WO2024061828A2 - Heat pump assembly, method for the operation thereof and building provided with same - Google Patents

Heat pump assembly, method for the operation thereof and building provided with same Download PDF

Info

Publication number
WO2024061828A2
WO2024061828A2 PCT/EP2023/075649 EP2023075649W WO2024061828A2 WO 2024061828 A2 WO2024061828 A2 WO 2024061828A2 EP 2023075649 W EP2023075649 W EP 2023075649W WO 2024061828 A2 WO2024061828 A2 WO 2024061828A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
heat pump
pump
flow
return
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075649
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jakob Metz
Tim Haselwander
Danny Günther
Dirk Ludwig
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Viessmann Climate Solutions Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Viessmann Climate Solutions Se filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2024061828A2 publication Critical patent/WO2024061828A2/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/002Machines, plants or systems, using particular sources of energy using solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/06Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06Several compression cycles arranged in parallel

Definitions

  • the invention relates to a heat pump arrangement with at least a first heat pump, with a flow and a return, at least a second heat pump, with a flow and a return, at least a first heat source with a flow and a return and at least a second heat source with a flow and a return. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a heat pump arrangement and a building equipped with it.
  • the invention may relate to a heat pump arrangement.
  • This can contain at least a first heat pump with a flow and a return and/or at least a second heat pump with a flow and a return.
  • each heat pump can have a condenser and an evaporator and a compressor in a manner known per se, whereby a working medium can be evaporated while absorbing heat in the evaporator and can be condensed while releasing heat in the condenser.
  • the gaseous working fluid can be compressed using an optional compressor and the liquefied working fluid can be returned via an optional throttle valve.
  • the heat pumps that can be used can be of standard design. The invention does not teach the use of special heat pumps as a solution principle.
  • the heat pump arrangement can have at least a first heat source and/or at least a second heat source.
  • the two heat sources can be of the same or of different types.
  • at least one heat source can be or contain a geothermal collector installed horizontally beneath the earth's surface and/or a geothermal probe installed in a deep borehole, each of which draws heat from the ground.
  • At least one heat source may be or contain an air heat exchanger in order to utilize heat from the outside air.
  • at least one heat source may be selected from a solar thermal collector and/or a photovoltaic Thermal collector and/or a solar absorber to make solar heat radiation usable as domestic heat.
  • at least one heat source can be or contain a groundwater well in order to make heat stored in the groundwater usable as industrial heat.
  • at least one heat source can contain or consist of a heat exchanger, which makes waste heat usable as industrial heat. The waste heat can come from a combustion process and/or an industrial manufacturing process and/or a wastewater stream and/or a cooling water stream.
  • the heat can be transported between the evaporators of the heat pump arrangement and the heat sources by a heat transfer fluid circulating in pipes.
  • the heat transfer fluid can be liquid.
  • the heat transfer fluid can be gaseous.
  • the heat transfer fluid can undergo a phase transition when heat is supplied or released.
  • the heat transfer fluid can be a frost-proof liquid.
  • the heat transfer fluid can be selected from a salt solution or Brine and/or a water/glycol mixture and/or a thermal oil.
  • the heat pump arrangement further has a collector and a distributor, wherein the flow of the first and second heat pumps and the return of the first and second heat sources are connected to the distributor and the return of the first and second heat pumps and the flow of the first and second heat sources are connected to the collector.
  • the heat transfer fluid flows from the collector through a heat source, absorbs heat there and then flows into the distributor.
  • the heat transfer fluid is fed from the distributor to the evaporator of a heat pump, where it releases heat and cools down.
  • the cooled heat transfer fluid flows back into the collector.
  • a connecting pipe is arranged between the collector and the distributor.
  • the connecting pipe serves as a hydraulic zero point and thus makes it possible to derive a control variable for the heat pump arrangement.
  • the heat pump arrangement according to the invention can have a larger variety of operating states and/or a simplified control system.
  • the heat pump arrangement can further contain a first pump, which is set up to convey the heat transfer fluid from the distributor into the first heat pump.
  • the heat pump arrangement can alternatively or additionally contain a second pump, which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor into the second heat pump.
  • the heat pump arrangement can alternatively or additionally contain a third pump, which is set up to convey a heat transfer fluid from the collector into the first heat source.
  • the heat pump arrangement can alternatively or additionally contain a fourth pump, which is designed to convey a heat transfer fluid from the collector into the second heat source.
  • At least one flow meter can be present in the connecting pipe.
  • at least one temperature sensor can alternatively or additionally be present in the connecting pipe.
  • two or three temperature sensors can be present in the connecting pipe. Since the connecting pipe represents the hydraulic zero point of the pipe network used for the heat transfer fluid, the flow of the heat transfer fluid is controlled or regulated in such a way that the flow within the connecting pipe is below a predeterminable limit value. In some embodiments of the invention, the flow in the connecting pipe comes to a complete standstill. reaches a value that can no longer be measured by the sensor technology used.
  • a flow meter can be used in the connecting pipe to measure the flow within the connecting pipe.
  • the temperature or a temperature gradient in the connecting pipe can be determined.
  • the temperature in the middle of the connecting pipe will be approximately the average of the temperature of the collector and the distributor. If more than one temperature sensor is used, these can be placed in the middle of the connecting pipe and at both ends of the connecting pipe.
  • the heat pump assembly may further comprise a first three-way valve having a first connection and a second connection and a third connection, wherein the first and second connections are connected to the collector and the flow of the second heat source and the third connection is connected to the distributor.
  • the heat pump arrangement can further comprise a second three-way valve with a first connection and a second connection and a third connection, wherein the first and second connections are connected to the distributor and the return of the second heat source and the third connection is connected to the collector.
  • the first heat source can also be equipped with two three-way valves, as described above.
  • the three-way valves have the effect that the flow of the heat transfer fluid flowing from the supply to the return during normal operation can be reversed, so that heat can be supplied to the heat source via the return, for example to regenerate a geothermal probe or to defrost an air heat exchanger.
  • the distributor can be formed by a pipe, with the flow of the first heat pump and the return of the first heat source being arranged at a first end of the pipe and the flow of the second heat pump and the return of the second heat source being arranged at a second End of the tube are arranged.
  • the collector can also be formed by a pipe, with the return of the first heat pump being arranged at a first end of the pipe and the return of the second heat pump being arranged at a second end of the pipe.
  • this relates to a method for operating a heat pump arrangement with at least a first heat pump, at least a second heat pump, at least a first heat source and at least a second heat source.
  • the method according to this aspect of the invention is characterized in that the heat pump arrangement has at least three operating states.
  • heat can be taken from a heat source and supplied to the other heat source.
  • Regenerating a heat source can include de-icing an air heat exchanger or introducing heat into a geothermal probe.
  • heat can be taken from a single heat source, which is provided as industrial heat via a single heat pump, for example for heating domestic water, for heating buildings or for industrial purposes or for operating a district heating network.
  • the heat pump arrangement allows each heat source to be individually connected to each heat pump, so that there is the greatest possible flexibility in selecting the heat pump and the heat source.
  • heat can be taken from the first heat source, which is provided as useful heat via the first heat pump, and heat can be taken from the second heat source, which is provided as useful heat via the second heat pump.
  • This parallel operation is particularly suitable for high load requirements, for example for simultaneous building heating and domestic water heating in winter. If both heat sources are of different types, for example an air heat exchanger and a geothermal probe, the limited Annual work of a geothermal probe can be saved for times when the air heat exchanger only offers inadequate performance due to low outside temperatures. If outside temperatures are very high, heat from the air heat exchanger can be fed into the geothermal probe in order to regenerate it.
  • the air heat exchanger tends to ice up, it can be de-iced with heat from the geothermal probe.
  • a high heat output can be provided by the heat pump arrangement with at the same time a low risk of overloading a possibly partial load-sized, limited, higher-quality heat source.
  • the heat can be transported between the heat source and the heat pump with a liquid heat transfer fluid, which is conveyed between the heat sources and the heat pumps using an assigned pump.
  • the pumps can be easily influenced via a control or regulating device, so that the flow of the heat transfer fluid can be adapted to the different operating states.
  • the first and second pumps assigned to the heat pumps can be operated with a constant delivery rate and the third and fourth pumps assigned to the heat sources can be controlled or regulated. This allows the control strategy to be simplified without losing flexibility.
  • the supply and return lines of the heat sources and the heat pumps can be connected to a collector and a distributor, with a connecting pipe being arranged between the distributor and the collector and the pumps being controlled or regulated so that the flow flow through the connecting pipe is below a predetermined limit value. In In some embodiments of the invention the flow is zero or below the measurement limit.
  • control may be accomplished through a translation table.
  • the temperatures of the heat sources and/or the heat requirement of the building equipped with the heat pump arrangement and/or the temperatures of the heat sinks can be used as input variables and the respective pump speed or Delivery quantity can be read out and set as an initial variable from the conversion table.
  • control takes place in such a way that the connecting pipe has the average temperature between the collector and distributor. This can be seen as an indication that there is no significant flow of heat transfer fluid through the connecting pipe.
  • control can be carried out in such a way that a flow meter in the connecting pipe detects a flow below a predeterminable limit value.
  • this limit value can be a minimum value or be null.
  • the method according to the invention can have a fourth operating state in which heat is taken from both heat sources and is provided as useful heat via a single heat pump.
  • Figure 1 shows a heat pump arrangement according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a heat pump arrangement according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows a heat pump arrangement according to a third embodiment of the invention.
  • the heat pump arrangement 9 has a first heat pump 1.
  • the first heat pump 1 contains an evaporator 101 and a condenser 102.
  • the evaporator 101 is provided with a flow 11 and a return 12, via which a heat transfer fluid can be supplied to the evaporator 101.
  • the heat from the heat transfer fluid causes the evaporation of a working fluid in the evaporator 101, with heat being removed from the heat transfer fluid so that it cools down.
  • the working fluid is compressed with a compressor 104 and fed to the condenser 102.
  • the working fluid is condensed in the condenser 102 with the release of heat.
  • the heat released in this way can be used as domestic heat for heating buildings, for industrial processes or for heating domestic water.
  • the liquefied working medium is fed back to the evaporator 101 via a throttle valve 103, so that the process described above runs cyclically.
  • the heat pump arrangement contains a second heat pump 2 with an evaporator 201, a condenser 202, a compressor 204 and a throttle valve 203.
  • the functionality of the second heat pump 2 essentially corresponds to the functionality of the first heat pump 1.
  • the second heat pump 2 also has a flow 21 and a return 22, via which a heat transfer fluid and thus heat can be supplied.
  • the heat pump arrangement according to the invention has a first heat source 3.
  • the heat source 3 also has a flow 31 and a return 32.
  • the Heat source 3 can be, for example, a geothermal probe, a geothermal collector or even a groundwater well.
  • a cooled heat transfer fluid is supplied to the first heat source 3 via the flow 31, which absorbs heat in the heat source 3 and leaves the first heat source 3 again as heated heat transfer fluid via the return line 32.
  • the heat pump arrangement has a second heat source 4.
  • the second heat source 4 also has a flow 41 and a return 42.
  • a cooled heat transfer fluid can be supplied via the flow 41, which absorbs heat and is removed from the heat source 4 at a higher temperature level via the return 42.
  • the second heat source 4 may contain an air heat exchanger or a solar collector.
  • more than two heat sources can also be present.
  • the first heat source 3 and the second heat source 4 shown represent only the minimum number. Due to their different types, the first and second heat sources 3 and 4 can operate at different temperature levels. about their return 32 or 42 deliver a heat transfer fluid with different temperatures.
  • the heat transfer fluid circulating in the heat pump arrangement can be liquid or gaseous.
  • a liquid heat transfer fluid can be, for example, a water/glycol mixture or a brine in order to enable working temperatures below the freezing point of water.
  • the heat transfer fluid can be a thermal oil.
  • water can be used as a heat transfer fluid when temperatures below freezing are not expected.
  • the heat pump arrangement according to the invention also contains a distributor 6 and a collector 5.
  • both the distributor 6 and the collector 5 are formed by a pipe, with the flow 11 of the first heat pump 1 and the return 32 of the first heat source 3 being arranged at a first end of the pipe, and the flow 21 the second heat pump 2 and the return 42 of the second heat source 4 are arranged at a second end of the pipe.
  • the return 12 of the first heat pump 1 is arranged at a first end of the pipe and the return 22 of the second heat pump 2 is arranged at a second end of the pipe.
  • the flow 31 of the first heat source 3 and the flow 41 of the second heat source 4 can also be arranged at the ends of the tube forming the collector 5 or at any point between the ends and the middle of the tube forming the collector 5.
  • the heat pump arrangement according to the invention further contains a connecting pipe 7, which is arranged between the distributor and the collector. If the distributor 6 on the one hand and the collector 5 on the other hand are each formed by a tube, the connecting tube 7 can be arranged approximately in the middle of the tubes.
  • the heat pump arrangement further contains an optional first pump 15, which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor 6 into the first heat pump 1.
  • an optional second pump 25 may be present, which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor 6 into the second heat pump 2.
  • an optional third pump 35 may be present, which is set up to convey a heat transfer fluid from the collector 5 into the first heat source 3.
  • an optional fourth pump 45 may be present, which is set up to provide a heat to promote carrier fluid from the collector 5 into the second heat source 4.
  • the first, second, third and fourth pumps 15, 25, 35 and 45 can each be controlled in such a way that no heat transfer fluid flows in the connecting pipe 7.
  • the connecting pipe 7 thus forms a hydraulic zero point of the fluid circuit of the heat pump arrangement.
  • an optional flow meter 75 can be arranged in the connecting pipe 7 in some embodiments of the invention.
  • the flow meter 75 can be a vane wheel meter or an ultrasonic sensor in a manner known per se.
  • the switching state in which the flow in the connecting pipe 7 comes to a standstill can be detected by the fact that the flow meter 75 does not produce a measured value or displays a measured value below a predetermined limit.
  • the flow in the connecting pipe 7 can also be determined by one or more temperature sensors.
  • three temperature sensors 71, 72 and 73 are shown along the longitudinal extent of the connecting pipe 7.
  • the heat pump arrangement may further include an optional first three-way valve 47 with a first port and a second port and a third port.
  • the first and second connections are connected to the collector 5 and the flow 41 of the second heat source 4.
  • the third connection can be connected to the flow 42, so that it is indirectly connected to the distributor 6.
  • the third connection is connected to the distributor 6.
  • the heat pump arrangement may further include an optional second three-way valve 48 with a first port and a second port and a third port.
  • the first and second connections are connected to the distributor 6 and the return 42 of the second heat source 4.
  • the third connection is connected to the collector 5.
  • the third connection may be connected to the return 41 so that it is indirectly connected to the collector 5.
  • the three-way valves have the effect that the flow of the heat transfer fluid that flows from the flow to the return during normal operation can be reversed, so that heat can be supplied to the heat source via the return, for example to regenerate a geothermal probe or to de-ice an air heat exchanger .
  • the heat pump arrangement can have an electrical heating register 405, which is arranged in a flow or return line of a heat source. This allows an air heat exchanger to be de-iced using auxiliary electrical energy.
  • the heat pump arrangement according to the invention allows a number of different operating states. This allows the heat pump arrangement to be flexibly adapted to the respective heat requirements of a building equipped with the heat pump arrangement. Furthermore, the use of the first heat source 3 and the second heat source 4 can be optimized so that in any weather or Outside temperature results in an advantageous use of the heat pump arrangement.
  • the heat pump arrangement according to the invention can have a first operating state in which heat is taken from one heat source and supplied to the other heat source.
  • the first and second pumps 15 and 25 are switched off and the third and fourth pumps 35 and 45 are controlled so that heat transfer fluid is removed from the collector 5 and fed to a heat source.
  • the heat transfer fluid heated in this way can be supplied to the second heat source 4 via its return line 42 and returned to the collector 5 via the flow line 41.
  • the fourth pump 45 can be reversed so that it has a reverse delivery direction compared to normal operation.
  • the first valve 47 can be controlled in such a way that the connection between the pump 45 and the collector 5 is interrupted and the pump 45 is connected to the distributor 6.
  • the second valve 48 is switched so that the return 42 is connected to the collector 5 and the connection between the return 42 and distributor 6 is interrupted.
  • the first operating state can be selected when regeneration of a heat source with the heat of the other heat source is effective and none of the first and second heat pumps are active.
  • heat from a geothermal probe 3 can be used to defrost or defrost an air heat exchanger used as a second heat source 4. to de-ice.
  • heat from an air heat exchanger which can arise, for example, on hot summer days, can be used to regenerate the geothermal probe.
  • the control of the first operating state can, for example, be carried out predictively based on a weather forecast.
  • the first heat source 3 can supply either the first heat pump 1 or the second heat pump 2. If, for example, the second heat pump 2 is to be operated, the cooled heat transfer fluid can be conveyed from the collector 5 via the third pump 35 into the flow 31 of the first heat source 3. There, the heat transfer fluid absorbs heat and leaves the first heat source 3 via the return 32 into the distributor 6. From there, the heat transfer fluid is conveyed via the second pump 25 into the flow 21 of the second heat pump. In the second heat pump 2, heat is extracted from the heat transfer fluid. The heat transfer fluid cooled in this way flows via the return 22 into the collector 5. In the same way as As described above, the first heat pump 1 can also be operated with the first heat source 3. Alternatively, the first heat source 3 can also be replaced by the second heat source 4.
  • the second operating mode described above is selected when only one heat pump is active.
  • the source can be selected which is advantageous at the respective operating time. For example, efficiency can be optimized by maximizing the source temperature. Further selection criteria include, for example, a sustainable load on a geothermal probe while avoiding overload. Which heat source is advantageous with regard to these goals can be determined, for example, by an outside temperature-related bivalent temperature. Alternatively or additionally, the comparison of the measured or predicted source temperatures can be used to make the decision. In some embodiments of the invention, a predictive selection can also be made taking into account the expected future outside temperatures.
  • a third operating state of the heat pump arrangement heat is taken from the first heat source, which is provided as useful heat via the first heat pump. Furthermore, heat is taken from the second heat source, which is provided as domestic heat via the second heat pump.
  • the third operating state therefore involves parallel operation of both heat sources and both heat pumps.
  • cooled heat transfer fluid is removed from the collector 5 by means of the third pump 35 and fed to the first heat source 3 via its flow 31.
  • the heated heat transfer fluid leaves the first heat source 3 via its return line 32 and is fed to the distributor 6 , as described above.
  • the first pump 15 takes the heat from the distributor carrier fluid and supplies this to the first heat pump 1 via the flow 11.
  • the heat transfer fluid cooled in the heat pump 1 leaves the first heat pump 1 via the return line 12 into the collector 5.
  • the fourth pump 45 removes heat transfer fluid from the collector 5 and supplies it to the second heat source 4 via the flow 41.
  • the heat transfer fluid heated in this way leaves the second heat source 4 via its return line 42 into the distributor 6.
  • the second pump 25 removes the heat transfer fluid from the distributor 6 and supplies it to the second heat pump 2 via its flow 21.
  • the heat transfer fluid cooled in this way leaves the second heat pump 2 via its return line 22 and is passed into the collector 5.
  • the first and second pumps 15 and 25 can have a constant delivery rate or Speed are operated and the third and fourth pumps 35 and 45 assigned to the heat sources 3 and 4 are controlled or. can be regulated so that the flow in the connecting pipe 7 comes to a standstill. This reliably prevents mixing of the heat transfer fluid that is at different temperature levels.
  • the pumps can be controlled using an implementation table depending on the source temperatures or the manipulated variable of the pump of the assigned heat pump. Alternatively, the pumps can be controlled using a known electronic controller.
  • the temperatures of the heat sources By dividing the heat sources into two different fluid circuits, it is possible for the temperatures of the heat sources to be far apart without any heat source being discriminated against. If an air heat exchanger or a solar collector is used as the second heat source 4, this prevents the first heat source, for example a geothermal probe, from being burdened by the entire cooling capacity of both heat pumps. This means that the risk of overloading can be reduced even with a partial-load geothermal probe.
  • a heat pump can be used with both heat sources.
  • the third and fourth pumps 35 and 45 remove the heat transfer fluid from the collector 5 and supply it to the first and second heat sources 3 and 4, as described above.
  • the heat transfer fluid heated in the respective heat source flows into the distributor 6 via the respective return lines 32 and 42. There the heat transfer fluid is mixed and the temperature is adjusted at the same time.
  • the first pump 15 or the second pump 25 removes the heat transfer fluid and supplies it to a heat pump, for example the second heat pump 2.
  • the cooled heat transfer fluid flows back into the collector 5 via the return line of the heat pump.
  • the fourth operating state can be used advantageously, for example, when a heat source, for example an air heat exchanger or a solar collector, provides an outlet temperature at its return that exceeds the permissible inlet temperature of a heat pump.
  • a heat source for example an air heat exchanger or a solar collector
  • the inlet temperature can be reduced.
  • a geothermal probe can be passively regenerated at the same time due to the still elevated temperature in the collector 5.
  • the admixture can be limited to the necessary level by appropriately controlling the third pump 35 and the fourth pump 45 in order to maximize the efficiency of the heat pumps.
  • the fourth operating state can also be used advantageously. If, for example, an air heat exchanger delivers a comparatively low source temperature, the source temperature in the distributor 6 can be raised by adding warmer heat transfer fluid from a geothermal probe without completely loading the geothermal probes.
  • an air heat exchanger can be de-iced using an electrical heating register 405.
  • the first and second valves 47 and 48 are switched so that the fourth pump 45 can circulate the heat transfer fluid between the heating register 405 and the second heat source 4 without the heat transfer fluid being exchanged between the collector 5 and the distributor 6.
  • the fifth operating state can be used in particular if de-icing is not possible due to the first operating state described above.
  • a combination of operating states 1 and 5 can be made possible, i.e. H . the defrosting of an air heat exchanger using heat from the ground and the heating register 405.
  • the second heat source 4 can be supplied with heat from the electrical heating register 405, while at the same time one or both heat sources pumps are in operation, as described above with reference to the second, third or fourth operating state.
  • FIG. 2 A second embodiment of the invention is described with reference to FIG. 2.
  • the same components of the invention are provided with the same reference numbers, so that the following description is limited to the essential differences.
  • the collector 5 and the distributor 6 are replaced by three connecting lines 701, 702 and 703 and six shut-off valves 81, 82, 83, 84, 85 and 86.
  • shut-off valves 81, 82, 83, 84, 85 and 86 By controlling the shut-off valves, all of the operating states described above can be realized.
  • the flow 31 of the first heat source 3 is connected to the return 12 of the first heat pump 1 by means of a line 51.
  • the flow 11 of the first heat pump 1 is connected to the return 32 of the first heat source 3 by means of a line 61.
  • the third pump 35 is located in line 61.
  • a third shut-off valve 83 is arranged in line 51.
  • the flow 21 of the second heat pump 2 is connected to the return 42 of the second heat source 4 via a line 62.
  • the return line 22 of the second heat pump is connected via a line 52 to the flow line 41 of the second heat source.
  • the fourth pump 45 is located in line 52 and can be bridged with a parallel bypass line.
  • the fifth shut-off valve 85 is located in the bypass line.
  • the fourth shut-off valve 84 and the optional heating register 405 are located in line 62.
  • the bypass line can also be arranged above the pump 35. Such a bypass line can preferably be present above the smaller pump, which is assigned to the heat source with the lower pressure loss.
  • the pumps 35 and 45 can also be assigned to the first and second heat pumps, as described above in connection with the first embodiment. It is only essential that a flow of a heat transfer medium can be generated between at least one source 3, 4 and at least one heat pump 1, 2.
  • the lines 51 and 62 are connected by a first connecting line 701, in which a sixth shut-off valve 86 is arranged.
  • the lines 61 and 52 are connected to a second connecting line 702, which is connected to two shut-off valves 81 and 82.
  • the second connecting line 702 also has a fluid connection to the line 62 at a point between the two shut-off valves 81 and 82.
  • lines 51 and 52 are connected by a third connecting line 703.
  • the first shut-off valve 81 and the fifth shut-off valve 85 are open and the third pump 35 is operated.
  • the heat transfer fluid thus flows from the return 32 of the first heat source 3 via the connecting line
  • the heat transfer fluid flows from the flow 41 of the second heat source through the bypass of the fourth pump 45 and the connecting line
  • either heat from the first heat source 3 can be supplied to the first heat pump 1 via the lines 61 and 51.
  • heat from the second heat source 4 can be supplied to the second heat pump 2 via the lines 62 and 52.
  • heat from the first heat source 3 can be supplied to the second heat pump 2. This is what happens Fluid path from the return 32 of the first heat source via the first connecting line 702 into the line 62, the second shut-off valve 82 is closed. The return 22 leads via the third connecting line 703 to the flow 31 of the first heat source 3.
  • the second heat source 4 can also be connected to the first heat pump 1.
  • shut-off valves 85, 81, 82 and 86 are closed and the third and fourth shut-off valves 83 and 84 are opened. This enables parallel operation, in which the first heat pump is connected to the first heat source and the second heat pump is connected to the second heat source.
  • the first heat source is connected to the second heat pump, as described above.
  • the shut-off valve 84 is opened so that the second heat source 4 is also connected to the second heat pump 2 and the mixed operation described above is made possible.
  • an air heat exchanger which can be used, for example, as a second heat source 4
  • an air heat exchanger can be de-iced using an optional electrical heating register 405.
  • the shut-off valves 81 and 84 can be closed and the shut-off valve 82 can be opened so that the fourth pump 45 can circulate the heat transfer fluid between the heating register 405 and the heat source 4.
  • a third embodiment of the invention is described with reference to FIG. 3.
  • the same components are given the same reference numbers, so that the following description is limited to the essential differences.
  • the third embodiment of the heat pump arrangement can, in some embodiments, be operated with the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows, there are three shut-off valves 81 in the collector 5,
  • the second shut-off valve 82 according to the second embodiment described above is realized by a three-way valve 82 with a first port and a second port and a third port.
  • the first and second connections are connected to the distributor 6 and the return 42 of the second heat source 4.
  • the third connection is connected to the collector 5.
  • the third connection may be connected to the return 41 so that it is indirectly connected to the collector 5.
  • the first and fifth shut-off valves 81 and 85 are open and the three-way valve 82 is switched so that the first and second connections are connected to each other.
  • the third and fourth shut-off valves 83 and 84 are closed and the third pump 35 is operated.
  • the heat transfer fluid thus flows from the return 32 of the first heat source 3 via the connecting line 61, the collector 5 and the connecting line 62 to the return 42 of the second heat source 4. From the flow 41 of the second heat source, the heat transfer fluid flows through the fifth valve 85 via the bypass line of the fourth pump 45 and the connecting line 52, the collector 5 and the connecting line 51 to the flow 31 of the first heat source 3.
  • a heat source can be connected to a heat pump, i.e. H .
  • Either heat is supplied from the first heat source 3 via the lines 61 and 51 to the first heat pump 1 or alternatively heat can be supplied from the second heat source 4 via the lines 62 and 52 of the second heat pump 2 are supplied.
  • the fluid path runs from the return line 32 of the first heat source via the connecting line 61 into the collector 5 and from there to the flow line 11 of the first heat pump 1.
  • the return 12 leads through the open third shut-off valve 83 through the collector 5 and via the connecting line 51 to the flow 31 of the first heat source 3.
  • the first shut-off valve 81 is closed.
  • the second heat source 4 can also be connected to the second heat pump 2 by opening the fourth shut-off valve 84.
  • the optional three-way valve 82 is connected so that the first and second ports are connected to each other.
  • heat from the first heat source 3 can be supplied to the second heat pump 2.
  • the fluid path runs from the return line 32 of the first heat source via the connecting line 61 into the collector 5 and from there to the flow line 21 of the second heat pump 2.
  • the return 22 leads through the open fourth and first shut-off valves 84 and 81 through the collector 5 and via the connecting line 51 to the flow 31 of the first heat source 3.
  • the third shut-off valve 83 is closed.
  • the second heat source 4 can also be connected to the first heat pump 1 by opening the first and third shut-off valves 81 and 83 and closing the fourth shut-off valve 84.
  • the first shut-off valve 81 is closed and the third and fourth shut-off valves 83 and 84 are opened. This enables parallel operation, in which the first heat pump is connected to the first heat source and the second heat pump is connected to the second heat source.
  • the first heat source 3 is connected to the second heat pump 2 by opening the first and fourth shut-off valves 81 and 84.
  • Closing the third shut-off valve 83 prevents flow through the first heat pump 1.
  • the optional three-way valve 82 is connected so that the first and second ports are connected to each other. Both pumps 35 and 45 are then operated, so that the second heat pump 2 is supplied with heat from both heat sources 3 and 4 on the one hand and, on the other hand, heat is exchanged between the two heat sources 3 and 4, as described above in connection with the first embodiment.
  • This mixed operation can also be implemented with the first heat pump 1 by switching the third and fourth shut-off valves 83 and 84, whereby flow through the second heat pump is avoided.
  • an air heat exchanger which can be used, for example, as a second heat source 4
  • the three-way valve 82 can be switched so that the first and third connections are connected to each other, i.e. H .
  • the heat transfer fluid flows from the return 42 directly to the flow 41 of the second heat source 4.
  • the shut-off valve 85 is closed and the fourth pump 45 delivers the heat transfer fluid between the heating register 405 and the heat source 4.
  • the third embodiment allows a combination of the fifth and second operating states with both heat pumps 1 and 2.
  • defrosting can take place with flow through the evaporator 201 of the second heat pump 2.
  • the second operating state can run simultaneously with the first heat pump 1.
  • the invention is not limited to the embodiments shown. The above description is therefore not to be viewed as limiting, but rather as illustrative.
  • the following claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the claims and the above description define “first” and “second” embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without establishing a ranking.

Abstract

The invention relates to a heat pump assembly (9) comprising at least one first heat pump (1) with a flow (11) and a return pipe (12), at least one second heat pump (2) with a flow (21) and a return pipe (22), at least one first heat source (3) with a flow (31) and a return pipe (32), and at least one second heat source (4) with a flow (41) and a return pipe (42), wherein the heat pump assembly (9) also contains a collector (5) and a distributer (6), wherein the flow pipes (11, 21) of the first and second heat pumps (1, 2) and the return pipes (32, 42) of the first and second heat sources (3, 4) are connected to the distributer (6), and the return pipes (12, 22) of the first and second heat pumps (1, 2) and the flow pipes (31, 41) of the first and second heat sources (3, 4) are connected to the collector (5), and a connection pipe (7) is arranged between the distributer (6) and the collector (5). The invention also relates to a building provided with same and to a method for operating a heat pump assembly.

Description

Wärmepumpenanordnung, Verfahren zu deren Betrieb und damit ausgestattetes Gebäude Heat pump arrangement, method for operating the same and building equipped therewith
Die Erf indung betrif ft eine Wärmepumpenanordnung mit zumindest einer ersten Wärmepumpe , mit einem Vorlauf und einem Rücklauf , zumindest einer zweiten Wärmepumpe , mit einem Vorlauf und einem Rücklauf , zumindest einer ersten Wärmequelle mit einem Vorlauf und einem Rücklauf und zumindest einer zweiten Wärmequelle mit einem Vorlauf und einem Rücklauf . Weiterhin betrif ft die Erf indung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmepumpenanordnung und ein damit ausgestattetes Gebäude . The invention relates to a heat pump arrangement with at least a first heat pump, with a flow and a return, at least a second heat pump, with a flow and a return, at least a first heat source with a flow and a return and at least a second heat source with a flow and a return. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a heat pump arrangement and a building equipped with it.
Aus T . You et al . : "A new ground-coupled heat pump system integrated with a multi -mode air- source heat compensator to eliminate thermal imbalance in cold regions" , Energy and Buildings 107 ( 2015 ) 103 ist eine Wärmepumpenanordnung der eingangs genannten Art bekannt . Diese enthält einen Luft wärmeübertrager und eine Erdwärmesonde als Wärmequelle . Jede Wärmequelle ist mit einer zugeordneten Wärmepumpe verschal tet , sodass zur Brauchwassererwärmung einerseits und zur Gebäudeheizung andererseits unterschiedliche Wärmepumpen zur Verfügung stehen . Über ein Rohrleitungsnetz mit entsprechenden Schaltventilen kann j ede Wärmepumpe mit j eder Wärmequelle verbunden werden . Hierdurch kann, j e nach Witterung und Wärmebedarf , die j eweils optimal geeignete Wärmequelle ausgewählt werden . Diese bekannte Anordnung weist j edoch den Nachteil auf , dass die Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen nur unzulänglich möglich ist . Ausgehend vom Stand der Technik besteht eine Aufgabe der Erf indung somit darin, eine Wärmepumpenanordnung anzugeben, welche eine größere Flexibilität aufweist . From T. You et al. : "A new ground-coupled heat pump system integrated with a multi-mode air-source heat compensator to eliminate thermal imbalance in cold regions", Energy and Buildings 107 (2015) 103, a heat pump arrangement of the type mentioned at the beginning is known. This contains an air heat exchanger and a geothermal probe as a heat source. Each heat source is connected to an assigned heat pump, so that different heat pumps are available for heating domestic water on the one hand and for heating buildings on the other. Every heat pump can be connected to every heat source via a pipe network with appropriate switching valves. This means that, depending on the weather and heat requirements, the most suitable heat source can be selected. However, this known arrangement has the disadvantage that adaptation to different operating conditions is only possible to an inadequate extent. Based on the prior art, one object of the invention is to provide a heat pump arrangement which has greater flexibility.
Gemäß einem Aspekt kann die Erf indung eine Wärmepumpenanordnung betref fen . Diese kann zumindest eine erste Wärmepumpe mit einem Vorlauf und einem Rücklauf und/oder zumindest eine zweite Wärmepumpe mit einem Vorlauf und einem Rücklauf enthalten . Jede Wärmepumpe kann in einigen Ausführungsformen in an sich bekannter Weise einen Kondensator und einen Verdampfer und einen Kompressor aufweisen, wobei ein Arbeitsmittel unter Wärmeaufnahme im Verdampfer verdampft und unter Wärmeabgabe im Kondensator kondensiert werden kann . Dazwischen kann das gasförmige Arbeitsmittel in einigen Ausführungsformen mittels eines optionalen Kompressors komprimiert und das verf lüssigte Arbeitsmittel kann über ein optionales Drosselventil zurückgeführt werden . Die verwendbaren Wärmepumpen können von üblicher Bauweise sein . Die Erf indung lehrt nicht die Verwendung spezieller Wärmepumpen als Lösungsprinzip . According to one aspect, the invention may relate to a heat pump arrangement. This can contain at least a first heat pump with a flow and a return and/or at least a second heat pump with a flow and a return. In some embodiments, each heat pump can have a condenser and an evaporator and a compressor in a manner known per se, whereby a working medium can be evaporated while absorbing heat in the evaporator and can be condensed while releasing heat in the condenser. In between, in some embodiments, the gaseous working fluid can be compressed using an optional compressor and the liquefied working fluid can be returned via an optional throttle valve. The heat pumps that can be used can be of standard design. The invention does not teach the use of special heat pumps as a solution principle.
Weiterhin kann die Wärmepumpenanordnung zumindest eine erste Wärmequelle und/oder zumindest eine zweite Wärmequelle aufweisen . Die beiden Wärmequellen können von gleichem oder von unterschiedlichem Typ sein . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann zumindest eine Wärmequelle ein horizontal unter der Erdoberf läche eingebrachter Erdwärmekollektor und/oder eine in einer Tiefbohrung eingebrachte Erdwärmesonde sein oder enthalten, welche j eweils Wärme aus dem Erdreich beziehen . Furthermore, the heat pump arrangement can have at least a first heat source and/or at least a second heat source. The two heat sources can be of the same or of different types. In some embodiments of the invention, at least one heat source can be or contain a geothermal collector installed horizontally beneath the earth's surface and/or a geothermal probe installed in a deep borehole, each of which draws heat from the ground.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann zumindest eine Wärmequelle ein Luftwärmeübertrager sein oder einen solchen enthalten, um Wärme aus der Außenluft nutzbar zu machen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann zumindest eine Wärmequelle ausgewählt sein aus einem solarthermischen Kollektor und/oder einem Photovoltaik- Thermischen Kollektor und/oder einem Solarabsorber , um solare Wärmestrahlung als Brauchwärme nutzbar zu machen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann zumindest eine Wärmequelle ein Grundwasserbrunnen sein oder einen solchen enthalten, um im Grundwasser gespeicherte Wärme als Brauchwärme nutzbar zu machen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann zumindest eine Wärmequelle einen Wärmetauscher enthalten oder daraus bestehen, welcher Abwärme als Brauchwärme nutzbar macht . Die Abwärme kann aus einem Verbrennungsprozess und/oder einem industriellen Fertigungs prozess und/oder einem Abwasserstrom und/oder einem Kühl wasserstrom stammen . Bei Verwendung unterschiedlicher Wärmequellen für die erste und zweite Wärmequelle kann die Flexi bilität der Wärmepumpenanordnung weiter erhöht sein . In some embodiments of the invention, at least one heat source may be or contain an air heat exchanger in order to utilize heat from the outside air. In some embodiments of the invention, at least one heat source may be selected from a solar thermal collector and/or a photovoltaic Thermal collector and/or a solar absorber to make solar heat radiation usable as domestic heat. In some embodiments of the invention, at least one heat source can be or contain a groundwater well in order to make heat stored in the groundwater usable as industrial heat. In some embodiments of the invention, at least one heat source can contain or consist of a heat exchanger, which makes waste heat usable as industrial heat. The waste heat can come from a combustion process and/or an industrial manufacturing process and/or a wastewater stream and/or a cooling water stream. When using different heat sources for the first and second heat sources, the flexibility of the heat pump arrangement can be further increased.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärme zwischen den Verdampfern der Wärmepumpenanordnung und den Wärmequellen durch ein in Rohrleitungen zirkulierendes Wärmeträgerf luid transportiert werden . Das Wärmeträgerf luid kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung f lüssig sein . Das Wärmeträgerf luid kann in anderen Ausführungsformen der Erf indung gasförmig sein . Das Wärmeträgerf luid kann in wiederum anderen Ausführungsformen der Erf indung bei der Wärmezufuhr oder -abgabe einen Phasenübergang durchlaufen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Wärmeträgerf luid eine frostsichere Flüssigkeit sein . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann das Wärmeträgerf luid ausgewählt sein aus einer Salzlösung bzw . Sole und/oder einem Wasser- /Glykolgemisch und/oder einem Thermoöl . In some embodiments of the invention, the heat can be transported between the evaporators of the heat pump arrangement and the heat sources by a heat transfer fluid circulating in pipes. In some embodiments of the invention, the heat transfer fluid can be liquid. In other embodiments of the invention, the heat transfer fluid can be gaseous. In yet other embodiments of the invention, the heat transfer fluid can undergo a phase transition when heat is supplied or released. In some embodiments of the invention, the heat transfer fluid can be a frost-proof liquid. In some embodiments of the invention, the heat transfer fluid can be selected from a salt solution or Brine and/or a water/glycol mixture and/or a thermal oil.
Die Wärmepumpenanordnung gemäß einem Aspekt der Erf indung weist weiterhin einen Sammler und einen Verteiler auf , wobei der Vorlauf der ersten und zweiten Wärmepumpe und der Rücklauf der ersten und zweiten Wärmequelle mit dem Verteiler verbunden sind und der Rücklauf der ersten und zweiten Wärmepumpe und der Vorlauf der ersten und zweiten Wärmequelle mit dem Sammler verbunden sind . Das Wärmeträgerf luid strömt somit vom Sammler durch eine Wärmequelle , nimmt dort Wärme auf und strömt sodann in den Verteiler . Vom Verteiler wird das Wärmeträgerf luid dem Verdampfer einer Wärmepumpe zugeführt , wobei es Wärme abgibt und sich abkühlt . Das abgekühlte Wärmeträgerf luid strömt zurück in den Sammler . The heat pump arrangement according to one aspect of the invention further has a collector and a distributor, wherein the flow of the first and second heat pumps and the return of the first and second heat sources are connected to the distributor and the return of the first and second heat pumps and the flow of the first and second heat sources are connected to the collector. The heat transfer fluid flows from the collector through a heat source, absorbs heat there and then flows into the distributor. The heat transfer fluid is fed from the distributor to the evaporator of a heat pump, where it releases heat and cools down. The cooled heat transfer fluid flows back into the collector.
Schließlich ist vorgesehen, dass zwischen dem Sammler und dem Verteiler ein Verbindungsrohr angeordnet ist . Das Verbindungsrohr dient als hydraulischer Nullpunkt und ermöglicht damit , eine Regelgröße für die Wärmepumpenanordnung abzuleiten . Gegenüber einer bekannten Wärmepumpenanordnung kann die erf indungsgemäße Wärmepumpenanordnung eine größere Vielzahl von Betriebszuständen und/oder eine vereinfachte Regelung aufweisen . Finally, it is provided that a connecting pipe is arranged between the collector and the distributor. The connecting pipe serves as a hydraulic zero point and thus makes it possible to derive a control variable for the heat pump arrangement. Compared to a known heat pump arrangement, the heat pump arrangement according to the invention can have a larger variety of operating states and/or a simplified control system.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärmepumpenanordnung weiterhin eine erste Pumpe enthalten, welche dazu eingerichtet ist , das Wärmeträgerf luid vom Verteiler in die erste Wärmepumpe zu fördern . In einigen Ausführungs formen der Erf indung kann die Wärmepumpenanordnung alternativ oder zusätzlich eine zweite Pumpe enthalten, welche dazu eingerichtet ist , ein Wärmeträgerf luid vom Verteiler in die zweite Wärmepumpe zu fördern . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärmepumpenanordnung alternativ oder zusätzlich eine dritte Pumpe enthalten, welche dazu eingerichtet ist , ein Wärmeträgerf luid vom Sammler in die erste Wärmequelle zu fördern . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärmepumpenanordnung alternativ oder zusätzlich eine vierte Pumpe enthalten, welche dazu eingerichtet ist , ein Wärmeträgerf luid vom Sammler in die zweite Wärmequelle zu fördern . Durch individuelle Ansteuerung der einzelnen Pumpen können die Volumenströme und damit bei bekannter Temperatur des Wärmeträgerf luids auch die Wärmeströme zwischen den einzelnen Quellen und den einzelnen Wärmepumpen beeinf lusst werden, sodass in Abhängigkeit der Witterungsbedingungen, dem Zustand der Wärmequellen und dem Wärmebedarf eines Gebäudes unterschiedliche Betriebs - bzw . Regelstrategien umgesetzt werden können . In some embodiments of the invention, the heat pump arrangement can further contain a first pump, which is set up to convey the heat transfer fluid from the distributor into the first heat pump. In some embodiments of the invention, the heat pump arrangement can alternatively or additionally contain a second pump, which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor into the second heat pump. In some embodiments of the invention, the heat pump arrangement can alternatively or additionally contain a third pump, which is set up to convey a heat transfer fluid from the collector into the first heat source. In some embodiments of the invention, the heat pump arrangement can alternatively or additionally contain a fourth pump, which is designed to convey a heat transfer fluid from the collector into the second heat source. By individually controlling the individual pumps, the volume flows and thus, if the temperature of the heat transfer fluid is known, the heat flows between the individual sources and the individual heat pumps can be influenced, depending on the weather conditions, the condition of the heat sources and the heat requirement of a building different operating or Control strategies can be implemented.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann im Verbindungsrohr zumindest ein Durchf lussmesser vorhanden sein . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann alternativ oder zusätzlich im Verbindungsrohr zumindest ein Temperatursensor vorhanden sein . In wiederum anderen Ausführungsformen der Erf indung können im Verbindungsrohr zwei oder drei Temperatursensoren vorhanden sein . Da das Verbindungsrohr den hydraulischen Nullpunkt des für das Wärmeträgerf luid verwendeten Leitungsnetzes darstellt , wird der Strom des Wärmeträgerf luids so gesteuert oder geregelt , dass die Strömung innerhalb des Verbindungsrohres unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kommt die Strömung im Verbindungsrohr vollständig zum Erliegen bzw . erreicht einen Wert , welcher durch die verwendete Sensorik nicht mehr messbar ist . In some embodiments of the invention, at least one flow meter can be present in the connecting pipe. In other embodiments of the invention, at least one temperature sensor can alternatively or additionally be present in the connecting pipe. In still other embodiments of the invention, two or three temperature sensors can be present in the connecting pipe. Since the connecting pipe represents the hydraulic zero point of the pipe network used for the heat transfer fluid, the flow of the heat transfer fluid is controlled or regulated in such a way that the flow within the connecting pipe is below a predeterminable limit value. In some embodiments of the invention, the flow in the connecting pipe comes to a complete standstill. reaches a value that can no longer be measured by the sensor technology used.
Zur Messung der Strömung innerhalb des Verbindungsrohres kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung ein Durchf lussmesser im Verbindungsrohr verwendet werden . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann die Temperatur bzw . ein Temperaturgradient im Verbindungsrohr bestimmt werden . In some embodiments of the invention, a flow meter can be used in the connecting pipe to measure the flow within the connecting pipe. In other embodiments of the invention, the temperature or a temperature gradient in the connecting pipe can be determined.
Sofern im Verbindungsrohr eine zu vernachlässigende Strömung herrscht , erreicht die Temperatur in der Mitte des Verbindungsrohres in etwa den Mittelwert der Temperatur des Sammlers und des Verteilers . Sofern mehr als ein Temperatursensor verwendet wird, können diese in der Mitte des Verbindungsrohres und an den beiden Enden des Verbindungsrohres eingesetzt werden . If there is negligible flow in the connecting pipe, the temperature in the middle of the connecting pipe will be approximately the average of the temperature of the collector and the distributor. If more than one temperature sensor is used, these can be placed in the middle of the connecting pipe and at both ends of the connecting pipe.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärmepumpenanordnung weiterhin ein erstes Drei -Wege-Ventil , mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss aufweisen, wobei der erste und zweite Anschluss mit dem Sammler und dem Vorlauf der zweiten Wärme- quelle verbunden sind und der dritte Anschluss mit dem Verteiler verbunden ist . Darüber hinaus kann die Wärmepumpenanordnung weiterhin ein zweites Drei -Wege-Ventil mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss aufweisen, wobei der erste und zweite Anschluss mit dem Verteiler und dem Rücklauf der zweiten Wärmequelle verbunden sind und der dritte Anschluss mit dem Sammler verbunden ist . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann alternativ oder zusätzlich auch die erste Wärmequelle mit zwei Drei -Wege-Ventilen ausgestattet sein, wie vorstehend beschrieben . Die Drei-Wege-Ventile haben die Wirkung , dass die im Normalbetrieb vom Vorlauf zum Rücklauf f ließende Strömung des Wärmeträgerf luids umgekehrt werden kann, sodass der Wärmequelle über den Rücklauf Wärme zugeführt werden kann, beispielsweise um eine Erdwärmesonde zu regenerieren oder einen Luftwärmeübertrager zu enteisen . In some embodiments of the invention, the heat pump assembly may further comprise a first three-way valve having a first connection and a second connection and a third connection, wherein the first and second connections are connected to the collector and the flow of the second heat source and the third connection is connected to the distributor. In addition, the heat pump arrangement can further comprise a second three-way valve with a first connection and a second connection and a third connection, wherein the first and second connections are connected to the distributor and the return of the second heat source and the third connection is connected to the collector. In some embodiments of the invention, alternatively or additionally, the first heat source can also be equipped with two three-way valves, as described above. The three-way valves have the effect that the flow of the heat transfer fluid flowing from the supply to the return during normal operation can be reversed, so that heat can be supplied to the heat source via the return, for example to regenerate a geothermal probe or to defrost an air heat exchanger.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Verteiler durch ein Rohr gebildet sein, wobei der Vorlauf der ersten Wärmepumpe und der Rücklauf der ersten Wärmequelle an einem ersten Ende des Rohres angeordnet sind und der Vorlauf der zweiten Wärmepumpe und der Rücklauf der zweiten Wärmequelle an einem zweiten Ende des Rohres angeordnet sind . In ähnlicher Weise kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung auch der Sammler durch ein Rohr gebildet werden, wobei der Rücklauf der ersten Wärmepumpe an einem ersten Ende des Rohres angeordnet ist und der Rücklauf der zweiten Wärmepumpe an einem zweiten Ende des Rohres angeordnet ist . Diese Merkmale haben die Wirkung , dass bei einem Parallelbetrieb beider Wärmepumpen und beider Wärmequellen eine Durchmischung des Wärmeträgerf luids im Sammler bzw . im Verteiler vermieden wird . Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Wärmepumpenanordnung ansteigen, weil beide Wärmepumpen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben und somit der Energieinhalt der wärmeren Wärmequelle vollständig genutzt werden können . Gemäß einem weiteren Aspekt der Erf indung betrif ft diese ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanordnung mit zumindest einer ersten Wärmepumpe , zumindest einer zweiten Wärmepumpe , zumindest einer ersten Wärmequelle und zumindest einer zweiten Wärmequelle . Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erf indung zeichnet sich dadurch aus , dass die Wärmepumpenanordnung zumindest drei Betriebszustände aufweist . In some embodiments of the invention, the distributor can be formed by a pipe, with the flow of the first heat pump and the return of the first heat source being arranged at a first end of the pipe and the flow of the second heat pump and the return of the second heat source being arranged at a second End of the tube are arranged. Similarly, in some embodiments of the invention, the collector can also be formed by a pipe, with the return of the first heat pump being arranged at a first end of the pipe and the return of the second heat pump being arranged at a second end of the pipe. These features have the effect that when both heat pumps and both heat sources are operated in parallel, the heat transfer fluid in the collector or is avoided in the distributor. This can increase the efficiency of the heat pump arrangement because both heat pumps can be operated at different temperature levels and the energy content of the warmer heat source can therefore be fully utilized. According to a further aspect of the invention, this relates to a method for operating a heat pump arrangement with at least a first heat pump, at least a second heat pump, at least a first heat source and at least a second heat source. The method according to this aspect of the invention is characterized in that the heat pump arrangement has at least three operating states.
In einem ersten Betriebszustand kann einer Wärmequelle Wärme entnommen werden, welche der anderen Wärmequelle zugeführt wird . Hierdurch kann eine Wärmequelle regeneriert werden, ohne dass Wärme aus externen Quellen eingesetzt werden muss , zum Beispiel aus einem elektrischen Heizregister . Das Regenerieren einer Wärmequelle kann das Enteisen eines Luft wärmeübertragers oder den Wärmeeintrag in eine Erdwärmesonde umfassen . In a first operating state, heat can be taken from a heat source and supplied to the other heat source. This allows a heat source to be regenerated without having to use heat from external sources, for example from an electrical heating register. Regenerating a heat source can include de-icing an air heat exchanger or introducing heat into a geothermal probe.
In einem zweiten Betriebszustand kann einer einzigen Wärmequelle Wärme entnommen werden, welche über eine einzige Wärmepumpe als Brauchwärme bereitgestellt wird, beispiels weise zur Brauchwassererwärmung , zur Gebäudeheizung oder auch für industrielle Zwecke oder zum Betrieb eines Fernwärmenetzes . Hierbei erlaubt die Wärmepumpenanordnung eine individuelle Verschaltung j eder Wärmequelle mit j eder Wärmepumpe , sodass größtmögliche Flexibilität bei der Auswahl der Wärmepumpe und der Wärmequelle besteht . In a second operating state, heat can be taken from a single heat source, which is provided as industrial heat via a single heat pump, for example for heating domestic water, for heating buildings or for industrial purposes or for operating a district heating network. The heat pump arrangement allows each heat source to be individually connected to each heat pump, so that there is the greatest possible flexibility in selecting the heat pump and the heat source.
In einem dritten Betriebszustand kann der ersten Wärmequelle Wärme entnommen werden, welche über die erste Wärmepumpe als Brauchwärme bereitgestellt wird und der zweiten Wärmequelle kann Wärme entnommen werden, welche über die zweite Wärmepumpe als Brauchwärme bereitgestellt wird . Dieser Parallel betrieb eignet sich insbesondere für hohe Lastanforderungen, beispielsweise für gleichzeitige Gebäudeheizung und Brauchwassererwärmung im Winter . Sofern beide Wärmequellen von unterschiedlichen Typs sind, beispielsweise ein Luftwärmeübertrager und eine Erdwärmesonde , kann die begrenzte Jahresarbeit einer Erdwärmesonde für Zeiten aufgespart werden, in welchen der Luftwärmeübertrager aufgrund niedriger Außentemperaturen nur unzulängliche Leistung bietet . Bei sehr hohen Außentemperaturen kann in die Erdwärmesonde Wärme aus dem Luftwärmeübertrager eingetragen werden, um diese zu regenerieren . Bei Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt , wenn der Luftwärmeübertrager zur Vereisung neigt , kann dieser mit Wärme aus der Erdwärmesonde enteist werden . Durch den Parallelbetrieb kann somit eine hohe Wärmeleistung durch die Wärmepumpenanordnung bereitgestellt werden bei zugleich geringem Überlastungsrisiko einer möglicherweise teillastdimensionierten, begrenzten höherwertigen Wärmequelle . In a third operating state, heat can be taken from the first heat source, which is provided as useful heat via the first heat pump, and heat can be taken from the second heat source, which is provided as useful heat via the second heat pump. This parallel operation is particularly suitable for high load requirements, for example for simultaneous building heating and domestic water heating in winter. If both heat sources are of different types, for example an air heat exchanger and a geothermal probe, the limited Annual work of a geothermal probe can be saved for times when the air heat exchanger only offers inadequate performance due to low outside temperatures. If outside temperatures are very high, heat from the air heat exchanger can be fed into the geothermal probe in order to regenerate it. At temperatures around or below freezing point, if the air heat exchanger tends to ice up, it can be de-iced with heat from the geothermal probe. Through parallel operation, a high heat output can be provided by the heat pump arrangement with at the same time a low risk of overloading a possibly partial load-sized, limited, higher-quality heat source.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärme zwischen Wärmequelle und Wärmepumpe mit einem f lüssigen Wärmeträgerf luid transportiert werden, welches mit j eweils einer zugeordneten Pumpe zwischen den Wärmequellen und den Wärmepumpen gefördert wird . Die Pumpen können in einfacher Weise über eine Steuer- oder Regeleinrichtung beeinf lusst werden, sodass der Durchf luss des Wärmeträgerf luids an die unterschiedlichen Betriebszustände angepasst werden kann . In some embodiments of the invention, the heat can be transported between the heat source and the heat pump with a liquid heat transfer fluid, which is conveyed between the heat sources and the heat pumps using an assigned pump. The pumps can be easily influenced via a control or regulating device, so that the flow of the heat transfer fluid can be adapted to the different operating states.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung können die den Wärmepumpen zugeordneten ersten und zweiten Pumpen mit konstanter Fördermenge betrieben werden und die den Wärmequellen zugeordneten dritten und vierten Pumpen gesteuert oder geregelt werden . Hierdurch kann die Regelstrategie vereinfacht werden, ohne an Flexibilität einzubüßen . In some embodiments of the invention, the first and second pumps assigned to the heat pumps can be operated with a constant delivery rate and the third and fourth pumps assigned to the heat sources can be controlled or regulated. This allows the control strategy to be simplified without losing flexibility.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung können die Vor- und Rücklauf leitungen der Wärmequellen und der Wärmepumpen an einen Sammler und einen Verteiler angeschlossen sein, wobei zwischen dem Verteiler und dem Sammler ein Verbindungsrohr angeordnet ist und die Pumpen so gesteuert oder geregelt werden, dass der Durchf luss durch das Verbindungs rohr unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt . In einigen Ausführungsformen der Erf indung ist der Durchf luss null bzw . unterhalb der Messgrenze . In some embodiments of the invention, the supply and return lines of the heat sources and the heat pumps can be connected to a collector and a distributor, with a connecting pipe being arranged between the distributor and the collector and the pumps being controlled or regulated so that the flow flow through the connecting pipe is below a predetermined limit value. In In some embodiments of the invention the flow is zero or below the measurement limit.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Steuerung durch eine Umsetzungstabelle erfolgen . In diesem Fall können die Temperaturen der Wärmequellen und/oder die Wärmeanforderung des mit der Wärmepumpenanordnung ausgestatteten Gebäudes und/oder die Temperaturen der Wärmesenken als Eingangsgröße verwendet werden und die j eweilige Pumpendrehzahl bzw . Fördermenge als Ausgangsgröße aus der Umsetzungstabelle ausgelesen und eingestellt werden . In some embodiments of the invention, control may be accomplished through a translation table. In this case, the temperatures of the heat sources and/or the heat requirement of the building equipped with the heat pump arrangement and/or the temperatures of the heat sinks can be used as input variables and the respective pump speed or Delivery quantity can be read out and set as an initial variable from the conversion table.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung erfolgt die Regelung so , dass das Verbindungsrohr die Mitteltemperatur zwischen Sammler und Verteiler aufweist . Dies kann als Indiz dafür gesehen werden, dass durch das Verbindungsrohr keine nennenswerte Strömung des Wärmeträgerf luids erfolgt . In some embodiments of the invention, the control takes place in such a way that the connecting pipe has the average temperature between the collector and distributor. This can be seen as an indication that there is no significant flow of heat transfer fluid through the connecting pipe.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Regelung so erfolgen, dass ein Durchf lussmesser im Verbindungsrohr eine Strömung unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes erfasst . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann dieser Grenzwert ein Minimalwert bzw . null sein . In some embodiments of the invention, the control can be carried out in such a way that a flow meter in the connecting pipe detects a flow below a predeterminable limit value. In some embodiments of the invention, this limit value can be a minimum value or be null.
Einige Ausführungsformen der Erf indung kann das erf indungsgemäße Verfahren einen vierten Betriebszustand aufweisen, in welchem beiden Wärmequellen Wärme entnommen wird, welche über eine einzige Wärmepumpe als Brauchwärme bereitgestellt wird . In some embodiments of the invention, the method according to the invention can have a fourth operating state in which heat is taken from both heat sources and is provided as useful heat via a single heat pump.
Nachfolgend soll die Erf indung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erf indungsgedankens näher erläutert werden . Dabei zeigt The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention. This shows
Figur 1 eine Wärmepumpenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erf indung . Figur 2 zeigt eine Wärmepumpenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erf indung . Figure 1 shows a heat pump arrangement according to a first embodiment of the invention. Figure 2 shows a heat pump arrangement according to a second embodiment of the invention.
Figur 3 zeigt eine Wärmepumpenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erf indung . Figure 3 shows a heat pump arrangement according to a third embodiment of the invention.
Anhand der Figur 1 wird eine erste Ausführungsform der Erf indung näher erläutert . Die Wärmepumpenanordnung 9 weist eine erste Wärmepumpe 1 auf . Die erste Wärmepumpe 1 enthält einen Verdampfer 101 sowie einen Kondensator 102 . Der Verdampfer 101 ist mit einem Vorlauf 11 und einem Rücklauf 12 versehen, über welchen dem Verdampfer 101 ein Wärmeträgerf luid zugeführt werden kann . Die Wärme aus dem Wärmeträgerf luid bewirkt die Verdampfung eines Arbeitsmittels im Verdampfer 101 , wobei dem Wärmeträgerf luid Wärme entzogen wird, sodass sich dieses abkühlt . Das Arbeitsmittel wird mit einem Kompressor 104 verdichtet und dem Kondensator 102 zugeführt . Im Kondensator 102 wird das Arbeitsmittel unter Wärmeabgabe kondensiert . Die auf diese Weise freigesetzte Wärme kann als Brauchwärme zur Gebäudeheizung , für industrielle Prozesse oder zur Brauchwassererwärmung verwendet werden . Das verf lüssigte Arbeitsmittel wird über ein Drosselventil 103 dem Verdampfer 101 wieder zugeführt , so dass der vorstehend beschriebene Prozess zyklisch abläuft . A first embodiment of the invention is explained in more detail with reference to FIG. 1. The heat pump arrangement 9 has a first heat pump 1. The first heat pump 1 contains an evaporator 101 and a condenser 102. The evaporator 101 is provided with a flow 11 and a return 12, via which a heat transfer fluid can be supplied to the evaporator 101. The heat from the heat transfer fluid causes the evaporation of a working fluid in the evaporator 101, with heat being removed from the heat transfer fluid so that it cools down. The working fluid is compressed with a compressor 104 and fed to the condenser 102. The working fluid is condensed in the condenser 102 with the release of heat. The heat released in this way can be used as domestic heat for heating buildings, for industrial processes or for heating domestic water. The liquefied working medium is fed back to the evaporator 101 via a throttle valve 103, so that the process described above runs cyclically.
Weiterhin enthält die Wärmepumpenanordnung eine zweite Wärmepumpe 2 mit einem Verdampfer 201 , einem Kondensator 202 , einem Kompressor 204 und einem Drosselventil 203 . Die Funktionsweise der zweiten Wärmepumpe 2 entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise der ersten Wärmepumpe 1 . Auch die zweite Wärmepumpe 2 weist einen Vorlauf 21 und einen Rücklauf 22 auf , über welche ein Wärmeträgerf luid und damit Wärme zugeführt werden kann . Furthermore, the heat pump arrangement contains a second heat pump 2 with an evaporator 201, a condenser 202, a compressor 204 and a throttle valve 203. The functionality of the second heat pump 2 essentially corresponds to the functionality of the first heat pump 1. The second heat pump 2 also has a flow 21 and a return 22, via which a heat transfer fluid and thus heat can be supplied.
Weiterhin weist die erf indungsgemäße Wärmepumpenanordnung eine erste Wärmequelle 3 auf . Die Wärmequelle 3 weist ebenfalls einen Vorlauf 31 und einen Rücklauf 32 auf . Die Wärmequelle 3 kann beispielsweise eine Erdwärmesonde , ein Erdwärmekollektor oder auch ein Grundwasserbrunnen sein . Über den Vorlauf 31 wird der ersten Wärmequelle 3 ein abgekühltes Wärmeträgerf luid zugeführt , welches in der Wärmequelle 3 Wärme aufnimmt und als erwärmtes Wärmeträgerf luid über den Rücklauf 32 die erste Wärmequelle 3 wieder verlässt . Furthermore, the heat pump arrangement according to the invention has a first heat source 3. The heat source 3 also has a flow 31 and a return 32. The Heat source 3 can be, for example, a geothermal probe, a geothermal collector or even a groundwater well. A cooled heat transfer fluid is supplied to the first heat source 3 via the flow 31, which absorbs heat in the heat source 3 and leaves the first heat source 3 again as heated heat transfer fluid via the return line 32.
Weiterhin weist die Wärmepumpenanordnung eine zweite Wärmequelle 4 auf . Auch die zweite Wärmequelle 4 besitzt einen Vorlauf 41 und einen Rücklauf 42 . Wie vorstehend beschrieben, kann über den Vorlauf 41 ein abgekühltes Wärmeträgerf luid zugeführt werden, welches Wärme aufnimmt und auf höherem Temperaturniveau über den Rücklauf 42 aus der Wärmequelle 4 abgeführt wird . Die zweite Wärmequelle 4 kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung einen Luftwärmeübertrager oder einen Solarkollektor enthalten . In einigen Aus führungsformen der Erf indung können auch mehr als zwei Wärmequellen vorhanden sein . Die dargestellte erste Wärmequelle 3 und die zweite Wärmequelle 4 stellen lediglich die Mindestanzahl dar . Aufgrund ihres unterschiedlichen Typs können die erste und zweite Wärmequelle 3 und 4 auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau arbeiten bzw . über ihren Rücklauf 32 bzw . 42 ein Wärmeträgerf luid mit unterschiedlicher Temperatur liefern . Furthermore, the heat pump arrangement has a second heat source 4. The second heat source 4 also has a flow 41 and a return 42. As described above, a cooled heat transfer fluid can be supplied via the flow 41, which absorbs heat and is removed from the heat source 4 at a higher temperature level via the return 42. In some embodiments of the invention, the second heat source 4 may contain an air heat exchanger or a solar collector. In some embodiments of the invention, more than two heat sources can also be present. The first heat source 3 and the second heat source 4 shown represent only the minimum number. Due to their different types, the first and second heat sources 3 and 4 can operate at different temperature levels. about their return 32 or 42 deliver a heat transfer fluid with different temperatures.
Das in der Wärmepumpenanordnung zirkulierende Wärmeträgerf luid kann f lüssig oder gasförmig sein . Ein f lüssiges Wärmeträgerf luid kann beispielsweise eine Wasser- /Glykolmischung oder eine Sole sein, um auf diese Weise auch Arbeitstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser zu ermöglichen . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann das Wärmeträgerf luid ein Thermoöl sein . In wiederum anderen Ausführungsformen in der Erf indung kann Wasser als Wärmeträgerf luid verwendet werden, wenn Temperaturen unter dem Gefrierpunkt nicht erwartet werden . Die erf indungsgemäße Wärmepumpenanordnung enthält weiterhin einen Verteiler 6 sowie eine Sammler 5 . Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erf indung sind sowohl der Verteiler 6 als auch der Sammler 5 durch ein Rohr gebildet , wobei der Vorlauf 11 der ersten Wärmepumpe 1 und der Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle 3 an einem ersten Ende des Rohres angeordnet sind, und der Vorlauf 21 der zweiten Wärmepumpe 2 und der Rücklauf 42 der zweiten Wärmequelle 4 an einem zweiten Ende des Rohres angeordnet sind . In gleicher Weise ist der Rücklauf 12 der ersten Wärmepumpe 1 an einem ersten Ende des Rohres angeordnet und der Rücklauf 22 der zweiten Wärmepumpe 2 an einem zweiten Ende des Rohres angeordnet .The heat transfer fluid circulating in the heat pump arrangement can be liquid or gaseous. A liquid heat transfer fluid can be, for example, a water/glycol mixture or a brine in order to enable working temperatures below the freezing point of water. In other embodiments of the invention, the heat transfer fluid can be a thermal oil. In still other embodiments of the invention, water can be used as a heat transfer fluid when temperatures below freezing are not expected. The heat pump arrangement according to the invention also contains a distributor 6 and a collector 5. In the illustrated embodiment of the invention, both the distributor 6 and the collector 5 are formed by a pipe, with the flow 11 of the first heat pump 1 and the return 32 of the first heat source 3 being arranged at a first end of the pipe, and the flow 21 the second heat pump 2 and the return 42 of the second heat source 4 are arranged at a second end of the pipe. In the same way, the return 12 of the first heat pump 1 is arranged at a first end of the pipe and the return 22 of the second heat pump 2 is arranged at a second end of the pipe.
Der Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 sowie der Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle 4 können ebenfalls an den Enden des den Sammler 5 bildenden Rohres angeordnet sein oder aber an einer beliebigen Stelle zwischen den Enden und der Mitte des den Sammler 5 bildenden Rohres . The flow 31 of the first heat source 3 and the flow 41 of the second heat source 4 can also be arranged at the ends of the tube forming the collector 5 or at any point between the ends and the middle of the tube forming the collector 5.
Die erf indungsgemäße Wärmepumpenanordnung enthält weiterhin ein Verbindungsrohr 7 , welches zwischen dem Verteiler und dem Sammler angeordnet ist . Sofern der Verteiler 6 einerseits und der Sammler 5 andererseits durch j eweils ein Rohr gebildet werden, kann das Verbindungsrohr 7 in etwa in der Mitte der Rohre angeordnet sein . The heat pump arrangement according to the invention further contains a connecting pipe 7, which is arranged between the distributor and the collector. If the distributor 6 on the one hand and the collector 5 on the other hand are each formed by a tube, the connecting tube 7 can be arranged approximately in the middle of the tubes.
Die Wärmepumpenanordnung enthält weiterhin eine optionale erste Pumpe 15 , welche dazu eingerichtet ist , ein Wärmeträgerf luid vom Verteiler 6 in die erste Wärmepumpe 1 zu fördern . Weiterhin kann eine optionale zweite Pumpe 25 vorhanden sein, welche dazu eingerichtet ist , ein Wärmeträgerf luid vom Verteiler 6 in die zweite Wärmepumpe 2 zu fördern . Schließlich kann eine optionale dritte Pumpe 35 vorhanden sein, welche dazu eingerichtet ist , ein Wärmeträgerf luid vom Sammler 5 in die erste Wärmequelle 3 zu fördern . Schließlich kann eine optionale vierte Pumpe 45 vorhanden sein, welche dazu eingerichtet ist , ein Wärme- trägerf luid vom Sammler 5 in die zweite Wärmequelle 4 zu fördern . The heat pump arrangement further contains an optional first pump 15, which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor 6 into the first heat pump 1. Furthermore, an optional second pump 25 may be present, which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor 6 into the second heat pump 2. Finally, an optional third pump 35 may be present, which is set up to convey a heat transfer fluid from the collector 5 into the first heat source 3. Finally, an optional fourth pump 45 may be present, which is set up to provide a heat to promote carrier fluid from the collector 5 into the second heat source 4.
Bei Betrieb der Wärmepumpenanordnung kann die erste , zweite , dritte und vierte Pumpe 15 , 25 , 35 und 45 j eweils so angesteuert werden, dass im Verbindungsrohr 7 kein Wärmeträgerf luid strömt . Das Verbindungsrohr 7 bildet somit einen hydraulischen Nullpunkt des Fluidkreislaufes der Wärmepumpenanordnung . Zum Detektieren der Strömung kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung im Verbindungsrohr 7 ein optionaler Durchf lussmesser 75 angeordnet sein . Der Durchf lussmesser 75 kann in kann an sich bekannter Weise ein Flügelradzähler oder auch ein Ultraschallsensor sein . Der Schaltzustand, bei welchem die Strömung im Verbindungsrohr 7 zum Erliegen kommt , kann dadurch detektiert werden, dass der Durchf lussmesser 75 keinen Messwert bzw . einen Messwert unterhalb einer vorgebaren Grenze anzeigt . When the heat pump arrangement is in operation, the first, second, third and fourth pumps 15, 25, 35 and 45 can each be controlled in such a way that no heat transfer fluid flows in the connecting pipe 7. The connecting pipe 7 thus forms a hydraulic zero point of the fluid circuit of the heat pump arrangement. In order to detect the flow, an optional flow meter 75 can be arranged in the connecting pipe 7 in some embodiments of the invention. The flow meter 75 can be a vane wheel meter or an ultrasonic sensor in a manner known per se. The switching state in which the flow in the connecting pipe 7 comes to a standstill can be detected by the fact that the flow meter 75 does not produce a measured value or displays a measured value below a predetermined limit.
Alternativ oder zusätzlich kann die Strömung im Verbindungs rohr 7 auch durch einen oder mehrere Temperatursensoren festgestellt werden . Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Temperatursensoren 71 , 72 und 73 entlang der Längserstreckung des Verbindungsrohres 7 dargestellt . Alternatively or additionally, the flow in the connecting pipe 7 can also be determined by one or more temperature sensors. In the exemplary embodiment shown, three temperature sensors 71, 72 and 73 are shown along the longitudinal extent of the connecting pipe 7.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Wärmepumpenanordnung weiterhin ein optionales erstes Drei -Wegeventil 47 mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss aufweisen . Der erste und zweite Anschluss sind mit dem Sammler 5 und dem Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle 4 verbunden . In einigen Aus führungsformen kann der dritte Anschluss mit dem Vorlauf 42 verbunden sein, sodass dieser indirekt mit dem Verteiler 6 verbunden ist . Der dritte Anschluss ist mit dem Verteiler 6 verbunden . Darüber hinaus kann die Wärmepumpenanordnung weiterhin ein optionales zweites Drei -Wege-Ventil 48 mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss aufweisen . Der erste und zweite Anschluss sind mit dem Verteiler 6 und dem Rücklauf 42 der zweiten Wärmequelle 4 verbunden . Der dritte Anschluss ist mit dem Sammler 5 verbunden . In einigen Ausführungsformen kann der dritte Anschluss mit dem Rücklauf 41 verbunden sein, sodass dieser indirekt mit dem Sammler 5 verbunden ist . Die Drei- Wege-Ventile haben die Wirkung , dass die im Normalbetrieb vom Vorlauf zum Rücklauf f ließende Strömung des Wärmeträgerf luids umgekehrt werden kann, sodass der Wärmequelle über den Rücklauf Wärme zugeführt werden kann, beispielsweise um eine Erdwärmesonde zu regenerieren oder einen Luftwärmeübertrager zu enteisen . In some embodiments of the invention, the heat pump arrangement may further include an optional first three-way valve 47 with a first port and a second port and a third port. The first and second connections are connected to the collector 5 and the flow 41 of the second heat source 4. In some embodiments, the third connection can be connected to the flow 42, so that it is indirectly connected to the distributor 6. The third connection is connected to the distributor 6. In addition, the heat pump arrangement may further include an optional second three-way valve 48 with a first port and a second port and a third port. The first and second connections are connected to the distributor 6 and the return 42 of the second heat source 4. The third connection is connected to the collector 5. In some embodiments, the third connection may be connected to the return 41 so that it is indirectly connected to the collector 5. The three-way valves have the effect that the flow of the heat transfer fluid that flows from the flow to the return during normal operation can be reversed, so that heat can be supplied to the heat source via the return, for example to regenerate a geothermal probe or to de-ice an air heat exchanger .
Optional kann die Wärmepumpenanordnung ein elektrisches Heizregister 405 aufweisen, welches in einer Vor- oder Rücklauf leitung einer Wärmequelle angeordnet ist . Hierdurch kann ein Luftwärmeübertrager durch elektrische Hilf senergie enteist werden . Optionally, the heat pump arrangement can have an electrical heating register 405, which is arranged in a flow or return line of a heat source. This allows an air heat exchanger to be de-iced using auxiliary electrical energy.
Die erf indungsgemäße Wärmepumpenanordnung erlaubt eine Mehrzahl unterschiedlicher Betriebszustände . Hierdurch lässt sich die Wärmepumpenanordnung f lexibel an den j eweiligen Wärmebedarf eines mit der Wärmepumpenanordnung ausgestatteten Gebäudes anpassen . Weiterhin kann der Einsatz der ersten Wärmequelle 3 und der zweiten Wärmequelle 4 optimiert werden, sodass sich bei j eder Witterung bzw . Außentemperatur ein vorteilhafter Einsatz der Wärmepumpenanordnung ergibt . The heat pump arrangement according to the invention allows a number of different operating states. This allows the heat pump arrangement to be flexibly adapted to the respective heat requirements of a building equipped with the heat pump arrangement. Furthermore, the use of the first heat source 3 and the second heat source 4 can be optimized so that in any weather or Outside temperature results in an advantageous use of the heat pump arrangement.
Die erf indungsgemäße Wärmepumpenanordnung kann einen ersten Betriebszustand aufweisen, in welchem einer Wärmequelle Wärme entnommen wird, welche der anderen Wärmequelle zugeführt wird . Hierzu werden die erste und zweite Pumpe 15 und 25 abgeschaltet und die dritte und vierte Pumpe 35 und 45 so angesteuert , dass Wärmeträgerf luid vom Sammler 5 entnommen und einer Wärmequelle zugeführt wird . Das solchermaßen erwärmte Wärmeträgerf luid kann der zweiten Wärmequelle 4 über ihren Rücklauf 42 zugeführt und über den Vorlauf 41 in den Sammler 5 zurückgeführt werden . Hierzu kann die vierte Pumpe 45 umgepolt werden, sodass diese gegenüber dem Normalbetrieb eine umgekehrte Förderrichtung aufweist . Alternativ kann bei identischer Fördererrichtung der vierten Pumpe 45 das erste Ventil 47 so gesteuert werden, dass die Verbindung zwischen der Pumpe 45 und dem Sammler 5 unterbrochen ist und die Pumpe 45 mit dem Verteiler 6 verbunden ist . In gleicher Weise wird das zweite Ventil 48 so geschaltet , dass der Rücklauf 42 mit dem Sammler 5 verbunden ist und die Verbindung zwischen Rücklauf 42 und Verteiler 6 unterbrochen ist . The heat pump arrangement according to the invention can have a first operating state in which heat is taken from one heat source and supplied to the other heat source. For this purpose, the first and second pumps 15 and 25 are switched off and the third and fourth pumps 35 and 45 are controlled so that heat transfer fluid is removed from the collector 5 and fed to a heat source. The heat transfer fluid heated in this way can be supplied to the second heat source 4 via its return line 42 and returned to the collector 5 via the flow line 41. For this The fourth pump 45 can be reversed so that it has a reverse delivery direction compared to normal operation. Alternatively, if the conveyor direction of the fourth pump 45 is identical, the first valve 47 can be controlled in such a way that the connection between the pump 45 and the collector 5 is interrupted and the pump 45 is connected to the distributor 6. In the same way, the second valve 48 is switched so that the return 42 is connected to the collector 5 and the connection between the return 42 and distributor 6 is interrupted.
Der erste Betriebszustand kann gewählt werden, wenn eine Regeneration einer Wärmequelle mit der Wärme der anderen Wärmequelle wirksam ist und keine der ersten und zweiten Wärmepumpen aktiv ist . Beispielsweise kann Wärme aus einer Erdwärmesonde 3 verwendet werden, um einen als zweite Wärmequelle 4 verwendeten Luftwärmeübertrager abzutauen bzw . zu enteisen . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann Wärme aus einem Luf twärmeübertrager , welche beispielsweise an heißen Sommertagen entstehen kann, zum Regenerieren der Erdwärmesonde verwendet werden . Die Steuerung des ersten Betriebszustandes kann beispielsweise prädiktiv aufgrund einer Wettervorhersage vorgenommen werden . The first operating state can be selected when regeneration of a heat source with the heat of the other heat source is effective and none of the first and second heat pumps are active. For example, heat from a geothermal probe 3 can be used to defrost or defrost an air heat exchanger used as a second heat source 4. to de-ice. In other embodiments of the invention, heat from an air heat exchanger, which can arise, for example, on hot summer days, can be used to regenerate the geothermal probe. The control of the first operating state can, for example, be carried out predictively based on a weather forecast.
Im zweiten Betriebszustand kann die erste Wärmequelle 3 entweder die erste Wärmepumpe 1 oder die zweite Wärmepumpe 2 versorgen . Sofern beispielsweise die zweite Wärmepumpe 2 betrieben werden soll , kann das abgekühlte Wärmeträgerf luid aus dem Sammler 5 über die dritte Pumpe 35 in den Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 gefördert werden . Dort nimmt das Wärmeträgerf luid Wärme auf und verlässt die erste Wärmequelle 3 über den Rücklauf 32 in den Verteiler 6 . Von dort wird das Wärmeträgerf luid über die zweite Pumpe 25 in den Vorlauf 21 der zweiten Wärmepumpe gefördert . In der zweiten Wärmepumpe 2 wird dem Wärmeträgerf luid Wärme entzogen . Das solchermaßen abgekühlte Wärmeträgerf luid strömt über den Rücklauf 22 in den Sammler 5 . In gleicher Weise , wie vorstehend beschrieben, kann auch die erste Wärmepumpe 1 mit der ersten Wärmequelle 3 betrieben werden . Alternativ kann die erste Wärmequelle 3 auch durch die zweite Wärmequelle 4 ersetzt werden . In the second operating state, the first heat source 3 can supply either the first heat pump 1 or the second heat pump 2. If, for example, the second heat pump 2 is to be operated, the cooled heat transfer fluid can be conveyed from the collector 5 via the third pump 35 into the flow 31 of the first heat source 3. There, the heat transfer fluid absorbs heat and leaves the first heat source 3 via the return 32 into the distributor 6. From there, the heat transfer fluid is conveyed via the second pump 25 into the flow 21 of the second heat pump. In the second heat pump 2, heat is extracted from the heat transfer fluid. The heat transfer fluid cooled in this way flows via the return 22 into the collector 5. In the same way as As described above, the first heat pump 1 can also be operated with the first heat source 3. Alternatively, the first heat source 3 can also be replaced by the second heat source 4.
Der vorstehend beschriebene zweite Betriebsmodus wird gewählt , wenn nur eine Wärmepumpe aktiv ist . Bei der Auswahl der j eweils zugeordneten Wärmequelle kann im Fall von unterschiedlichen Wärmequellen diej enige Quelle gewählt werden, welche zum j eweiligen Betriebszeitpunkt vorteilhaft ist . Beispielsweise kann die Ef f izienz durch Maximieren der Quelltemperatur optimiert werden . Weitere Auswahlkriterien sind beispielsweise eine nachhaltige Belastung einer Erdwärmesonde unter Vermeidung von Überlastung . Welche Wärmequelle hinsichtlich dieser Ziele vorteilhaft ist , kann beispielsweise durch eine aussentemperaturbezogene Bivalenz temperatur festgelegt werden . Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich der gemessenen oder auch vorhergesagten Quellentemperaturen zur Entscheidung herangezogen werden . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann auch eine prädiktive Auswahl unter Einbeziehung der künftig zu erwartenden Außentemperaturen erfolgen . The second operating mode described above is selected when only one heat pump is active. When selecting the respective assigned heat source, in the case of different heat sources, the source can be selected which is advantageous at the respective operating time. For example, efficiency can be optimized by maximizing the source temperature. Further selection criteria include, for example, a sustainable load on a geothermal probe while avoiding overload. Which heat source is advantageous with regard to these goals can be determined, for example, by an outside temperature-related bivalent temperature. Alternatively or additionally, the comparison of the measured or predicted source temperatures can be used to make the decision. In some embodiments of the invention, a predictive selection can also be made taking into account the expected future outside temperatures.
In einem dritten Betriebszustand der erf indungsgemäßen Wärmepumpenanordnung wird der ersten Wärmequelle Wärme entnommen, welche über die erste Wärmepumpe als Brauchwärme bereitgestellt wird . Weiterhin wird der zweiten Wärmequelle Wärme entnommen, welche über die zweite Wärmepumpe als Brauchwärme bereitgestellt wird . Beim dritten Betriebs zustand handelt es sich somit um einen Parallelbetrieb beider Wärmequellen und beider Wärmepumpen . Hierbei wird abgekühltes Wärmeträgerf luid aus dem Sammler 5 mittels der dritten Pumpe 35 entnommen und der ersten Wärmequelle 3 über deren Vorlauf 31 zugeführt . Das erwärmte Wärmeträgerf luid verlässt die erste Wärmequelle 3 über deren Rücklauf 32 und wird dem Verteiler 6 zugeführt , wie vorstehend beschrieben . Aus dem Verteiler entnimmt die erste Pumpe 15 das Wärme- trägerf luid und führt dieses über den Vorlauf 11 der ersten Wärmepumpe 1 zu . Das in der Wärmepumpe 1 abgekühlte Wärmeträgerf luid verlässt die erste Wärmepumpe 1 über den Rücklauf 12 in den Sammler 5 . In a third operating state of the heat pump arrangement according to the invention, heat is taken from the first heat source, which is provided as useful heat via the first heat pump. Furthermore, heat is taken from the second heat source, which is provided as domestic heat via the second heat pump. The third operating state therefore involves parallel operation of both heat sources and both heat pumps. Here, cooled heat transfer fluid is removed from the collector 5 by means of the third pump 35 and fed to the first heat source 3 via its flow 31. The heated heat transfer fluid leaves the first heat source 3 via its return line 32 and is fed to the distributor 6 , as described above. The first pump 15 takes the heat from the distributor carrier fluid and supplies this to the first heat pump 1 via the flow 11. The heat transfer fluid cooled in the heat pump 1 leaves the first heat pump 1 via the return line 12 into the collector 5.
In gleicher Weise entnimmt die vierte Pumpe 45 Wärmeträgerf luid aus dem Sammler 5 und führt dieses über den Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle 4 zu . Der solchermaßen erwärmte Wärmeträgerf luid verlässt die zweite Wärmequelle 4 über deren Rücklauf 42 in den Verteiler 6 . Die zweite Pumpe 25 entnimmt das Wärmeträgerf luid aus dem Verteiler 6 und führt dieses der zweiten Wärmepumpe 2 über deren Vorlauf 21 zu . Das solchermaßen abgekühlte Wärmeträgerf luid verlässt die zweite Wärmepumpe 2 über deren Rücklauf 22 und wird in den Sammler 5 geleitet . In the same way, the fourth pump 45 removes heat transfer fluid from the collector 5 and supplies it to the second heat source 4 via the flow 41. The heat transfer fluid heated in this way leaves the second heat source 4 via its return line 42 into the distributor 6. The second pump 25 removes the heat transfer fluid from the distributor 6 and supplies it to the second heat pump 2 via its flow 21. The heat transfer fluid cooled in this way leaves the second heat pump 2 via its return line 22 and is passed into the collector 5.
Aufgrund der räumlichen Trennung der Vor- und Rücklauf leitungen an unterschiedlichen Enden des Sammlers 5 und des Verteilers 6 wird eine Durchmischung des Wärmeträgerf luides vermieden . Hierdurch wird hydraulisch eine Wärmequelle einer Wärmepumpe zugeordnet , sodass ein störungsfreier und ef f izienter Betrieb auch dann möglich ist , wenn beide Wärmequellen eine unterschiedliche Wärmemenge liefern oder auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau arbeiten . Due to the spatial separation of the flow and return lines at different ends of the collector 5 and the distributor 6, mixing of the heat transfer fluid is avoided. This hydraulically assigns a heat source to a heat pump, so that trouble-free and efficient operation is possible even if both heat sources supply a different amount of heat or operate at a different temperature level.
In einigen Ausführungsformen der Erf indung können hierzu die ersten und zweiten Pumpen 15 und 25 mit konstanter Fördermenge bzw . Drehzahl betrieben werden und die den Wärmequellen 3 und 4 zugeordneten dritten und vierten Pumpen 35 und 45 so gesteuert bzw . geregelt werden, dass die Strömung im Verbindungsrohr 7 zum Erliegen kommt . Hierdurch wird eine Durchmischung des auf unterschiedlichem Temperaturniveau bef indlichen Wärmeträgerf luids zuverlässig verhindert . Die Steuerung der Pumpen kann hierbei in Abhängigkeit der Quellentemperaturen oder der Stellgröße der Pumpe der zugeordneten Wärmepumpe durch eine Umsetzungstabelle erfolgen . Alternativ können die Pumpen mittels eines an sich bekannten elektronischen Reglers geregelt werden . In some embodiments of the invention, the first and second pumps 15 and 25 can have a constant delivery rate or Speed are operated and the third and fourth pumps 35 and 45 assigned to the heat sources 3 and 4 are controlled or. can be regulated so that the flow in the connecting pipe 7 comes to a standstill. This reliably prevents mixing of the heat transfer fluid that is at different temperature levels. The pumps can be controlled using an implementation table depending on the source temperatures or the manipulated variable of the pump of the assigned heat pump. Alternatively, the pumps can be controlled using a known electronic controller.
Durch die Aufteilung der Wärmequellen auf zwei verschiedene Fluidkreisläufe ist es möglich, dass die Temperaturen der Wärmequellen weit auseinanderliegen, ohne dass eine Wärmequelle hierdurch diskriminiert wird . Wird als zweite Wärmequelle 4 ein Luftwärmeübertrager oder ein Solarkollektor verwendet , so wird verhindert , dass die erste Wärmequelle , beispielsweise eine Erdwärmesonde , durch die gesamte Kälteleistung beider Wärmepumpen belastet wird . Somit kann das Überlastungsrisiko auch bei einer teillastdimensionierten Erdwärmesonde reduziert sein . By dividing the heat sources into two different fluid circuits, it is possible for the temperatures of the heat sources to be far apart without any heat source being discriminated against. If an air heat exchanger or a solar collector is used as the second heat source 4, this prevents the first heat source, for example a geothermal probe, from being burdened by the entire cooling capacity of both heat pumps. This means that the risk of overloading can be reduced even with a partial-load geothermal probe.
In einem vierten Betriebszustand kann eine Wärmepumpe mit beiden Wärmequellen verwendet werden . Somit entnehmen die dritte und die vierte Pumpe 35 und 45 das Wärmeträgerf luid aus dem Sammler 5 und führen dieses der ersten und zweiten Wärmequelle 3 und 4 zu , wie vorstehend beschrieben . Das in der j eweiligen Wärmequelle erwärmte Wärmeträgerf luid strömt über die j eweilige Rücklauf leitung 32 und 42 in den Verteiler 6 . Dort kommt es zur Durchmischung des Wärmeträgerf luides unter gleichzeitiger Temperaturanpassung . In a fourth operating state, a heat pump can be used with both heat sources. Thus, the third and fourth pumps 35 and 45 remove the heat transfer fluid from the collector 5 and supply it to the first and second heat sources 3 and 4, as described above. The heat transfer fluid heated in the respective heat source flows into the distributor 6 via the respective return lines 32 and 42. There the heat transfer fluid is mixed and the temperature is adjusted at the same time.
Die erste Pumpe 15 oder die zweite Pumpe 25 entnimmt das Wärmeträgerf luid und führt dies einer Wärmepumpe zu , beispielsweise der zweiten Wärmepumpe 2 . Dass dort abgekühlte Wärmeträgerf luid strömt über den Rücklauf der Wärmepumpe in den Sammler 5 zurück . The first pump 15 or the second pump 25 removes the heat transfer fluid and supplies it to a heat pump, for example the second heat pump 2. The cooled heat transfer fluid flows back into the collector 5 via the return line of the heat pump.
Der vierte Betriebszustand kann beispielsweise dann vorteil haft eingesetzt werden, wenn eine Wärmequelle , beispiels weise ein Luftwärmeübertrager oder ein Solarkollektor , an seinem Rücklauf eine Austrittstemperatur bereitstellt , welche die zulässige Eintrittstemperatur einer Wärmepumpe überschreitet . Durch Zumischen kälteren Wärmeträgerf luids , beispielsweise aus einer Erdwärmesonde , kann die Eintritts - temperatur reduziert werden . Unter typischen Bedingungen kann gleichzeitig eine passive Regeneration einer Erdwärmesonde durch die im Sammler 5 immer noch erhöhte Temperatur erfolgen . In einigen Betriebszuständen kann die Beimischung durch entsprechende Ansteuerung der dritten Pumpe 35 und der vierten Pumpe 45 auf das nötige Maß begrenzt werden, um die Ef f izienz der Wärmepumpen zu maximieren . The fourth operating state can be used advantageously, for example, when a heat source, for example an air heat exchanger or a solar collector, provides an outlet temperature at its return that exceeds the permissible inlet temperature of a heat pump. By adding colder heat transfer fluids, for example from a geothermal probe, the inlet temperature can be reduced. Under typical conditions, a geothermal probe can be passively regenerated at the same time due to the still elevated temperature in the collector 5. In some operating states, the admixture can be limited to the necessary level by appropriately controlling the third pump 35 and the fourth pump 45 in order to maximize the efficiency of the heat pumps.
Sofern beide Wärmequellen eine ähnliche Temperatur auf weisen, beispielsweise mit einer Dif ferenz von weniger als 5 K, kann der vierte Betriebszustand ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden . Sofern beispielsweise ein Lu ft Wärmeübertrager eine vergleichsweise niedrige Quelltemperatur liefert , kann durch Zumischen von wärmeren Wärmeträgerf luid aus einer Erdwärmesonde die Quelltemperatur im Verteiler 6 angehoben werden, ohne die Erdwärmesonden vollständig zu belasten . If both heat sources have a similar temperature, for example with a difference of less than 5 K, the fourth operating state can also be used advantageously. If, for example, an air heat exchanger delivers a comparatively low source temperature, the source temperature in the distributor 6 can be raised by adding warmer heat transfer fluid from a geothermal probe without completely loading the geothermal probes.
In einem fünften Betriebszustand kann ein Luftwärmeübertrager mittels eines elektrischen Heizregisters 405 enteist werden . Hierzu werden das erste und zweite Ventil 47 und 48 so geschaltet , dass die vierte Pumpe 45 , das Wärmeträgerf luid zwischen dem Heizregister 405 und der zweiten Wärmequelle 4 zirkulieren kann, ohne dass das Wärmeträgerf luid zwischen dem Sammler 5 und dem Verteiler 6 ausgetauscht wird . Der fünfte Betriebszustand kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn eine Enteisung durch den vorstehend beschriebenen ersten Betriebszustand nicht möglich ist . Durch Umstellung beider Ventile 47 und 48 kann eine Kombination der Betriebszustände 1 und 5 ermöglicht werden, d . h . das Abtauen eines ein Luftwärmeübertragers mittels Wärme aus dem Erdreich und dem Heizregister 405 . In a fifth operating state, an air heat exchanger can be de-iced using an electrical heating register 405. For this purpose, the first and second valves 47 and 48 are switched so that the fourth pump 45 can circulate the heat transfer fluid between the heating register 405 and the second heat source 4 without the heat transfer fluid being exchanged between the collector 5 and the distributor 6. The fifth operating state can be used in particular if de-icing is not possible due to the first operating state described above. By changing both valves 47 and 48, a combination of operating states 1 and 5 can be made possible, i.e. H . the defrosting of an air heat exchanger using heat from the ground and the heating register 405.
In einem sechsten Betriebszustand kann der zweiten Wärmequelle 4 Wärme aus dem elektrischen Heizregister 405 zugeführt werden, während gleichzeitig eine oder beide Wärme- pumpen in Betrieb sind, wie vorstehend anhand des zweiten, dritten oder vierten Betriebszustandes beschrieben ist . In a sixth operating state, the second heat source 4 can be supplied with heat from the electrical heating register 405, while at the same time one or both heat sources pumps are in operation, as described above with reference to the second, third or fourth operating state.
Anhand der Figur 2 wird eine zweite Ausführungsform der Erf indung beschrieben . Gleiche Bestandteile der Erf indung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt . A second embodiment of the invention is described with reference to FIG. 2. The same components of the invention are provided with the same reference numbers, so that the following description is limited to the essential differences.
Wie Figur 2 zeigt , sind der Sammler 5 und der Verteiler 6 , durch drei Verbindungsleitungen 701 , 702 und 703 und sechs Absperrventile 81 , 82 , 83 , 84 , 85 und 86 ersetzt . Durch Ansteuern der Absperrventile können sämtliche vorstehend beschriebenen Betriebszustände realisiert werden . As Figure 2 shows, the collector 5 and the distributor 6 are replaced by three connecting lines 701, 702 and 703 and six shut-off valves 81, 82, 83, 84, 85 and 86. By controlling the shut-off valves, all of the operating states described above can be realized.
Wie Figur 2 zeigt , ist der Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 mittels einer Leitung 51 mit dem Rücklauf 12 der ersten Wärmepumpe 1 verbunden . Der Vorlauf 11 der ersten Wärmepumpe 1 ist mittels einer Leitung 61 mit dem Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle 3 verbunden . In der Leitung 61 bef indet sich die dritte Pumpe 35 . In der Leitung 51 ist ein drittes Absperrventil 83 angeordnet . As FIG. 2 shows, the flow 31 of the first heat source 3 is connected to the return 12 of the first heat pump 1 by means of a line 51. The flow 11 of the first heat pump 1 is connected to the return 32 of the first heat source 3 by means of a line 61. The third pump 35 is located in line 61. A third shut-off valve 83 is arranged in line 51.
Der Vorlauf 21 der zweiten Wärmepumpe 2 ist mit dem Rücklauf 42 der zweiten Wärmequelle 4 über eine Leitung 62 verbunden . Darüber hinaus ist der Rücklauf 22 der zweiten Wärmepumpe mit einer Leitung 52 mit dem Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle verbunden . In der Leitung 52 bef indet sich die vierte Pumpe 45 , welche mit einer parallel verlaufenden Bypass leitung überbrückt werden kann . In der Bypassleitung bef indet sich das fünfte Absperrventil 85 . In der Leitung 62 bef indet sich das vierte Absperrventil 84 sowie das optionale Heizregister 405 . Alternativ oder zusätzlich kann die Bypassleitung auch über der Pumpe 35 angeordnet werden . Eine solche Bypassleitung kann bevorzugt über der kleiner dimensionierten Pumpe vorhanden sein, welche der Wärmequelle mit dem geringeren Druckverlust zugeordnet ist . Alternativ oder zusätzlich können die Pumpen 35 und 45 auch den ersten und zweiten Wärmepumpen zugeordnet sein, wie vorstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben . Wesentlich ist lediglich, dass eine Strömung eines Wärmeträgermediums zwischen zumindest einer Quelle 3 , 4 und zumindest einer Wärmepumpe 1 , 2 erzeugt werden kann . The flow 21 of the second heat pump 2 is connected to the return 42 of the second heat source 4 via a line 62. In addition, the return line 22 of the second heat pump is connected via a line 52 to the flow line 41 of the second heat source. The fourth pump 45 is located in line 52 and can be bridged with a parallel bypass line. The fifth shut-off valve 85 is located in the bypass line. The fourth shut-off valve 84 and the optional heating register 405 are located in line 62. Alternatively or additionally, the bypass line can also be arranged above the pump 35. Such a bypass line can preferably be present above the smaller pump, which is assigned to the heat source with the lower pressure loss. Alternatively or additionally, the pumps 35 and 45 can also be assigned to the first and second heat pumps, as described above in connection with the first embodiment. It is only essential that a flow of a heat transfer medium can be generated between at least one source 3, 4 and at least one heat pump 1, 2.
Die Leitungen 51 und 62 sind durch eine erste Verbindungs leitung 701 verbunden, in welcher ein sechstes Absperrventil 86 angeordnet ist . Die Leitungen 61 und 52 sind mit einer zweiten Verbindungsleitung 702 verbunden, welche mit zwei Absperrventilen 81 und 82 verbunden ist . Die zweite Verbindungsleitung 702 hat darüber hinaus an einer Stelle zwischen beiden Absperrventilen 81 und 82 eine Fluidverbindung zur Leitung 62 . The lines 51 and 62 are connected by a first connecting line 701, in which a sixth shut-off valve 86 is arranged. The lines 61 and 52 are connected to a second connecting line 702, which is connected to two shut-off valves 81 and 82. The second connecting line 702 also has a fluid connection to the line 62 at a point between the two shut-off valves 81 and 82.
Schließlich sind die Leitungen 51 und 52 durch eine dritte Verbindungsleitung 703 verbunden . Finally, lines 51 and 52 are connected by a third connecting line 703.
Im ersten Betriebszustand, welcher einen Wärmeaustausch zwischen der ersten Wärmequelle 3 und der zweiten Wärmequelle 4 erlaubt , sind das erste Absperrventil 81 und das fünfte Absperrventil 85 geöf fnet und die dritte Pumpe 35 wird betrieben . Das Wärmeträgerf luid strömt somit vom Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle 3 über die VerbindungsleitungIn the first operating state, which allows heat exchange between the first heat source 3 and the second heat source 4, the first shut-off valve 81 and the fifth shut-off valve 85 are open and the third pump 35 is operated. The heat transfer fluid thus flows from the return 32 of the first heat source 3 via the connecting line
702 zum Rücklauf 42 der zweiten Wärmequelle 4 . Vom Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle strömt das Wärmeträgerf luid durch den Bypass der vierten Pumpe 45 und die Verbindungsleitung702 to the return line 42 of the second heat source 4. The heat transfer fluid flows from the flow 41 of the second heat source through the bypass of the fourth pump 45 and the connecting line
703 zum Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 . 703 to the flow 31 of the first heat source 3.
Im zweiten Betriebszustand kann entweder Wärme von der ersten Wärmequelle 3 über die Leitungen 61 und 51 der ersten Wärmepumpe 1 zugeführt werden . Alternativ kann Wärme von der zweiten Wärmequelle 4 über die Leitungen 62 und 52 der zweiten Wärmepumpe 2 zugeführt werden . Als weitere Alternative kann Wärme aus der ersten Wärmequelle 3 der zweiten Wärmepumpe 2 zugeführt werden . Hierzu verläuft der Fluidpfad vom Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle über die erste Verbindungsleitung 702 in die Leitung 62 , das zweite Absperrventil 82 ist hierbei geschlossen . Der Rücklauf 22 führt über die dritte Verbindungsleitung 703 zum Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 . In gleicher Weise kann auch die zweite Wärmequelle 4 mit der ersten Wärmepumpe 1 verbunden werden . In the second operating state, either heat from the first heat source 3 can be supplied to the first heat pump 1 via the lines 61 and 51. Alternatively, heat from the second heat source 4 can be supplied to the second heat pump 2 via the lines 62 and 52. As a further alternative, heat from the first heat source 3 can be supplied to the second heat pump 2. This is what happens Fluid path from the return 32 of the first heat source via the first connecting line 702 into the line 62, the second shut-off valve 82 is closed. The return 22 leads via the third connecting line 703 to the flow 31 of the first heat source 3. In the same way, the second heat source 4 can also be connected to the first heat pump 1.
Im dritten Betriebszustand sind die Absperrventile 85 , 81 , 82 und 86 geschlossen und das dritte und vierte Absperrventil 83 und 84 geöf fnet . Hierdurch wird ein Parallel betrieb ermöglicht , bei welchem die erste Wärmepumpe mit der ersten Wärmequelle verbunden ist und die zweite Wärmepumpe mit der zweiten Wärmequelle verbunden ist . In the third operating state, the shut-off valves 85, 81, 82 and 86 are closed and the third and fourth shut-off valves 83 and 84 are opened. This enables parallel operation, in which the first heat pump is connected to the first heat source and the second heat pump is connected to the second heat source.
Im vierten Betriebszustand wird die erste Wärmequelle mit der zweiten Wärmepumpe verbunden, wie vorstehend beschrieben . Zusätzlich wird das Absperrventil 84 geöf fnet , sodass auch die zweite Wärmequelle 4 mit der zweiten Wärmepumpe 2 verbunden ist und der vorstehend beschriebene Mischbetrieb ermöglicht wird . In the fourth operating state, the first heat source is connected to the second heat pump, as described above. In addition, the shut-off valve 84 is opened so that the second heat source 4 is also connected to the second heat pump 2 and the mixed operation described above is made possible.
Im fünften Betriebszustand kann ein Luftwärmeübertrager , welcher beispielsweise als zweite Wärmequelle 4 verwendbar ist , mittels eines optionalen elektrischen Heizregisters 405 enteist werden . Hierzu können die Absperrventile 81 und 84 geschlossen und das Absperrventil 82 geöf fnet werden, sodass die vierte Pumpe 45 das Wärmeträgerf luid zwischen dem Heizregister 405 und der Wärmequelle 4 zirkulieren kann . In the fifth operating state, an air heat exchanger, which can be used, for example, as a second heat source 4, can be de-iced using an optional electrical heating register 405. For this purpose, the shut-off valves 81 and 84 can be closed and the shut-off valve 82 can be opened so that the fourth pump 45 can circulate the heat transfer fluid between the heating register 405 and the heat source 4.
Anhand der Figur 3 wird eine dritte Ausführungsform der Erf indung beschrieben . Gleiche Bstandteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die Wesentlichen Unterschiede beschränkt . Die dritte Ausführungsform der Wärmepumpenanordnung kann in einigen Ausführungsformen welche mit dem erf indungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann . Wie Figur 3 zeigt , sind im Sammler 5 drei Absperrventile 81 ,A third embodiment of the invention is described with reference to FIG. 3. The same components are given the same reference numbers, so that the following description is limited to the essential differences. The third embodiment of the heat pump arrangement can, in some embodiments, be operated with the method according to the invention. As Figure 3 shows, there are three shut-off valves 81 in the collector 5,
83 und 84 angeordnet . Das zweite Absperrventil 82 gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist durch ein Drei -Wege-Ventil 82 mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss realisiert .83 and 84 arranged. The second shut-off valve 82 according to the second embodiment described above is realized by a three-way valve 82 with a first port and a second port and a third port.
Der erste und zweite Anschluss sind mit dem Verteiler 6 und dem Rücklauf 42 der zweiten Wärmequelle 4 verbunden . Der dritte Anschluss ist mit dem Sammler 5 verbunden . In einigen Ausführungsformen kann der dritte Anschluss mit dem Rücklauf 41 verbunden sein, sodass dieser indirekt mit dem Sammler 5 verbunden ist . Durch Ansteuern der Absperrventile 81 , 83 undThe first and second connections are connected to the distributor 6 and the return 42 of the second heat source 4. The third connection is connected to the collector 5. In some embodiments, the third connection may be connected to the return 41 so that it is indirectly connected to the collector 5. By controlling the shut-off valves 81, 83 and
84 und des Drei -Wege-Ventils 82 können sämtliche vorstehend beschriebenen Betriebszustände realisiert werden . Aufgrund der geringeren Komplexität kann die Steuerung der Wärmepumpenanordnung 9 vereinfacht sein . 84 and the three-way valve 82, all of the operating states described above can be implemented. Due to the lower complexity, the control of the heat pump arrangement 9 can be simplified.
Im ersten Betriebszustand, welcher einen Wärmeaustausch zwischen der ersten Wärmequelle 3 und der zweiten Wärmequelle 4 erlaubt , ist das erste und fünfte Absperrventil 81 und 85 geöf fnet und das Drei -Wege-Ventil 82 ist so geschal tet , dass der erste und der zweite Anschluss miteinander verbunden sind . Das dritte und vierte Absperrventil 83 und 84 ist geschlossen und die dritte Pumpe 35 wird betrieben . Das Wärmeträgerf luid strömt somit vom Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle 3 über die Verbindungsleitung 61 , den Sammler 5 und die Verbindungsleitung 62 zum Rücklauf 42 der zweiten Wärmequelle 4 . Vom Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle strömt das Wärmeträgerf luid durch das fünfte Ventil 85 über die Bypassleitung der vierten Pumpe 45 und die Verbindungs leitung 52 , den Sammler 5 und die Verbindungsleitung 51 zum Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 . In the first operating state, which allows heat exchange between the first heat source 3 and the second heat source 4, the first and fifth shut-off valves 81 and 85 are open and the three-way valve 82 is switched so that the first and second connections are connected to each other. The third and fourth shut-off valves 83 and 84 are closed and the third pump 35 is operated. The heat transfer fluid thus flows from the return 32 of the first heat source 3 via the connecting line 61, the collector 5 and the connecting line 62 to the return 42 of the second heat source 4. From the flow 41 of the second heat source, the heat transfer fluid flows through the fifth valve 85 via the bypass line of the fourth pump 45 and the connecting line 52, the collector 5 and the connecting line 51 to the flow 31 of the first heat source 3.
Im zweiten Betriebszustand kann eine Wärmequelle mit einer Wärmepumpe verbunden werden, d . h . entweder wird Wärme von der ersten Wärmequelle 3 über die Leitungen 61 und 51 der ersten Wärmepumpe 1 zugeführt oder alternativ kann Wärme von der zweiten Wärmequelle 4 über die Leitungen 62 und 52 der zweiten Wärmepumpe 2 zugeführt werden . Hierzu verläuft der Fluidpfad vom Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle über die Verbindungsleitung 61 in den Sammler 5 und von dort zum Vorlauf 11 der ersten Wärmepumpe 1 . Der Rücklauf 12 führt durch das geöf fnete dritte Absperrventil 83 durch den Sammler 5 und über die Verbindungsleitung 51 zum Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 . Das erste Absperrventil 81 ist geschlossen In gleicher Weise kann auch die zweite Wärmequelle 4 mit der zweiten Wärmepumpe 2 verbunden werden, indem das vierte Absperrventil 84 geöf fnet wird . Das optionale Drei -Wege- Ventil 82 ist so geschaltet , dass der erste und der zweite Anschluss miteinander verbunden sind . In the second operating state, a heat source can be connected to a heat pump, i.e. H . Either heat is supplied from the first heat source 3 via the lines 61 and 51 to the first heat pump 1 or alternatively heat can be supplied from the second heat source 4 via the lines 62 and 52 of the second heat pump 2 are supplied. For this purpose, the fluid path runs from the return line 32 of the first heat source via the connecting line 61 into the collector 5 and from there to the flow line 11 of the first heat pump 1. The return 12 leads through the open third shut-off valve 83 through the collector 5 and via the connecting line 51 to the flow 31 of the first heat source 3. The first shut-off valve 81 is closed. In the same way, the second heat source 4 can also be connected to the second heat pump 2 by opening the fourth shut-off valve 84. The optional three-way valve 82 is connected so that the first and second ports are connected to each other.
Als weitere Alternative kann Wärme aus der ersten Wärmequelle 3 der zweiten Wärmepumpe 2 zugeführt werden . Hierzu verläuft der Fluidpfad vom Rücklauf 32 der ersten Wärmequelle über die Verbindungsleitung 61 in den Sammler 5 und von dort zum Vorlauf 21 der zweiten Wärmepumpe 2 . Der Rücklauf 22 führt durch das geöf fnete vierte und erste Absperrventil 84 und 81 durch den Sammler 5 und über die Verbindungsleitung 51 zum Vorlauf 31 der ersten Wärmequelle 3 . Das dritte Absperrventil 83 ist dabei geschlossen . In gleicher Weise kann auch die zweite Wärmequelle 4 mit der ersten Wärmepumpe 1 verbunden werden, indem das erste und dritte Absperrventil 81 und 83 geöf fnet und das vierte Absperrventil 84 geschlossen wird . As a further alternative, heat from the first heat source 3 can be supplied to the second heat pump 2. For this purpose, the fluid path runs from the return line 32 of the first heat source via the connecting line 61 into the collector 5 and from there to the flow line 21 of the second heat pump 2. The return 22 leads through the open fourth and first shut-off valves 84 and 81 through the collector 5 and via the connecting line 51 to the flow 31 of the first heat source 3. The third shut-off valve 83 is closed. In the same way, the second heat source 4 can also be connected to the first heat pump 1 by opening the first and third shut-off valves 81 and 83 and closing the fourth shut-off valve 84.
Im dritten Betriebszustand ist das erste Absperrventil 81 geschlossen und das dritte und vierte Absperrventil 83 und 84 geöf fnet . Hierdurch wird ein Parallelbetrieb ermöglicht , bei welchem die erste Wärmepumpe mit der ersten Wärmequelle verbunden ist und die zweite Wärmepumpe mit der zweiten Wärmequelle verbunden ist . In the third operating state, the first shut-off valve 81 is closed and the third and fourth shut-off valves 83 and 84 are opened. This enables parallel operation, in which the first heat pump is connected to the first heat source and the second heat pump is connected to the second heat source.
Im vierten Betriebszustand wird die erste Wärmequelle 3 mit der zweiten Wärmepumpe 2 verbunden, indem das erste und vierte Absperrventil 81 und 84 geöf fnet wird . Durch Schließen des dritten Absperrventils 83 wird eine Durchströmung der ersten Wärmepumpe 1 vermieden . Das optionale Drei -Wege-Ventil 82 ist so geschaltet , dass der erste und der zweite Anschluss miteinander verbunden sind . Sodann werden beide Pumpen 35 und 45 betrieben, sodass der zweiten Wärmepumpe 2 einerseits Wärme aus beiden Wärmequellen 3 und 4 zugeführt wird und andrerseits ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Wärmequellen 3 und 4 erfolgt , wie vorstehend in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben . Dieser Mischbetrieb kann durch Umschalten des dritten und vierten Absperrventils 83 und 84 auch mit der ersten Wärmepumpe 1 realisiert werden, wobei eine Durchströmung der zweiten Wärmepumpe vermieden wird . In the fourth operating state, the first heat source 3 is connected to the second heat pump 2 by opening the first and fourth shut-off valves 81 and 84. Through Closing the third shut-off valve 83 prevents flow through the first heat pump 1. The optional three-way valve 82 is connected so that the first and second ports are connected to each other. Both pumps 35 and 45 are then operated, so that the second heat pump 2 is supplied with heat from both heat sources 3 and 4 on the one hand and, on the other hand, heat is exchanged between the two heat sources 3 and 4, as described above in connection with the first embodiment. This mixed operation can also be implemented with the first heat pump 1 by switching the third and fourth shut-off valves 83 and 84, whereby flow through the second heat pump is avoided.
Im fünften Betriebszustand kann ein Luf twärmeübertrager , welcher beispielsweise als zweite Wärmequelle 4 verwendbar ist , mittels eines optionalen elektrischen Heizregisters 405 enteist werden . Hierzu kann das Drei -Wege-Ventil 82 so geschaltet werden, dass der erste und dritte Anschluss miteinander verbunden sind, d . h . das Wärmeträgerf luid strömt vom Rücklauf 42 unmittelbar zum Vorlauf 41 der zweiten Wärmequelle 4 . Das Absperrventil 85 ist geschlossen und die vierte Pumpe 45 fördert das Wärmeträgerf luid zwischen dem Heizregister 405 und der Wärmequelle 4 . In the fifth operating state, an air heat exchanger, which can be used, for example, as a second heat source 4, can be de-iced using an optional electrical heating register 405. For this purpose, the three-way valve 82 can be switched so that the first and third connections are connected to each other, i.e. H . The heat transfer fluid flows from the return 42 directly to the flow 41 of the second heat source 4. The shut-off valve 85 is closed and the fourth pump 45 delivers the heat transfer fluid between the heating register 405 and the heat source 4.
Die dritte Ausführungsform erlaubt eine Kombination des fünften und zweiten Betriebszustandes mit beiden Wärmepumpen 1 und 2 . The third embodiment allows a combination of the fifth and second operating states with both heat pumps 1 and 2.
Sofern das optionale Drei -Wege-Ventil 82 in einigen Aus führungsformen der Erf indung entfällt , kann die Enteisung unter Durchströmung des Verdampfers 201 der zweiten Wärmepumpe 2 erfolgen . In dieser Ausführungsform kann gleichzeitig der zweite Betriebszustand mit der ersten Wärmepumpe 1 ablaufen . Selbstverständlich ist die Erf indung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt . Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erf indung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „ erste" und „ zweite" Ausführungsformen def inieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Aus führungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen . If the optional three-way valve 82 is omitted in some embodiments of the invention, defrosting can take place with flow through the evaporator 201 of the second heat pump 2. In this embodiment, the second operating state can run simultaneously with the first heat pump 1. Of course, the invention is not limited to the embodiments shown. The above description is therefore not to be viewed as limiting, but rather as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the claims and the above description define “first” and “second” embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without establishing a ranking.

Claims

Ansprüche Wärmepumpenanordnung (9) mit zumindest einer ersten Wärmepumpe (1) mit einem Vorlauf (11) und einem Rücklauf (12) , zumindest einer zweiten Wärmepumpe (2) mit einem Vorlauf (21) und einem Rücklauf (22) , zumindest einer ersten Wärmequelle (3) mit einem Vorlauf (31) und einem Rücklauf (32) und zumindest einer zweiten Wärmequelle (4) mit einem Vorlauf (41) und einem Rücklauf (42) , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenanordnung (9) weiterhin einen Sammler (5) und einen Verteiler (6) enthält, wobei der Vorlauf (11, 21) der ersten und zweiten Wärmepumpe (1, 2) und der Rücklauf (32, 42) der ersten und zweiten Wärmequelle (3, 4) mit dem Verteiler (6) verbunden ist und der Rücklauf (12, 22) der ersten und zweiten Wärmepumpe (1, 2) und der Vorlauf (31, 41) der ersten und zweiten Wärmequelle (3, 4) mit dem Sammler (5) verbunden ist und zwischen dem Verteiler (6) und dem Sammler (5) ein Verbindungsrohr (7) angeordnet ist. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine erste Pumpe (15) , welche dazu eingerichtet ist, ein Wärmeträgerfluid vom Verteiler (6) in die erste Wärmepumpe (1) zu fördern und/oder eine zweite Pumpe (25) , welche dazu eingerichtet ist, ein Wärmeträgerfluid vom Verteiler (6) in die zweite Wärmepumpe (2) zu fördern und/oder eine dritte Pumpe (35) , welche dazu eingerichtet ist, ein Wärmeträgerfluid vom Sammler (5) in die erste Wärmequelle (3) zu fördern und/oder eine vierte Pumpe (45) , welche dazu eingerichtet ist, ein Wärmeträgerfluid vom Sammler (5) in die zweite Wärmequelle (4) zu fördern. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsrohr (7) zumindest ein Durchflussmesser (75) vorhanden ist und/oder dass im Verbindungsrohr (7) zumindest ein Temperatursensor (71, 72, 73) vorhanden ist. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Wärmequelle (3, 4) dazu eingerichtet sind, Wärme aus der Außenluft und/oder aus Solarstrahlung und/oder aus dem Erdreich und/oder aus Grundwasser und/oder aus einem Abwärmestrom zu entnehmen. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin enthaltend ein zweites Dreiwegeventil (48) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss, wobei der erste und zweite Anschluss mit dem Verteiler (6) und dem Rücklauf (42) der zweiten Wärmequelle (3) verbunden sind und der dritte Anschluss mit dem Sammler (5) verbunden ist und weiterhin enthaltend ein erstes Dreiwegeventil (47) mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss, wobei der erste und zweite Anschluss mit dem Sammler (5) und dem Vorlauf (41) der zweiten Wärmequelle (4) verbunden sind und der dritte Anschluss mit dem Verteiler (6) verbunden ist. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin enthaltend eine Steuer- oder Regeleinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die erste, zweite, dritte und vierte Pumpe so anzusteuern, dass der Durchfluss durch das Verbindungsrohr (7) unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (6) durch ein Rohr gebildet wird, wobei der Vorlauf (11) der ersten Wärmepumpe (1) und der Rücklauf (32) der ersten Wärmequelle (3) an einem ersten Ende des Rohres angeordnet sind und der Vorlauf (21) der zweiten Wärmepumpe (2) und der Rücklauf (42) der zweiten Wärmequelle (4) an einem zweiten Ende des Rohres angeordnet sind. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (5) durch ein Rohr gebildet wird, wobei der Rücklauf (12) der ersten Wärmepumpe (1) an einem ersten Ende des Rohres angeordnet ist und der Rücklauf (22) der zweiten Wärmepumpe (2) an einem zweiten Ende des Rohres angeordnet ist. Gebäude mit einer Wärmepumpenanordnung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanordnung (9) mit zumindest einer ersten Wärmepumpe (1) , zumindest einer zweiten Wärmepumpe (2) , zumindest einer ersten Wärmequelle (3) und zumindest einer zweiten Wärmequelle (4) , dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand einer Wärmequelle (3, 4) Wärme entnommen wird, welche der anderen Wärmequelle (4, 3) zugeführt wird, und in einem zweiten Betriebszustand einer einzigen Wärmequelle (3, 4) Wärme entnommen wird, welche über eine einzige Wärmepumpe (1, 2) als Brauchwärme bereitgestellt wird, und in einem dritten Betriebszustand der ersten Wärmequelle (3) Wärme entnommen wird, welche über die erste Wärmepumpe (1) als Brauchwärme bereitgestellt wird und der zweiten Wärmequelle (4) Wärme entnommen wird, welche über die zweite Wärmepumpe (2) als Brauchwärme bereitgestellt wird . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme zwischen Wärmequelle (3, 4) und Wärmepumpe (1, 2) mit einem flüssigen Wärmeträgerfluid transportiert wird, welches mit zumindest einer Pumpe (15, 25, 35, 45) zwischen den Wärmequellen (3, 4) und den Wärmepumpen (1, 2) gefördert wird. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wärmepumpen (1, 2) zugeordneten ersten und zweiten Pumpen (15, 25) mit konstanter Fördermenge betrieben werden und die den Wärmequellen (3, 4) zugeordneten dritten und vierten Pumpen (35, 45) gesteuert oder geregelt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor- und Rücklauf leitungen (31, 32, 41, 42, 11, 12, 21, 22) der Wärmequellen (3, 4) und der Wärmepumpen (1, 2) an einen Sammler (5) und einen Verteiler (6) angeschlossen sind, und zwischen dem Verteiler (6) und dem Sammler (5) ein Verbindungsrohr (7) angeordnet ist, wobei die Pumpen (35, 45) so gesteuert oder geregelt werden, dass der Durchfluss durch das Verbindungsrohr (7) unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes liegt . Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch eine Umsetzungstabelle erfolgt oder dass die Regelung so erfolgt, dass das Verbindungsrohr (7) die Mitteltemperatur zwischen Sammler (5) und Verteiler (6) aufweist oder dass die Regelung so erfolgt, dass ein Durchflussmesser (75) im Verbindungsrohr (7) eine Strömung unterhalb eines vorgebbaren Grenzwertes erfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebszustand beiden Wärmequellen (3, 4) Wärme entnommen wird, welche über eine einzige Wärmepumpe (1, 2) als Brauchwärme bereitgestellt wird. Claims heat pump arrangement (9) with at least a first heat pump (1) with a flow (11) and a return (12), at least one second heat pump (2) with a flow (21) and a return (22), at least one first heat source (3) with a flow (31) and a return (32) and at least one second heat source (4) with a flow (41) and a return (42), characterized in that the heat pump arrangement (9) further comprises a collector (5 ) and a distributor (6), the flow (11, 21) of the first and second heat pumps (1, 2) and the return (32, 42) of the first and second heat sources (3, 4) being connected to the distributor (6 ) is connected and the return (12, 22) of the first and second heat pumps (1, 2) and the flow (31, 41) of the first and second heat sources (3, 4) are connected to the collector (5) and between the A connecting pipe (7) is arranged between the distributor (6) and the collector (5). Heat pump arrangement according to claim 1, further comprising a first pump (15) which is set up to convey a heat transfer fluid from the distributor (6) into the first heat pump (1) and/or a second pump (25) which is set up to do so. to convey a heat transfer fluid from the distributor (6) into the second heat pump (2) and/or a third pump (35), which is set up to convey a heat transfer fluid from the collector (5) into the first heat source (3) and/or a fourth pump (45), which is set up to convey a heat transfer fluid from the collector (5) into the second heat source (4). Heat pump arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least one flow meter (75) is present in the connecting pipe (7) and/or that at least one temperature sensor (71, 72, 73) is present in the connecting pipe (7). Heat pump arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first and second heat sources (3, 4) are set up to generate heat from the outside air and/or from solar radiation and/or from the ground and/or from groundwater and/or from a waste heat stream. Heat pump arrangement according to one of claims 1 to 4, further comprising a second three-way valve (48) with a first port and a second port and a third port, the first and second ports being connected to the distributor (6) and the return line (42) of the second Heat source (3) are connected and the third port is connected to the collector (5) and further contains a first three-way valve (47) with a first port and a second port and a third port, the first and second ports being connected to the collector (47). 5) and the flow (41) of the second heat source (4) are connected and the third connection is connected to the distributor (6). Heat pump arrangement according to one of claims 2 to 5, further comprising a control or regulating device which is set up to control the first, second, third and fourth pumps so that the flow through the connecting pipe (7) is below a predeterminable limit value. Heat pump arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the distributor (6) is formed by a pipe, the flow (11) of the first heat pump (1) and the return (32) of the first heat source (3) being connected to one arranged at the first end of the tube are and the flow (21) of the second heat pump (2) and the return (42) of the second heat source (4) are arranged at a second end of the pipe. Heat pump arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the collector (5) is formed by a pipe, the return (12) of the first heat pump (1) being arranged at a first end of the pipe and the return (22) the second heat pump (2) is arranged at a second end of the pipe. Building with a heat pump arrangement (9) according to one of claims 1 to 8. Method for operating a heat pump arrangement (9) with at least a first heat pump (1), at least a second heat pump (2), at least a first heat source (3) and at least one second heat source (4), characterized in that in a first operating state heat is taken from a heat source (3, 4), which is supplied to the other heat source (4, 3), and in a second operating state from a single heat source (3, 4) Heat is taken, which is provided as domestic heat via a single heat pump (1, 2), and in a third operating state, heat is taken from the first heat source (3), which is provided as domestic heat via the first heat pump (1) and the second heat source (4) Heat is removed, which is provided as domestic heat via the second heat pump (2). Method according to claim 10, characterized in that the heat is transported between the heat source (3, 4) and the heat pump (1, 2) with a liquid heat transfer fluid, which is transported with at least one pump (15, 25, 35, 45) between the heat sources ( 3, 4) and the heat pumps (1, 2). Method according to claim 11, characterized in that the first and second pumps (15, 25) assigned to the heat pumps (1, 2) are operated with a constant delivery rate and the third and fourth pumps (35, 45) assigned to the heat sources (3, 4). ) can be controlled or regulated. Method according to one of claims 11 or 12, characterized in that the flow and return lines (31, 32, 41, 42, 11, 12, 21, 22) of the heat sources (3, 4) and the heat pumps (1, 2 ) are connected to a collector (5) and a distributor (6), and a connecting pipe (7) is arranged between the distributor (6) and the collector (5), the pumps (35, 45) being controlled or regulated in this way that the flow through the connecting pipe (7) is below a predeterminable limit value. Method according to claim 13, characterized in that the control is carried out by a conversion table or that the regulation is carried out in such a way that the connecting pipe (7) has the mean temperature between the collector (5) and the distributor (6) or that the regulation is carried out in such a way that a Flow meter (75) in the connecting pipe (7) detects a flow below a predeterminable limit value. Method according to one of claims 10 to 14, characterized in that in a fourth operating state, heat is taken from both heat sources (3, 4), which is provided as useful heat via a single heat pump (1, 2).
PCT/EP2023/075649 2022-09-19 2023-09-18 Heat pump assembly, method for the operation thereof and building provided with same WO2024061828A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022209850.1 2022-09-19
DE102022209850.1A DE102022209850A1 (en) 2022-09-19 2022-09-19 Heat pump arrangement, method for its operation and building equipped therewith

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024061828A2 true WO2024061828A2 (en) 2024-03-28

Family

ID=88143913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/075649 WO2024061828A2 (en) 2022-09-19 2023-09-18 Heat pump assembly, method for the operation thereof and building provided with same

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022209850A1 (en)
WO (1) WO2024061828A2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU7093296A (en) 1995-08-29 1997-03-19 Monard (Research & Development) Limited A manifold for connecting circuits of a central heating system
AT406081B (en) 1997-03-14 2000-02-25 Zortea Rembert HEATING SYSTEM
DE202011106855U1 (en) 2011-10-15 2011-11-29 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Heat supply system with decentralized heat pumps and building-integrated heat source network for environmental heat, in particular geothermal, ambient air, waste heat and / or solar heat

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AUS T. YOU ET AL.: "A new ground-coupled heat pump system integrated with a multi-mode air-source heat compensator to eliminate thermal imbalance in cold regions", ENERGY AND BUILDINGS, vol. 107, 2015, pages 103

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022209850A1 (en) 2024-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2217862B1 (en) Heat recovery system and method of operating a heat recovery system
EP1876402A2 (en) Heat pump with temperature control unit
EP2321589B1 (en) High temperature heat pump and method for the control thereof
DE1604205A1 (en) air conditioner
EP3648997B1 (en) Refrigeration system for a vehicle, comprising a refrigerant circuit having a heat exchanger, and heat exchanger for such a refrigeration system
EP3447403B1 (en) Operating method for heat generation installations, air/liquid heat exchanger unit and heat generation installation
EP1348920A2 (en) Heat pump for simultaneously cooling and heating
DE102009004501B4 (en) Heat pump and method for controlling the source input temperature at the heat pump
EP1996871B1 (en) Device for increasing the heating capacity and energy buffering in a heat pump
EP3491303B1 (en) Heat pump system having heat pump assemblies coupled on the input side and output side
EP3835666A1 (en) Building system for air conditioning and heat supply
EP3006682A1 (en) Device and method for operating a heating distribution station
EP1882888A1 (en) Heat pump system, in particular for air conditioning a building
EP2458304A2 (en) Heat pump assembly comprising a heat pump and method for operating such a heat pump assembly
EP2287547B1 (en) Heat pump and method for regulating the source entry temperature of the heat pump
DE2916530A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR GENERATING AND DISTRIBUTING THERMAL ENERGY WITH COMPENSATION TRANSFER IN GEOTHERMAL LAYERS
WO2024061828A2 (en) Heat pump assembly, method for the operation thereof and building provided with same
DE102014000671B4 (en) Solar system and method for operating such
WO2017013163A1 (en) Heat pump system
CH634127A5 (en) Thermal power station WITH A TROCKENKUEHLEINRICHTUNG.
EP4224092A1 (en) Heat pump system using co2 as first heat pump medium and water as second heat pump medium
DE102008020637A1 (en) Hot water supply system comprises a hot water tank, in which the hot water is heated with a heat generator at a predetermined temperature, and a circulation line, into which the hot water is pumped with a circulating pump
DE102010008114B4 (en) Heating system with heat pump
AT318979B (en) Device for extracting heat from a medium
DE102022101450A1 (en) HEAT SUPPLY NETWORK FOR A PROCESSING PLANT AND METHOD OF OPERATING SUCH HEAT SUPPLY NETWORK