DE202005014597U1

DE202005014597U1 - Kühl-/Heizanlage

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Publication number: DE202005014597U1
Application number: DE202005014597U
Authority: DE
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2015-09-15

Abstract

Kühl-/Heizanlage, mit einer Wärmepumpe (WP), welche einen Verdampfer (130) und einen Verflüssiger (100) aufweist, wobei der Verdampfer an einen ersten Kreislauf (K1) und der Verflüssiger (100) an einen zweiten Kreislauf (K2) angeschlossen ist,
wobei in dem ersten Kreislauf (K1) mindestens eine Erdsonde (10), eine Quellenpumpe (20) und ein erstes Umschaltventil (30) angeordnet ist, wobei in dem zweiten Kreislauf (K2) eine Kühl-/Heizfläche (50) und eine Heizkreispumpe (90) angeordnet ist,
wobei der erste und zweite Kreislauf (K1, K2) über einen Wärmetauscher (40) derart miteinander verbunden sind, dass über die Kühl-/Heizfläche (50) in den ersten Kreislauf (K1) aufgenommene Wärme über den Wärmetauscher (40) an den ersten Kreislauf (K1) abgegeben werden kann und die Wärme über die mindestens eine Erdsonde (10) abgegeben werden kann,
wobei das erste Umschaltventil (30) derart angeordnet ist, dass der erste Kreislauf (K1) zwischen dem Verdampfer (130) und dem Wärmetauscher (40) umgeschaltet werden kann,
wobei die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühl-/Heizanlage mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.
Beim Einsatz von Sole/Wasser-Wärmepumpen als Wärmeerzeuger mit Erdsonden als Wärmequelle kann im Sommer ein effizienter freier Kühlbetrieb unter Verwendung der Erdsonde energetisch äußerst effizient realisiert werden. Hierbei wird Wärme aus den zu kühlenden Räumen über Heiz-/Kühlflächen auf das Heizungs-Kaltwasser übertragen. Das durch die Heiz-/Kühlflächen zirkulierende Wasser überträgt die Raumwärme an die im Wärmequellenkreislauf zirkulierende Soleflüssigkeit, welche wiederum die Wärme an das Erdreich im Bereich der Erdsonden abführt. Weiterhin wird vorzugsweise mit der Soleflüssigkeit der Kühl-/Heizanlage einer Kühleinrichtung wie einem Kühlschrank Wärme entzogen.
Zur Realisierung einer freien, stillen oder natürlichen Kühlung sind zwei unterschiedliche Verfahren bekannt. Gemäß dem ersten Verfahren werden der Sole- und der Heiz-/Kühlkreislauf kurzgeschlossen, und die Sole zirkuliert direkt durch die Heiz-/Kühlflächen, wo sie die Wärme aus dem Raum aufnimmt. Dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass ein kontinuierlicher Kühlbetrieb kaum möglich ist. Wenn eine untere zulässige Sole-Temperatur unterschritten wird, welche sich beispielsweise aus der Taupunkttemperatur der Luft in den zu zirkulierenden Räumen ergibt, so muss die Umwälzpumpe gestoppt werden, so dass eine Kühlung unterbrochen wird. Alternativ dazu kann die Wärme des Heizungs-/Kaltwassers über einen Wärmeaustauscher auf den Solekreislauf übertragen werden. Das Heizungs-/Kaltwasser wird dabei permanent durch die Kühlflächen zirkuliert; und die gewünschte Vorlauftemperatur wird über einen Mischer eingestellt. In einem derartigen Fall ist zwar ein kontinuierlicher Kühlbetrieb möglich, der apparative Aufwand hierfür, nämlich Mischer und Mischerregelung, ist jedoch relativ hoch.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühl-/Heizanlage mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe vorzusehen, welche einen kontinuierlichen Kühlbetrieb ohne einen separaten Mischer bzw. eine Regelung eines Mischerkreislaufes realisieren kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühl-/Heizanlage gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sole/Wasser-Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Erdsonden 10 sind über eine Quellenpumpe 20 sowie ein erstes Umschaltventil 30 mit einem Verdampfer 130 einer Wärmepumpe verbunden. In diesem Kreislauf K1 fließt vorzugsweise Sole. Dieser erste Kreislauf K1 zweigt vor der Quellenpumpe 20 und bei dem Umschaltventil 30 zu einem Wärmetauscher 40 ab. Ein zweiter Kreislauf K2 weist Kühl-/Heizflächen 50, ein zweites Umschaltventil 60, optional einen Zusatzheizkörper 80, einen Verflüssiger 100 der Wärmepumpe, eine interne Pumpe bzw. eine Heizkreispumpe 90 sowie den Wärmetauscher 40 auf. Zwischen dem Verflüssiger 100 und dem Verdampfer 130 sind ein Expansionsventil 110 sowie ein Verdichter 120 angeordnet. Über das zweite Umschaltventil 60 kann ein Brauchwasserbereiter 70 an den zweiten Kreislauf K2 angeschlossen werden.
Die oben beschriebene Kühl-/Heizanlage soll sowohl zum Heizen im Winter, zum Kühlen im Sommer als auch für die Warmwasserbereitung dienen. Um einen Kühlbetrieb zu realisieren, wird die Wärme aus den zu kühlenden Räumen über die Heiz-/Kühlflächen 50 auf das Heizungs-/Kaltwasser im Kreislauf K2 übertragen. Über den Wärmetauscher 40 und das entsprechend eingestellte erste Umschaltventil 30 wird die Raumwärme über das durch die Heiz-/Kühlflächen 50 zirkulierende Wasser auf die Soleflüssigkeit in dem Kreislauf K1 übertragen. Dabei fließt die Soleflüssigkeit von dem Wärmetauscher 40 über die Quellenpumpe 20 durch die Erdsonden 10, gibt dort die Wärme an das umliegende Erdreich ab und fließt durch das erste Umschaltventil 30 wieder zu dem Wärmetauscher 40 zurück.
Das über die Kühl-/Heizflächen 50 aufgewärmte Wasser in dem Kreislauf K2 fließt über den Wärmetauscher 40 durch die Heizkreispumpe 90 über den Verflüssiger 100 wieder zurück zu den Kühl-/Heizflächen 50, soweit das zweite Umschaltventil 60 entsprechend eingestellt ist.
Der optional vorgesehene Zusatzheizkörper 80 ist dabei ausgeschaltet. Die Wärmepumpe WP ist für einen Kühlbetrieb ebenfalls ausgeschaltet. Für den Heizbetrieb wird das Umschaltventil 30 derart umgeschaltet, dass die Soleflüssigkeit in dem Kreislauf K1 durch den Verdampfer 130 fließt. Im Heizbetrieb ist die Wärmepumpe WP eingeschaltet, und das Wasser in dem zweiten Kreislauf K2 fließt von dem Verflüssiger über das zweite Umschaltventil 60 in die Heizflächen 50, über den nicht eingeschalteten Wärmetauscher 40 und die Heizkreispumpe 90 zurück in den Verflüssiger 100.
Für einen Warmwasserbetrieb wird das zweite Umschaltventil 60 derart umgeschaltet, dass das Wasser nicht in die Heizflächen 50, sondern in den Brauchwasser-Bereiter 70 fließt.
Der Kühlbetrieb der Kühl-/Heizungsanlage soll sowohl über Gebläsekonvektoren als auch über Flächenkühlsysteme erfolgen.
Zur Realisierung des Kühlbetriebs erfolgt vorzugsweise eine Temperatur- und eine Raumfeuchte-Erfassung. Dies kann beispielsweise anhand einer Fernbedienung FE erfolgen, welche drahtlos oder drahtgebunden mit einem Regelgerät der Heizungsanlage verbunden ist.
Sowohl für die Gebläse- als auch für die Flächenkühlung wird eine einstellbare Vorlauftemperatur von 10°C bis 25°C (Standardeinstellung 15°C), eine Raumtemperatur von 20°C bis 30°C (Standardeinstellung 25°C) und eine Hysterese in der Vorlauftemperatur von 1K bis 5K (Standardeinstellung 2K) ausgewählt. Zur Aktivierung des Kühlbetriebs muss die Kühl-/Heizungsanlage, beispielsweise mittels der Fernbedienung FE, in einen Sommerbetrieb geschaltet werden. Dies kann vorzugsweise auf dem Display der Fernbedienung entsprechend angezeigt werden. Beispielsweise kann der Kühlbetrieb bei einer gemessenen Raumtemperatur von >=25°C eingeschaltet werden und bei einer gemessenen Raumtemperatur von <=23°C wieder ausgeschaltet werden. Wenn die Raumtemperatur >=25°C beträgt, wird die interne Pumpe 90, d. h. die Heizkreispumpe, eingeschaltet, und das erste Umschaltventil 30 wird ebenfalls eingeschaltet. Anschließend erfolgt eine Maskierung der Vorlauftemperatur für 60 Sekunden, so dass das System für 60 Sekunden gespült wird. Bei einer Vorlauftemperatur von >=17°C wird die Quellenpumpe eingeschaltet, und bei einer Vorlauftemperatur von <=15°C wird die Quellenpumpe 20 wieder ausgeschaltet. Beim Einschalten der Quellenpumpe 20 bei einer Vorlauftemperatur von >=17°C, d. h. 15°C + 2K, muss die Raumtemperatur erfasst werden, da sie nicht <=23°C betragen darf. Wenn die Raumtemperatur <=23°C, d. h. 25°C – 2K beträgt, wird die Quellenpumpe 20, die Heizkreispumpe 90 und das Umschaltventil 30 ausgeschaltet. Somit kann ein Kühlbetrieb unter Verwendung einer Gebläsekonvektion erhalten werden.
Nachfolgend wird der Kühlbetrieb für das Flächenkühlsystem detailliert beschrieben. Hierbei erfolgt sowohl eine Raumtemperatur- als auch eine Luftfeuchtigkeitserfassung beispielsweise anhand der Fernbedienung FE. Basierend auf diesen beiden Parametern erfolgt eine Tautemperaturberechnung. Hierbei setzt der Kühlbetrieb ein, wenn die gemessene Raumtemperatur >=25°C beträgt, während die Kühlung ausgeschaltet wird, wenn die Raumtemperatur <=23°C beträgt. Wenn nun die Raumtemperatur >=25°C beträgt, wird die Heizkreispumpe 90 und das Umschaltventil 30 eingeschaltet. Unter Verwendung einer Vorlauftemperatur-Maskierung von 60 Sekunden wird das System für 60 Sekunden gespült. Wenn die Vorlauftemperatur dann >=17°C beträgt, wird die Quellenpumpe 20 eingeschaltet. Dann wird die eingestellte Vorlauftemperatur als Soll-Vorlauftemperatur übernommen, falls sie größer als die Taupunkttemperatur +2K ist. Wenn die Vorlauftemperatur <=15°C ist, wird die Quellenpumpe 20 ausgeschaltet, und wenn die Vorlauftemperatur >=17°C (15°C + 2K) beträgt, wird die Quellenpumpe 20 eingeschaltet, wobei die Raumtemperatur erfasst werden muss, damit sie nicht <=23°C beträgt. Wenn die Raumtemperatur dennoch <=23°C, d. h. 25°C – 2K beträgt, wird die Quellenpumpe 20, die Heizkreispumpe 90 und das Umschaltventil 30 ausgeschaltet.
Wenn die eingestellte Vorlauftemperatur kleiner ist als die Taupunkttemperatur +2K, wird die Vorlauftemperatur als Taupunkttemperatur +2K gesetzt. Wenn die Vorlauftemperatur <= der gesetzten Vorlauftemperatur ist, wird die Quellenpumpe 20 ausgeschaltet, während die Quellenpumpe 20 eingeschaltet wird, wenn die Vorlauftemperatur >=2K + die gesetzte Vorlauftemperatur beträgt. Die Quellenpumpe 20, die Heizkreispumpe 90 und das Umschaltventil 30 wird ausgeschaltet, wenn die Raumtemperatur <= 23°C, d. h. 25°C – 2K beträgt.
Optional kann der Kühlbetrieb unterbrochen werden, sobald auf den Warmwasserbetrieb umgeschaltet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Kühl/Heizanlage einen Kühlschrank (C) auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Kühlkörper 144 des Kühlschranks (C) über einen Umlauf 140 an den Kreislauf 1 angeschlossen. Eine Zulaufleitung 141 ist in Flussrichtung der Soleflüssigkeit vor einem Rücklauf 142 angeordnet. Durch den Kühlkörper fließt somit kalte Soleflüssigkeit, die beim Betrieb der Wärmepumpe noch weiter abgekühlt wird, in den Kühlschrank (C). Zum gezielten Regulieren einer Temperatur im Kühlschrank ist ein Thermostatventil 145 und/oder eine Pumpe 143 vorgesehen. Der Volumenstrom der Pumpe 143 kann abhängig von der Temperatur im Kühlschrank geregelt oder gesteuert werden. Im Kreislauf 1 ist vorzugsweise ein Rückschlagventil 146 und/oder ein Volumenstromregler 147 eingesetzt. Der Volumenstromregler 147 ist fest voreingestellt oder im Betrieb regelbar. Der Kühlkörper 144 kann auch an einer anderen Stelle an den Soleflüssigkeit-führenden Kreis K1 angeschlossen werden. Dabei ist die Hydraulik so auszulegen, dass ein Volumenstrom durch den Kühlkörper vorzugsweise temperaturgeregelt fließen kann. Anstelle von Soleflüssigkeit kann auch Heizflüssigkeit des Kreislaufs K2 durch den Kühlkörper 144 geführt werden, wobei eine Kühlung des Kühlschranks (C) nur im Kühlbetrieb (Sommer) möglich ist.

Claims

Kühl-/Heizanlage, mit einer Wärmepumpe (WP), welche einen Verdampfer (130) und einen Verflüssiger (100) aufweist, wobei der Verdampfer an einen ersten Kreislauf (K1) und der Verflüssiger (100) an einen zweiten Kreislauf (K2) angeschlossen ist, wobei in dem ersten Kreislauf (K1) mindestens eine Erdsonde (10), eine Quellenpumpe (20) und ein erstes Umschaltventil (30) angeordnet ist, wobei in dem zweiten Kreislauf (K2) eine Kühl-/Heizfläche (50) und eine Heizkreispumpe (90) angeordnet ist, wobei der erste und zweite Kreislauf (K1, K2) über einen Wärmetauscher (40) derart miteinander verbunden sind, dass über die Kühl-/Heizfläche (50) in den ersten Kreislauf (K1) aufgenommene Wärme über den Wärmetauscher (40) an den ersten Kreislauf (K1) abgegeben werden kann und die Wärme über die mindestens eine Erdsonde (10) abgegeben werden kann, wobei das erste Umschaltventil (30) derart angeordnet ist, dass der erste Kreislauf (K1) zwischen dem Verdampfer (130) und dem Wärmetauscher (40) umgeschaltet werden kann, wobei die Heizkreispumpe in dem zweiten Kreislauf (K2) zwischen dem Wärmetauscher (40) und dem Verflüssiger (100) angeordnet ist.
Kühl-/Heizanlage nach Anspruch 1, wobei die Quellenpumpe (20), das erste Umschaltventil (30) und/oder die Heizkreispumpe (90) basierend auf einer gemessenen Raumtemperatur und/oder einer Vorlauftemperatur gesteuert werden.
Kühl-/Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem zweiten Umschaltventil (60), welches in dem zweiten Kreislauf (K2) angeordnet ist, um den zweiten Kreislauf (K2) mit einem Brauchwasserbereiter (70) zu verbinden.
Kühl-/Heizanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Kreislauf (K2) einen Zusatzheizkörper (80) zum zusätzlichen Erwärmen der Flüssigkeit in dem zweiten Kreislauf (K2) aufweist.
Kühl-/Heizanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühl-/Heizanlage Gebläsekonvektoren aufweist, welche mit den Kühl-/Heizflächen (50) verbunden sind und/oder wobei Flächenkühlsysteme mit den Kühl-/Heizflächen (50) verbunden sind.
Kühl-/Heizanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Heizkreispumpe (90) und das erste Umschaltventil (30) eingeschaltet werden, wenn die gemessene Raumtemperatur einen ersten Schwellwert erreicht, wobei die Quellenpumpe (20) eingeschaltet wird, wenn die Vorlauftemperatur einen ersten Vorlauftemperaturschwellwert erreicht, und wobei die Quellenpumpe (20), die Heizkreispumpe (90) und das erste Umschaltventil (30) ausgeschaltet werden, wenn die Raumtemperatur unter einen zweiten Raumtemperaturschwellwert sinkt.
Kühlschrank (C) mit einem zu kühlenden Innenraum und einem Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper 144 an die Kühl-/Heizanlage angeschlossen ist.
Kühlschrank (C) mit einem zu kühlenden Innenraum und einem Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper 144 über einen Umlauf 140 an einen Kreislauf 1 angeschlossen ist, wobei der Kreislauf 1 eine Erdsonde (10), eine Quellenpumpe (20) und einen Verdampfer 130 einer Wärmepumpe (WP) enthält.
Kühlschrank (C) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zulaufleitung 141 des Umlaufs 140 in Flussrichtung der Soleflüssigkeit vor einem Rücklauf 142 angordnet ist und der Kühlkörper 144 im Umlauf 140 enthalten ist.
Kühlschrank (C) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Umlauf 140 eine Pumpe 143 angeordnet ist.
Kühlschrank (C) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Umlauf 140 ein Thermostatventil 145 angeordnet ist.
Kühlschrank (C) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreislauf 1 ein Rückschlagventil 146 und oder ein einstellbarer Volumenstromregler 147 angeordnet ist.