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Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpenmodul und ein Wärmespeichermodul.
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Wärmepumpen werden zur ressourcenschonenden Wärmeerzeugung genutzt.
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Meistens umfasst eine Wärmepumpe als die vier Hauptbestandteile einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil. Der Verdampfer absorbiert die Wärme aus der Luft, dem Wasser oder dem Boden. Dabei verdampft das Kältemittel und nimmt dabei die Wärmeenergie auf. Im Kompressor wird das Kältemittel in gasförmiger Form verdichtet. Dies führt zu einem Anstieg von Druck und Temperatur des Kältemittels. Anschließend gelangt das heiße, komprimierte Kältemittel in den Kondensator und gibt dort seine Wärme an ein Heizsystem ab. Dabei verdichtet oder kondensiert sich das Kältemittel wieder in eine Flüssigkeit. Das flüssige Kältemittel wird durch das Expansionsventil geleitet, was zu einer Senkung des Drucks und der Temperatur des Kältemittels führt. Dadurch ist es möglich, den Kreislauf von vorne zu starten.
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Man unterscheidet Wärmepumpen anhand des Mediums, aus welchem die Energie gewonnen wird. Die häufigsten Wärmepumpenarten sind Luft-, Wasser- und Sole-Wärmepumpen.
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Eine Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmepumpe bedient sich der gespeicherten Energie der Umgebungsluft, um Luft oder Wasser aufzuheizen bzw. zu kühlen. Dazu wird Luft angesaugt und anschließend wieder ausgeblasen.
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Je nach Leistung der Wärmepumpe werden unterschiedlich große Luftmengen beim Ansaugen bzw. Ausblasen bewegt. Das Ansaugen der Umgebungsluft bzw. das Ausblasen erzeugen durch Luftverwirbelungen Geräusche, die von Personen als störend wahrgenommen werden können. Bei Wärmepumpen, die lediglich ein Einfamilienhaus versorgen, sind die Luftmengen in der Regel so gering, dass in dem meisten Fällen keine nennenswerte Lärmbelastung entsteht bzw. einfache Schalldämmungselemente ausreichend sind. Bei Wärmepumpen mit 20 kW Leistung oder mehr, wie sie in Mehrfamilienhäusern eingesetzt sind, werden größere Luftmengen benötigt als bei Einfamilienhäusern. Durch die Bewegung dieser größeren Luftmengen entsteht auch ein höherer Geräuschpegel, welcher sich belastend auf sich in der Nähe der Wärmepumpe aufhaltende Personen auswirken kann.
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Vorzugsweise sind Wärmepumpen nahe am zu versorgenden Gebäude angeordnet, damit die Längen von Versorgungsleitungen zum Gebäude kurz und damit die Leitungsverluste gering sind. Die Anordnung in Gebäudenähe bietet auch Wetterschutz, insbesondere Windschutz, für die Wärmepumpe. Je näher eine Wärmepumpe an einem Gebäude angeordnet ist, desto wichtiger ist es den Schall ausgehend von der Wärmepumpe zu dämpfen, um die sich im Gebäude aufhaltenden Personen nicht mit Lärm zu belasten.
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Zur Minimierung des Geräuschpegels wurden bereits verschiedene Schallschutzmaßnahmen vorgesehen. Diesbezüglich wird auf die
AT 16412 U2 und die
EP 3147582 A1 verwiesen.
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Bei Wärmepumpen mit vergleichsweise großer Leistung zur Versorgung eines Mehrfamilienhauses oder eines vergleichbaren größeren Gebäudes entsteht Schall auch mit tiefen Frequenzen um ca. 200 Hz. Schall mit einer Frequenz von 200 Hz breitet sich mit einer Wellenlänge von ca. 1,71 m aus. Dementsprechend groß sollten die Schallabsorberflächen ausgestaltet sein. Das ist mit den oben erläuterten Schallabsorberpaketen, die in einem Rahmen montiert sind, praktisch kaum zu realisieren.
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Zur Dämpfung von tiefen Frequenzen werden demnach vergleichsweise große Schalldämpfer benötigt. Dem steht entgegen, dass der Platzbedarf der Wärmepumpeneinrichtungen gering gehalten werden soll, um das Wärmepumpenmodul kompakt auszubilden zu können. Ein solches Wärmepumpenmodul sollte nicht größer sein als ein herkömmlicher Container sein, damit es einfach und kostengünstig transportiert werden kann. Weiterhin sollte die Flächenversiegelung gering gehalten werden, um den Platz neben einem Gebäude anderweitig als Grünfläche oder Garage nutzen zu können. Es ist also eine kompakte Bauweise einer Wärmepumpeneinrichtung bei hinreichender Schalldämpfung erwünscht.
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Wärmepumpen mit vergleichsweise großen Leistungen benötigen dementsprechend große Ansaugflächen. Bei schräger Anordnung der schallabsorbierenden Elemente bzw. Lamellen erhöht sich der Luftdruckverlust beim Ansaugen. Bei hohem Druckverlust muss die Ansaugfläche entsprechend groß sein. Dadurch erhöht sich die Größe des Gehäuses.
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Die
NL 2026945 B1 betrifft ein Wärmepumpenmodul mit Wärmepumpe, Wärmespeicher und Wärmetauscher. Das Wärmepumpenmodul weist isoliertes Gehäuse mit einen Innen- und Außenraum auf. Der Außenraum ist kommunizierend mit der Umwelt verbunden, sodass Luft von außen angesaugt und dorthin wieder abgegeben werden kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach montierbare und kostengünstige Lösung als Modul für eine Wärmepumpe bereitzustellen.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung , ein kompaktes Modul für eine Wärmepumpe bereitzustellen, welches in der Lage ist tiefe Frequenzen effektiv zu dämpfen.
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Des Weiteren soll die Wärmepumpe bei insbesondere guter Schalldämpfung effizient betrieben werden können.
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Eine oder mehrere Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Gehäuse, insbesondere für ein Wärmepumpenmodul, vorgesehen, mit einem ersten Abschnitt, worin eine Wärmepumpe und Strömungselemente zum Ansaugen und Abblasen der Luft mit Lamellen angeordnet sind. Getrennt von dem ersten Abschnitt ist ein zweiter Abschnitt angeordnet, worin ein Speicher für ein Wärmemedium, Pumpen und zumindest ein Teil einer Steuereinrichtung angeordnet sind. Das Gehäuse ist mittels mehrerer Wandungen begrenzt ist. Im zweiten Abschnitt befindet sich ein Gerüst, das mit Hydraulikelementen bestückt ist, welche insbesondere nur mittels Fluidleitungen und/oder Stromleitungen mit weiteren Komponenten verbunden sind.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass nur die Komponenten eines Wärmepumpenmoduls, die für ihre Funktion im Luftaustausch mit der Umgebungsluft stehen müssen, der Umgebungsluft ausgesetzt sind. Die Heizungskomponenten, wie Speicher, Druckausdehnungsgefäß, Leitungen und sonstige Hydraulikelemente können im zweiten Abschnitt isoliert von der Umgebungsluft angeordnet sein.
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Hydraulikelemente sind alle ein flüssiges Medium führende Elemente, wie z.B. Leitungen, Ventile, Speicher, Wärmetauscher, etc.
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Die Leitungen sind vorzugsweise maschinell vorgebogen, insbesondere, wenn die Leitungen aus Kupfer oder Edelstahl ausgebildet sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass manuelle Vorfertigung bzw. die Montage mittels Schweiß-, Gewinde-, Pressverbindungen wegfallen.
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Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt von einer Isolierschicht umgeben.
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Dadurch, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt in einem Gehäuse angeordnet sind, sind die Wege zwischen der Wärmepumpe und dem Speicher kurz. Dadurch sind die Leitungslängen kurz, was zu weniger Leitungsverlusten führt, sodass ein im Gehäuse eingebautes Wärmepumpenmodul sehr effizient betrieben werden kann.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Gehäuses entsprechen analog den vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Wärmepumpenmoduls beschriebenen Vorteilen.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Gerüst mit den Komponenten außerhalb des Gehäuses bestückt und danach als Ganzes in das Gehäuse eingebaut werden kann. Die Montage außerhalb des Gehäuses bietet den Vorteil, dass das Gerüst von allen Seiten für den Monteur und die Werkzeuge einfach zugänglich ist. Weiterhin kann ein solches Gerüst an beliebigen Orten bestückt werden. Es ist dadurch möglich, an mehreren Gerüsten nacheinander den gleichen Arbeitsschritt auszuführen. Dadurch kann die Bestückung zeiteffizienter gestaltet werden.
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Ebenfalls ergibt sich der Vorteil, dass durch die standardisierte, gleichbleibende Anordnung der Komponenten und Rohrleitungen, das Gerüst aus maschinell zugeschnittenen und gelaserten Formrohren oder Stahlprofilen gefertigt werden kann. Dadurch können an den notwendigen Positionen der Rohrund Komponentenbefestigungen (mit Rohrschellen und Gewindestangen) bereits Löcher maschinell eingelasert und Pressmuffen bzw. Gewindeaufnahmen eingebracht werden. Damit ergibt sich eine effiziente und genaue Montage, da kein Einmessen der Befestigungspunkte stattfinden muss und vorbereitete Gewindestangen direkt in die Pressmuffen eingeschraubt werden können. An den Gewindestangen befinden sich dann die Rohrschellen zur Halterung der Rohrleitungen und Komponenten. Die Formrohre bestehen vorzugsweise aus verzinkten viereckigen Stahlrohren mit einer Abmessung im Bereich von z.B. 40 x 40 mm (Bezug auf Fig. 7a, wo man die wegstehenden Gewindestanden sieht).
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Das Zusammensetzen des Gerüsts kann durch die maschinell vorgeschnittenen Stahlprofile ebenfalls sehr effizient geschehen. An den Kreuzpunkten, wo Stahlprofile aufeinanderstoßen (z.B. horizontale Querstreben zu vertikalen Stehern), gibt es Nuten und Federn, damit die Rohre schnell und ohne Einmessen grob zu dem Gerüst zusammengesteckt werden können. Die finale Fixierung / Verbindung geschieht dann über gewinkelte Stahlbleche mit gelaserten Löchern zur schnellen Verschraubung bzw. Nietverbindung.
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Die Hydraulikelemente können mehrfach gebogene, einstückige Metallrohre umfassen. Einstückige Metallrohre sind Metallrohre ohne form- oder kraftschlüssige Verbindungsstelle, wie z. B. Schweißnaht, Lötnaht oder Pressverbindung. Derart mehrfach gebogene Metallrohre werden durch maschinelles Biegen vorab hergestellt und im gebogenen Zustand eingebaut.
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Das Gerüst dient gleichzeitig zur Halterung und zur Befestigung der Funktionselemente.
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Das Gerüst dient zur hydraulischen und/oder thermischen Verbindung einer Wärmepumpeneinheit mit heizraumseitigen Komponenten, insbesondere einem Speicher, einer Einrichtung zur Warmwasserbereitung sowie gebäudeseitigen Anschlussstellen. Die Verbindung erfolgt über Rohrleitungen und/oder elektrische Kabel, wobei das Hydraulikmodul als Schnittstelle zur Integration der Wärmepumpe in ein bestehendes oder neu zu errichtendes Heizsystem ausgebildet ist.
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An einer Seitenfläche des Gerüsts, die näher am Warmbereich angeordnet ist, sind Versorgungsleitungen für das von der Wärmepumpe temperierte Wärmemedium angeordnet, und an einer zweiten Seitenfläche des Gerüsts sind Hydraulikelemente zum Anschluss an die Nahwärmeleitungen, die zu einem zu versorgenden Gebäude hinführen, angeordnet.
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Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Leitungswege kurz gehalten werden und Leitungsverluste verringert werden. Kürzere Leitungslängen sind auch kosteneffizienter.
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Das Gerüst kann statisch selbstragend sein. Das bedeutet, dass das Gerüst sich und alle daran befestigten Komponenten tragen kann, ohne dass eine weitere Unterstützung notwendig ist. Das Gerüst weist vorzugsweise einen umlaufenden Bodenrahmen und/oder einen umlaufenden Deckenrahmen auf, welche aus Metallstreben ausgebildet sind.
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An einer dritten Seitenfläche des Gerüsts können weitere Hydraulikelemente zum Anschluss des Speichers für ein Wärmepumpenmedium vorgesehen sein, wobei sich die dritte Seitenfläche zwischen der ersten und zweiten Seitenfläche angeordnet ist.
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Dadurch wird vorhandener Bauraum optimal ausgenutzt.
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Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Öffnung auf, durch die das Gerüst hineingeschoben werden kann. Diese Öffnung ist vorzugsweise die Ansaug- und Ausblaseöffnung der Wärmepumpen, wobei beim Einheben noch keine Schalldämpfer eingebaut sind.
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Somit kann das Gerüst nach seiner Bestückung in ein fertiges Gehäuse eingesetzt werden, welches vorzugsweise mit Türen oder Toren wiederholbar verschließbar ist.
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Vorzugsweise ist das Gerüst in zwei Bereiche unterteilt. Eine vordere Seitenfläche des Gerüsts weist keine Hydraulikelemente oder sonstigen Funktionselemente auf. Dadurch ist diese vordere Seitenfläche frei zugänglich ausgestaltet. Das Gerüst ist insbesondere aus einem maschinell vorgefertigten Stahlprofilen ausgebildet ist, worin bereits maschinell gelaserte Gewindeaufnahmen an den vorbestimmten Befestigungsstellen vorhanden sind und vorzugsweise die im Gerüst befestigten Rohrleitungen maschinell gebogen sind und die gebogenen Rohrabschnitte im Gerüst befestigt sind, und/oder die Hydraulikelemente mehrfach gebogene einstückige Metallrohre umfassen, und/oder das Gerüst statisch selbstragend ist
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Eine gegenüberliegend zur vorderen Seitenfläche angeordnete hintere bzw. dritte Seitenfläche kann Paneele für die Aufhängung von Hydraulikelementen aufweisen und mit diesen bestückt sein. Die Hydraulikelemente können auch ohne Paneele im Bereich der hinteren Seitenfläche angeordnet sein.
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Zwischen der vorderen und hinteren Seitenfläche ist eine Trennebene ausgebildet, die etwa quer zur vorderen und hinteren Seitenfläche verläuft. In der Trennebene können Funktionselemente angeordnet sein. Die Funktionselemente können Hydraulikelemente und/oder elektrische Steuerelemente umfassen. Diese Funktionselemente im Bereich der Trennebene können einen Schaltschrank bzw. ein Ausdehnungsgefäß bzw. ein Paneel umfassen. Die zwei parallel zur Trennebene angeordneten Seitenflächen können mit weiteren Hydraulikelementen bestückt sein, welche über die hintere Seitenfläche und eine obere Deckenfläche verteilt angeordnet und mittels Fluidleitungen und/oder Stromleitungen miteinander verbunden sein. Die Deckenfläche erstreckt sich zwischen den parallel angeordneten Seitenflächen und über die Trennebene hinweg. Dadurch sind mit Zugang über die vordere Seitenfläche zwei begehbare Bereiche für Wartungsarbeiten freigelegt.
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Mit dieser Anordnung sind auf engstem Raum eine Vielzahl von Funktionselementen angeordnet, die über die vordere Seitenfläche zugänglich sind, wobei zwei begehbare Bereiche für Wartungsarbeiten freiliegen, die durch die Trennebene voneinander getrennt sind.
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Die Hydraulikelemente können mit flexiblen Rohren verbunden sein.
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Starre Verbindungsrohre oder Leitungen müssen oft sehr präzise abgeschnitten werden, damit die Verbindung dicht ist und/oder passend zu einer Anschlussmuffe ist. Das führt dazu, dass diese oft zu kurz abgeschnitten werden und unbrauchbar sind. Flexible Rohre sind biegsam und lassen sich leicht in verschiedene Richtungen führen. Längenungenauigkeiten beim Zuschnitt können durch leichtes Dehnen oder Zusammenschieben des Rohrs ausgeglichen werden. Das Wellrohr passt sich der Umgebung an, z. B. bei Kurven, Ecken oder unregelmäßigen Flächenverläufen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass flexible Rohre schneller installiert werden können, da weniger nachjustiert werden muss, weniger Werkzeugbedarf, z. B. kein exakter Rohrschneider notwendig ist und die Montage geringerem Materialverlust erfolgt, da auch nicht perfekt geschnittene Stücke verwendet werden können. Die flexiblen Rohre können als Wellrohre, PEX-Rohre, Kunststoffrohre usw. ausgebildet sein.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmespeichermodul vorgesehen. Das Wärmespeichermodul umfasst einen Wärmespeicherbehälter zur Aufnahme eines ersten Wärmemediums, welches insbesondere von einer Wärmepumpe temperiert wird, Weiterhin umfasst das Wärmespeichermodul zumindest zwei separate Wärmetauscherelemente zum Temperieren eines in den Wärmetauscherelementen befindlichen zweiten Wärmemediums, wobei die Wärmetauscherelemente im Wärmespeicherbehälter angeordnet sind und außerhalb des Wärmespeicherbehälters mit Ventilen versehen bzw. verschaltet sind, so dass sie unabhängig voneinander betrieben werden können und/oder außerhalb des Wärmespeicherbehälters mit flexiblen Zuleitungen angeschlossen sind.
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Im Wärmespeicher kann das erste Wärmemedium, das von einer Wärmepumpe temperiert wird, auf einer bestimmten Temperatur vorgehalten werden, um ein zweites Wärmemedium über das Wärmetauscherelement zu temperieren. So kann beispielsweise Trinkwasser als zweites Wärmemedium durch Hindurchfließen durch das Wärmetauscherelement auf eine gewünschte Temperatur erhitzt werden. Durch eine zumindest doppelte Ausführung des Wärmetauscherelements ergibt sich der Vorteil, dass mit nur einem Wärmespeicher doppelt so viel Wärmemedium erhitzt werden kann wie mit nur einem Wärmetauscherelement und dafür kein weiterer Bauraum benötigt wird. Dadurch kann eine kompakte Bauweise des Wärmepumpenmoduls realisiert werden.
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Zudem kann die doppelte Ausführung den Vorteil bieten, dass die Wärmetauscherelemente separat voneinander betrieben werden können. Für Wartungsarbeiten, wie z.B. Entkalkung, Reinigung, Spülung, kann ein laufender Betrieb ohne Unterbrechung der Trinkwasserversorgung aufrecht erhalten werden, wenn nur eines der Wärmetauscherelemente gewartet wird. Weiterhin erhöht sich somit die Ausfallsicherheit des Wärmespeichers.
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Die gesamte (beide gemeinsame) Wärmetauscherfläche beträgt zumindest 10 m2 bzw. zumindest 15 m2. Beispielsweise beträgt diese 17,2 m2.
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Die flexiblen Zuleitungen bieten unter anderem die gleichen Vorteile wie die flexiblen Rohre der Hydraulikleitungen und ermöglichen ein separates Betreiben der Wärmetauscherelemete, wie es unten bei der Diskussion des Ausführungsbeispiels näher erläutert ist.
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Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmespeichermodul, mit einem Wärmetauscherbehälter zur Aufnahme eines Wärmepumpen-Wärmemediums welches von einer Wärmepumpe temperiert wird und einem Wärmetauscherelement, das sich im Wärmetauscherbehälter befindet, durch welches Wasser zum Temperieren geführt werden kann und welches sich im Wärmetauscherbehälter über eine vorbestimmte Länge erstreckt und einen Eingang an einer Unterseite des Wärmetauscherbehälters zum Zuführen von Wasser und einen Ausgang an einer Oberseite des Wärmetauscherbehälters zum Abführen des temperierten Wassers aufweist. Hierbei weist das Wärmetauscherelement einen Zirkulationsanschluss auf, der im Wärmetauscherbehälter zwischen dem Eingang und dem Ausgang vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 25% und 85% bzw. 90% der Höhe des Wärmetauscherbehälters angeordnet ist, um eine Zirkulationsleitung anzuschließen, welche zum Zirkulieren des Wassers unabhängig von einer Verbrauchssituation dient.
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Die Einspeisung des von der Wärmepumpe erhitzten Wärmemediums erfolgt zumindest etwa auf einer mittleren Höhe des Wärmetauscherbehälters. Der entsprechende Anschluss für die Einspeisung des erhitzten Wärmemediums kann auch oben am Wärmetauscherbehälter angeordnet sein. Erkaltetes Wärmepumpen-Wärmemedium, welches sich unten im Wärmetauscherbehälter befindet, ist zum erneuten Erhitzen der Wärmepumpe zuzuführen. Der Anschluss dafür ist an der Unterseite des Wärmetauscherbehälters angeordnet.
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Die Höhe des Wärmetauscherbehälters bemisst sich von der Unterseite bis zur Oberseite.
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An der Unterseite des Wärmetauscherbehälters ist der Eingang des Wärmetauscherelements angeordnet, an welchem kaltes Wasser mit einer Temperatur von z.B. ca. 10°C aus dem Trinkwassernetz eingespeist werden kann. Mittels der Leitung durch das Wärmetauscherelement ist das Trinkwasser erhitzbar, da die Temperatur des umgebenden Wärmepumpen-Wärmemediums höher als das des kalten Wassers ist. Mit der Bewegung zum Ausgang des Wärmetauscherelements kann das zunächst kalte Trinkwasser auf eine Temperatur von ca. 60° bis 65° Celsius erwärmt werden.
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Am Ausgang des Wärmetauscherelements ist das temperierte Trinkwasser zum Verbrauch abführbar.
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Das abführbare Trinkwasser kann durch eine Zirkulationsleitung geleitet werden. Eine gesetzliche Norm schreibt vor, dass das Trinkwasser eine Temperatur von 55°C an keiner Stelle der Zirkulationsleitung unterschreiten darf, um Legionellen abzutöten.
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Um diese Temperatur von ca. 55°C zu halten, kann es zweckmäßig sein, das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung erneut zu erhitzen. Dafür ist ein Zirkulationsanschluss vorgesehen. Das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung mit einer Temperatur von ca. 55°C ist wärmer als das kalte Wasser aus dem Trinkwassernetz mit einer Temperatur von ca. 10°C. Eine Vermischung des Wassers unterschiedlicher Temperaturen wäre nicht förderlich, da das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung abkühlen würde und man umso mehr Energie bräuchte, um es wieder aufzuheizen. Zudem würde das Wärmepumpen-Wärmemedium im Wärmetauscherbehältnis erheblich abgekühlt werden.
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An der Ausgansseite des Wärmetauscherelements kann das temperierte Trinkwasser eine Temperatur von ca. 60°C bis 65°C erreichen und eine höhere Temperatur als das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung aufweisen. Das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung muss also erhitzt werden.
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Der Zirkulationsanschluss kann deshalb im Bereich zwischen einem Bereich zwischen etwa 25% und 75% der Höhe des Wärmetauscherbehälters angeordnet sein, um das Trinkwasser aus der Zirkulationsleitung zu erhitzen und es nicht mit dem kalten Wasser aus dem Trinkwassernetz zu vermischen.
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Vorzugsweise ist der Bereich des Zirkulationsanschlusses zwischen 60% und 75% der Höhe des Wärmetauscherelement angeordnet.
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Dieser Bereich entspricht in etwa der Temperaturschicht des Wärmepumpen-Wärmemediums, der eine ähnliche Temperatur wie der des Trinkwassers aus der Zirkulationsleitung aufweist.
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Die Wärmetauscherelemente können als Wellrohre ausgebildet sein.
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Die Wellrohre können parallel geführt sein.
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Wellrohre eignen sich aufgrund ihrer Wellenform als Wärmetauscherelemente, da sie dadurch eine große Oberfläche aufweisen.
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Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmespeichermodul mit einem Wärmespeicherbehälter zur Aufnahme eines von einer Wärmepumpe erhitztem Wärmepumpen-Wärmemediums vorgesehen. Dabei ist ein Anschluss zum Zuführen des von der Wärmepumpe erhitzten Wärmepumpen-Wärmemediums in einem oberen Bereich des Wärmespeicherbehälters und ein Anschluss zum Abführen des Wärmepumpen-Wärmemediums zur Wärmepumpe in einem unteren Bereich des Wärmespeicherbehälters angeordnet sind, sodass sich eine Temperaturschichtung ausbildet.
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Dadurch ist das Wärmepumpen-Wärmemedium oder Wärmemedium, das von zumindest einer Wärmepumpe erhitzt wurde, entsprechend der temperaturabhängigen Dichte geschichtet. Dementsprechend ist das Wärmemedium mit geringer Dichte aufgrund der geringen Erdanziehungskraft weiter oben und somit an der Oberseite des Wärmetauscherbehälters angeordnet. Das kältere Wärmemedium hat eine größere Dichte und befindet sich an der Unterseite des Wärmetauscherbehälters.
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Es kann eine Schichteinrichtung vorgesehen sein, die ähnlich wie eine in der
EP 2476970 B1 beschriebene Schichteinrichtung (siehe Fig. 15) ausgebildet ist. Diese Schichteinrichtung weist ein etwa ringförmiges Überströmelement mit mehreren Löchern zum radialen Einleiten des heißen Wärmemediums auf. Oberhalb und unterhalb des Ringelementes befindet sich eine obere bzw. untere Trennscheibe. Das Wärmemedium strömt zwischen vom Ringelement zwischen den Trennscheiben ohne oder nur mit sehr geringer Verwirbelung ins Zentrum des Wärmespeichers. In der oberen Trennscheibe ist zentral ein Loch angeordnet, so dass das heiße Wärmemedium nach oben aufsteigen kann. Vorzugsweise ist um das Loch herum ein etwa rohrförmiger Strömungsleitkörper angeordnet, der die heiße Strömung nach oben lenkt.
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Der Ringkörper ist mit seinem Außenumfang beabstandet zur Innenfläche des Wärmespeichers angeordnet, so dass sich Wärmemedium von dem zentral im Strömungsleitkörper aufsteigenden Wärmemedium vom oberen Bereich des Wärmespeichers nach unten gedrückt wird.
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Bei dieser Schichteinrichtung weist die untere Trennscheibe - anders als bei der
EP 2476970 B1 - keine Löcher auf, so dass der gesamte Wärmespeicher zum Speichern von heißem Wärmemedium genutzt werden kann. Damit wird der gesamte Wärmespeicher als eine Temperaturstufe genutzt.
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Damit es für die großen Leistungen jedoch keine Durchmischungen zwischen Heiz- und Warmwassertemperaturniveau gibt, und damit die Heizzone auch als Kühlzone bzw. Speicher verwendet werden kann, sind zwei Speicher vorgesehen, die jeweils auf einem anderen Temperaturniveau betrieben werden, nämlich ein Heizwasserspeicher, sowie der oben beschriebene Wellrohrspeicher zur Trinkwassererwärmung. Dadurch ergeben sich ebenfalls Vorteile hinsichtlich der Legionellenproblematik, da im unteren Bereich des Speichers keine lauwarme und legionellenfreundliche Temperaturzone ausgebildet wird, wie es bei einem herkömmlichen "Kombispeicher" (=beide Temperaturzonen in einem Speicher gemäß
EP 2476970 B1 ) der Fall ist.
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Da der Wärmespeicher als eine einheitliche Temperaturzone benutzt wird und unten das warme Wärmemedium mit einer Pumpe abgezogen wird, würde bei Löchern in der unteren Trennscheibe der Strom vom Ringelement durch die Löcher der unteren Trennscheibe hindurch direkt gelenkt werden und die gleichmäßige Durchströmung des gesamten Wärmespeichers zunächst durch das Strömungselement nach oben hindurch unterbunden werden. Dies ist nicht gewünscht, da so nicht das gesamte Volumen des Wärmespeichers genutzt wird. Andererseits wird durch die Schichteinrichtung eine verwirbelungsarme Strömung bewirkt, wobei das frisch zugeführte heiße Wärmemedium sich zentral im Strömungsleitelement befindet und hierdurch die darin gespeicherte Wärme an das umgebende Wärmemedium abgegeben wird und somit nicht verloren geht. Zudem wird eine Schichtung erzielt, wobei das heißere Wärmemedium im oberen Bereich gespeichert wird.
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Das Wärmespeichermodul kann in einem Wärmepumpenmodul nach einem anderen Aspekt der Erfindung integriert sein. Es ist auch möglich, die Wärmespeichermodule nach dem den verschiedenen Aspekten der Erfindung zu kombinieren.
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Ein Wärmepumpenmodul nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein begehbares Gehäuse, zumindest eine Luft-Wärmepumpe und Strömungselemente. Das Wärmepumpenmodul umfasst Strömungselemente zum Ansaugen von zu wärmetauschender Luft von außerhalb des Gehäuses zur Luft-Wärmepumpe im Gehäuse und Strömungselemente zum Ausblasen der wärmegetauschten Luft von der Wärmepumpe nach außerhalb des Gehäuses. Dabei umfassen die Strömungselemente zum Ansaugen und/oder zum Ausblasen der wärmegetauschten Luft schalldämpfende Lamellen, welche das Gehäuse in einem Bereich nach außen hin begrenzen.
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Das erfindungsgemäße Wärmepumpenmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Lamellen lösbar am Gehäuse und/oder nach außen verschiebbar am Gehäuse angeordnet sind, sodass für Wartungsarbeiten ein begehbarer Bereich im Gehäuse freigelegt werden kann.
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Wärmepumpenmodule im Sinne der Erfindung sind für vergleichsweise große Leistungen ausgelegt, sodass die Luft-Wärmepumpe oder ein Luft-Wärmepumpen-Paket ein Gehäuse beanspruchen bzw. in einem Gehäuse untergebracht sind, welches begehbar ist.
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Begehbar bedeutet, dass ein Raum groß genug ist, dass eine durchschnittlich große erwachsene Person darin aufrecht stehen und/oder gehen kann. Die durchschnittliche Größe einer erwachsenen Person beträgt zwischen 1,6 m und 1,8 m und die Breite zwischen 0,4 m und 0,5 m. Somit sollte ein Bereich freigelegt werden, welcher zumindest 1,8 m, vorzugsweise zumindest 1,9 m und insbesondere zumindest 2 m hoch, zumindest 0,5 m, vorzugsweise zumindest 0,6 m und insbesondere zumindest 0,7 m breit und zumindest 0,3 m, vorzugsweise zumindest 0,4 m und insbesondere zumindest 0,5 m tief ist.
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Eine Luft-Wärmepumpe im Sinne der Erfindung ist eine Luft-Wasser- oder eine Luft-Luft-Wärmepumpe. Eine Luft-Wärmepumpe zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit der in der Umgebungsluft gespeicherten Energie arbeitet. Luft-Wärmepumpen umfassen in der Regel Strömungselemente zum Ansaugen und Ausblasen der Umgebungsluft.
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Die schalldämpfenden Lamellen sind so angeordnet, dass die Luft beim Ansaugen und/oder beim Ausblasen durch die Lamellenstruktur hindurch strömt.
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Die schalldämpfenden Lamellen sind in das Gehäuse integriert. Dadurch, dass die Strömungselemente im Betriebszustand einen begehbaren Bereich zumindest teilweise zustellen und für einen Wartungszustand aus dem begehbaren Bereich entfernt werden können, lässt sich eine kompakte Bauweise des Wärmepumpenmoduls verwirklichen.
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Dadurch, dass die Lamellen lösbar und/oder nach außen verschiebbar im Gehäuse angeordnet sind, können die Lamellen einfach aus dem Gehäuse gelöst werden. Das ermöglicht, dass der Bereich für Wartungsarbeiten einfach und zeiteffektiv freigelegt werden kann.
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Diese Schalldämpfungswirkung ist essentiell, wenn das Wärmepumpenmodul nahe an einem Gebäude angeordnet ist.
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Vorzugsweise erstrecken sich die schalldämpfenden Lamellen in vertikaler Richtung, da derart vertikal stehende Lamellen einfach auf- und abgebaut werden können, wenn sie verschieblich gelagert sind.
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Bei einer Verschiebung vertikaler Lamellen nach außen am Gehäuse ist das Gewicht weniger entscheidend, da die schiebende Person die Lamellen nicht anheben muss. Deshalb sind vertikale Lamellen einfacher handhabbar. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Lamellen mit dickeren Materialstärken eingesetzt werden können, wodurch sich die schallabsorbierende Wirkung vor allem im tiefen Frequenzbereich erhöht.
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Eine zum Luftstrom parallele bzw. zur Ansaugfläche der Wärmepumpe senkrechte Anordnung der Lamellen bietet den Vorteil, dass die Schallwellen und die Luft nicht umgelenkt werden und somit die Druckverluste durch die Lamellen gering sind. Denn gerade im tieferen relevanten Frequenzbereich für größere Wärmepumpenanlagen sind Schallumlenkungen wenig wirksam. Hierdurch lässt sich das Wärmepumpenmodul bei guter Schalldämpfung effizient betreiben.
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Die Lamellen können ein etwa plattenförmige Dämpfungskörper mit zwei gegenüberliegenden Längskanten und zwei gegenüberliegenden Schmalkanten sein. Dabei sind die Lamellen im Gehäuse im Bereich der Schmalkanten verschieblich in Längsrichtung der Schmalkanten gelagert. Vorzugsweise weisen die Längskanten zumindest eine Länge von 1,5 m und die Schmalkanten zumindest eine Länge von 0,3 m auf.
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Die Lamellen weisen vorzugsweise eine Dicke auf, die in einem Bereich von zumindest 1 cm bzw. zumindest 2 cm bzw. zumindest 5 cm liegt. Je dünner die Lamellen sind, desto mehr Lamellen können vorgesehen werden und dadurch wird eine größere schalldämpfende Oberfläche bewirkt. Bei sehr dünnen Lamellen kann jedoch die Fähigkeit zur Schallabsorption gering sein, weshalb eine gewisse Mindestdicke bevorzugt wird. Die Dicke der Lamellen ist vorzugsweise nicht größer als 25 cm bzw. nicht größer als 20 cm bzw. nicht größer als 15 cm bzw. nicht größer als 10 cm. Grundsätzlich gilt, dass je dicker eine Lamelle ist, desto besser ist deren Schalldämpfung, wobei ab einer gewissen Dicke keine Steigerung der Schalldämpfung mehr erfolgt. Diese Dicke und generell die Dicke der Lamelle hängt von der Festigkeit und Porosität des Materials ab und ist innerhalb der oben erläuterten Grenzen geeignet zu wählen. Hierbei kann auch eine Abstimmung auf ein Frequenzband, welches besonders gedämpft werden soll, erfolgen.
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Lamellen mit den genannten Abmessungen sind geeignet Wellenlängen im Frequenzbereich bis zu in etwa 160 Hz bis 230 Hz und auch kürzere Wellenlängen zu dämpfen, sodass dieser Frequenzbereich dadurch besonders effektiv gedämpft werden kann.
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Die Lamellen können im Bereich der Schmalkanten mit einer Gleitschiene versehen sein.
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Die Gleitschiene ermöglicht es, die Lamellen effektiv und schnell aus dem Wärmepumpenmodul zu verschieben, sodass der Wartungsbereich freigelegt werden kann. Dadurch lässt sich das Wärmepumpenmodul kostengünstig und einfach warten, obwohl es trotz kompakter Ausgestaltung mittels großer Lamellen sehr gut schalldämpfend ist
Am Gehäuse kann für jede Gleitschiene ein Führungselement vorgesehen sein. Dadurch wird die jeweilige Gleitschiene linear geführt, sodass die Lamellen lösbar am Gehäuse und/oder nach außen verschiebbar am Gehäuse angeordnet sind.
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Die Gleitschienen können Bestand eines die jeweiligen Lamellen vollständig umschließenden Rahmens sein.
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Ein solcher Rahmen bietet den Vorteil, dass die Lamellen stabil sind und sie bei einer Verschiebung und oder einem Lösen aus dem Gehäuse ihre Form behalten. Beim Wiedereinsetzen in das Gehäuse ist somit weniger Aufwand erforderlich.
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Ein solches Führungselement bietet den Vorteil, dass die Lamellen zur Freilegung des Wartungsbereichs nicht angehoben werden müssen und damit mit geringer Kraft von einer Person verschiebbar sind. Wiederum kann der Wartungsbereich mit Hilfe des Führungselements noch einfacher freigelegt werden, wodurch eine einfache Wartung des Wärmepumpenmoduls ermöglicht wird und der vorgesehene, durch die Kaltbereichstür zugängliche Kontrollbereich, sehr schmal ausgeführt werden kann.
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Die Lamellen können einzeln oder in Gruppen von insbesondere nicht mehr als neun bzw. nicht mehr als fünf bzw. nicht mehr als drei Lamellen verschieblich oder lösbar ausgebildet sein. In einer Gruppe von Lamellen sind diese unlöslich miteinander verbunden, sodass sie eine bauliche Einheit bilden.
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Eine "lösbare Verbindung" ist eine Verbindung, welche zerstörungsfrei gelöst und wiederhergestellt werden kann. Eine materialschlüssige Verbindung, wie z.B. eine Schweiß-, Niet- oder Lötverbindung ist keine lösbare Verbindung.
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Eine einzelne Lamelle oder eine Gruppe von z.B. nicht mehr als drei bzw. vier bzw. fünf bzw. sechs bzw. sieben bzw. acht bzw. neun Lamellen können damit von außen aus dem Gehäuse gelöst oder verschoben werden. Dadurch, dass eine Lamelle ein vergleichsweise geringes Gewicht zu der Gesamtheit der Lamellen hat, ist es möglich, dass die Lamellen einzeln oder in Gruppen von nicht mehr als drei Lamellen von einzelnen Personen handhabbar sind.
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Durch die Lösbarkeit können die Lamellen wiederholt zerstörungsfrei vom Gehäuse entnommen oder ins Gehäuse eingesetzt werden. Weiterhin bietet eine lösbare Verbindung den Vorteil, dass für die Montage bzw. Demontage kein großer Aufwand nötig ist, da kein Materialschluss wie beim Nieten bzw. Löten bzw. Schweißen vorliegt.
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Herkömmliche Absorber sind zumeist aus Mineralwolle, welche mit einem Schutzvlies umwickelt ist, ausgestaltet.
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Vorzugsweise ist eine Lamelle aus zumindest zwei Schichten ausgebildet.
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Die Lamellen können eine äußere Schicht aufweisen, die aus einem Kunststoffschaum, insbesondere geschlossenzelligem Kunststoffschaum bzw. Partikelschaum ausgebildet ist. Die äußere Schicht kann eine perforierte oder aufgeraute Oberfläche aufweisen.
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Dieser Kunststoffschaum dient als Absorbermaterial, durch die Geschlossenzelligkeit ist der Kunststoffschaum wasserbeständig und es muss kein Regenschutz oder Wetterschutz für die Lamellen zusätzlich am Gehäuse angebracht werden.
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Ein solche perforierte Oberfläche ist bspw. aus dem Dokument
EP 2524788 A1 bekannt. Dabei ist ein zunächst geschlossenzelliger Kunststoffschaum durch ein Verfahren soweit perforiert worden, dass die zunächst geschlossen Zellen untereinander verbunden und nach außen hin geöffnet sind. Die perforierte Oberfläche kann auch als sog. Mikroperforation ausgebildet sein.
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Zwischen zwei Schichten aus Kunststoffschaum kann ein Blech angeordnet sein.
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Das Blech weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,3 bis 3 mm auf.
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Der Kunststoffschaum weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 2 cm bzw. 2,5 cm bis 6 cm auf.
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Vorzugsweise sind eine erste Kunststoffschaumschicht, ein erstes Blech, eine zweite Kunststoffschaumschicht, ein zweites Blech und eine dritte Kunststoffschicht aneinanderliegend angeordnet.
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Die Anordnung von Kunststoffschaum unmittelbar am Blech anliegend ist besser schalldämpfend als lediglich eine Schicht aus Kunststoffschaum. Diese Anordnung entspricht in etwa der Struktur eines Breitband-Kompakt-Absorbers. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der Absorptionsgrad der schalldämpfenden Lamellen über ein breites Frequenzband in etwa gleich hoch ist.
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Eine Kunststoffschaumschicht mit einer Dicke von 2 bis 6 cm weißt eine gute Absorptionseigenschaft im Bereich von mittelhohen bis hohen Schallfrequenzen auf. Der Bereich der mittelhohen bis hohen Schallfrequenzen erstreckt sich von ca. 250 Hz bis 4kHz. Um auch Schall in einem Frequenzbereich von ca. 50 Hz bis 250 Hz effektiv zu dämpfen ist ein Blech an die Kunststoffschaumschicht angeformt. Somit kann Schall im Frequenzbereich von ca. 50 Hz bis 5 kHz gleichmäßig effektiv gedämpft werden.
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Die oben beschriebene Schichtung ist für die Anwendung als schalldämpfende Lamelle in einem Wärmepumpenmodul besonders geeignet, da eine Lamelle mit zwei Blechen und drei Kunststoffschaumschichten mit entsprechender Dicke den Schall, den das Ausblasen und Ansaugen der Luft verursacht, effektiv dämpfen und dabei ein Gewicht aufweisen, welches gering genug ist, um die Lamellen einfach zu verschieben oder zu handhaben.
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Die Lamellen können einen inneren Kern, welche aus einem Faserdämmstoff, insbesondere Mineralwolle oder biologischen Fasern, wie zum Beispiel Holzfasern, Flachs, Cellulosefasern, Schilf oder Kokosfasern ausgebildet ist, aufweisen.
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Ein solcher innerer Kern bietet eine gute schalldämmende Wirkung bei geringen Herstellungskosten.
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An der Innenseite der Anordnung von Lamellen kann sich für den Schutz vor dem Eindringen von Kindern, Kriechtieren, Mäusen, Vögeln, bzw. für den Vandalismusschutz noch ein Maschengitter / Insektenschutzgitter befinden. Auf der Ausblaseseite (bei den kurzen kleineren Lamellen, die zu Paketen zusammengefasst sein können), kann ein Maschengitter auf der Rückseite des Pakets befestigt sein.
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Die großen Schalldämpferlamellen auf der Ansaugseite werden jedoch bevorzugt aufgrund der Handlichkeit einzeln ein- und ausgebaut. Das Maschengitter ist lösbar an einigen der Schalldämpfer befestigt. Dieses kann jedoch mittels lösbarer Verbindungen vom Wartungsgang von innen gelöst werden, damit die Lamellen einzeln herausgenommen werden können.
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Das Wärmepumpenmodul ist vorzugsweise für Wärmepumpenleistungen von zumindest 15 kW bzw. 20 kW bzw. 35 kW ausgelegt.
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Eine einzelne Luft-Wärmepumpe hat eine Nennleistung von zumindest 15 kW bzw. 20 kW bzw.35 kW. In der Regel werden zwei oder drei dieser Luft-Wärmepumpen zusammengeschaltet, sodass Leistungen zwischen 20 und 105 kW je Wärmepumpenmodul realisiert werden. Damit lassen sich Mehrfamilienhäuser oder Bürogebäude effizient und nachhaltig mit Energie versorgen. Mehrere Wärmepumpenmodule können zu Leistungen über 105 kW zusammengeschaltet werden.
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Das Gehäuse weist vorzugsweise die Maße eines genormten Containers auf oder kann aus einem solchen genormten 9-, 10-, 12-,20, 24- oder 30-Fuß-Container ausgebildet sein.
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Die Unterbringung des Wärmepumpenmoduls in einem genormten Container bietet den Vorteil, dass solche Container wegen der hohen Nachfrage kostengünstig verfügbar sind. Des Weiteren bietet ein genormter Container auch den Vorteil eines einfacheren Transports zum Bestimmungsort, da Transportunternehmen über Erfahrung mit dem Transport genormter Container und entsprechende Transportmittel verfügen. Weiterhin ist das Eigengewicht eines Containers geringer als bei Betoneinhausungen oder ähnlichen Einhausungen, sodass das Wärmepumpenmodul insgesamt weniger Gewicht aufweist und somit zum Transport geeignet ist.
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Vorzugsweise ist ein Verstärkungsrahmen an der Unterseite des Containers befestigt.
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Der Verstärkungsrahmen schließt vorzugsweise bündig mit der Umrandung bzw. dem Rand des Containers ab. Durch den Verstärkungsrahmen wird die Verwindungssteifigkeit des Containers erhöht und der Container stabiler und kann hohen Traglasten standhalten. Hiermit ist es möglich einen Standardbürocontainer anstatt eines Lastencontainers zu verwenden. Ein Standardbürocontainer kann sehr einfach zu einem Wärmepumpenmodul umgestalte werden. Mit einem Verstärkungsrahmen ist es auch möglich, dass der Container auf einem Untergrund wie Kies ohne ein ortsfestes Fundament aufgestellt werden kann.
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Der Verstärkungsrahmen kann zudem Maßnahmen für die Verwendung von Propan-Wärmepumpen beinhalten. Durch den Gitterboden kann es im Fall eines Defekts bzw. einer Leckage einer Wärmepumpe zu einem Abfluss und Ansammeln der Kältemittels im Bodenbereich kommen. Um jedoch keine explosionsgefährliche Senke bzw. Wanne zu bilden, gibt es im Rahmen entweder Ablaufschlitze, Ablauföffnungen bzw. vorzugsweise Stahl-Formrohre mit verschiedenen Höhen, wodurch sich Entleerungsfugen am unteren Ende ergeben. Vorzugsweise haben die äußeren langen Träger eine andere Höhe von z.B. 12 cm als die kurzen Querträger (z.B. nur etwa 10 cm). Die Träger sind jedoch alle an der Oberkante bündig. Dadurch ergibt sich an der Unterseite einen Absatz bzw. Schlitz von z.B. 2 cm, wodurch eine Unterspülung bzw. ein Auslaufen des Propans gewährleistet wird.
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Für das Fixieren der Lamellen am Gehäuse kann eine Fixiereinrichtung vorgesehen sein.
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Die Fixiereinrichtung kann in einer Schraubverbindung, einem Schnellspann-Verschluss oder einer anderen gesicherten Verbindung stehen. Eine solche Fixiereinrichtung verhindert das einfache Herauslösen ohne Werkzeug und ohne Fachkenntnisse von einzelnen Lamellen. Dadurch ist das Wärmepumpenmodul vor Vandalismus-Angriffen geschützt.
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Die Fixiereinrichtung kann eine Fixierleiste umfassen, welche sich entlang mehrerer Lamellen erstreckt, sodass mit dem Fixieren der Fixierleiste mehrere Lamellen fixiert sind.
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Die Fixierleiste kann sich auch über alle Lamellen erstrecken. Somit muss dank der Fixierleiste nur eine lösbare Verbindung wie beispielsweise eine Schraubverbindung, Schnellspannverbindung oder eine gesicherte Verbindung gelöst werden, um die Lamellen aus dem Gehäuse herauslösen zu können. Hierdurch wird der Aufwand zum Lösen der Fixiereinrichtung minimiert.
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Im Gehäuse können in einem Abschnitt die Wärmepumpe und die die Lamellen umlaufende Schalldämpfungseinrichtung(en) und im anderen Abschnitt des Gehäuses ein Speicher für ein Wärmemedium, Pumpen und zumindest ein Teil der Steuereinrichtung angeordnet sein.
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Dadurch, dass der Speicher für ein Wärmemedium, die Pumpen und zumindest ein Teil der Steuereinrichtung mit im Wärmepumpenmodul angeordnet sind, ist eine Vorfertigung möglich, sodass das Wärmepumpenmodul vom Ort der Fertigung zum Betriebsort transportiert und dort einfach aufgestellt und von außen an ein Gebäude, insbesondere Mehrfamilienhaus, angeschlossen werden kann. Somit werden lediglich die Versorgungsleitungen aus dem Gebäude heraus gelegt und eine Installation wie in einem klassischen Heizungskeller kann wegfallen. Durch die Vorfertigung lässt sich einen solches Wärmepumpenmodul sehr einfach und schnell nachrüsten oder auch austauschen.
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Die Strömungselemente weisen vorzugsweise zum Ansaugen Lamellen auf welche senkrecht zu einer Seitenfläche des Gehäuses angeordnet sind.
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Durch die senkrechte Anordnung beim Ansaugen entstehen sehr geringe Druckverluste durch die Lamellen und es ist möglich, die Ansaugfläche vergleichsweise klein auszubilden. Insbesondere bei der Bereitstellung des Wärmepumpenmoduls in einem Container ist nur begrenzter Platz vorhanden, welcher durch die senkrechte Anordnung der Lamellen zu einer Seitenfläche des Gehäuses am effektivsten ausgenutzt wird.
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In der Regel ist das Wärmepumpenmodul so angeordnet, dass die Umgebungsluft an der zum Gebäude weisenden Seite des Wärmpumpenmoduls angesaugt wird. Bei der Aufstellung der Wärmepumpe nahe einer Hauswand wird der Schall, der durch das Ansaugen entsteht, von der Hauswand reflektiert, sodass sich der Schalldruck um etwa 3 dB(A) erhöht. Diese Erhöhung hat auch Auswirkungen auf die gebäudeabgewandte Seite . Deshalb muss der Schall in der Nähe des Gebäudes sehr gut gedämpft werden und die Lamellen sind auf dieser Seite vorzugsweise größer als an der Ausblasseite ausgebildet.
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Vorzugsweise weisen die Strömungselemente zum Ausblasen Lamellen auf, welche senkrecht oder geneigt zu der Seitenfläche verlaufen, an der sie angeordnet sind.
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Die Strömungselemente zum Ausblasen sind zumeist weg vom Gebäude angeordnet, sodass sich der Schall, welcher durch diese Strömungselemente auftritt, weg vom Gebäude ausbreitet. Deshalb wirkt sich dieser Schall weniger belastend auf die sich im Gebäude aufhaltenden Personen aus. Dadurch ist es möglich, die Strömungselemente zum Ausblasen mit kürzeren Lamellen, die weniger effektiv dämpfen, auszustatten.
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Das Gehäuse kann eine wasserdurchlässige Bodenfläche, insbesondere einen Gitterboden zur Ableitung von Kondenswasser aufweisen.
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Vorzugsweise ist zwischen den Strömungselementen zum Ansaugen und Ausblasen ein Trennelement bzw. Trennwand angeordnet, sodass eine Separierung zwischen angesaugter und ausgeblasener Luft vorliegt, welche auch verhindert, dass sich Schall von der einen Seite aus auf die andere überträgt Die Trennwand ist vorzugsweise zusätzlich aus schallabsorbierenden Materialien ausgebildet, wie z.B. aus dem gleichen oder ähnlichem Material wie die Schalldämpfer.
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Durch die Trennwand zwischen Ansaug- und Ausblas-Seite entsteht kein Luftkurzschluss und auch keine Schallübertragung über die Flanken. Dadurch erhöht sich auch die Effizienz der Wärmepumpe. Die Trennwand kann abnehmbar für Wartungsarbeiten ausbildet sein.
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Vorzugsweise ist eine Heizschicht zum Abtauen von vereisten Lamelle vorgesehen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Schalldämpfungswirkung auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufrecht erhalten werden kann. Die Heizschicht kann als vollflächige elektrisch leitende Schicht oder aus Bahnen eines elektrischen Leiters ausgebildet sein, welche bspw. Mäanderförmig verlaufen.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Enteisen von schalldämpfenden Lamellen mit einer Luft-Wärmepumpe möglich. Die Wärme eines Heizmediums über einen Verdampfer an die Umgebungsluft abgeben wird, sodass die schalldämpfenden Lamellen abgetaut werden.
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Dieses Verfahren wird auch angewendet um die Wärmepumpe selbst zu enteisen. Es handelt sich sozusagen um einen Rückwärtsbetrieb der Wärmepumpe. Dieser Rückwärtsbetrieb kann zeitlich durch die Steuerungseinrichtung der Wärmepumpe verlängert werden, sodass mehr warme Luft aus einem Ventilator der Wärmepumpe ausgeblasen wird, diese warme Luft die Lamellen anströmt und diese somit enteist werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Enteisen von schalldämpfenden Lamellen in einem Gehäuse, insbesondere in einem oben erläuterten Wärmepumpenmodul vorgesehen, wobei im Gehäuse ein Lufterhitzer zum Erwärmen von Luft betrieben wird, sodass erwärmte Luft zu den Lamellen gelangt und die schalldämpfenden Lamellen abgetaut werden.
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Die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Enteisung dienen der Sicherstellung der schalldämpfenden Wirkung der Lamellen. Eine Schicht aus Eis würde das Eindringen der Schallwellen in das Absorbermaterial der Lamellen behindern und dadurch die Schalldämpfungswirkung negativ beeinflussen.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Diese zeigen in:
- Figur 1
- eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einem erfindungsgemäßen Wärmpumpenmodul in einer ersten Ausführungsform,
- Figur 2
- eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einem erfindungsgemäßen Wärmpumpenmodul in einer ersten Ausführungsform mit dargestellten Wartungszugängen,
- Figur 3
- eine schematisch perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einem erfindungsgemäßen Wärmpumpenmodul in einer ersten Ausführungsform,
- Figur 4
- eine perspektivische Darstellung von erfindungsgemäßen Lamellen mit einer Fixiereinrichtung in einer ersten Ausführungsform,
- Figur 5
- eine perspektivische Darstellung von erfindungsgemäßen Lamellen mit einer Fixiereinrichtung in einer zweiten Ausführungsform,
- Figur 6
- a) eine perspektivische Darstellung eines Stahlverstärkungsrahmens b) mit einem erfindungsgemäßen Container,
- Figur 7
- a) eine perspektivische Darstellung es erfindungsgemäßen Gerüsts, b) welches mit Hydraulikelementen und sonstigen Funktionselementen bestückt ist,
- Figur 8
- schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls,
- Figur 9
- eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen schalldämpfenden Lamelle, und
- Figur 10
- einen Vergleichsplot von Messungen des Schalldruckpegels in 3 Meter Entfernung zum Ventilator einer Wärmepumpe über einen Frequenzbereich von 63 bis 10000 Hz mit erfindungsgemäßen schalldämpfenden Lamellen und ohne Lamellen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmepumpenmoduls 1, eines Gehäuses 4 und eines Wärmepumpenspeichermoduls erläutert. Das Wärmepumpenmodul 1 umfasst ein oder mehrere Luft-Wärmepumpen 2, Strömungselemente 3 und ein Gehäuse 4 (Figur 1).
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Die Luft-Wärmepumpe 2 ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe 2. Es kann auch eine Luft-Luft-Wärmepumpe verwendet werden. Die Luft-Wärmepumpe wird im Folgenden auch als Wärmepumpe 2 oder als Luft-Wasser-Wärmepumpe 2 bezeichnet.
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Das Gehäuse 4 weist vier Seitenwände, eine ansaugseitige Längsseitenfläche 12, eine ausblasseitige Längsseitenfläche 15 und zwei Stirnwände 17, 19 auf. Das Gehäuse weist einen Kaltbereich 10, in dem sich die eine oder die mehreren Luft-Wärmepumpen 2 befinden, und einen Warmbereich 5 auf, in dem ein von den Luft-Wärmepumpen 2 temperiertes Medium vorgehalten und aufbereitet wird.
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Die ansaugseitige Längsseitenfläche 12 und die ausblasseitige Längsseitenfläche 15 sind im Kaltbereich derart ausgebildet, dass Luft von einer Ansaugseite 14 zu einer Ausblasseite 16 (Figur 1) durch sie hindurch strömen kann, wobei dieser Luftstrom von den Luft-Wärmepumpen 2 zum Tauschen von Wärme genutzt wird. Diese durchströmbare Ausgestaltung der Seitenwände 12, 15 wird unten noch näher erläutert.
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Im Warmbereich ist an der ansaugseitigen Längsseitenfläche 12 eine Warmwartungstür 13, insbesondere doppelflügige Warmwartungstür 13 angeordnet, welche einen Zugang zum Warmbereich 5 erlaubt. Die Wartungstür 13 kann auch durch zwei einzelne Türen ausgeführt sein. Im Warmbereich 5 sind ein Trinkwassererwärmer 6, ein Pufferspeicher 7, ein Druckausdehnungsgefäß 8, eine Elektrokomponenteneinrichtung 9 und sonstige Fluidleitungen und deren Ventile, Komponenten, wie bspw. Schmutzabscheider, Messeinrichtungen etc., und Verzweigungen angeordnet. In alternativen Ausführungsformen weist der Warmbereich 5 keinen Trinkwassererwärmer 6 auf.
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Der Warmbereich 5 ist durch die Trennwand 11 vom Kaltbereich 10 getrennt, damit durch den Warmbereich 5 keine Luft strömt. Die Trennwand 11 ist als ein Panel ausgebildet, welches ein wärmedämmendes Material umfasst, wie zum Beispiel Flachs, Schaumstoff, bevorzugt PU (Polyurethan), Cellulosefasern oder aus einem anderen wärmeisolierenden Material. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Warmbereich 5 auch entlang der Stirnwand 19 und im Bereich der beiden Längsseitenflächen 12, 15 und der Trennwand 11 mit einer thermischen Isolationsschicht 53 ausgekleidet.
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Am Kaltbereich 10 ist die Stirnwand 17 angeordnet, die sich zur Trennwand 11 gegenüberliegend befindet. Die Stirnwand 17 weist eine Wartungstür 18 auf, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Tür mit einem einzigen Türblatt ist. Diese Wartungstür wird im Folgenden als Kaltwartungstür 18 bezeichnet. In alternativen Ausführungsformen weist die Stirnwand 17 keine Wartungstür 18 auf.
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Im Kaltbereich 10 sind entlang der Längsseitenfläche 12 an der Ansaugseite 14 Ansauglamellen 20 angeordnet. Die Längsseitenfläche 15 ist im Kaltbereich 10 an der Ausblasseite 16 durch Ausblaslamellen 21 ausgebildet (Figur 1, 3).
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Das Gehäuse 4 ist aus einem genormten Container 22 ausgebildet. Der genormte Container 22 ist ein 8- bzw. 10- bzw. 12- bzw. 20- bzw. 24- bzw. 30-Fuß-Container. In einer alternativen Ausführungsform kann das Gehäuse 4 auch durch ein Metallgerüst bzw. Stahlgerüst mit Sandwichplatten ausgebildet sein, wobei das Gehäuse 4 keiner Containernorm entsprechen muss. Die Ausgestaltung des Gehäuses 4 entsprechend einem genormten Container erlaubt einen einfachen und kostengünstigen Transport des Wärmepumpenmoduls, weshalb eine solche Ausgestaltung bevorzugt ist.
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Der Container 22 weist einen Verstärkungsrahmen 23 auf, welcher an einer Bodenwandung 24 angeordnet ist (Fig. 6b). Der Verstärkungsrahmen 23 ist aus Stahlformrohren ausgebildet, die zumindest 8 cm bzw. 10 cm bzw. 12 cm bzw. 14 cm bzw. 16 cm hoch und/oder breit sind. Die Stahlformrohre sind parallel zur und/oder entlang der Längsseitenfläche 12 und parallel und/oder entlang zur Stirnwand 17 angeordnet, sodass sie zu einem geschlossenen Rahmen zusammenschweißbar sind. Je mehr Stahlformrohre 55 vorgesehen sind, desto besser kann das Gewicht des Containers 22 auf die Standfläche verteilt werden. Der Verstärkungsrahmen 23 ist mit dem Container 22 formschlüssig bspw. durch Schweißen verbunden. Der Verstärkungsrahmen 23 ist verzinkt, um vor Korrosion geschützt zu sein. Weiterhin ist der Verstärkungsrahmen 23 so ausgebildet, dass er bündig mit der äußeren Umrandung des Containers abschließt.
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Zudem weist der Verstärkungsrahmen 23 Hebepunkte 56 auf, damit der Container 22 mit dem Verstärkungsrahmen 23 angehoben werden kann, ohne Stabilität einzubüßen (Fig. 6a). Die Hebepunkte 56 sind als Schlaufen aus einem rostfreien Material ausgebildet und sind angeschweißt oder verschraubbar mit dem Stahlverstärkungsrahmen 23 durch ein Innengewinde 67. Durch die Hebepunkte 36 verringert sich die Belastung auf die Kanten des Containers 22 bei einem Hebevorgang von oberhalb des Containers 22. Ein solcher Hebevorgang von oberhalb kann mit einem Hebezeug 68, wie es in Fig. 6b, dargestellt ist, ausgeführt werden.
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Durch die Verwendung des Verstärkungsrahmes 23 ergibt sich der Vorteil, dass ein Standard-Büro-Container, welcher nur für geringe Traglasten belastbar ist, durch den tragfähigen Stahlrahmen kein Flächenfundament, wie bspw. Ortbeton oder ein Betonfertigteil am Aufstellort, benötigt und ein verdichteter z.B. kiesiger Untergrund ausreichend ist.
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Es ist auch denkbar, dass in diesem Verstärkungsrahmen 23 auch absorbierende oder anderwärtige Schallschutzmaßnahmen ergriffen werden (z.B. absorbierendes Schallmaterial zwischen den Trägern), sodass im Bodenbereich eine schalldämpfende Fläche ohne Reflexionen entsteht.
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Die Bodenwandung 24 ist zur Ableitung von Kondenswasser wasserdurchlässig als Gitterboden ausgebildet. Es ist auch möglich, Öffnungen zur Ableitung des Kondenswassers in eine geschlossene Bodenwandung 24 des Containers 22 einzuschneiden.
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Das Gehäuse 4 weist auch eine Deckenwandung (nicht dargestellt) auf.
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Im Kaltbereich 10, der in Kontakt mit der Umgebungsluft steht, sind zwei parallel geschaltete Monoblock-Luft-Wasser-Wärmepumpen 2 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen ist es auch möglich, in Reihe geschaltete bzw. kaskadierte Luft-Luft-bzw. Luft-Wasser-Wärmepumpen 2 vorzusehen. Es ist als Alternative auch denkbar, Split-Wärmepumpen 2 einzubauen, wobei die Inneneinheit der Split-Wärmepumpe 2 im Warmbereich 5 untergebracht sein kann.
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Die Leistung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe 2 eines erfindungsgemäßen Wärmepumpenmoduls 1 liegt in der Regel bei zumindest 15 kW bzw. zumindest 20 kW bzw. zumindest 35 kW. Mehrere Luft-Wärmepumpen 2 können im Wärmepumpenmodul 1 derart zusammengeschaltet sein, dass Leistungen zwischen 15 kW und 105 kW bereit gestellt werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Gesamtleistung der zwei Luft-Wasser-Wärmepumpen 2 bei ca. 40 kW, somit beispielsweise können bei einer gewollten Temperatursteigerung von 5 K bzw. 5°C 7 m3/h Wasser oder bei einer gewollten Temperatursteigerung von 10 K bzw. 10°C 3,5 m3/h Wasser erwärmt werden. .Das temperierte Wärmemedium wird dann mittels einer Versorgungsleitung 26 in den Warmbereich 5 überführt.
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Eine jede der Wärmepumpen 2 umfasst vier grundlegende Bestandteile. Diese vier Bestandteile sind ein Verdampfer, ein Kompressor, ein Kondensator und ein Expansionsventil. Der Verdampfer der Wärmepumpe 2 absorbiert Wärme aus der Umgebungsluft, die ihm durch Strömungselemente 3, die auf der Ansaugseite 14 einen Ansaugventilator 27 umfassen, zugeführt wird. Der Ansaugventilator 27 ist im vorliegendem Ausführungsbeispiel in ein Gehäuse der Wärmepumpe 2 integriert.
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Durch Absorption verdampft ein sich in der Wärmepumpe 2 befindliches Kältemittel, wie z.B. Propan R290 bzw. andere Derivate oder Kohlenstoffdioxid, und nimmt dabei die Wärmeenergie der Umgebungsluft auf. Im Kompressor wird das gasförmige Kältemittel verdichtet. Dies führt zu einem Anstieg von Druck und Temperatur des Kältemittels. Anschließend gelangt das heiße, komprimierte Kältemittel in den Kondensator und gibt dort über einen ersten Wärmetauscher seine Wärme an das Wärmemedium ab. Das hier verwendete Wärmemedium ist Wasser. Bei der Wärmeabgabe verdichtet oder kondensiert sich das Kältemittel wieder in eine Flüssigkeit. Das flüssige Kältemittel wird durch das Expansionsventil geleitet, was zu einer Senkung des Drucks und der Temperatur des Kältemittels führt. Dadurch ist es möglich, den Kreislauf wieder von vorne zu starten.
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Die Umgebungsluft, aus welcher die Wärme vom Verdampfer absorbiert wird, wird von einem Ausblasventilator 28 an der Ausblasseite 16 wieder ausgeblasen. Der Ausblasventilator 28 kann in das Gehäuse integriert sein. Es kann auch nur entweder eine Ansaugventilator 27 oder ein Ausblasventilator 28 vorgesehen sein.
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Der Ansaugventilator 27, der Ausblasventilator 28, die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 bilden die wesentlichen Komponenten der Strömungselemente 3, mit welchen die Umgebungsluft durch die Wärmepumpen 2 hindurch geleitet wird.
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Zwischen der Deckenwandung und der Bodenwandung 24 ist im Kaltbereich 10 ein Trennelement 25 zwischen der Ansaugseite 14 und der Ausblasseite 16 angeordnet, sodass eine Separierung zwischen angesaugter und ausgeblasener Luft vorliegt. Das Trennelement 25 befindet sich im Bereich der Wärmepumpen 2 und umschließt diese. Das Trennelement 25 ist ein plattenförmiges Element, das zu Wartungszwecken abnehmbar ausgestaltet ist. Das Trennelement 25 ist aus einem schallabsorbierenden Material ausgebildet oder damit verkleidet. Alternativ umschließt das Trennelement 25 nicht die gesamte Wärmepumpe 2 oder die Wärmepumpen 2, sondern bildet ist nur in einem Bereich so ausgebildet, dass der Großteil des Luftaustausches zwischen Ansaugseite 14 und Ausblasseite 16 verhindert wird. Durch das Trennelement 25 ist der Kaltbereich in zwei Räume unterteilt.
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Das von der Wärmepumpe 2 temperierte bzw. erhitzte Wärmemedium wird über die Versorgungsleitung 26 durch die Trennwand 11 in den Warmbereich 5 überführt.
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Im Warmbereich 5 ist ein Rohrleitungssystem 29 zum Transport des Wärmemediums angeordnet. Innerhalb des Rohrleitungssystems 29 Erhitzen ist ein Umschaltventil 30 angeordnet, welches das Wärmemedium in Abhängigkeit von seiner Temperatur und/oder weiteren Steuerparametern in einen Heizkreislauf oder einen Trinkwassererwärmungskreislauf speist. In einer Ausführungsform ohne Trinkwassererwärmungskreislauf 32 ist kein Umschaltventil 30 vorgesehen.
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Der Heizkreislauf 31 umfasst zumindest ein Druckausdehnungsgefäß 8 und einen Pufferspeicher 7. Das Wärmemedium aus dem Heizkreislauf 31 ist mit einem Heizsystem im Gebäude verbunden. Dazu weist der Heizkreislauf 31 weitere Heizungskomponenten, wie beispielsweise Entlüftungs-, Entschlammungs-, Sicherheitsventile, Absperrarmaturen und Spülarmaturen auf.
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Zum Betrieb des Heizkreislaufs und des Trinkwassererwärmungskreislaufs sind Elektrokomponenten und ein Schaltschrank 33 im Warmbereich 5 angeordnet.
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Der Trinkwassererwärmer 6 oder das Wärmetauscherbehältnis 6 umfasst einen Speicher 71, der auch mit einem Fassungsvermögen von zumindest 500 I, insbesondere zumindest 1000 l bzw. zumindest 2000 I. Im Trinkwassererwärmer 6 sind zumindest ein erstes Wellrohr 34 und ein zweites Wellrohr 35 als Wärmetauscher angeordnet. Die Wellrohre 34 und 35 sind parallel geführt. Zu erhitzendes Trinkwasser fließt durch die Wellrohre und nimmt über die Oberflächen der Wellrohre die Energie bzw. Wärme des im Speicher gespeicherten Wärmemediums auf. An Stelle der Wellrohre kann auch in anderer Wärmetauscher vorgesehen sein. Die Wellrohere 34, 35 können so angeordnet sein, dass sie separat aus dem Trinkwasserbehälter 6 geführt sind . (Fig, 8) Dadurch können die Wellrohre 34, 35 separat betrieben werden.
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Die Zuleitungen zu den Wellrohren 34, 35 können in einer ersten Ausführungsform mit Ventilen versehen sein, um sie für Wartungsarbeiten während des Betriebs separat ansteuern zu können.
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In einer zweiten Ausführungsform sind flexible Zuleitungen zu den Wellrohren 34,35 ohne Ventile vorgesehen. Die flexiblen Zuleitungen können bspw. aus weiteren Wellrohren oder flexiblen Schläuchen ausgebildet sein. Diese flexiblen Zuleitungen erlauben einerseits den Ausgleich von Toleranzen, zumal diese Module oftmals unterschiedlich konfiguriert werden, sodass unterschiedlich große Komponenten verwendet werden. Dies kann einfach mit den flexiblen Zuleitungen ausgeglichen werden. Weiterhin sind Wartungsarbeiten, wie z.B. Entkalken, an den Wellrohren 34,35 nur in sehr langen Zeiträumen von z.B. 3 bis 15 Jahren notwendig. Da die Zuleitungen flexibel sind, können sie vom Wärmetauscher getrennt mit einem Stopfen verschlossen werden und so außer Betrieb genommen werden. Auch hierdurch ist eine separate Ansteuerung der Wellrohre 34,35 notwendig und die Kosten für die Ventile, die ansonsten nur sehr selten gebraucht werden, werden eingespart. Um eine der flexiblen Zuleitungen mit einem Stopfen abzuschließen, muss lediglich kurzzeitig ein ohnehin vorhandenes Hauptventil, das die gesamte Trinkwasseraufbereitung betrifft, geschlossen werden.
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Der Trinkwassererwärmer 6 weist eine Oberseite 72 und eine Unterseite 73 auf (Fig. 8). Erkaltetes Wärmemedium, welches sich unten im Trinkwassererwärmer 6 befindet, wird zum erneuten Erhitzen der Wärmepumpe über einen Abfluss 74 zugeführt. Der Abfluss 74 ist an der Unterseite 73 des Trinkwassererwärmers 6 angeordnet.
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Der Abfluss 74 ist als Wellrohr mit Löchern zur strömungsberuhigten Auslassung des Wassers ausgebildet. Dieser Abfluss 74 muss nicht zwingend direkt an der Unterseite 73 angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass der Abfluss 74 nur im unteren Bereich des Trinkwassererwärmers 6 angeordnet ist und die Sogwirkung zum Abfließen des Wärmemediums durch eine Abflusspumpe realisiert ist.
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Die Einbringung des erhitzten Wärmepumpen-Wärmemediums erfolgt über eine Einbringungseinrichtung 75. Die Einbringungseinrichtung 75 ist etwa in der Mitte zwischen Oberseite 72 und Unterseite 73 im Trinkwassererwärmer 6 zentral angeordnet. Diese Einbringungseinrichtung 75 ist aus einem radial umlaufenden Wellrohr mit Löchern zum strömungsberuhigtem Einfluss, welches zwischen zwei etwa kreisförmigen plattenförmigen Körpern ausgebildet ist, angeordnet. Der in Richtung der Oberseite 72 weisende plattenförmige Körper weist Löcher zur Ausströmung des Wärmepumpen-Wärmemediums nach oben auf. Der in Richtung der Unterseite 73 zeigende plattenförmige Körper weist keine Löcher auf. Die Einbringungseinrichtung 75 ist derart ausgestaltet, dass ihr Durchmesser geringer als der Durchmesser des Trinkwassererwärmers 6 ausgebildet ist, sodass zwischen der Umrandung des Trinkwassererwärmers 6 und der Einbringungseinrichtung 75 Wärmepumpen-Wärmemedium fließen kann.
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Der vorliegend beschriebene Aufbau begünstigt die Ausbildung einer Temperaturschichtung im Trinkwassererwärmer 6. Dabei befindet sich warmes Wärmepumpen-Wärmemedium oben im Bereich der Oberseite 72 und kaltes Wärmepumpen-Wärmemedium unten im Bereich der Unterseite 73.
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Von der Wärmepumpe erhitzte Wärmepumpen-Wärmemedium wird etwa auf Höhe einer mittleren Temperaturschicht durch die Einbringungseinrichtung 75 in den Trinkwassererwärmer 6 eingespeist und ordnet sich in einer entsprechenden Temperaturschicht ein, vorzugsweise steigt es nach oben. Abgekühltes Wärmepumpen-Wärmemedium fließt an der Einbringungseinrichtung vorbei nach unten zum Abfluss 74. Der untere plattenförmige Körper weist keine Löcher auf, damit keine Durchmischung im zentralen Bereich von Wärmepumpen-Wärmemedium unterschiedlicher Temperaturen stattfindet und die Temperaturschichtung erhalten bleibt.
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Für die Trinkwassererwärmung kann kaltes Wasser aus dem Trinkwassernetz durch die Wellrohre 34, 35 geleitet werden und sich durch das gespeicherte Wärmemedium im Trinkwassererwärmer 6 aufheizen. Ausgangsseitig der Wellrohre 34, 35 ist eine Zirkulationsleitung, eine Zirkulationspumpe und ein Zirkulationsanschluss 33 vorgesehen. Durch die Zirkulationsleitung ist sichergestellt, dass die Temperatur von circa 55°C, entsprechend einer gesetzlichen Norm, im Trinkwassernetz konstant gehalten wird.
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Die Wellrohre 34, 35 sind ausgangsseitig mit einen Verbrauchsanschluss 32 für erhitztes Trinkwasser verbunden, von welchem das das erhitztes Trinkwasser in die Zirkulationsleitung abgeführt wird.
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Zwischen der Ausgangsseite und der Eingangsseite der Wellrohre 34, 35 ist der Zirkulationsanschluss 33 vorgesehen. Durch den Zirkulationsanschluss 33 wird das während des Zirkulierens abgekühlte Trinkwasser wieder in die Wellrohre 34, 35 eingespeist. Diese Einspeisung ist zumindest 25% bzw. zumindest 30 % bzw. zumindest 40 % bzw. zumindest 50 % der Länge eines Wellrohrs von der Eingangsseite oder der Ausgangsseite entfernt. Das Trinkwasser der Zirkulationsleitung hat eine Temperatur von ca. 55°C und das Wasser aus dem Kaltwasseranschluss 31 hat eine Temperatur von ca. 10°C. Eine Vermischung würde bewirken, dass die Temperatur des Trinkwassers aus der Zirkulationsleitung abkühlt und mehr Energie verwendet werden müsste, um es wieder zu erhitzen. Deshalb wird das Wasser der Zirkulationsleitung an einer Stelle in die Wellrohre 34, 35 eingespeist, an der das Trinkwasser im Wellrohr ungefähr die Temperatur des Wassers aus der Zirkulationsleitung aufweist.
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Insbesondere in Mehrfamilienhäusern ist es notwendig, dass zu Stoßzeiten eine größere Menge an warmem Trinkwasser bereitgestellt wird. Zur gleichzeitigen Erhitzung des benötigten Trinkwassers können zwei oder mehrere Wärmetauscher 35 am Hygienespeicher 34 angeordnet sein. Erhitztes Trinkwasser ist über Leitungen in das zu versorgende Gebäude einzuspeisen.
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Das Wärmepumpenmodul 1 wird in der Regel so aufgestellt, dass die Leitungen zum Gebäude möglichst kurz sind und somit das Wärmepumpenmodul 1 nah am zu versorgenden Gebäude ist. Hierdurch sind die Verluste durch Leitungslängen mit 3 bis 15 m bis zum Gebäude gering.
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Das Wärmepumpenmodul 1 ist derart aufgestellt, dass die Ansaugseite 14 in Richtung des zu versorgenden Gebäudes zeigt. Die Ausblasseite 16 zeigt vom zu versorgenden Gebäude weg.
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Das Gehäuse 4 weist vier Wartungszugänge auf, mit welchen Personen 54 Zugang zum Inneren des Wärmepumpenmoduls 1 erhalten können. Ein erster Wartungsbereich 36 wird durch Warmwartungstür 13 ausgebildet. Eine Person 54 kann hierdurch die Heizungskomponenten im Warmbereich 5 warten.
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Ein zweiter Wartungszugang 37 ist durch die Kaltwartungstür 18 festgelegt. Dadurch wird ein Zugang durch die Stirnwand 17 zum Kaltbereich 10 bzw. zu den Wärmepumpen 2 ermöglicht.
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Die Ausblaslamellen 21 sind verschiebbar und lösbar am Wärmepumpenmodul 1 ausgebildet, so dass durch das Herauslösen der Ausblaslamellen 21 ein dritter Wartungszugang 38 freilegbar ist.
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Die Ansauglamellen 20 sind verschiebbar und lösbar am Wärmepumpenmodul 1 ausgebildet. Sind die Ansauglamellen vollständig lösbar, dann wird ein vierter Wartungszugang 39 durch das Herauslösen der Ansauglamellen 20 bereit gestellt.
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Durch Ansaugen und Ausblasen der Luft entsteht Schall, der durch die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 gedämpft wird.
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Die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 weisen jeweils einen in etwa plattenförmiger Dämpfungskörper 40 auf. Der Dämpfungskörper 40 ist zum Dämpfen von Schall ausgebildet. Der Dämpfungskörper 40 weist zwei gegenüberliegende Längskanten 41 und zwei gegenüberliegende Schmalkanten 42 auf. Die Längskanten 41 weisen zumindest eine Länge von 150 cm und die Schmalkanten 42 zumindest eine Länge von 30 cm auf. Vorzugsweise sind die Längskanten 41 der Ansauglamellen 20 ca. 170 cm lang und 50 cm breit. Weiterhin sind die Längskanten 41 der Ausblaslamellen 21 170 cm lang und ca. 30 cm breit.
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Sowohl die Längskanten 41 als auch die Schmalkanten 42 sind abgerundet ausgebildet, um Verletzungen zu vermeiden und den Strömungswiderstand zu verringern. Abgerundete Kanten sind auch von Vorteil, um die Ansauglamellen 20 und Ausblaslamellen 21 am Gehäuse 4 im Bereich der Schmalkanten 42 verschieblich in einer Längsrichtung 43 der Schmalkanten 42 zu lagern
Der plattenförmige Dämpfungskörper 40 weist eine Dicke 44 von zumindest 5 cm insbesondere 10 cm und vorzugsweise insbesondere zumindest 15 cm auf. Erfindungsgemäß beträgt die Dicke 44 17 cm. Je größer die Materialstärke des Dämpfungskörpers 40, desto besser werden tiefe Frequenzen von ca. 200 Hz und darunter gedämpft.
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In Figur 10 ist die Wirkung der Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 bzw. des Dämpfungskörpers für ein Wärmepumpenmodul dargestellt. Aus dem Vergleichsdiagramm ist erkennbar, dass ein Schalldruckpegel in dB(A) in drei Meter Entfernung zum Wärmepumpenmodul mit einem Schalldämpfer in Form eines Dämpfungskörpers 40 über einer Frequenz von 200 Hz zumindest 3 dB(A) und vorzugsweise etwa 9 dB(A) unter dem Schalldruckpegel ohne Dämpfungskörper liegt. Eine Verminderung des Schalldruckpegels um 3 dB entspricht in etwa einer Halbierung der Schallenergie.
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Die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 weisen im Bereich des Dämpfungskörpers 40 eine äußere Schicht auf, die aus einem Kunststoffschaum, insbesondere Partikelformschaum mit perforierter Oberfläche ausgebildet ist. In alternativen Ausführungsformen kann der Kunststoffschaum eine durch ein Verfahren herbeigeführte offenzellige Oberfläche aufweisen. Aus der
EP 2 524 788 A1 ist eine solche raue offenporige bzw. perforierte Oberfläche bekannt. Alternativ ist die Oberfläche porös ausgebildet.
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In einer Ausführungsform ist der Dämpfungskörper 40 der Ansauglamellen 20 und der Ausblaslamellen 21 schichtweise aufgebaut (Fig. 9).
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Gemäß einer Ausführungsform sind eine erste Kunststoffschaumschicht 76, ein erstes Blech 77, eine zweite Kunststoffschaumschicht 78, ein zweites Blech 79 und eine dritte Kunststoffschaumschicht 80 nebeneinander angeordnet. Diese Schichten werden nach außen hin vom Rahmen 46 umschlossen. Die Kunststoffschaumschichten 76, 78, 80 sind aus einem leichten Kunststoffschaum ausgebildet, der zumindest eine perforierte oder poröse Oberfläche aufweist. Die Schichten 76, 78, 80 weisen eine Dicke zwischen 4 bis 6 cm auf. Die Schichten 76, 78, 80 müssen nicht zwingend gleich dick ausgebildet sein, sodass eine Anpassung des Schalldämpfungsverhalten an den jeweiligen Anwendungsfall ausgestaltbar ist. Die Kunststoffschaumschichten 76 und 80 sind wie die zuvor beschriebenen äußeren Schicht ausgebildet. Die Kunststoffschaumschicht 78 ist nicht zwingend wetterresistent ausgebildet. Das erste und das zweite Bleich 77, 79 sind aus Stahl ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich die Bleche 77, 79 aus einem anderen steifen Material bspw. einer Aluminiumlegierung oder einem faserverstärkten Kunststoff auszubilden. Die Bleche 77, 79 sind im Besonderen glatt ausgebildet. Es ist auch möglich, dass die Bleche 77, 79 Löcher zur Gewichtsreduzierung aufweisen. Die Bleche 77, 79 weisen eine Dicke zwischen 0,5 bis 3 mm auf.
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Im Dämpfungskörpers 40 können die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 auch einen inneren Kern aufweisen, der aus einem anderen Material als das die Oberfläche des Dämpfungskörpers 40 ausbildenden Materials ausgebildet ist. Dieser Kern ist z.B. aus einem Faserdämmstoff, wie zum Beispiel Mineralfasern oder biologischen Fasern, ausgebildet. Mineralfasern oder biologische Fasern können Holzfasern, Flachs, Zellulosefasern, Schilf, Kokosfasern oder dergleichen sein. Die Kunststoffschaumschicht 78 ist alternativ als innerer Kern ausgebildet.
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Es ist möglich, dass der innere Kern und die äußere Schicht aus dem gleichen Material ausgebildet sind.
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Die Ansauglamellen 20 und/oder die Ausblaslamellen 21 weisen eine Heizschicht zur Enteisung auf. Diese Heizschicht ist als Begleitheizband, das sich mäanderförmig über den Dämpfungskörper 40 erstreckt, oder als ganze Schicht, aus bspw. Heizdrähten, ausgebildet. In einer Ausführungsform ist die Heizschicht in der mittleren Kunststoffschaumschicht 78 integriert, sodass die Heizschicht wettergeschützt ist (Fig.9).
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Die Ansauglamellen 20 und/oder die Ausblaslamellen 21 sind zur verschieblichen Lagerung in Längsrichtung 43 der Schmalkanten 42 ausgebildet. Dazu sind die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 mit einer Gleitschiene 45 versehen.
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Die Gleitschiene 45 ist Bestandteil eines für die jeweilige Ansauglamelle 20 oder Ausblaslamelle 21 vollständig umschließenden Rahmens 46. Der Rahmen 46 ist aus einem leichten, steifen Material, wie zum Beispiel Holz, Stahl oder Aluminium bzw. Stahl- oder Aluminiumblech mit einer Pulverbeschichtung zum Korrosionsschutz, ausgebildet. Erfindungsgemäß weist der Rahmen 46 nur ein Material auf. Es ist aber auch möglich, dass der Rahmen 46 von zwei oder mehreren Materialien ausgebildet ist, sodass beispielsweise der Bereich der Gleitschiene 45 aus einem verstärkten Material ausgebildet ist.
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Der Rahmen 46 ist aus vier Einzelteilen zusammengesetzt. In alternativen Ausführungsformen kann der Rahmen 46 auch einstückig ausgebildet sein.
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Es sind vor allem die Ansauglamellen 20 verschieblich angeordnet. Hierdurch können die Ansauglamellen weg von den Wärmepumpen 2 geschoben werden, so dass der freie Raum zwischen den Wärmepumpen 2 und den Lamellen 20 (Figur 2) vergrößert werden kann, um ihn durch die Kaltwartungstür begehen zu können und einen Raum zur Wartung der Wärmepumpen freizulegen. Der Abstand im eingeschobenen Zustand zwischen den Ansauglamellen 20 und den Wärmepumpen 2 beträgt vorzugsweise weniger als 70 cm, insbesondere weniger als 60 cm bzw. weniger als 50 cm und vorzugsweise weniger als 40 cm. Im ausgeschobenen Zustand beträgt der Abstand zwischen den Ansauglamellen 20 und den Wärmepumpen 2 zumindest 60 cm bzw. zumindest 70 cm und insbesondere zumindest 80 cm. Hierdurch ist es möglich, im Betriebszustand das Wärmepumpenmodul 1 kompakt auszubilden und für eine Wartung dennoch ausreichend Raum zum Begehen und zum Montieren und Demontieren von Bauteilen des Wärmepumpenmoduls 1 freizumachen.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ansauglamellen 20 und die Ausblaslamellen 21 optional wiederholt zerstörungsfrei aus dem Gehäuse 4 lösbar. Zum einfachen Herauslösen bzw. Wiedereinführen in das Gehäuse 4 der Ansauglamellen 20 ist am Gehäuse 4 jeweils ein Führungselement 47 zum linearen Führen einer einzelnen Lamelle in Längsrichtung 43 vorgesehen.
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Das Führungselement 47 ist aus einer nutenförmigen Ausprägung am Gehäuse 4 oder als Ausprägung einer Leiste, die am Gehäuse 4 angebracht ist, und zur Aufnahme einer der Lamellen ausgebildet ist.
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Sowohl die Ansauglamellen 20 als auch die Ausblaslamellen 21 sind an der Ansaugseite 14 bzw. Ausblasseite 16 mittels einer Fixiereinrichtung 48 am Gehäuse 4 befestigbar. Eine Fixiereinrichtung 48 umfasst eine Verbindungselement 49 und eine Fixierelement 50. Das Verbindungselement 49 ist bspw. als Schraube ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass das Verbindungselement 49 als Rast, Steck- oder Schnellschlussverbindung ausgebildet ist. Das Fixierelement 50 ist als Leiste mit einer Öffnung für die Schraubverbindung ausgebildet. Das Verbindungselement 49 und das Fixierelement 50 sind in Figur 4 dargestellt.
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In einer zweiten Ausführungsform erstreckt sich eine Fixierleiste 51 über die Ansauglamellen 20 bzw. Ausblaslamellen 21, sodass die Lamellen gemeinsam mit der Fixierleiste am Wärmepumpenmodul 1 fixierbar sind (Figur 5). Alternativ ist es auch möglich, Gruppen von Lamellen mittels jeweils mehrerer Fixierleisten 51 zu fixieren.
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Die Fixierleiste 51 ist mit einer Sicherungsvorrichtung 52, wie zum Beispiel einem Vorhängeschloss, gesichert, so dass die gesamte Vorrichtung vor Vandalismus geschützt ist.
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Die Ansauglamellen 20 sind in vertikaler Richtung angeordnet, so dass die Ansauglamellen 20 senkrecht zur Bodenwandung 24 und parallel zu den Stirnwänden 17, 19 stehen.
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Dadurch beansprucht eine Ansauglamelle 20 einen Bereich welcher zumindest 1,7 m, vorzugsweise zumindest 1,9 m und insbesondere zumindest 2 m hoch, zumindest 0,5 m, vorzugsweise zumindest 0,6 m und insbesondere zumindest 0,7 m breit ist und zumindest 17 cm tief ist..
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Die Ausblaslamellen 21 sind in vertikaler Richtung so angeordnet, dass sie senkrecht zur Bodenwandung 24 stehen und in einem spitzen Anstellwinkel α zur Stirnwand 17 stehen bzw. angeordnet sind. Der Anstellwinkel α beträgt ca. 30°. Durch die Schrägstellung weist ein durch die Ausblaslamellen 21 abgedeckter Bereich eine geringere Tiefe auf. In alternativen Ausführungsformen sind die Ausblaslamellen 21 mit einem Anstellwinkel α von ca. 0° angeordnet.
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Die Ansauglamellen 20 decken im eingeschobenen Zustand zumindest einen Teil eines Bereichs ab, der begehbar ist. Ein begehbarer Bereich zeichnet sich dadurch aus, dass eine durchschnittlich große erwachsene Person darin aufrecht gehen kann. Dieser Bereich ist zumindest 1,8 m, vorzugsweise zumindest 1,9 m und insbesondere zumindest 2 m hoch, zumindest 0,5 m, vorzugsweise zumindest 0,6 m und insbesondere zumindest 0,7 m breit und zumindest 0,3 m.
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Für die Funktion der Wärmepumpe 2 wird Umgebungsluft von einer gebäudenahen Seite durch die Strömungselemente 3 und durch die Ansauglamellen 20 an der Ansaugseite 14 der Wärmepumpe 2 zugeführt. Der Schall, welcher durch das Ansaugen der Umgebungsluft vom Ansaugventilator 27 verursacht wird, wird effektiv durch die Ansauglamellen 20 gedämpft, indem sich die Ansauglamellen 20 in vertikaler Richtung über eine Länge von etwa 170 cm erstrecken. Die Anordnung parallel zur Stirnwand 17 bewirkt, dass die Druckverluste durch den geradlinigen Luftstrom gering gehalten werden, da keine Luftumlenkung stattfindet.
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Auf der gebäudefernen Ausblasseite 16 erstrecken sich die Ausblaslamellen 21 in vertikaler Richtung und sind in einem Anstellwinkel α schräg angestellt. Dadurch kann auf geringem Raum eine möglichst große Schalldämpfungsfläche realisiert werden. Weiterhin ist durch die Schrägstellung Wetterschutz etabliert. Aufgrund der Schrägstellung kommt es zu Druckverlusten beim Ausblasen durch die zusätzliche Luftverwirbelung. Jedoch sind diese Druckverluste beim Ausblasen zu vernachlässigen.
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Zum Freilegen des dritten Wartungsbereichs 38 oder des vierten Wartungsbereichs 39 wird zunächst die Sicherungseinrichtung 52, falls vorhanden, gelöst. Danach wird die Schraubverbindung 49 über das Fixierelement 50 gelöst. Über das Zusammenspiel von Gleitschiene 45 und Führungselement 47 können eine einzelne Ansauglamelle 20 oder Ausblaslamelle 21 oder eine Gruppe von Lamellen einfach aus dem Gehäuse 4 nach außen verschoben und herausgelöst werden. Dadurch wird ein begehbarer Wartungsbereich freigelegt.
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Zum Verschließen des dritten Wartungsbereichs 38 oder vierten Wartungsbereich 39 werden die herausgelösten Ansauglamellen 20 oder Ausblaslamellen 21 je nach zugehöriger Ansaugseite 14 oder Ausblasseite 16 mittels der Gleitschiene 45 und des Führungselements 47 in das Gehäuse 4 geschoben. In einem zweiten Schritt werden die Lamellen mittels der Fixiereinrichtung 48 wieder im Gehäuse 4 befestigt und eventuell mit einer Sicherungseinrichtung 52 gesichert.
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Das obige Ausführungsbeispiel kann auf unterschiedliche Art und Weise abgewandelt oder ergänzt werden, wie es nachfolgend erläutert ist.
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Mithilfe eines Wärmepumpenmoduls 1 kann auch ein Gebäude gekühlt werden. Die Wärmepumpen 2 haben einen reversiblen Betriebsmodus, wodurch der Wärmepumpenprozess mithilfe eines 4-WegeVentils umgedreht wird. Hierbei wird Verdampfer zum Verflüssiger, der Verflüssiger wird zum Verdampfer. Im Warmbereich 5 ist ein Kühlspeicher angeordnet. Der Heizspeicher kann auch als Kühlspeicher verwendet werden. Dafür wird dieser zur Verhinderung von Tauwasser bzw. Kondensat entweder regelungstechnisch über der Kondensationstemperatur betrieben, oder es wird eine Schicht diffusionsdichte Wärmedämmung angebracht (z.B. Kautschuk).
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Bei hoher Luftfeuchtigkeit und niedrigen Temperaturen, oder wenn die Schalldämpfer durch schräg einfallenden Schnee/Regen befeuchtet werden, ist ein Gefrieren der Oberfläche der Lamellen 20, 21 möglich. Deshalb sind in alternativen Ausführungsformen Maßnahmen zur Eisfreihaltung, wie bspw. ein Begleitheizband im oder an der Lamelle 20, 21 oder ein separater Lufterhitzer im kalten Bereich, der zyklisch enteist, oder eine Steuerung eines verlängerten Abtauprozesses der Wärmepumpen 2, vorgesehen. Dadurch, dass die Wärme des Heizmediums über den Verdampfer an die Luft abgegeben wird, kann eine Lamelle 20, 21 enteist werden.
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Im Gehäuse 4 des Wärmepumpenmoduls 1 befindet sich ein Gerüst 57. Das Gerüst 57 ist mit Hydraulikelementen 58 bestückt und ist dazu ausgebildet nach seiner Bestückung in ein fertiges Gehäuse 4 eingesetzt zu werden (Fig. 7b). Das Gerüst 57 ist aus einem leichten, aber dennoch steifen Material, wie bspw. einer Aluminiumlegierung ausgebildet (Fig. 7a). Weiterhin weist das Gerüst 57 eine vordere Seitenfläche 59 auf, die nicht mit Hydraulikelementen oder sonstigen Funktionselementen bestückt ist und somit offen ausgestaltet ist. Gegenüberliegend zur vorderen Seitenfläche 59 ist eine hintere Seitenfläche 60 angeordnet. Die hintere Seitenfläche 60 weist Paneele für die Aufhängung von Hydraulikelementen 58 auf und ist mit Hydraulikelementen 58 bestückt. Etwa quer bzw. senkrecht zwischen der vorderen und hinteren Seitenfläche 59, 60 ist eine Trennebene 61 ausgebildet. In der Trennebene 61 sind Funktionselemente angeordnet. Die Funktionselemente sind Hydraulikelemente 58 und/oder elektrische Steuerelemente. Die Hydraulikelemente 58 können mit Wellrohren verbunden sein.
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Diese Funktionselemente im Bereich der Trennebene 61 sind in einer ersten Ausführungsform vom Schaltschrank 62 und dem Druckausdehnungsgefäß 8 ausgebildet. Parallel zur Trennebene 61 sind eine erste Seitenfläche 63 und eine zweite Seitenfläche 64 des Gerüsts 57 angeordnet. Die erste und die zweite Seitenfläche 63, 64 sind mit Hydraulikelementen 58 bestückt, wobei die Hydraulikelemente 58 der ersten Seitenfläche 63 zum Anschluss an den Warmbereich 5 bzw. die Versorgungsleitung 26 ausgebildet sind, da sie näher am Warmbereich 5 angeordnet sind. Die Hydraulikelemente der zweiten Seitenfläche 64 sind zum Anschluss an die Nahwärmeleitungen, die zu einem zu versorgenden Gebäude hinführen ausgebildet. Weiterhin weist das Gerüst 57 eine Deckenfläche 65 auf. Die Deckenfläche 65 erstreckt sich zwischen den parallel angeordneten ersten und zweiten Seitenflächen 63, 64 und über die Trennebene 61 hinweg (Fig. 7b).
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Die Öffnung der vorderen Seitenfläche 59 ist korrespondierend zu mit einer verschließbaren Öffnung des Gehäuses 4 angeordnet .
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Das Gerüst 57 ist durch die Trennebene 61 in zwei Bereiche unterteilt. Ein erster Bereich 69 und ein zweiter Bereich 70 sind als erster Wartungsbereich 36 ausgebildet. Die Bereiche 69,70 sind durch die offene vordere Seitenfläche 59 zugänglich. Dadurch, dass die vordere Seitenfläche 59 korrespondierend bzw. deckungsgleich zur Warmwartungstür 13 ausgebildet ist, sind der erste Bereich 69 und der zweite Bereich 70 über die Warmwartungstür 13 erreichbar.
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Vor dem Einbau wird das Gerüst 57 außerhalb des Gehäuses 4 mit den Hydraulikelementen 58 und den sonstigen Funktionselementen bestückt. Somit ist das Gerüst 57 von allen Seiten leicht zugänglich, was die Bestückung erleichtert.
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Nach der Bestückung wird das Gerüst 57 in das Gehäuse 4 bzw. den Container 22 über den Kaltbereich 10 eingesetzt. Die Öffnungen des Warmbereichs 5 werden so kleinflächig wie möglich gehalten, da im Warmbereich 5 möglichst wenig Wärmeaustausch mit der Umgebung des Gehäuses 4 stattfinden soll. Es ist auch möglich das Gerüst 57 über das Dach des Containers 22 einzusetzen.
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Für das Einsetzen in den Container 22 weist das Gerüst 57 eine Transportausformung 66 auf. Die Transportausformung 66 ist korrespondierend zur Breite eines Gabelstaplers oder eines Hubwagens ausgebildet, sodass das Gerüst 57 problemlos vom Gabelstapler oder Hubwagen aufnehmbar ist und an seinen Einsatzort transportierbar ist.
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Da der Kaltbereich 10 im Austausch mit der Umgebungsluft und deren Temperatur steht, sind die Öffnungen an der Ausblasseite 16 und der Ansaugseite 14 größer und das Gerüst 57 kann problemlos durch eine Öffnung im Kaltbereich 10 in das Gehäuse 4 geschoben werden. Anschließend wird das Gerüst in den Warmbereich 5 an seinen Einsatzort geschoben und befestigt. Die Trennwand 11 wird danach eingesetzt.
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Obiges Ausführungsbeispiel kann durch Verfahren zum Enteisen der schalldämpfenden Lamellen 20, 21 ergänzt werden.
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Ein erstes Verfahren zum Enteisen von schalldämpfenden Lamellen 20, 21 besteht darin, mit einer Luft-Wärmepumpe 2 die Wärme eines Heizmediums über einen Verdampfer an die Umgebungsluft abgeben wird, sodass die schalldämpfenden Lamellen 20, 21 abgetaut werden.
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Dieses Verfahren wird auch angewendet um die Wärmepumpe 2 selbst zu enteisen. Es handelt sich sozusagen um einen Rückwärtsbetrieb oder Umkehrbetrieb der Wärmepumpe 2. Dieser Rückwärtsbetrieb kann zeitlich durch die Steuerungseinrichtung der Wärmepumpe 2 verlängert werden, sodass mehr warme Luft aus einem Ventilator der Wärmepumpe 2 ausgeblasen wird, diese warme Luft die Lamellen 20, 21 anströmt und diese somit enteist werden.
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Ein zweites Verfahren zum Enteisen von schalldämpfenden Lamellen 20, 21 besteht darin, im Gehäuse 4 einen Lufterhitzer zum Erwärmen von Luft vorzusehen und zu betreiben, sodass erwärmte Luft zu den Lamellen 20, 21 gelangt und die schalldämpfenden Lamellen 20, 21 abgetaut werden.
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Durch den Betrieb des Lufterhitzers kann auch die Wärmepumpe 2 enteist werden.
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Im Folgenden sind Beispiele für ein Wärmepumpenmodul zusammengefasst:
- 1. Beispiel für ein Wärmepumpenmodul umfassend
- ein begehbares Gehäuse, zumindest eine Luft-Wärmepumpe und Strömungselemente zum Ansaugen von zu wärmetauschender Luft von außerhalb des Gehäuses zur Luft-Wärmepumpe im Gehäuse und Strömungselemente zum Ausblasen der wärmegetauschten Luft von der Luft-Wärmepumpe nach außerhalb des Gehäuses, wobei die Strömungselemente zum Ansaugen und/oder zum Ausblasen der wärmegetauschten Luft schalldämpfende Lamellen umfassen, welche das Gehäuse in einem Bereich nach außen begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, - dass die Lamellen lösbar am Gehäuse und/oder nach außen verschiebbar am Gehäuse angeordnet sind, so dass für Wartungsarbeiten ein begehbarer Bereich im Gehäuse freigelegt werden kann.
- 2. Wärmepumpenmodul, insbesondere nach Beispiel 1, umfassend
- ein begehbares Gehäuse, zumindest eine Luft-Wärmepumpe und Strömungselemente zum Ansaugen von zu wärmetauschender Luft von außerhalb des Gehäuses zur Luft-Wärmepumpe im Gehäuse und Strömungselemente zum Ausblasen der wärmegetauschten Luft von der Luft-Wärmepumpe nach außerhalb des Gehäuses, wobei die Strömungselemente zum Ansaugen und/oder zum Ausblasen der wärmegetauschten Luft schalldämpfende Lamellen umfassen, welche das Gehäuse in einem Bereich nach außen begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, - dass die Lamellen lösbar am Gehäuse und/oder nach außen verschiebbar am Gehäuse angeordnet sind, so dass für Wartungsarbeiten ein begehbarer Bereich im Gehäuse freigelegt werden kann
- und dass die Lamellen einzeln oder in Gruppen von nicht mehr als fünf Lamellen verschieblich und/oder lösbar ausgebildet sind.
- 3. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 1 oder 2,
- dadurch gekennzeichnet,
- dass sich die schalldämpfenden Lamellen in vertikaler Richtung erstrecken.
- 4. Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen ein etwa plattenförmiger Dämpfungskörper sind, mit zwei gegenüberliegenden Längskanten und zwei gegenüberliegenden Schmalkanten, wobei die Lamellen im Gehäuse im Bereich der Schmalkanten verschieblich in Längsrichtung der Schmalkanten gelagert sind, wobei vorzugsweise die Längskanten zumindest eine Länge von 1,2 m und die Schmalkanten zumindest eine Länge von 0,15 m aufweisen. - 5. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen im Bereich der Schmalkanten jeweils mit einer Gleitschiene versehen sind. - 6. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Gehäuse für eine jede Gleitschiene ein Führungselement vorgesehen ist, zum linearen Führen der jeweiligen Gleitschiene, sodass die Lamellen lösbar am Gehäuse und/oder nach außen verschiebbar am Gehäuse angeordnet sind. - 7. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gleitschienen Bestandteil eines die jeweiligen Lamellen vollständig umschließenden Rahmens sind. - 8. Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Lamelle aus zumindest zwei Schichten ausgebildet ist. - 9. Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen eine äußere Schicht aufweisen, die aus einem Kunststoffschaum, insbesondere geschlossenzelliger Kunststoffschaum bzw. Partikelschaum, ausgebildet ist, wobei die äußere Schicht eine perforierte Oberfläche aufweisen kann. - 10. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zwei Schichten aus Kunststoffschaum ein Blech angeordnet ist. - 11. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blech eine Dicke zwischen 0,3 bis 3 mm aufweist. - 12. Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kunststoffschaum eine Dicke zwischen 2 bis 10 cm, vorzugsweise 6 cm aufweist. - 13. Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen einen inneren Kern, welcher aus einem Faserdämmstoff, insbesondere Mineralfasern oder biologische Fasern, wie z.B. Holzfaser, Flachs, Zellulosefasern, Schilf, Kokosfasern ausgebildet ist. - 14. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmepumpenmodul für Wärmepumpenleistungen von zumindest 15 kW (20 KW) ausgebildet ist. - 15. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse aus einem genormten Container ausgebildet ist. - 16. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Verstärkungsrahmen an der Unterseite des Containers befestigt ist, wobei der Verstärkungsrahmen Öffnungen aufweist, so dass Propan aus dem Bereich des Verstärkungsrahmens nach außen treten kann. - 17. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Lamellen am Gehäuse vorgesehen ist. - 18. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fixiereinrichtung eine Fixierleiste umfasst, welche sich entlang mehrerer Lamellen erstreckt, so dass mit dem Fixieren der Fixierleiste die mehreren Lamellen fixiert sind. - 19. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Gehäuse in einem Abschnitt die Wärmepumpe und die Lamellen und im einem anderen Abschnitt des Gehäuses Speicher für ein Wärmemedium, ein Trinkwassererwärmer, Pumpen, der Elektroschaltschrank und zumindest ein Teil einer Steuereinrichtung angeordnet sind. - 20. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungselemente zum Ansaugen Lamellen aufweisen, welche senkrecht zu einer Seitenfläche des Gehäuses angeordnet sind. - 21. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungselemente zum Ausblasen Lamellen aufweisen, welche senkrecht oder geneigt zu einer Seitenfläche des Gehäuses angeordnet sind. - 22. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse eine wasserdurchlässige Bodenfläche, insbesondere einen Gitterboden, zur Ableitung von Kondenswasser aufweist. - 23. Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Strömungselementen zum Ansaugen und Ausblasen ein Trennelement angeordnet ist, sodass eine Separierung zwischen angesaugter und ausgeblasener Luft vorliegt. - 24. Wärmepumpenmodul nach einem der vorherigen Beispiele,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Lamelle ein Heizschicht zum Abtauen der vereisten Lamelle aufweist. - 25. Wärmepumpenmodul, insbesondere nach einem der Beispiele 1 bis 24, umfassend ein Gehäuse mit
einem ersten Abschnitt, worin zumindest eine Wärmepumpe, Strömungselemente zum Ansaugen und Abblasen der Luft und Lamellen angeordnet sind und getrennt davon einem zweiten Abschnittmit einem Speicher für ein Wärmemedium, Pumpen und zumindest einen Teil einer Steuereinrichtung. - 26. Wärmepumpenmodul, insbesondere nach einem der Beispiele 1 bis 24, umfassend ein Gehäuse, insbesondere nach Beispiel 25, das mittels mehrerer Wandungen begrenzt ist,
ein Gerüst, das sich im Gehäuse befindet, wobei das Gerüst mit Hydraulikelementen bestückt ist, welche insbesondere nur mittels Fluidleitungen und/oder Stromleitungen mit weiteren Komponenten verbunden sind. - 27. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse eine Öffnung aufweist, durch welche das Gerüst in das Gehäuse einführbar ist. - 28. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 26 oder 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gerüst in zwei Bereiche unterteilt ist, wobei eine vordere Seitenfläche des Gerüsts, keine Hydraulikelemente oder sonstigen Funktionselemente aufweist, wodurch die vordere Seitenfläche frei zugänglich ausgestaltet ist, wobei insbesondere das Gerüst aus einem maschinell vorgefertigten Stahlprofilen ausgebildet ist, worin bereits maschinell gelaserte Gewindeaufnahmen an den vorbestimmten Befestigungsstellen vorhanden sind und vorzugsweise die im Gerüst befestigten Rohrleitungen maschinell gebogen sind und die gebogenen Rohrabschnitte im Gerüst befestigt sind. - 29. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine gegenüberliegend zur vorderen Seitenfläche angeordnete hintere Seitenfläche Elemente, Halteelemente, Aufhängeelemente für die Aufhängung von Hydraulikelementen aufweist, sowie mit Hydraulikelementen bestückt ist. - 30. Wärmepumpenmodul nach Beispiel 29,
dadurch gekennzeichnet,
- dass zwischen der vorderen und hinteren Seitenfläche eine Trennebene durch einen Schaltschrank bzw. einem Ausdehnungsgefäß bzw. einem Paneel ausgebildet sein kann, in der Funktionselemente angeordnet sein können,
- zwei parallel zur Trennebene angeordnete Seitenflächen mit Hydraulikelementen und/oder Funktionselementen bestückt sein können, welche über die hintere Seitenfläche und Deckenfläche die sich zwischen den parallel angeordneten Seitenflächen über die Trennebene hinweg erstreckt, mittels Fluidleitungen und/oder Stromleitungen miteinander verbunden sind,
- sodass mit Zugang über die vordere Seitenfläche zwei begehbare Bereiche für Wartungsarbeiten freigelegt sind.
- 31. Wärmespeichermodul für ein Wärmepumpenmodul, insbesondere nach einem der Beispiele 1 bis 24, umfassend
- einen Wärmespeicherbehälter zur Aufnahme eines ersten Wärmemediums, welches insbesondere von einer Wärmepumpe temperiert wird,
- und zumindest zwei separate Wärmetauscherelemente zum Temperieren eines in den Wärmetauscherelementen befindlichen zweiten Wärmemediums, wobei die Wärmetauscherelemente im Wärmespeicherbehälter angeordnet sind und außerhalb des Wärmespeicherbehälters mit Ventilen verschaltet sind, so dass sie unabhängig voneinander betrieben werden können.
- 32. Wärmespeichermodul für ein Wärmepumpenmodul, insbesondere nach einem der Beispiele 1 bis 24, mit einem Wärmetauscherbehälter zur Aufnahme eines Wärmepumpen-Wärmemediums welches von einer Wärmepumpe temperiert wird,
- einem Wärmetauscherelement, das sich im Wärmetauscherbehälter befindet, durch welches Wasser zum Temperieren geführt werden kann und welches sich im Wärmetauscherbehälter über eine vorbestimmte Länge erstreckt und einen Eingang an einer Unterseite des Wärmetauscherbehälters zum Zuführen von Wasser und einen Ausgang an einer Oberseite des Wärmetauscherbehälters zum Abführen des temperierten Wassers aufweist, und
- das Wärmetauscherelement einen Zirkulationsanschluss aufweist, der im Wärmetauscherbehälter zwischen dem Eingang und dem Ausgang vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 25% und 75% der Höhe des Wärmetauscherbehälters angeordnet ist, um eine Zirkulationsleitung anzuschließen, welche zum Zirkulieren des Wassers unabhängig von einer Verbrauchssituation dient.
- 33. Wärmespeichermodul nach Beispiel 32,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bereich des Zirkulationsanschlusses zwischen 60% und 75% der Höhe des Wärmetauscherbehälters angeordnet ist. - 34. Wärmespeichermodul nach einem der Beispiele 31 bis 33,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmetauscherelemente als Wellrohre ausgebildet sind. - 35. Wärmespeichermodul, insbesondere nach einem der Beispiele 31 bis 34,
- mit einem Wärmespeicherbehälter zur Aufnahme eines von einer Wärmepumpe erhitztem Wärmepumpen - Wärmemediums,
- wobei ein Anschluss zum Zuführen des von der Wärmepumpe erhitzten Wärmepumpen-Wärmemediums in einem mittleren bis oberen Bereich des Wärmespeicherbehälters und ein Anschluss zum Abführen des Wärmepumpen - Wärmemediums zur Wärmepumpe in einem unteren Bereich des Wärmespeicherbehälters angeordnet sind sodass sich eine Temperaturschichtung ausbildet.
- 36. Verfahren zum Enteisen von schalldämpfenden Lamellen, insbesondere in einem Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 1 bis 19, mit einer Luft-Wärmepumpe,
wobei Wärme eines Heizmediums über einen Verdampfer an die Umgebungsluft abgeben wird, sodass die schalldämpfenden Lamellen abgetaut werden. - 37. Verfahren zum Enteisen von schalldämpfenden Lamellen in einem Gehäuse, insbesondere in einem Wärmepumpenmodul nach einem der Beispiele 1 bis 19, wobei ein im Gehäuse ein Lufterhitzer zum Erwärmen von Luft betrieben wird, sodass erwärmte Luft zu den Lamellen gelangt und die schalldämpfenden Lamellen abgetaut werden.
Bezugszeichenliste | 1 | Wärmepumpenmodul | 39 | vierter Wartungsbereich |
| 2 | Luft-Wärmepumpe | 40 | Dämpfungskörper |
| 3 | Strömungselemente | 41 | Längskanten |
| 4 | Gehäuse | 42 | Schmalkanten |
| 5 | Warmbereich | 43 | Längsrichtung |
| 6 | Trinkwassererwärmer | 44 | Dicke |
| 7 | Pufferspeicher | 45 | Gleitschiene |
| 8 | Druckausdehnungsgefäß | 46 | Rahmen |
| 9 | Elektrokomponenteneinrichtung | 47 | Führungselement |
| 10 | Kaltbereich | 48 | Fixiereinrichtung |
| 11 | Trennwand | 49 | Schraube |
| 12 | Längsseitenfläche (ansaugseitig) | 50 | Fixierelement |
| 13 | Warmwartungstür | 51 | Fixierleiste |
| 14 | Ansaugseite | 52 | Sicherungseinrichtung |
| 15 | Längsseitenfläche (ausblasseitig) | 53 | Isolationsschicht |
| 16 | Ausblasseite | 54 | Person |
| 17 | Stirnwand | 55 | Stahlformrohr |
| 18 | Kaltwartungstür | 56 | Hebepunkt |
| 19 | Stirnwand | 57 | Gerüst |
| 20 | Ansauglamellen | 58 | Hydraulikelemente |
| 21 | Ausblaslamellen | 59 | vordere Seitenfläche |
| 22 | Container | 60 | hintere Seitenfläche |
| 23 | Verstärkungsrahmen | 61 | Trennebene |
| 24 | Bodenfläche | 62 | Schaltschrank |
| 25 | Trennelement | 63 | erste Seitenfläche |
| 26 | Versorgungsleitung | 64 | zweite Seitenfläche |
| 27 | Ansaugventilator | 65 | Deckenfläche |
| 28 | Ausblasventilator | 66 | Transportausformung |
| 29 | Rohrleitungssystem | 67 | Innengewinde |
| 30 | Umschaltventil | 68 | Hebezeug |
| 31 | Kaltwasseranschluss | 69 | erster Bereich |
| 32 | Trinkwassererwärmungsanschluss | 70 | zweiter Bereich |
| 33 | Zirkulationsanschluss | 71 | Speicher |
| 34 | erstes Wellrohr | 72 | Oberseite |
| 35 | zweites Wellrohr | 73 | Unterseite |
| 36 | erster Wartungsbereich | 74 | Abfluss |
| 37 | zweiter Wartungsbereich | 75 | Einbringungseinrichtung |
| 38 | dritter Wartungsbereich | 76 | erste Kunststoffschaumschicht |
| 77 | erstes Blech | | |
| 78 | zweite Kunststoffschaumschicht mit Heizschicht | | |
| 79 | zweites Blech | α | Anstellwinkel |
| 80 | dritte Kunststoffschaumschicht | | |