course possible to integrate further functional modules into the device unit 50.
  • Figure 4 shows a three-dimensional view of the interior of the device unit 50 of the energy storage external unit 40.
  • additional functional modules 74 are arranged in the device unit 50, which can be, for example, system modules for operating the energy storage external unit 40 or an energy buffer in the form of a water tank.
  • the individual modules are connected via a connecting plate 76, which significantly simplifies the laying of the hydraulic lines for connection to the components of the energy storage external unit 40 and back to the building 6.
  • the connecting plate 76 is arranged on a side wall of the device unit 50 in order to achieve a structure of the device unit 50 that is as space-saving as possible.
  • the device unit 50 is supplied with exhaust air from building 6 via the exhaust air connection 56.
  • the temperature control by the exhaust air causes the functional modules 74 and the components of the heat pump 52 and the hot water tank 54 to be heated in order to increase their operational reliability and performance.
  • the temperature control effect is supported by the waste heat from the electrical circuits in the individual modules, which also contribute to the heating. Heating of the energy storage external unit 40 is not necessary.
  • the temperature control causes the individual modules to be cooled, since the cooler exhaust air also dissipates heat from the electrical circuits. The path of the exhaust air through the device unit 50 is described below with reference to Figure 5.
  • Figure 5 shows a three-dimensional view of the interior of the energy storage external unit 40 to illustrate the path of the exhaust air.
  • a fan 80 is arranged inside the device unit 50 and is attached to a base plate 82 which separates the device unit 50 from the energy storage unit 14 below it with its liquid reservoir 16.
  • the exhaust air from the building 6 entering through the exhaust air connection 56 is initially distributed inside the device unit 50 in order to temper it, as already described.
  • the first part of the air flow of the incoming exhaust air of the building 6 is provided with the reference number 90 in Figure 5.
  • the exhaust air passes through the fan 80 into an area above the water in the liquid reservoir 16.
  • the second part of the air flow is marked with the reference numeral 92.
  • both the energy from the exhaust air of building 6 and the heat from the Modules within the device unit 50 are delivered to the liquid reservoir 16 via a heat exchanger 44 (see Figure 1 ).
  • the third part of the air flow is designated by reference number 94 and carries the exhaust air from the device unit 50 to the air heat exchanger 22, which absorbs the remaining energy.
  • the exhaust air is supplied directly to the air heat exchanger 22 by means of an insulated hose (not shown in the figures). Condensate from the heat exchanger and water introduced by precipitation from the openings of the radial fan 70 are also conveyed via this hose downwards into the energy storage unit 14. The exhaust air then leaves the energy storage external unit 40 in the central area 24 as exhaust air.
  • the energy storage external unit 40 has many advantages compared to conventional systems.
  • the energy storage external unit 40 is highly efficient, which is due to the intelligent placement of all components, in particular the hot water tank 54 for drinking and/or service water in the insulation unit 66 designed as a “warm room”.
  • the arrangement of the modules 74, the heat pump 52 and, if applicable, the hot water tank 54 in the device unit 50 creates a modular system.
  • the energy storage external unit 40 is characterized by a compact above-ground installation space that requires little space outside and can be implemented as a quick and simple civil engineering project. This results in lower costs overall due to less material and quick assembly.

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Abstract

Es wird ein Energiespeicheraußengerät (40) eines Systems (2) zur Temperatur- konditionierung von Innenräumen (4) eines Gebäudes (6), insbesondere zum Heizen, Kühlen oder Klimatisieren, beschrieben, wobei das Energiespeicheraußengerät (40) außerhalb des Gebäudes (6) aufstellbar ist und in modularer Bauweise wenigstens einen Energiespeicher (14), einen Luftwärmetauscher (22) und eine Geräte-Einheit (50) umfasst, wobei die Geräte-Einheit (50) zwischen dem Energiespeicher (14) und dem Luftwärmetauscher (22) angeordnet ist und einen Abluftanschluss (56) für Abluft des Gebäudes (6) aufweist, sodass sich einströmende Abluft des Gebäudes (6) in der Geräte-Einheit (50) verteilt, wobei eine Isolationseinheit (66) die Geräte-Einheit (50) gegenüber der Umgebung abschirmt, und wobei die Abluft des Gebäudes (6) nach Durchströmen der Geräte-Einheit (50) mittels eines Ventilators (80) zunächst zum Energiespeicher (14) und anschließend zum Luftwärmetauscher (22) geführt ist, sodass eine Wärmerückgewinnung in dem Energiespeicher (14) und dem Luftwärmetauscher (22) erfolgt.

Description

ENERGIESPEICHERAUSSENGERÄT
Die Erfindung betrifft ein Energiespeicheraußengerät eines Systems zur Klimatisierung von Innenräumen eines Gebäudes. Solch ein Energiespeicheraußengerät ist außerhalb des Gebäudes angeordnet und zumindest teilweise im Erdreich abgesenkt.
Ein System zur Klimatisierung von Innenräumen eines Gebäudes kann einen Energiespeicher zur Energieübertragung und Energiespeicherung mit einem Wasserwärmetauscher in einem Flüssigkeitsreservoir aufweisen. Das Flüssigkeitsreservoir ist außerhalb des Gebäudes angeordnet, wogegen eine Wärmepumpe für den Wasserwärmetauscher und das Gebäude im Gebäudeinneren angeordnet ist. Weitere Komponenten der Haustechnik, beispielsweise Heizung und Warmwasser, sind ebenfalls im Gebäudeinneren angeordnet. Die Geräte sind zwar einfach zugänglich und im Gebäudeinneren geschützt untergebracht, haben jedoch einen nicht unerheblichen Platzbedarf.
Die GB 2 076 139 A zeigt eine Wärmeübertragungsvorrichtung, mit einem Wasserwärmetauscher in einem Flüssigkeitsreservoir als Wärmespeicher, auf den Abluft geleitet wird und einem Luftwärmetauscher, der im Abluftstrom platziert ist. Sowohl für den Wasserwärmetauscher als auch für den Luftwärmetauscher sind Wärmepumpen vorgesehen. Die Wärmepumpe ist so angeordnet, dass Abluft über sie strömt und die Luft vor dem Kontakt mit dem Wärmespeichermittel durch die Motor-Kompressor-Einheit der Wärmepumpe vorgewärmt wird und dann die Wärme an das Wärmespeichermittel abgibt.
Die DE 10 2020 119 653 B3 betrifft ein System zur Klimatisierung von Innenräumen eines Gebäudes, welche über wenigstens einen Abluftkanal verbunden sind, wobei ein oder mehrere Innenräume mit einem Klimagerät versehen sind, welches eine Zuführung von Außenluft aufweist und Zuluft oder Umluft an den oder die Innenräume abgibt. Das Klimagerät ist mit einem Fluidkreislauf einer Wärmepumpe verbunden, wobei der Abluftkanal und ein weiterer Fluidkreislauf der Wärmepumpe mit einem außerhalb des Gebäudes angeordneten Energiespeicher verbunden sind. Der Energiespeicher ist ausgebildet zur Energieübertragung und zur Energiespeicherung mit einem Wärmetauscher in einem Flüssigkeitsreservoir, das über den Wärmetauscher mit dem weiteren Fluidkreislauf der Wärmepumpe verbunden ist, wobei die Abluft über einen Wärmeübertrager in das Flüssigkeitsreservoir geführt ist.
Die EP 2 090 838 A2 zeigt eine Wärmepumpenanlage mit einem in das Erdreich eingelassenen Wasserspeicher als Primärwärmequelle einer Wärmepumpe sowie einer Zusatzpumpe, mit der Wasser aus einem zusätzlichen Wärmereservoir in den Wasserspeicher einleitbar ist. Eine Steuereinrichtung aktiviert, wenn der Wärmevorrat im Wasserspeicher erschöpft ist, die Zusatzpumpe so lange, bis mindestens ein Teil der Wassermenge im Wasserspeicher ausgetauscht ist.
Die GB 2 247 072 A zeigt ein integriertes Heiz- oder Kühlsystem, das eine Wärmepumpe und einen Phasenwechsel-Wärmespeicher zur Versorgung eines Gebäudes mit Raumwärme, Raumkühlung und Brauchwarmwasser verwendet. Ein Wärmetauscher im Abluftstrom und ein weiterer, der an der Abwasserleitung des Gebäudes angebracht ist, entziehen der verbrauchten Luft und dem Grauwasser Wärme, die über einen Ethylenglykol-Kreislauf an den Wärmespeicher abgegeben wird. Anschließend wird diese Wärme aus dem Wärmespeicher entnommen, um den Verdampfer in der Wärmepumpe zu versorgen, wenn ein Heizbedarf auftritt. Ein Trinkwasserkreislauf führt durch den Verflüssiger, einen Warmwasserspeicher und bei Bedarf einen Wärmetauscher der Klimaanlage. Die Kühlung erfolgt über eine Verlängerung des Ethylenglykol-Kreislaufs, der zu einem Wärmetauscher führt. In der DE 10 2019 135 681 B4 wird ein Energiespeicher beschrieben, der vorzugsweise wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkt ist. Er umfasst einen Wasserwärmetauscher und einen über dem Wasserwärmetauscher angeordneten Luftwärmetauscher, wobei der Wasserwärmetauscher in einem Flüssigkeitsreservoir angeordnet ist, das auf einem Boden zwischen einer Innenwand und einer Außenwand gebildet ist. Die Innenwand umschließt einen Hohlraum, der von wenigstens einem ersten Behälter und einem zweiten Behälter wenigstens teilweise ausgefüllt ist, wobei der erste Behälter und der zweite Behälter gleiche Volumina aufweisen und jeweils einen Pol einer Redox-Flow-Bat- terie bilden.
Die JP 2002-267 214 A betrifft eine luftgekühlte Wärmespeicher-Klimaanlage. In einem Gehäuse sind ein Abluftumlaufgebläsekanal, ein Wärmespeicherluftgebläsekanal mit einem Wärmespeichertank, der einen Wärmeaustausch mit der Abluft durchführt, ein Luftzufuhrgebläsekanal, an dem ein Verdampfer vorgesehen ist, ein Abluftgebläsekanal mit einem darin vorgesehenen Kondensator und ein Kompressor zum Betrieb des Verdampfers, des Kondensators und des Wärmespeichertanks vorgesehen. Der Kompressor und der Zirkulationsabluftgebläsedurchgang sind nebeneinander und parallel angeordnet, sodass sie zwischen dem Luftzufuhrgebläsedurchgang und dem Abluftgebläsedurchgang eingeklemmt sind. Der Wärmespeichergebläsedurchgang ist angeordnet, während er an die früheren Durchgänge an den Enden der vorgenannten Luftdurchgänge in der spaltenförmigen Richtung angrenzt, um das Gehäuse zu bilden.
Es stellt sich die Aufgabe, ein platzsparendes Gerät für ein System zur Klimatisierung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Energiespeicheraußengerät eines Systems zur Temperaturkonditionierung von Innenräumen eines Gebäudes, insbesondere zum Heizen, Kühlen oder Klimatisieren, gelöst, wobei das Energiespeicheraußengerät außerhalb des Gebäudes aufstellbar ist und in modularer Bauweise wenigstens einen Energiespeicher, einen Luftwärmetauscher und eine Geräte-Einheit umfasst, wobei der Energiespeicher mit einem Flüssigkeitsreservoir mit einem Wasserwärmetauscher zur Energieübertragung und Energiespeicherung ausgebildet ist, der Luftwärmetauscher einen Radiallüfter wenigstens abschnittsweise um einen Außenumfang umgibt, sodass ein Luftstrom durch den Luftwärmetauscher radial von außen nach innen entsteht, welcher am Radiallüfter axial nach oben entweicht, wobei die Geräte-Einheit zwischen dem Energiespeicher und dem Luftwärmetauscher angeordnet ist und einen Abluftanschluss für Abluft des Gebäudes aufweist, sodass sich einströmende Abluft des Gebäudes in der Geräte-Einheit verteilt, und wobei eine Isolationseinheit die Geräte-Einheit gegenüber der Umgebung mit einer Wärmeisolierung abschirmt, wobei die Abluft des Gebäudes nach Durchströmen der Geräte-Einheit mittels eines Ventilators zunächst zum Energiespeicher und anschließend zum Luftwärmetauscher geführt ist, sodass eine Wärmerückgewinnung zumindest in dem Energiespeicher und optional auch in dem Luftwärmetauscher erfolgt.
Das Energiespeicheraußengerät ist modular in Form einzelner Einheiten aufgebaut, welche vorinstalliert ausgeliefert werden kann und keinen Platzbedarf im Inneren des Gebäudes hat. Um das Ziel der kompakten Bauweise und möglichst wenig Energieverluste im Flüssigkeitsreservoir zu erreichen, ist die Anordnung der Einheiten wichtig. Erfindungsgemäß werden alle Einheiten übereinandergestapelt. In dem Energiespeicher ermöglicht das Flüssigkeitsreservoir eine Energiespeicherung in der Flüssigkeit. Der Energietransfer erfolgt sowohl über den Luftwärmetauscher als auch durch den Wasserwärmetauscher. In der Geräte-Einheit befinden sich dann die einzelnen für die Funktion wichtigen Funktionsmodule. Die Abluft ist die aus dem Gebäude abgeführte Raumluft, deren thermische Energie zur Wärmerückgewinnung oder Kälterückgewinnung durch den Energiespeicher geführt wird. Zuvor dient sie zur Temperierung, d.h. im Winter zum Erwärmen der Funktionsmodule und im Sommer zum Kühlen der Funktionsmodule der Geräte-Einheit im Energiespeicheraußengerät, um sicheren Betrieb auch bei tiefen Außentemperaturen zu ermöglichen. „Temperieren“ umfasst daher sowohl Erwärmen als auch Abkühlen. Der Betrieb der Funktionsmodule in der Geräte-Einheit mit kälteempfindlichen elektrischen Schaltungen ist somit auch bei geringen Außentemperaturen im Winter wegen der Temperierung der Wasserpumpe und der optional vorgesehenen weiteren Funktionsmodule durch die Abluft kälteunempfindlich, sodass im Energiespeicheraußengerät keine Heizung vorgesehen sein muss.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist die Geräte-Einheit wenigstens eine Wärmepumpe auf, die über eine Verbindungsplatte mit dem Wasserwärmetauscher und dem Luftwärmetauscher gekoppelt ist.
Im Gegensatz zu anderen bekannten Systemen, bei denen lediglich der Energiespeicher mit seinem Flüssigkeitsreservoir außerhalb des Hauses installiert ist, werden in der Geräte-Einheit weitere Funktionsmodule, insbesondere die sonst im Gebäude vorgesehene Wärmepumpe nach außen verlegt.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung enthält die Geräte-Einheit die für die Funktion des Energiespeichers und des Luftwärmetauschers benötigten Geräte. Darüber hinaus kann die Geräte-Einheit einen Warmwasserspeicher für Trinkwasser oder Brauchwasser aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Geräte-Einheit einen Energiepuffer, beispielsweise in Form eines Wasserspeichers, aufweisen, der zur kurzzeitigen Energieabgabe dient und die Funktion der Wärmepumpe unterstützt.
Das Innere der Geräte-Einheit bildet einen von der Außentemperatur entkoppelten und durch die Abluft des Gebäudes erwärmten Raum. Dasselbe Prinzip wird zum Temperieren weiterer Funktionsmodule eingesetzt, um insbesondere deren elektrische Schaltungen zu temperieren. Das Funktionsmodul bildet eine geschlossene Funktionseinheit mit üblicherweise eigenem Gehäuse innerhalb des Energiespeicheraußengeräts. Die Funktionsmodule sind austauschbar, was Wartung und Reparatur erleichtert. In der elektrischen Schaltung sind elektrische und/oder elektromechanische Komponenten zu einer funktionsgerechten Anordnung zusammengeschlossen, die beispielsweise das Funktionsmodul steuert oder dessen Interaktion mit anderen Funktionsmodulen, dem Energiespeicher oder anderen Komponenten des Systems, die auch Gebäude sein können. Elektrische Schaltungen sind kälteempfindlich und oftmals der begrenzende Faktor für den Betrieb des Funktionsmoduls bei tiefen Temperaturen, sodass die Temperierung, insbesondere der elektrischen Schaltungen die Betriebssicherheit des ganzen Energiespeicheraußengeräts verbessert.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Geräte-Einheit auf ihrer Außenseite von einer Isolationseinheit umgeben.
Zwischen dem Energiespeicher und dem Luftwärmetauscher ist die Geräte-Einheit mit der Isolationseinheit in Form eines hochisolierten „Warmraums“ angeordnet, der auch den Warmwasserspeicher für Trinkwasser oder Brauchwasser aufnehmen kann, sodass dieser nur wenig Energieverluste zur Umgebung aufweist.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung überspannt die Isolationseinheit einen Bodenbereich zum Energiespeicher.
Dabei kann die Isolationseinheit umfangseitig mittels eines Kragens verstärkt sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einem Energiespeicheraußengerät, das teilweise in einem Erdreich versenkt ist, wobei dieser Kragen den Teil der Geräte-Einheit überdeckt, der im Erdreich versenkt ist. Die Geräte-Einheit und der Luftwärmetauscher können oberhalb der Isolationseinheit mit seitlichen Abdeckungen versehen sein. Der Luftwärmetauscher kann einen Deckel aufweisen.
Die Abluft des Gebäudes kann über eine vorzugsweise im Erdreich verlegte Rohrverbindung an der randseitigen Unterseite in die Geräte-Einheit treten.
Die Abluft des Gebäudes dient zusammen mit der Abwärme von elektrischen Komponenten in der Geräte-Einheit zu deren Temperierung. In der Geräte-Einheit sind typischerweise mehrere Funktionsmodule, die vorteilhafterweise ausgebildet sind Heizen, Kühlen und/oder Lüften im System zu steuern, vorgesehen. Die Funktionsmodule sind so angeordnet, dass die Abluft zwischen den Funktionsmodulen hindurch zum Energiespeicher strömt und die Funktionsmodule temperiert.
In einer Ausführung ist in der Geräte-Einheit ein Ventilator angeordnet, durch den die Abluft zum Energiespeicher geführt wird. Der Ventilator lenkt die Abluft auf den Energiespeicher. Der Energiespeicher weist vorteilhafterweise dazu einen abluftleitenden Wärmeübertrager auf, der ausgebildet ist, dass die Abluft über das Flüssigkeitsreservoir gelenkt wird, bevor sie auf den Luftwärmetauscher im Energiespeicher strömt. Auf diese Weise erfolgt bereits ein Energietransfer zwischen Abluft und Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir, bevor die thermische Energie der Abluft im Luftwärmetauscher genutzt wird.
In einer Ausführung umfasst das Energiespeicheraußengerät eine Bodenplatte, einen Deckel und eine um laufende Seitenwand zwischen Bodenplatte und Deckel, die den Raum umschließen, in dem der Energiespeicher und die Funktionsmodule untergebracht sind. Die Bodenplatte kann einen aufragenden Rand haben, was mit einer Wannenform einhergeht. Das Energiespeicheraußengerät ist teilweise im Erdreich abgesenkt installierbar, sodass lediglich der Deckel und die obere Seitenwand aus dem Erdreich ragen. Sie können in die Gestaltung des Außenraums integriert werden, beispielsweise durch Begrünen oder dem Vorsehen eines Gartenteichs auf dem Deckel.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Klimatisierung von Innenräumen eines Gebäudes,
Figur 2 eine dreidimensionale Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeicheraußengeräts,
Figur 3 eine dreidimensionale Ansicht ins Innere des Energiespeicheraußengeräts,
Figur 4 eine dreidimensionale Ansicht in die Geräte-Einheit des Energiespeicheraußengeräts, und
Figur 5 eine weitere dreidimensionale Ansicht ins Innere des Energiespeicheraußengeräts.
In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist in einem Ausführungsbeispiel ein System 2 zur Klimatisierung von Innenräumen 4 eines Gebäudes 6 gezeigt. Bei dem Gebäude 6 kann es sich beispielsweise um ein Wohngebäude oder Bürogebäude handeln. Solch ein System 2 lässt sich jedoch auf unterschiedliche Gebäudetypen anwenden. Das gezeigte Beispiel soll daher als nicht limitierend angesehen werden. Jeder der Innenräume 4 ist über eine Abluftöffnung 8 mit einem Abluftkanal 10 verbunden, der Abluft aus den Innenräumen 4 abführt.
Außerhalb des Gebäudes 6, beispielsweise im Garten oder auf dem Außengelände, ist ein Energiespeicheraußengerät 40 angeordnet. Das Energiespeicheraußengerät 40 ist zumindest teilweise im Erdreich 30 versenkt, sodass nur der obere Bereich des Energiespeicheraußengeräts 40 aus dem Erdreich 30 ragt. Das Energiespeicheraußengerät 40 weist einen Energiespeicher 14 mit einem Wasserwärmetauscher 18 in einem Flüssigkeitsreservoir 16 und einem Luftwärmetauscher 22 oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs 16 auf. Das Energiespeicheraußengerät 40 weist ferner eine Geräte-Einheit 50 mit einer Wärmepumpe 52 als Funktionsmodul der Geräte-Einheit 50 auf, die mit dem Wasserwärmetauscher 18 und dem Luftwärmetauscher 22 gekoppelt ist. Die Geräte-Einheit 50 weist ferner im Inneren einen Warmwasserspeicher 54 für Trink- und/oder Brauchwasser auf, aus dem Trink- und/oder Brauchwasser für das Gebäude 6 bereitgestellt werden kann.
Das Gebäude 6 ist mit einer Übergabestelle 12 ausgestattet, die das Gebäude 6 über einen Anschluss 42 mit dem Energiespeicheraußengerät 40 koppelt. Dazu kann der Anschluss 42 beispielsweise eine Zuleitung für Abluft des Gebäudes 6, eine elektrische Verbindung, Trink- oder Brauchwasser-Versorgungsleitungen oder auch Fluidleitungen für die Wärmepumpe 52 umfassen, die für die Funktion des Energiespeicheraußengeräts 40 benötigt werden oder die zurück ins Gebäude geführt werden sollen, um die Temperaturkonditionierung der Innenräume 4 des Gebäudes 6 zum Heizen, Kühlen oder Klimatisieren sowie zur Warmwasserversorgung erfüllen zu können. Die gezeigte Kopplung zwischen dem Gebäude 6 und dem Energiespeicheraußengerät 40 mittels der Übergabestelle 12 und dem Anschluss 42 mit dem Energiespeicheraußengerät 40 ist hierbei nur beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können einzelnen Leitung auch in eigenen Versorgungskanälen oder auf andere Weise zusammengefasst zwischen dem Gebäude 6 und dem Energiespeicheraußengerät 40 geführt sein oder an mehreren Stellen als nur an der Übergabestelle 12 das Gebäude 6 durchdringen.
Der Abluftkanal 10 ist mit dem Energiespeicher 14 und der Wärmepumpe 52 gekoppelt, sodass sich die einströmende Abluft in der Geräte-Einheit 50 verteilt, bevor die Abluft in den Energiespeicher 14 strömt.
Im Flüssigkeitsreservoir 16 des Energiespeichers 14 befindet sich der Wasserwärmetauscher 18 mit einer Vielzahl von Rohren, die über einen Fluidkreislauf mit der Wärmepumpe 52 verbunden sind. Durch die Rohre fließt ein Wärmeträgermedium, das von der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 16 übertragene Wärme oder Kälte abführt. Typischerweise ist das Flüssigkeitsreservoir 16 mit Wasser oder einer Paraffinverbindung gefüllt.
Oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs 16 befindet sich über einer Isolationsschicht 20 ein Luftwärmetauscher 22. Der Luftwärmetauscher 22 ist in mehreren Segmenten um einen zentralen Bereich 24 des Energiespeichers 14 angeordnet. Unterhalb der Isolationsschicht 20 ist ein Wärmeübertrager 44 mit Strö- mungsleitern angeordnet. Der Wärmeübertrager 44 ist ausgebildet, sodass ein Luftstrom über die Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 16 gelenkt wird, bevor die Luft auf den Luftwärmetauscher 22 im Energiespeicher 14 strömt. Dadurch wird die im Luftstrom enthaltene Energie zunächst dem Flüssigkeitsreservoir 16 zugeführt. Der Wärmeübertrager 44 lenkt die Luft radial auswärts über die Flüssigkeit. Dann wird die Luft radial von außen durch den Luftwärmetauscher 22 geführt. Im zentralen Bereich 24 befindet sich ein Radiallüfter, welcher die Luft aus dem Luftwärmetauscher 22 zusammen mit radial von außen einströmender Luft in Richtung des zentralen Bereichs 24 ansaugt, wo die Luft dann den Energiespeicher 14 verlässt. Die Wärmepumpe 52 ist mit dem Fluidkreislauf des Wasserwärmetauschers 18 verbunden. Die Wärmepumpe 52 ist ebenfalls mit einem Fluidkreislauf des Luftwärmetauschers 22 verbunden, der eine Vielzahl von Rohren umfasst. Durch die Rohre fließt ein Wärmeträgermedium, das von der an den Rohren vorbeiströmenden Luft Wärme oder Kälte abführt. Für den Wasserwärmetauscher 18 und den Luftwärmetauscher 22 können Pumpvorrichtungen in der Wärmepumpe 52 vorgesehen sein. Ein Fluidkreislauf 32 im Gebäude 6 ist über den Anschluss 42 mit dem Energiespeicheraußengerät 40 gekoppelt, sodass die Wärmepumpe 52 mit einem Klimagerät 34 verbunden ist, welches zusätzlich zu der Verbindung zum weiteren Fluidkreislauf 32 eine Zuführung von Außenluft über eine Öffnung 36 mittels der Zufuhrleitung 38 aufweist.
Als weiteres Modul kann eine Pumpe vorgesehen sein, die mit dem Warmwasserspeicher 54 für Trink- und/oder Brauchwasser gekoppelt ist. Sie ist ausgebildet, Trink- und/oder Brauchwasser aus dem Warmwasserspeicher 54 für Trink- und/oder Brauchwasser ins Gebäude 6 zu pumpen. Zu diesem Zweck ist ein Trink- und/oder Brauchwasseranschluss am Energiespeicheraußengerät 40 vorgesehen, der mit einer ins Gebäude 6 führenden Warmwasserleitung verbunden ist.
Figur 2 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Energiespeicheraußengeräts 40. Neben den bereits oben in Zusammenhang mit Figur 1 erläuterten Merkmalen ist zusätzlich ein Abluftanschluss 56 zu erkennen, der unterirdisch innerhalb des Erdreich 30 verlegt ist und der Abluft aus dem Gebäude 6 dem Energiespeicheraußengerät 40 im Bereich der Geräte- Einheit 50 zuführt.
Ebenso ist zu erkennen, dass das Flüssigkeitsreservoir 16 von Erdreich 30 umgeben ist, wobei der Luftwärmetauscher sowie Teile der Geräte-Einheit oberhalb des Erdreichs 30 angeordnet sein können, wobei diese Bestandteile von seitlichen Abdeckungen 58 sowie eines Deckels 60 vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Im Deckel 60 ist im zentralen Bereich 24 eine Öffnung zu erkennen, durch die die durch den Luftwärmetauscher geführte Luft das Energiespeicheraußengerät 40 verlässt. Die seitlichen Abdeckungen 58 verleihen dem Energiespeicheraußengerät 40 ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild, sodass es sich beispielsweise für einen Betrachter angenehm in ein Gartengrundstück oder in eine andere einsehbare Grundstücksfläche einfügt. Der Deckel 60 kann auch bepflanzt oder mit Wasser gefüllt werden, sodass sich ein Beet oder ein Gartenteich auf der Oberseite des Energiespeicheraußengeräts 40 ausbilden lässt. Ebenso ist es möglich, den muldenförmigen Deckel mit Ziersand oder Zierkies aufzufüllen.
Unterhalb der seitlichen Abdeckungen 58 befindet sich eine Wärmeisolation 62, die insbesondere im Bereich des Erdreichs 30 von einem zusätzlichen Kragen 64 mit wärmeisolierenden Eigenschaften verstärkt wird. Die Wärmeisolation 62 und der Kragen 64 bilden eine Isolationseinheit 66 zur Wärmeisolierung insbesondere der Geräte-Einheit 50.
Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht ins Innere des Energiespeicheraußengeräts 40 ohne die Sicht ins Innere behindernde Elemente, wie beispielsweise die seitlichen Abdeckungen 58, der Deckel 60 oder die Hülle des Flüssigkeitsreservoirs 16.
Man erkennt, dass oberhalb der Luftwärmetauscher 22 ein Radiallüfter 70 zum Abführen der durch die Luftwärmetauscher 22 strömenden Luft vorgesehen ist. Der Luftwärmetauscher 22 ist zusammen mit dem Radiallüfter 70 als eine modulare Einheit ausgebildet, die auf der Geräte-Einheit 50 aufgesetzt wird. Die Geräte-Einheit 50 wiederum ist von der Isolationseinheit 66 umgeben. Die Isolationseinheit 66 setzt sich über die Wärmeisolation 62 und den Kragen 64 auch in herausnehmbare Seitenpaneele 68 fort, welche als Vakuumisolierung den Warmbereich innerhalb der Geräte-Einheit 50 umgeben. Die herausnehmbaren Seitenpaneele 68 erlauben einen Zugriff auf das Innere der Geräte-Einheit 50 aus allen vier Richtungen.
Unterhalb der Geräte-Einheit 50 ist ebenfalls in Modulbauweise der Energiespeicher angeordnet wobei in der gezeigten Darstellung lediglich ein Ständerwerk 72 zu erkennen ist, welches den Wasserwärmetauscher 18 sowie die das Flüssigkeitsreservoir 16 umgebende Hülle trägt. Aufgrund des modularen Aufbaus lässt sich das Energiespeicheraußengerät 40 besonders flexibel und kostengünstig installieren, wobei individuelle Eigenschaften bei der Temperierung des Gebäudes 6 durch Auswählen der in der Geräte-Einheit 50 vorgesehenen Funktionsmodule berücksichtigt werden können. So kann der Warmwasserspeicher 54 in manchen Installationen unbestückt bleiben, falls beispielsweise die Warmwasserversorgung des Gebäudes 6 auf andere Weise durchgeführt werden soll. Selbstverständlich ist es möglich, weitere Funktionsmodule in die Geräte-Einheit 50 zu integrieren.
Figur 4 zeigt eine dreidimensionale Ansicht ins Innere der Geräte-Einheit 50 des Energiespeicheraußengeräts 40. Neben der bereits beschriebenen Wärmepumpe 52 und Warmwasserspeicher 54 sind in der Geräte-Einheit 50 noch zusätzliche Funktionsmodule 74 angeordnet, die beispielsweise Systemmodule zum Betrieb des Energiespeicheraußengeräts 40 oder ein Energiepuffer in Form eines Wasserspeichers sein können. Der Anschluss der einzelnen Module erfolgt über eine Verbindungsplatte 76, welche die Verlegung der hydraulischen Leitungen zum Anschluss an die Komponenten des Energiespeicheraußengeräts 40 sowie zurück zum Gebäude 6 wesentlich vereinfacht. Die Verbindungsplatte 76 ist dabei an einer Seitenwand der Geräte-Einheit 50 angeordnet, um einen möglichst platzsparenden Aufbau der Geräte-Einheit 50 zu erreichen. Der Geräte-Einheit 50 wird, wie bereits oben beschrieben, über den Abluftanschluss 56 Abluft des Gebäudes 6 zugeführt. Bei Außenkälte, z.B. im Winter, bewirkt die Temperierung durch die Abluft, dass die Funktionsmodule 74 sowie die Komponenten der Wärmepumpe 52 und des Warmwasserspeichers 54 erwärmt werden, um so ihre Betriebssicherheit und Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Der temperierende Effekt wird durch die Abwärme der elektrischen Schaltungen in den einzelnen Modulen unterstützt, die ebenfalls zur Erwärmung beitragen. Auf eine Heizung des Energiespeicheraußengeräts 40 kann verzichtet werden. Bei Außenwärme, z.B. im Sommer, bewirkt die Temperierung, dass die einzelnen Module gekühlt werden, da die kühlere Abluft auch Wärme der elektrischen Schaltungen abführt. Der Weg der Abluft durch die Geräte-Einheit 50 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 5 beschrieben.
Figur 5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht ins Innere des Energiespeicheraußengeräts 40 zur Darstellung des Wegs der Abluft.
Im Inneren der Geräte-Einheit 50 ist ein Ventilator 80 angeordnet, der auf einer Bodenplatte 82 befestigt ist welche die Geräte-Einheit 50 von dem darunterliegenden Energiespeicher 14 mit seinem Flüssigkeitsreservoir 16 trennt. Die durch den Abluftanschluss 56 eintretende Abluft des Gebäudes 6 verteilt sich zunächst im Inneren der Geräte-Einheit 50, um diese, wie bereits beschrieben, zu temperiert an.
Der erste Teil des Luftstroms der eintretenden Abluft des Gebäudes 6 ist in Figur 5 mit dem Bezugszeichen 90 versehen. Durch den Ventilator 80 gelangt die Abluft in einen Bereich oberhalb des Wassers im Flüssigkeitsreservoir 16.
Der zweite Teil des Luftstroms ist mit dem Bezugszeichen 92 gekennzeichnet.
Dort wird sowohl die Energie der Abluft des Gebäudes 6 als auch Wärme der Module innerhalb der Geräte-Einheit 50 über einen Wärmeübertrager 44 (siehe Figur 1 ) an das Flüssigkeitsreservoir 16 abgegeben.
Der dritte Teil des Luftstroms trägt das Bezugszeichen 94 und führt die Abluft von der Geräte-Einheit 50 zum Luftwärmetauscher 22, der die restliche Energie aufnimmt. Die Abluft wird mittels eines isolierten Schlauches (nicht in den Figuren gezeigt) Luft direkt an die Luftwärmetauscher 22. Über diesen Schlauch wird auch Tauwasser vom Wärmetauscher als auch ein Wassereintrag durch Niederschläge von den Öffnungen des Radiallüfters 70 nach unten in den Energiespeicher 14 geleitet. Die Abluft verlässt dann das Energiespeicheraußengerät 40 im zentralen Bereich 24 als Fortluft.
Das Energiespeicheraußengerät 40 weist viele Vorteile im Vergleich zu konventionellen Systemen auf. Das Energiespeicheraußengerät 40 hat eine hohe Effizienz, welche durch intelligente Unterbringung aller Komponenten, insbesondere auch des Warmwasserspeicher 54 für Trink- und / oder Brauchwasser in der als „Warmraum“ ausgebildeten Isolationseinheit 66 bedingt ist. Die Anordnung der Module 74, der Wärmepumpe 52 und gegebenenfalls des Warmwasserspeichers 54 in der Geräte-Einheit 50 schafft ein modulares System. Das Energiespeicheraußengerät 40 zeichnet sich durch einen kompakten oberirdischen Bauraum aus, der wenig Flächenverbrauch im Außenbereich benötigt und als schneller und einfacher Tiefbau realisierbar ist. Dadurch ergeben sich insgesamt geringere Kosten durch weniger Material und schnelle Montage.
Eine schnelle und einfache Montage sowie beste Zugänglichkeit für Wartung und Service ist ebenfalls möglich, da von allen vier Seiten auf alle technischen Komponenten Zugriff besteht.
Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
Liste der Bezugszeichen:
2 System
4 Innenräume
6 Gebäude
6 Gebäudes
8 Abluftöffnung
10 Abluftkanal
12 Übergabestelle
14 Energiespeicher
16 Flüssigkeitsreservoir
18 Wasserwärmetauscher
20 Isolationsschicht
22 Luftwärmetauscher
24 Bereich
30 Erdreich
32 Fluidkreislauf
34 Klimagerät
36 Öffnung
38 Zufuhrleitung
40 Energiespeicheraußengerät
42 Anschluss
44 Wärmeübertrager
50 Geräte-Einheit
52 Module
52 Wärmepumpe
54 Warmwasserspeicher
56 Abluftanschluss
58 Abdeckungen
60 Deckel 62 Wärmeisolation
64 Kragen
66 Isolationseinheit
68 Seitenpaneel 70 Radiallüfter
72 Ständerwerk
74 Funktionsmodule
76 Verbindungsplatte
80 Ventilator 82 Bodenplatte
90 Luftstrom
92 Luftstrom
94 Luftstrom

Claims

Ansprüche:
1. Energiespeicheraußengerät (40) eines Systems (2) zur Temperaturkonditionierung von Innenräumen (4) eines Gebäudes (6), insbesondere zum Heizen, Kühlen oder Klimatisieren, wobei das Energiespeicheraußengerät (40) außerhalb des Gebäudes (6) aufstellbar ist und in modularer Bauweise wenigstens einen Energiespeicher (14), einen Luftwärmetauscher (22) und eine Geräte-Ein- heit (50) umfasst, wobei der Energiespeicher (14) mit einem Flüssigkeitsreservoir (16) mit einem Wasserwärmetauscher (18) zur Energieübertragung und Energiespeicherung ausgebildet ist, der Luftwärmetauscher (22) einen Radiallüfter (70) wenigstens abschnittsweise um einen Außenumfang umgibt, sodass ein Luftstrom durch den Luftwärmetauscher (22) radial von außen nach innen entsteht, welcher am Radiallüfter (70) axial nach oben entweicht, wobei die Ge- räte-Einheit (50) zwischen dem Energiespeicher (14) und dem Luftwärmetauscher (22) angeordnet ist und einen Abluftanschluss (56) für Abluft des Gebäudes (6) aufweist, sodass sich einströmende Abluft des Gebäudes (6) in der Ge- räte-Einheit (50) verteilt, und wobei eine Isolationseinheit (66) die Geräte-Ein- heit (50) gegenüber der Umgebung abschirmt, wobei die Abluft des Gebäudes (6) nach Durchströmen der Geräte-Einheit (50) mittels eines Ventilators (80) zunächst zum Energiespeicher (14) und anschließend zum Luftwärmetauscher (22) geführt ist, sodass eine Wärmerückgewinnung zumindest in dem Energiespeicher (14) erfolgt.
2. Energiespeicheraußengerät (40) nach Anspruch 1 , bei dem die Geräte-Einheit (50) wenigstens eine Wärmepumpe (52) aufweist, die über eine Verbindungsplatte (76) mit dem Wasserwärmetauscher (18) und dem Luftwärmetauscher (22) gekoppelt ist.
3. Energiespeicheraußengerät (40) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Geräte-Einheit (50) die für die Funktion in dem Energiespeicher (14) und dem Luftwärmetauscher (22) benötigten Geräte enthält und darüber hinaus einen Warmwasserspeicher (54) für Trinkwasser oder Brauchwasser oder einen Energiepuffer, insbesondere in Form eines Wasserspeichers, aufweist.
4. Energiespeicheraußengerät (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Geräte-Einheit (50) auf einer Außenseite von der Isolationseinheit (62, 62‘, 68) umgeben ist.
5. Energiespeicheraußengerät (40) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Isolationseinheit (66) einen Bereich der Bodenplatte (82) zum Energiespeicher (14) überspannt.
6. Energiespeicheraußengerät (40) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Isolationseinheit (66) umfangseitig mittels eines Kragens (64) verstärkt ist.
7. Energiespeicheraußengerät (40) nach Anspruch 6, das teilweise in einem Erdreich (30) versenkt ist, wobei der Kragen (64) den im Erdreich (30) versenkten Teil der Geräte-Einheit (50) überdeckt.
8. Energiespeicheraußengerät (40) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Geräte-Einheit (50) modular aufgebaut ist, wobei das Innere der Geräte- Einheit einen von der Außentemperatur entkoppelten und durch die Abluft des Gebäudes erwärmten Raum bildet.
9. Energiespeicheraußengerät (40) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Geräte-Einheit (50) und der Luftwärmetauscher (22) oberhalb der Isolationseinheit mit seitlichen Abdeckungen (58) und der Luftwärmetauscher (22) mit einem Deckel (60) versehen sind.
10. Energiespeicheraußengerät (40) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die die Abluft des Gebäudes (6) über eine vorzugsweise im Erdreich (30) verlegte Rohrverbindung (56) an der randseitigen Unterseite in die Geräte-Ein- heit (50) tritt.
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