EP4641110A1

EP4641110A1 - Split-wärmepumpe mit modulgehäuse und hydraulikmodul

Info

Publication number: EP4641110A1
Application number: EP25172158.5A
Authority: EP
Inventors: Stefan Horndasch
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2024-04-25
Filing date: 2025-04-24
Publication date: 2025-10-29
Also published as: DE102024111623A1

Abstract

Split-Wärmepumpe für ein Aufstellungsgebäude, aufweisend ein Außenteil (1) und ein Modulgehäuse (2), in welchen beiden zusammen ein Kältekreis mit einem Kältemittel geführt wird, aufweisend im Außenteil (1) einen Verdichter, mindestens einen Wärmeübertrager und ein Entspannungsventil, im Modulgehäuse (2) mindestens einen Wärmeübertrager (5), ein Sicherheitsventil (6) und einen Gasabscheider (7), wobei das Außenteil (1) und das Modulgehäuse (2) mit Kältemittelleitungen (3) miteinander verbunden sind, das Modulgehäuse (2) Anschlüsse für Wärmeträgerleitungen (8) aufweist, das Modulgehäuse (2) ferner mit einer Abluftleitung (12) mit einem offenen Ende verbunden und ansonsten luftdicht ausgeführt ist, wobei das Modulgehäuse (2) mit einer Gebäudeaußenwand (11) eines Gebäudes unmittelbar verbindbar ist, das Modulgehäuse (2) mit seinen Wärmeträgerleitungen (8) über Wärmeträgerkupplungen (9) mit mindestens einem Hydraulikmodul (10, 10a, 10b) verbunden ist, welches innerhalb des Aufstellungsgebäudes aufstellbar ist und das Hydraulikmodul (10, 10a, 10b) Funktionen der Wärmenutzung erfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft Kältekreise, in denen ein als Kältemittel wirkendes, gefährliches Arbeitsfluid in einem thermodynamischen Kreisprozess, wie zum Beispiel dem Clausius-Rankine-Kreisprozess, geführt wird. Vorwiegend sind dies Wärmepumpen, Klimaanlagen und Kühlgeräte, wie sie in Wohngebäuden gebräuchlich sind. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Wärmepumpe, die teilweise innerhalb eines Wohngebäudes aufgestellt wird und die ihre Wärme aus dem Außenbereich des Wohngebäudes bezieht, entweder aus dem Erdreich oder aus der Luft oder beidem.
Unter Wohngebäuden werden dabei Privathäuser, Miethauskomplexe, Krankenhäuser, Hotelanlagen, Gastronomie und kombinierte Wohn- und Geschäftshäuser verstanden, in denen Menschen dauerhaft leben und arbeiten, im Unterschied zu mobilen Vorrichtungen wie KFZ-Klimaanlagen oder Transportboxen, oder auch Industrieanlagen oder medizintechnischen Geräten. Gemeinsam ist diesen Kreisprozessen, dass sie unter Einsatz von Energie Nutzwärme oder Nutzkälte erzeugen und Wärmeverschiebungssysteme bilden.
Hierbei wird unterschieden zwischen Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Monoblock- und Split-Bauweise sowie zwischen Wärmepumpen, die mittels eines Solekreislaufs Wärmeenergie aus dem Erdreich beziehen. Der wesentliche Unterschied zwischen Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Monoblock- und Split-Bauweise liegt im Geräteaufbau. Bei der Monoblock-Technik sind die wichtigsten Komponenten wie der Verdichter bzw. Kompressor, der Verflüssiger bzw. Kondensator, das Expansionsventil und der Verdampfer in der Außeneinheit untergebracht. Dadurch, dass sich der Kältekreislauf ebenfalls komplett in der Außeneinheit befindet, erfolgt der gesamte Wärmegewinnungsprozess draußen.
Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Split-Technik hingegen ist in herkömmlichen Systemen der Kältekreislauf meist auf zwei Geräte aufgeteilt. Die technischen Komponenten liegen sowohl in der Außen- als auch in der Inneneinheit. In der Außeneinheit befinden sich in der Regel der Verdampfer und der Verdichter, die Wärmeabgabe über den Verflüssiger erfolgt dann in der Inneneinheit.
Ein erfolgreiches Beispiel aus dem bekannten Stand der Technik ist das aroTHERM-Split-System; wie es in der Firmendruckschrift "Systembroschüre Wärmepumpen", Vaillant GmbH, Remscheid 03/23 beschrieben ist. Hierbei wird Wärme aus Außenluft bezogen.
Die zum Einsatz kommenden thermodynamischen Kreisprozesse sind seit langem bekannt, ebenso die Sicherheitsprobleme, die bei der Verwendung geeigneter Arbeitsfluide entstehen können. Abgesehen von Wasser sind die bekanntesten damaligen Arbeitsfluide brennbar und giftig. Sie führten im vergangenen Jahrhundert zur Entwicklung der Sicherheitskältemittel, die aus fluorierten Kohlenwasserstoffen bestanden. Es zeigte sich jedoch, dass diese Sicherheitskältemittel die Ozonschicht schädigen, zur Klimaerwärmung führen, und dass ihre sicherheitstechnische Unbedenklichkeit zu konstruktiven Unachtsamkeiten führte. Bis zu 70 % des Umsatzes entfiel auf den Nachfüllbedarf undichter Anlagen und deren Leckageverluste, der hingenommen wurde, solange dies im Einzelfall als wirtschaftlich vertretbar empfunden wurde und Bedarf an Ersatzbeschaffung förderte.
Der Einsatz dieser Kältemittel wurde aus diesem Grund Restriktionen unterworfen, in der Europäischen Union beispielsweise durch die F-Gas-Verordnung (EU) 517/2014. Dadurch werden praktisch alle ungefährlichen Sicherheitskältemittel verboten und es bleiben nur noch gefährliche Arbeitsfluide und Wasser zur Auswahl. Gefährlich bedeutet in diesem Fall, dass sie entweder giftig sind, wie zum Beispiel Ammoniak, oder entzündlich oder explosiv in Verbindung mit Luftsauerstoff sein können, jedoch kaum umweltschädlich sind.
Die auftretenden Probleme bei der Sicherheitsauslegung solcher Anlagen werden in der WO 2015/032905 A1 anschaulich beschrieben. So liegt die untere Zündgrenze von R290 als Arbeitsfluid etwa bei 1,7 Volumenprozent in Luft, was 38 g/m³ in Luft entspricht. Sofern der Kälteprozess in einem ihn umgebenden, hermetisch abgeschlossenen, ansonsten aber luftgefüllten Raum mit dem Arbeitsfluid R290 durchgeführt wird, stellt sich das Problem der Erkennung einer kritischen, explosiven Situation nach einer Störung, bei der das Arbeitsfluid in diesen hermetisch abgeschlossenen Raum austritt. Elektrische Sensoren zur Erkennung kritischer Konzentrationen sind nur schwierig explosionsgeschützt auszuführen, weswegen gerade die R290- bzw. Propan-Erkennung durch die Sensoren selbst das Explosionsrisiko erheblich verschärft, ausgenommen hiervon sind Infrarotsensoren. R290 ist auch giftig, bei Inhalation oberhalb einer Konzentration von ca. 2 g/m³ stellen sich narkotische Effekte, Kopfschmerzen und Übelkeit ein. Dies betrifft Personen, die ein erkanntes Problem vor Ort lösen sollen, noch bevor Explosionsgefahr entsteht.
Die DE 10 2009 029 392 A1 beschreibt eine explosionsgeschützte Kälteanlage, bei der ein Lüfter die kontaminierte Luft innerhalb einer gasdichten Umhausung im Falle einer Leckage wegfördert, nachdem alle Geräte ausgeschaltet worden sind. Die Leckage wird durch einen Gassensor detektiert. Das abgezogene Gemisch wird ins Freie gefördert, wo es sich in kürzester Zeit mit Umgebungsluft vermischt und soweit verdünnt wird, dass kein explosives Gemisch mehr vorliegt. Die Vorrichtung soll überall da eingesetzt werden, wo Kälteanlagen zur Kühlung benötigt werden und gleichzeitig ein Wärmebedarf vorhanden ist, und wird bevorzugt in einer Supermarktkälteanlage eingesetzt.
Die DE 10 2011 116 863 A1 beschreibt ein Verfahren zur Sicherung einer Vorrichtung für einen thermodynamischen Kreisprozess, welche mit einem Prozessfluid betrieben wird, das mindesten eine umweltgefährliche, giftige und/oder entzündliche Substanz enthält oder daraus besteht. Im Falle einer Leckage in der Vorrichtung für einen thermodynamischen Kreisprozess wird ein Adsorptionsmittel mit dem Prozessfluid, insbesondere Ammoniak, Propan oder Propen, in Kontakt gebracht und die Substanz durch das Adsorptionsmittel selektiv gebunden. Das Adsorptionsmittel wird nach Gebrauch regeneriert. Als Adsorptionsmittel werden Zeolith, auch in Kombination mit Imidazol oder Phosphaten, ferner CuBTC vorgeschlagen. Das Adsorptionsmittel kann in Form einer Schüttung, eines Formteils, eines Anstrichs, eines Sprühfilms oder einer Beschichtung ausgestattet sein. Die Trägerstruktur des Formteils kann aus Mikrostruktur, Lamellenstruktur, Rohrbündel, Rohrregister und Blech bestehen und muss mechanisch stabil sowie stark oberflächenvergrößernd sein. Eine Umwälzung der potenziell kontaminierten Luft erfolgt üblicherweise kontinuierlich, kann aber auch durch einen Sensor initiiert werden, der die Lüftung nach Erreichen eines Schwellenwerts oder bei einem erkannten Havariefall einschaltet. Die Adsorption kann innerhalb oder außerhalb eines geschlossenen Raums durchgeführt werden.
Es ist auch bekannt, entzündliche und explosive Arbeitsfluide im Falle von Leckagen einfach ins Freie abzulassen. So erklärt die "Bundesfachschule Kälte Klima Technik" im Mai 2012, der Einfluss auf die globale Erderwärmung bei R290 sei sehr gering, daher sei das Ablassen in die Atmosphäre die bisher übliche Vorgehensweise, um dieses Kältemittel zu entsorgen. Es seien aber gewisse Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die das Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre weitestgehend minimierten.
Die EP 2 647 920 B1 beschreibt eine Klimaanlage, die auch als Wärmepumpe nutzbar ist, und deren Kältekreis ein brennbares Kältemittel enthält, beispielsweise Propan, wobei der Verdichter, die Schalteinrichtung für das Kältemittel und der wärmequellen- bzw. wärmesenkenseitige Wärmetauscher in einer Außeneinheit angeordnet sind, das Kältemittel zu einer zentralen Verteilerstation innerhalb des zu klimatisierenden Gebäudes geleitet wird, wo eine Expansion des Kältemittel durchgeführt und das Kältemittel auf eine Vielzahl von einzelnen Raumklimastationen aufgeteilt wird. Ferner ist eine Luftsendeeinrichtung vorgesehen, um im Fall einer Leckage im Innenraumgehäuse einer der Raumklimastationen die Konzentration unter einer vorbestimmten Konzentration zu halten. In Abhängigkeit des Kältemittels und der Raumgröße des Aufstellungsraums wird dabei die Konzentration in der Raumluft gemessen und der Belüftungsvolumenstrom entsprechend eingestellt.
Die EP 3 598 039 B1 beschreibt eine Klimaanlage, die auch als Wärmepumpe nutzbar ist, und deren Kältekreis ein brennbares Kältemittel enthält, beispielsweise Propan, wobei der Verdichter, die Schalteinrichtung für das Kältemittel und der wärmequellen- bzw. wärmesenkenseitige Wärmetauscher in einer Außeneinheit angeordnet sind, das Kältemittel zu einer Inneneinheit geleitet wird, von wo aus die Wärme oder Kälte mittels eines doppelwandigen Wärmetauschers an einen Wärmeträgerkreislauf übergeben wird.
Im Falle einer Leckage innerhalb der Inneneinheit wird Luft, welche mit Kältemittel kontaminiert ist, aus der Inneneinheit durch eine Leitung außerhalb des Gebäudes geleitet. Innerhalb der Inneneinheit kann der doppelwandige Wärmetauscher, der mit den Nutzwärmeverbrauchern oder mit den Nutzkälteverbrauchern verbunden ist, gekapselt werden und diese Kapsel kann ebenfalls an eine Leitung angebunden sein, die an die Umgebung außerhalb des Gebäudes führt. Zur Sicherstellung der Volumenbilanz können Öffnungen für die Inneneinheit und die Kapsel vorgesehen werden, die Luft aus dem Inneren des Aufstellungsraums in die Kapsel lassen. Auch die Existenz eines Lüfters innerhalb der Inneneinheit wird beschrieben, allerdings scheint er nur Luft aus dem Außenbereich in die Kapsel der Inneneinheit zu fördern.
Die EP 3 792 572 A1 beschreibt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozesses mittels eines gefährlichen Arbeitsfluids, welches in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf geführt wird, die geeignet zur Aufstellung in einem Gebäude ist. Sie weist ein Wärmepumpengehäuse, darin mindestens einen Verdichter für Arbeitsfluid, mindestens eine Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid, mindestens zwei Wärmeübertrager für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide. Im Wärmepumpengehäuse ist ein Kapselgehäuse vorgesehen, welches alle Apparate und Armaturen umschließt, die von Arbeitsfluid durchströmt werden.
Ferner ist ein Mauerdurchbruch mit einem Luftkanal für Spülluft vorgesehen, der mit dem Inneren des Kapselgehäuses verbunden ist und an die Umwelt außerhalb des Gebäudes führt. Falls dieser Weg bei großen Leckagen genutzt werden soll, fördert eine Saugvorrichtung im Lüftungskanal für die Lüftung Luft, die aus dem Aufstellungsgebäude in das Kapselgehäuse geführt wird. In den Aufstellungsraum führt über einen Adsorber ein weiterer Ablass für Spülluft aus dem Kapselgehäuse, der entweder in das Wärmepumpengehäuse zurückgeführt oder in den Aufstellungsraum geleitet wird oder durch den Mauerdurchbruch in die Umwelt außerhalb des Gebäude führt. Die Entscheidung, welcher der Wege für die Spülluft genutzt wird, erfolgt anhand einer Konzentrationsmessung, bei kleinen Leckagen vorzugsweise über den Adsorber.
Die EP 3 839 360 B1 beschreibt eine Wärmepumpe, umfassend einen Kältemittelkreislauf, der so konfiguriert ist, dass er brennbares Kältemittel zirkulieren lässt, wobei der Kältemittelkreislauf einen Kompressor, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher eine Expansionsvorrichtung und einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher aufweist, die durch Rohrleitungen verbunden sind. Die Wärmepumpe umfasst eine Inneneinheit, die ein Außengehäuse und darin einen abgedichteten Behälter mit einem Boden und einer Oberseite und zumindest einen von dem Kompressor, dem nutzungsseitigen Wärmetauscher, der Expansionsvorrichtung und dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher beinhaltet, wobei der abgedichtete Behälter eine Freigabeöffnung mit der austretendes Kältemittel zu der Außenseite des Außengehäuses der Inneneinheit abgelassen wird, wobei der abgedichtete Behälter einen Schornstein umfasst, der angepasst ist, austretendes Kältemittel in den Innenraum abzulassen und das erste Ende des Schornsteins in Fluidverbindung mit einer Innenseite des abgedichteten Behälters steht. Ein Anschluss an das Äußere des Aufstellungsgebäudes ist nicht vorgesehen.
Die EP 3 760 936 A1 beschreit eine Split-Klimaanlage, bei zwischen der Außeneinheit und der Inneneinheit ein eingehauster Zwischenwärmetauscher vorgesehen ist, wobei der Zwischenwärmetauscher die Wärme oder Kälte des Kältemittels mit dem benutzten Wärmeträgerfluid austauscht. Auf diese Weise wird verhindert, dass leckagebedingt ausgetretenes Kältemittel direkt in den Innenraum des Gebäudes gelangt.
Die EP 3 809 066 A1 beschreibt eine Split-Klimaanlage, die auch als Wärmepumpe verwendet werden kann und die einen Kältemittelkreislauf und einen Wärmemediumkreislauf umfasst und es ermöglicht, den Zufluss von Kältemittel vom Kältemittelkreislauf in den Wärmemediumkreislauf frühzeitig zu erkennen. Sie umfasst eine Ablasseinheit, die im Wärmemediumkreislauf stromabwärts des Zwischenwärmetauschers angeschlossen ist und so konfiguriert ist, dass sie durch die Wärmemediumleitung fließendes Fluid abhängig vom Druck des Fluids nach außen ablässt; eine Kältemittelerfassungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Konzentration des in dem aus der Ablasseinheit abgelassenen Fluid enthaltenen Kältemittels erfasst; eine Meldevorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Austreten von Kältemittel meldet; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie die Benachrichtigungsvorrichtung abhängig von der Konzentration des von der Kältemittelerkennungsvorrichtung erkannten Kältemittels aktiviert.
Die verwendeten Technologien unterscheiden sich hauptsächlich in der Frage, ob Teile der Wärmepumpe in einer gut belüftbaren Außeneinheit unterkommen können und welcher Wärmetauscher in einer Inneneinheit oder mehreren von gefährlichem Kältemittel durchströmt wird und ob auch Sicherheitsventile des Kältekreises zu berücksichtigen sind, die Kältemittel bei Störungen des Kältekreises abblasen und damit zur Kontamination beitragen könnten. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Wärmepumpe auch als Klimaanlage genutzt werden könnte. Ein Wärmetauscher in einer Inneneinheit sollte also als Verdampfer und als Kondensator betreibbar sein.
Das ist wegen der Wärmespannungen anspruchsvoll, wenn bei solch unterschiedlichen Bedingungen über lange Zeit die Dichtigkeit und die Leckagefreiheit sicherzustellen ist. Gleichzeitig sollen die Wärmetauscher einen idealen Wärmeübergang leisten, was mit typischen Sicherheitsanforderungen kollidiert, beispielsweise sinkt der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung bei der Verwendung teurer doppelwandiger Wärmetauscher, wie sie die EP 3 598 039 B1 zwingend vorsieht, was die erforderlichen Temperaturdifferenzen erhöht und damit den COP (Coefficient of Performance) verringert.
Außerdem sollen die Wärmepumpen sowohl im Heizbetrieb als auch im Kühlbetrieb nicht nur möglichst sicher und möglichst energieeffizient sein, sondern auch möglichst preiswert. Wünschenswert wäre also eine Lösung, deren apparativer Aufwand gering ist und die auch leicht montierbar ist. Ferner soll sie Wärme- und Kältenutzungen innerhalb des Gebäudes ermöglichen und entstehende Abwärme nutzen können.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein günstiges System mit einer Split-Wärmepumpe bereitzustellen, mit dem ein Verfahren für einen sicheren Betrieb auch für ein entzündliches Kältemittel durchgeführt werden kann.
Die Split-Wärmepumpe löst diese Aufgabe durch mindestens drei Teile, von denen eines ein Außenteil herkömmlicher Art ist, welches entweder luftdurchströmt oder mit Erdwärmeschleifen verbunden ist oder mit Kombinationen davon, und einen Teil eines Kältekreises mit mindestens einem Wärmetauscher, einem Verdichter und einem Entspannungsventil enthält.
Das zweite Teil ist ein mit einer Gebäudeaußenwand verbundenes Modulgehäuse mit Anschlüssen für mindestens einen Wärmeträgerfluidkreislauf bzw. den entsprechenden Leitungen, mindestens einem Wärmetauscher, der an den Kältekreis angeschlossen ist, und mindestens einem Sicherheitsventil, welches an den Kältekreis oder an einen Wärmeträgerfluidkreislauf angeschlossen ist und mit einem Gasabscheider, der an einen Wärmeträgerfluidkreislauf angeschlossen ist. Das Modulgehäuse weist ferner eine Leitung zum Gebäudeäußeren auf. Das Modulgehäuse ist bis auf die Anschlüsse selbst und die Leitung zum Gehäuseäußeren dicht, bzw. gekapselt ausgeführt. Es wird nicht von Luft durchströmt und besitzt keine Luftverbindung ins Gebäudeinnere. Der dritte Teil ist ein einteiliges oder mehrteiliges Hydraulikmodul, welches die Wärme- und Kältenutzungen praktisch umsetzt.
Für die Position des Modulgehäuses sind drei Varianten vorgesehen: Es kann entweder in eine Außenwand integriert werden oder direkt an die Innenseite oder an die Außenseite des Aufstellungsgebäudes bzw. an der Gebäudeaußenwand angebracht sein und eignet sich daher besonders für Nachrüstungsmaßnahmen, da es relativ klein ist und entweder innerhalb eines Fensterrahmens oder außerhalb eines Fensters wie ein Blumenkasten oder innerhalb eines Wohnraums anstelle eines Heizkörpers platziert werden kann, etwa anlässlich einer energetischen Sanierung mit gedämmter Außenfassade oder neuen Fenstern. Anstelle von Mauerdurchbrüchen können die Leitungen unter der Fensterbank vom Inneren zum Äußeren des Gebäudes verlegt werden.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wärmeträgerleitungen im Inneren des Gebäudes an mindestens ein Hydraulikmodul angeschlossen sind. Dieses Hydraulikmodul kann eine Heizungsanlage oder eine Warmwasseranlage mit Wärme versorgen oder im Sommerbetrieb Kälte liefern und sorgt für die Temperierung des Gebäudes, ferner können Haushaltsgeräte mit Warmwasseranschluss angeschlossen werden.
Sollte also eine Leckage auftreten, bewirkt der dabei entstehende Überdruck, dass das Luftgemisch aus dem Modulgehäuse direkt zur Umwelt austreten kann. Mit einer Vorrichtung entsprechend der EP 3 705 823 B1 oder der DE 10 2022 123 440 A1 kann in einem Modulgehäuse in solchen Fällen eine Spülung oder Inertisierung vorgenommen werden und über die Kältemittelkupplungen kann der Kältekreis schnell und sicher außerhalb des Gebäudes entleert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von 5 Skizzen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Split-Wärmepumpe mit einem außen angebrachten Modulgehäuse,
Fig. 2: eine Split-Wärmepumpe mit einem innen angebrachten Modulgehäuse,
Fig. 3: eine Split-Wärmepumpe mit einem in der Gebäudewand angebrachten Modulgehäuse,
Fig. 4: eine Split-Wärmepumpe mit einem in einer Wandaussparung unter einem Fenster aufgestellten Modulgehäuse und einem Hydraulikmodul,
Fig. 5: einen Grundriss für einen Nutzraum mit einem in einer Wandaussparung unter einem Fenster aufgestellten Modulgehäuse und zwei Hydraulikmodulen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Split-Wärmepumpe mit einem Außenteil 1 und einem Modulgehäuse 2. Das Außenteil ist als Luftwärmepumpe ausgebildet und enthält den Verdichter, den Verdampferwärmetauscher und das Entspannungsventil. Es wird belüftet und wirkt entweder als Wärmequelle für die Deckung des Heizungsbedarfs im Gebäude daneben oder bei entsprechender Ausstattung als Wärmesenke bei Klimatisierungsfahrweise.
Es ist mit den Kältemittelleitungen 3 mit dem Modulgehäuse 2 verbunden, wobei die Kältemittelleitungen 3 über Kältemittelkupplungen 4 miteinander verbunden und wärmegedämmt sind und die Kältemittelkupplungen in vorteilhafter Weise in Arbeitshöhe angeordnet werden sollen. Das ansonsten dicht gekapselte und wärmegedämmte Modulgehäuse 2 ist außen an einem Wohngebäude aufgestellt oder an der und befindet sich unmittelbar an der Gebäudeaußenwand 11 des Gebäudes, wobei der genaue Anbringungsort unerheblich ist und nach den Bedürfnissen der Gebäudenutzer und den gut verfügbaren und zugänglichen Innenflächen annähernd frei gewählt werden kann.
Das Modulgehäuse 2 enthält mindestens einen Wärmeübertrager 5, in der Regel ist das ein Kondensator, mindestens ein Sicherheitsventil 6 und einen Gasabscheider 7. Angeschlossen an das Modulgehäuse 2 sind die Wärmeüberträgerleitungen 8, wobei im Falle einer Kältemittelleckage des Wärmeübertragers 5 der Gasabscheider 7 diese eingetragenen Gasanteile ebenso wie Luft aus dem Heizungskreislauf abscheiden würde. Ferner weist das Modulgehäuse 2 eine Abluftleitung 12 auf, die im Falle des Ansprechens eines Sicherheitsventils 6 oder bei einer Leckage in die Umwelt außerhalb des Gebäudes entlüftet.
Das Modulgehäuse 2 ist über die Wärmeträgerleitungen 8 und die Wärmeträgerkupplungen 9 mit dem Hydraulikmodul 10 verbunden. Die Wärmeträgerleitungen müssen dabei durch das Mauerwerk der Gebäudeaußenwand 11 durchgeführt werden, da das Modulgehäuse 2 aber direkt anschließt, sind aufwändige Wärmedämmmaßnahmen für die Leitungen entbehrlich. Abweichend vom üblichen Stand der Technik ist das Hydraulikmodul 10 nicht als Einheit mit dem Innenteil ausgeführt, sondern erfüllt separat davon die Funktionen der Warmwasserbereitung, der Verteilung der Wärme im Heizfall und ggf. der Kühlung im Klimatisierungsfall, sowie alle sonstigen denkbaren Funktionen. Die von den Wärmeträgerkupplungen 9 zum Hydraulikmodul 10 führenden Wärmeträgerleitungen 8 müssen dann nur gegenüber den Innenräumen des Gebäudes wärmegedämmt werden, was keinen zusätzlichen Aufwand gegenüber üblicher Heizungsverrohrung und deren Wärmedämmung bedeutet.
Das Hydraulikmodul 10 kann dabei platzsparend ohne Wohnflächenverlust an Stellen im Haus platziert werden und bei Bedarf auch geteilt ausgeführt werden, etwa als Unterbau für Waschmaschinen und Wärmepumpentrockner und kann Maßnahmen der Energierückgewinnung und -Nutzung mitumfassen, sowie Funktionen der Warmwasserbereitung aus Abwärme anderer Wärmequellen des Gebäudes, was zwar als solches nicht Gegenstand der Erfindung ist, aber neue Freiheitsgrade der Gestaltung von Energieoptimierungen eröffnet.
Diese Entkopplung der herkömmlichen Funktionen des Innenteils hat also den Vorteil, dass Platz- und Sicherheitsprobleme bei der Aufstellung vor allem in Nachrüstungsfällen erheblich gemildert oder sogar obsolet werden. So ist es bei der Anordnung auszuschließen, dass bei brennbaren oder gefährlichen Kältemitteln diese Stoffe über Leckagen in das Innere des Aufstellungsgebäudes gelangen können.
Außerdem können die Kältemittelleitungen im Außenbereich kurz gehalten werden und da sich Kältemittelkupplungen immer im Außenbereich befinden, sind mögliche Undichtigkeiten sicherheitstechnisch in Bezug auf Wohnfunktionen nicht mehr relevant.
Fig. 2 zeigt eine analoge Anordnung mit dem einzigen Unterschied, dass das Modulgehäuse 2 nicht auf der Außenseite der Gebäudeaußenwand 11, sondern auf dessen Innenseite angeordnet wird. Daher werden für die Kältemittelleitungen 3 anstelle der Wärmeträgerleitungen durchgehende Bohrungen durch die Gebäudeaußenwand nötig, wobei die Durchmesser der Wandbohrungen jeweils durch die Kupplungsdurchmesser der Kältemittelkupplungen 4 bestimmt werden. Die einzige zusätzliche Wandbohrung ist für die Abluftleitung 12 erforderlich. Gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsvariante besteht aber dann ein Vorteil bei der Wartung, wenn eine Außenmontage zu erschwerter Zugänglichkeit führen würde. Hier wird der Fachmann entsprechend abwägen.
Fig. 3 zeigt eine Hybridanordnung für den Fall, dass eine Öffnung durch die Gebäudeaußenwand 11 bereits besteht oder ohne großen Aufwand erweitert werden könnte. Dies könnte etwa der Fall sein, wenn eine bestehende Fensteröffnung eines Badezimmers in eine Altbau genutzt werden kann, solche Badezimmerfenster sind oft erhöht angeordnet. Dieser Bauraum kann dann entsprechend neu genutzt werden, wobei auf der Außenseite der Gebäudeaußenwand 11 ein Teil des Modulgehäuses 2 vom Volumen eines Blumenkastens und auf der Innenseite der Gebäudeaußenwand 11 das freiwerdende Volumen des nicht mehr erforderlichen Heizkörpers verwendet werden kann. Dann werden keine weiteren Wandbohrungen für die Kältemittelleitungen 3 oder die Wärmeträgerleitungen 8 oder die Abluftleitung 12 benötigt.
Fig. 4 zeigt den Fall, dass eine bestehende Wandaussparung 14 unterhalb eines Fensters 13 genutzt werden kann, etwa anlässlich des Nachrüstungs-Austauschs wärmedämmender Fenster. In einem solchen Fall stehen bei Altbauten auf der Innenseite unterhalb des Fensters oft Heizkörper in Wandaussparungen, die dafür vorgesehen waren, herabfallende kalte Luftströmungen von Fenstern älterer Bauart durch Aufwärme von Heizkörpern zu kompensieren. Dieser Bauraum kann nach Einbau wärmedämmender Fenster dann entsprechend neu genutzt werden, auf der Innenseite der Gebäudeaußenwand die Wandaussparung des nicht mehr erforderlichen Heizkörpers verwendet werden kann. Dann werden entweder nur kurze Wandbohrungen für die Kältemittelleitungen 3 oder die Abluftleitung 12 benötigt, oder diese Installationen werden direkt unter der Fensterbank 15 vorgenommen. Das Hydraulikmodul 10 kann in Horizontalbauweise erfolgen und gleichzeitig als Unterbau für die Waschmaschine 16 und den Wäschetrockner 17 dienen, die jeweils durch einen Warmwasseranschluss sowie mit einer Abwasserwärmenutzung in Verbindung mit dem Hydraulikmodul 10 ausgestattet werden können.
Fig. 5 zeigt einen Grundriss für einen Nutzraum, etwa einer Haushaltsküche oder eines Hauswirtschaftsraums mit einem in einer Wandaussparung 14 unter einem Fenster 13 aufgestellten Modulgehäuse 2 und zwei Hydraulikmodulen 10a und 10b. Auf dem Hydraulikmodul 10a sind wie in Fig. 4 eine Waschmaschine 16 und ein Wäschetrockner 17 angeordnet, deren Öffnungen auf diese Weise in Arbeitshöhe liegen, wodurch vermieden wird, dass sich die Nutzer beim Be- und Entladen unter Last bücken müssen. Auf der gegenüber liegenden Seite sind eine Spülmaschine 18 und eine Haushaltsspüle 19 angeordnet, deren Warmwasser vom Hydraulikmodul 10b bereitgestellt wird und deren Abwärme des erwärmten Abwassers im Hydraulikmodul 19 wiedergewonnen werden kann. Als Wärmeträgerleitungen 8 können die Anschlüsse des entfallenen Heizkörpers weiterverwendet werden, wobei die Hydraulikmodule wie auch der Heizkreislauf über Wärmeträgerkupplungen 9 angeschlossen werden.
Im Sommerbetrieb ist es in allen Fällen auch möglich, die Wärmeträgerleitungen 9 mit Kühlsole zu betreiben und die Hydraulikmodule 10, 10a oder 10b entsprechend für einen Umschaltbetrieb auszurüsten. Dabei kann jede der Split-Wärmepumpen entweder einzelne Räume oder mehrere Räume und Geräte entsprechend mit Wärme oder Kälte versorgen.

Bezugszeichenliste

1: Außenteil
2: Modulgehäuse
3: Kältemittelleitungen
4: Kältemittelkupplungen
5: Wärmeübertrager
6: Sicherheitsventil
7: Gasabscheider
8: Wärmeträgerleitungen
9: Wärmeträgerkupplungen
10: Hydraulikmodul
10a: Hydraulikmodul 1
10b: Hydraulikmodul 2
11: Gebäudeaußenwand
12: Abluftleitung
13: Fenster
14: Wandaussparung
15: Fensterbank
16: Waschmaschine
17: Wäschetrockner
18: Spülmaschine
19: Spüle

Claims

Split-Wärmepumpe für ein Aufstellungsgebäude, aufweisend ein Außenteil (1) und ein Modulgehäuse (2), in welchen beiden zusammen ein Kältekreis mit einem Kältemittel geführt wird, aufweisend
- im Außenteil (1) einen Verdichter, mindestens einen Wärmeübertrager und ein Entspannungsventil,

- im Modulgehäuse (2) mindestens einen Wärmeübertrager (5), ein Sicherheitsventil (6) und einen Gasabscheider (7),

- wobei das Außenteil (1) und das Modulgehäuse (2) mit Kältemittelleitungen (3) miteinander verbunden sind,

- das Modulgehäuse (2) Anschlüsse für Wärmeträgerleitungen (8) aufweist,

- das Modulgehäuse (2) ferner mit einer Abluftleitung (12) mit einem offenen Ende verbunden und ansonsten luftdicht ausgeführt ist,

- das Modulgehäuse (2) mit einer Gebäudeaußenwand (11) eines Gebäudes unmittelbar verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Modulgehäuse (2) mit seinen Wärmeträgerleitungen (8) über Wärmeträgerkupplungen (9) mit mindestens einem Hydraulikmodul (10, 10a, 10b) verbunden ist, welches innerhalb des Aufstellungsgebäudes aufstellbar ist,

- wobei das Hydraulikmodul (10, 10a, 10b) Funktionen der Wärmenutzung erfüllt.
Split-Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmodul (10, 10a, 10b) bedarfsweise Heizungsfunktionen, Kühlfunktionen, Warmwassererzeugung, Kaltwassererzeugung, Abwasserwärmenutzung, und Speicherfunktionen wahrnimmt.
Split-Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (2) an der Außenseite der Gebäudeaußenwand (11) des Aufstellungsgebäudes befestigbar ist und die Wärmeträgerleitungen (8) durch die Gebäudeaußenwand (11) ins Aufstellungsgebäude hineinführbar sind.
Split-Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (2) innerhalb der Gebäudeaußenwand (11) des Aufstellungsgebäudes befestigbar ist und weder die Kältemittelleitungen (3) noch die Wärmeträgerleitungen (8) noch die Abluftleitung (12) durch die Gebäudeaußenwand (11) aus dem Aufstellungsgebäude hinausführbar sind.
Split-Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (2) an der Innenseite der Gebäudeaußenwand (11) des Aufstellungsgebäudes befestigbar ist und die Kältemittelleitungen (3) und die Abluftleitung (12) durch die Gebäudeaußenwand (11) aus dem Aufstellungsgebäude hinausführbar sind.
Split-Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (2) an der Innenseite der Gebäudeaußenwand (11) des Aufstellungsgebäudes unterhalb eines Fensters (13) befestigbar ist und die Kältemittelleitungen (3) und die Abluftleitung (12) unterhalb der Fensterbank (15) des Fensters (13) aus dem Aufstellungsgebäude hinausführbar sind.
Split-Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (2) in einer Wandaussparung (14) für einen Heizkörper unterhalb eines Fensters (13) eingepasst wird.
Split-Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmodul (10, 10a, 10b) geteilt ausgeführt wird.