AT526249B1

AT526249B1 - Verfahren zum Temperieren von Gebäuderäumen

Info

Publication number: AT526249B1
Application number: ATA50053/2023A
Authority: AT
Original assignee: Johann Aschauer Dipl Ing Mag
Priority date: 2023-01-31
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2024-01-15
Also published as: AT526249A4

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Temperieren von Gebäuderäumen (1) und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen (1) mit einem ein Temperierfluid, einen Vorlauf (3) und einen Rücklauf (4) umfassenden und in einer Umgebung (U) verlaufenden Temperierkreislauf (2), in dem eine Temperierquelle (5) und wenigstens eine einem Gebäuderaum (1) zugeordnete Wärmepumpe (7) vorgesehen sind, beschrieben. Um eine gewünschte Zieltemperatur zum Temperieren von Gebäuderäumen (1) und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen auf möglichst energieschonende Weise erreichen zu können, wird vorgeschlagen, dass das Temperierfluid von der Temperierquelle (5) auf eine Vorlauftemperatur Tv gebracht wird, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C entspricht, und dass das Temperierfluid von der Wärmepumpe (7) auf eine Rücklauftemperatur Tr gebracht wird, welche der mittleren Umgebungstemperatur Tu – x °C entspricht, wobei |x| kleiner gleich 15 ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen, insbesondere von Gebäuderäumen in Niedrigenergiehäusern, mit einem ein Temperierfluid, einen Vorlauf und einen Rücklauf umfassenden und in einer Umgebung verlaufenden Temperierkreislauf, in dem eine Temperierquelle und wenigstens eine einem Gebäuderaum zugeordnete Wärmepumpe vorgesehen sind.

[0002] Aus der CH708598B1 ist ein Verfahren zum Temperieren von Gebäuderäumen und zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen bekannt. Hierzu wird ein in einem Temperierkreislauf strömendes Temperierfluid von einer zentralen Heizvorrichtung als Temperierquelle auf eine Vorlauftemperatur erhitzt und über Verteilerleitungen zu dezentralen Wärmepumpen gefördert. Die dezentralen Wärmepumpen Entnehmen dem Temperierfluid Wärmenergie, wodurch die Vorlauftemperatur des Temperierfluids auf eine Rücklauftemperatur abgesenkt wird. Durch das Zuführen von zusätzlicher Arbeit kann das Arbeitsmedium der Wärmepumpe auf eine Zieltemperatur zur Warmwasseraufbereitung oder zum Heizen eines Gebäuderaumes, dem die jeweilige Wärmepumpe zugeordnet ist, angehoben werden. Zwar kann durch den Einsatz der Wärmepumpen bereits eine gewisse Energieeffizienz beim Erreichen der Zieltemperatur erzielt werden, jedoch ergeben sich vor allem beim Verteilen des Temperierfluids zu den Wärmepumpen Verteilerverluste, da Wärme während dem Transport durch die Verteilerleitungen an die Umgebung abgegeben wird. Dadurch müssen die Wärmepumpen mit dementsprechend mehr Energie betrieben werden, um ausgehend von der über das Temperierfluid bereitgestellten Wärmeenergie auf die gewünschte Zieltemperatur zu kommen.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, bei dem eine gewünschte Zieltemperatur zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen auf möglichst energieschonende Weise erreicht werden kann. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der eine gewünschte Zieltemperatur zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen auf möglichst energieschonende Weise erreicht werden kann.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Temperierfluid von der Temperierquelle auf eine Vorlauftemperatur T, gebracht wird, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C der Umgebung entspricht, und dass das Temperierfluid von der Wärmepumpe auf eine Rücklauftemperatur T, gebracht wird, welche der mittleren Umgebungstemperatur T, - x °C der Umgebung entspricht, wobei |x| kleiner gleich 15 ist, vorzugsweise 1 bis 15, noch bevorzugter 1 bis 10, beträgt. Zufolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen können die Verteilerverluste, also die Verluste beim Transport des Temperierfluids von der Temperierquelle zu den Wärmepumpen durch die Verteilerleitungen des Temperierkreislaufs, äußerst gering gehalten werden, da die für den Wärmedurchgang treibende Kraft, der Temperaturgradient zwischen Temperierfluid und Umgebung, erheblich reduziert wird. Auf diese Weise kann die Vorlauftemperatur T,, welche durch die Temperierquelle erzeugt wird, nahezu verlustfrei zu der Wärmepumpe gefördert werden, sodass die Wärmepumpe, sobald sich das System im Gleichgewicht befindet, lediglich mit Energie zum Anheben von der Vorlauftemperatur T, auf die Zieltemperatur versorgt werden muss und nicht auch mit Energie zum Kompensieren der Verteilerverluste. Erfindungsgemäß wird das Temperierfluid im Temperierkreislauf von der Wärmepumpe um den im Wesentlichen gleichen Betrag erniedrigt bzw. erhöht als das Temperierfluid von der Temperierquelle erhöht bzw. erniedrigt wird, wobei der Betrag der Erniedrigung bzw. Erhöhung im Bereich von kleiner gleich 15, insbesondere 1 bis 15 °C liegt. Auf diese Weise können bauphysikalische Anforderungen eingehalten werden, sodass eine lokale Unterkühlung des Mauerwerks und/oder Kellers und/oder Erdreichs als Umgebung, bedingt durch zu große Unterkühlung durch die Wärmepumpe, und eine damit verbundene Feuchtigkeitsbildung verhindert wird. Vorzugsweise ist |x/ im Bereich von 1 bis 5, noch bevorzugter ist |x/ im Bereich von 1 bis 3. Darüber hinaus wird durch die Erhöhung bzw. Erniedrigung der Temperatur des Temperierfluids um den gleichen Betrag ein Energieeintrag bzw. Energieaustrag aus den Bilanzierungsgrenzen verhindert, da gemittelt gesehen keine

Erwärmung oder Kühlung der Umgebung also beispielsweise des gesamten Mauerwerks erfolgt. Bevorzugt können im Temperierkreislauf eine Temperierquelle und mehrere je einem Gebäuderaum zugeordnete Wärmepumpen vorgesehen sein. Unter Zuordnung einer Wärmepumpe zu einem Gebäuderaum muss im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise verstanden werden, dass die Wärmepumpe im Gebäuderaum angeordnet ist, viel mehr genügt es, dass die Wärmepumpe so angeordnet ist, dass diese dem Gebäuderaum Wärme übertragen bzw. entnehmen kann. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Wärmepumpe in einem zu diesem Gebäuderaum führenden Steigstrang angeordnet ist. Grundsätzlich gelten die vorgegebenen Bereiche des |x| für das eingeschwungene System und können insbesondere beim Anfahren variieren bzw. höher liegen.

[0005] Die Temperierquelle kann eine Wärmequelle oder eine Kältequelle sein. Beispielsweise kann die Temperierquelle eine Abwärmequelle, eine elektrische, eine Brennstoff-, eine Erdwärme- oder eine Solar-Heizung sein. Eine besonders hohe Energieeffizienz kann erreicht werden, wenn die Temperierquelle selbst auch eine Wärmepumpe ist. Die Temperierquelle kann über eine Photovoltaik-Anlage mit Strom versorgt sein. Die Temperierquelle heizt das Temperierfluid auf eine durch eine Steuereinheit vorgebbare Vorlauftemperatur T, auf, wonach das Temperierfluid, beispielsweise Wasser, über eine Pumpe durch den Temperierkreislauf zu den Wärmepumpen gepumpt wird. Der Wärmekreislauf kann einen zentralen Wärmekreislauf, in dem die Temperierquelle angeordnet ist, und einen oder mehrere je mit dem zentralen Wärmekreislauf strömungsverbundene dezentrale Wärmekreisläufe, in denen je eine Wärmepumpe angeordnet ist, umfassen. Alternativ kann nur ein Wärmekreislauf vorgesehen sein, in dem die Wärmepumpe bzw. Wärmepumpen und die Temperierquelle somit in Serie geschaltet sind. Die Wärmepumpen können je einem Gebäuderaum zugeordnet sein und können den Gebäuderaum selbst oder einen Warmwasserspeicher heizen, indem die über das Temperierfluid transportierte Energie von der Wärmepumpe aufgenommen wird, wodurch die Temperatur des Temperierfluids im Temperierkreislauf auf eine Rücklauftemperatur T, abgesenkt wird. Die von der Wärmepumpe aufgenommene Wärmeenergie wird in aus dem Stand der Technik bekannter Weise in Heizwärme umgewandelt, wobei die Vorlauftemperatur T,, durch zusätzlichen Energieeintrag, auf eine Zieltemperatur angehoben wird. Zum Heizen des Gebäuderaums kann der Gebäuderaum einen eigenen Heizkreislauf aufweisen, in den die von dem Temperierfluid aufgenommene und von der Wärmepumpe zusätzlich erzeugte Wärme über beispielsweise Wärmetauscher eingebracht wird. Selbstverständlich kann bei gegensinniger Betriebsweise der Wärmepumpen auch eine Kühlung erfolgen, wobei hierbei Energie des Gebäuderaums von der Wärmepumpe aufgenommen und an das Temperierfluid abgegeben wird.

[0006] Der Unterschied von der Vorlauftemperatur T, und Rücklauftemperatur T, zur Umgebungstemperatur T, kann in einem Bereich größer gleich 0 und kleiner gleich 15 °C liegen. Die Definition der Umgebungstemperatur hängt vom Anwendungsfall ab. Befindet sich der vorwiegende Teil des Temperierkreislaufs im Mauerwerk als Umgebung, so kann die mittlere Mauerwerksinnentemperatur als mittlere Umgebungstemperatur angenommen werden. Befindet sich der vorwiegende Teil des Temperierkreislaufs, beispielsweise wie im Falle eines Fernwärmenetzes, im Boden als Umgebung, so kann die mittlere Erdtemperatur als mittlere Umgebungstemperatur angenommen werden. Die mittlere Umgebungstemperatur T, kann beispielsweise durch repräsentative Messstellen, durch Einschwingen des Temperierfluids ohne Abnahme bzw. Einspeisung oder durch Energiebilanzierung bestimmt werden. Das Ausmaß der Wärmeübertragung von der Temperierquelle auf das Temperierfluid und vom Temperierfluid auf die Gebäuderäume bzw. Warmwasserspeicher kann durch eine Steuereinheit zur Einhaltung der Regelbedingungen (Ty= Tu+X, Tr= Tu - X, |x| = kleiner gleich 15, bzw. insbesondere 1 bis 15 bzw. 1 bis 10 bzw. vorzugsweise 1 bis 5 bzw. 1 bis 3 bzw. 1 bis 2) erfolgen. Durch die Steuereinheit kann demnach x vorgegeben werden. Die Steuereinheit kann die Temperierquelle, die Wärmepumpen und die Pumpe zur Erhöhung oder Erniedrigung der Durchflussraten der jeweiligen Temperierfluide bzw. Arbeitsmedien ansteuern.

[0007] Beispiel - Heizen [0008] Tu = 18°C; x= 2 °C; |x/ = 2

[0009] Die Temperierquelle dient als Wärmequelle und erhöht die Temperatur des Temperierfluids auf eine Vorlauftemperatur T, von 20°C

(Ty= Tu+X °C = 18 °C + 2°C). Das 20°C warme Temperierfluid wird über den Vorlauf zu den Wärmepumpen gefördert, die dem Temperierfluid so viel Wärme entziehen, dass die Temperatur des Temperierfluids im Rücklauf, also die Rücklauftemperatur T, 16°C (T, = Tu-Xx °C = 18 °C 2°C) beträgt. Dies kann durch eine Steuereinheit gesteuert werden. Die aufgenommene Wärme kann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise zum Heizen eines Gebäuderaumes oder eines Warmwasserspeichers genutzt werden. Von der Wärmequelle kann das Temperierfluid anschließend von der Rücklauftemperatur T, auf die Vorlauftemperatur T, erwärmt werden.

[0010] Beispiel - Kühlen

[0011] Tu = 23°C; x = -4 °C; |x| = 4

Die Temperierquelle dient als Wärmesenke bzw. Kältequelle und erniedrigt die Temperatur des Temperierfluids auf eine Vorlauftemperatur T, von 19°C (Tv = Tu+ X °C = 23 °C - 4°C). Das 19°C kühle Temperierfluid wird über den Vorlauf zu den Wärmepumpen gefördert, die dem Temperierfluid so viel Wärme übergeben, dass die Temperatur des Temperierfluids im Rücklauf, also die Rücklauftemperatur T, 27°C (Tr, = Tu-x °C = 23 °C - (-4) °C) beträgt. Dies kann durch eine Steuereinheit gesteuert werden. Die abgegebene Wärme kann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise zum Kühlen eines Gebäuderaumes genutzt werden. Von der Wärmesenke kann das Temperierfluid anschließend von der Rücklauftemperatur T, auf die Vorlauftemperatur T, gekühlt werden.

[0012] Damit die Regelbedingungen optimal an die gegenwärtigen Bedingungen hinsichtlich Beschaffenheit der Gebäuderäume, der Temperierkreislaufrohrsysteme und auch der Umgebungsbedingungen angepasst werden können, wird vorgeschlagen, dass der Umgebung, in der der Temperierkreislauf verläuft, und/oder dem Temperierkreislauf eine Zulässigkeitsklasse zugeordnet wird und |x| in Abhängigkeit dieser Zulässigkeitsklasse ausgewählt wird. Somit kann die Umgebung, in der der Temperierkreislauf verläuft in mehrere, beispielsweise 2 Zulässigkeitsklassen eingeteilt werden. Unterschiedlichen Zulässigkeitsklassen können unterschiedliche Beträge von |x| zugeordnet werden. Eine Zulässigkeitsklasse 1 kann einem Betrag von |x| von kleiner gleich 15, insbesondere 1 bis 15, entsprechen, eine Zulässigkeitsklasse 2 kann einem Betrag von |x| von kleiner gleich 10, insbesondere 1 bis 10, bevorzugt kleiner gleich 5, insbesondere 1 bis 5, weiter bevorzugt kleiner gleich 3, insbesondere 1 bis 3, entsprechen. Befindet sich der Temperierkreislauf in einer Außenumgebung, beispielsweise in einem Erdreich als Umgebung, so können größere lokale Temperaturunterschiede toleriert werden, sodass einer Außenumgebung eine Zulässigkeitsklasse 1 zugeordnet werden kann und somit der Betrag von |x| kleiner gleich 15, insbesondere 1 bis 15 lauten kann. Befindet sich der Temperierkreislauf in einer Innenraumumgebung, beispielsweise in einem Mauerwerk als Umgebung, so sind bauphysikalisch bedingt nur kleine lokale Temperaturunterschiede erlaubt, sodass einer Innenraumumgebung eine Zulässigkeitsklasse 2 zugeordnet werden kann und somit der Betrag von |x| kleiner gleich 10, vorzugsweise 1 - 10, insbesondere 1 bis 5, weiter bevorzugt 1 bis 3 lauten kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Zuteilung hinsichtlich der Zulässigkeitsklassen auch auf Basis der Beschaffenheit des Temperierkreislaufs erfolgen. Umfasst der Temperierkreislauf vorwiegend isolierte Rohre, so ergeben sich auch bei höherer Temperaturdifferenz zwischen Temperierfluid und Umgebungstemperatur T,, verhältnismäßig geringere Wärmeverluste. Einem Temperierkreislauf, der isolierte Rohre umfasst, kann somit eine Zulässigkeitsklasse 1 zugeordnet werden. Sind die Rohre hingegen unisoliert, so kann dem Temperierkreislauf die Zulässigkeitsklasse 2 zugeordnet werden. Es können auch 3 Zulässigkeitsklassen vorgesehen sein. In diesem Fall kann eine Zulässigkeitsklasse 1 einem Betrag von |x| von kleiner gleich 15, insbesondere 1 - 15 entsprechen, eine Zulässigkeitsklasse 2 einem Betrag von |x| von kleiner gleich 10, insbesondere 1 bis 10 entsprechen und eine Zulässigkeitsklasse 3 einem Betrag von |x| von kleiner gleich 5, insbesondere 1 - 5, vorzugsweise kleiner gleich 3, insbesondere 1 bis 3 entsprechen.

[0013] Ein besonders energieeffizientes Verfahren ergibt sich, wenn mehrere kaskadierte Temperierkreisläufe eingesetzt werden, die über eine Temperierquelle, insbesondere über eine Wärmepumpe aneinander gekoppelt sind. Dies kann dadurch umgesetzt werden, dass dem Tempe-

rierkreislauf ein ein Vortemperierfluid, einen Vortemperiervorlauf und einen Vortemperierrücklauf umfassender und in einer Vortemperierumgebung verlaufender Vortemperierkreislauf vorgeschalten ist, der eine Vortemperierquelle umfasst und der über die Temperierquelle an den Temperierkreislauf gekoppelt ist, und dass das Vortemperierfluid von der Vortemperierquelle auf eine Vortemperiervorlauftemperatur T„ gebracht wird, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu+ x °C der Vortemperierumgebung entspricht, und dass das Vortemperierfluid von der Temperierquelle auf eine Vortemperierrücklauftemperatur T, gebracht wird, welche der mittleren Umgebungstemperatur T, - x °C der Vortemperierumgebung entspricht, wobei |x| kleiner gleich 15 ist, insbesondere 1 bis 15 beträgt. Der Betrag von |x| kann, analog zu obigen Ausführungen vorzugsweise kleiner gleich 10, insbesondere 1 bis 10, bevorzugt kleiner gleich 5, insbesondere 1 bis 5, weiter bevorzugt kleiner gleich 3, insbesondere 1 bis 3, entsprechen. Es ergeben sich somit zwei oder mehrere Temperierkreisläufe, durch die eine Temperaturanhebung oder Senkung vom vorangegangenen auf den nachfolgenden Temperierkreislauf in erfindungsgemäßer Weise erfolgt, bevor eine finale Anhebung oder Senkung durch die den Gebäuderäumen zugeordneten Wärmepumpen erfolgt. Die unterschiedlichen Temperierkreisläufe, also der Temperierkreislauf und der Vortemperierkreislauf können unterschiedliche Umgebungstemperaturen T, aufweisen, da beispielsweise der Vortemperierkreislauf im Erdreich als Vortemperierumgebung verläuft und der Temperierkreislauf im Keller eines Gebäudes als Umgebung. Auch hier kann |x/| in Abhängigkeit der Zulässigkeitsklassen ausgewählt werden, sodass in unterschiedlichen Temperierkreisläufen unterschiedliche Beträge von |x| verwendet werden. Eine besonders effiziente Kaskadierung ergibt sich darüber hinaus, wenn die Umgebungstemperatur T, des nachfolgenden Temperierkreislaufs höher als die Umgebungstemperatur T, des vorangegangenen Temperierkreislaufs liegt. Im Falle eines Kühlens kann sich dieser Umstand freilich umgekehrt verhalten.

[0014] Vorteilhafte Übertragungsverhältnisse, die darüber hinaus besonders exakt regelbar sind, ergeben sich, wenn die Wärmepumpe bzw. die Wärmepumpen wenigstens ein Peltier-Element umfassen. Die Peltierelemente können über entsprechende Wärmetauscherflächen mit den Leitungsrohren des Temperierkreislaufs verbunden sein und pumpen je nach Bedarfsfall Wärme vom Vorlauf in den Gebäuderaum oder Warmwasserspeicher, oder Wärme von den Gebäuderäumen oder Warmwasserspeichern in den Rücklauf. Zum Heizen des Gebäuderaums kann der Gebäuderaum einen eigenen Heizkreislauf beispielsweise einer Fußbodenheizung aufweisen.

[0015] Damit die Temperierung von Gebäuderäumen bzw. die Warmwasseraufbereitung weitgehend unabhängig von äußerer Infrastruktur betrieben werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Wärmepumpe bzw. die Wärmepumpen über eine Photovoltaik-Anlage versorgt werden. Auf diese Weise kann die zusätzlich benötigte Energie zum Anheben der Vorlauftemperatur des Temperierfluids auf eine Zieltemperatur autark produziert werden. Insbesondere können die Peltier-Elemente über eine Photovoltaik-Anlage versorgt werden, sodass die benötigte Energie zur Erzeugung des Temperaturgradienten autark produziert werden kann. Die Wärmepumpen bzw. die Wärmepumpen können auch über eine Windkraft-Anlage versorgt werden. Der Photovoltaik-Anlage und/oder Windkraft-Anlage können Energiespeicher als Pufferspeicher zugeordnet sein.

[0016] Um die Energieeffizienz der Temperierquelle im Heizmodus zu erhöhen und zusätzlichen Energieaufwand zu reduzieren, kann die Temperierquelle Wärme von einer Abwasserleitung des Gebäudes in den Temperierkreislauf übertragen. Diese Ubertragung kann durch einen aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauscher erfolgen, den die Temperierquelle umfasst.

[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vorrichtung zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen mit einem ein Temperierfluid, einen Vorlauf und einen Rücklauf umfassenden Temperierkreislauf, in dem eine Temperierquelle und wenigstens eine einem Gebäuderaum zugeordnete Wärmepumpe vorgesehen sind, bewerkstelligt werden. Erfindungsgemäß ist eine Steuereinheit mit der Temperierquelle und mit der Wärmepumpe signalverbunden, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Temperierquelle zum Anheben oder Senken der Temperatur des Temperierfluids auf eine Vorlauftemperatur T,, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C entspricht, anzusteuern und wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Wärmepumpe zum Senken oder Anheben der Temperatur des Temperierfluids auf eine Rücklauftemperatur T,, welche der mittleren Umge-

bungstemperatur T, - x °C entspricht, anzusteuern, wobei |x| kleiner gleich 15 ist, insbesondere 1 bis 15 beträgt. Zur Förderung des Temperierfluids im Temperierkreislauf kann eine Pumpe vorgesehen sein. Diese kann ebenfalls durch die Steuereinheit zur Durchflussratenanpassung angesteuert werden. Zur exakten Vorgabe der Vorlauftemperatur T, und der Rücklauftemperatur T, kann die Steuereinheit mit Temperatursensoren im Vorlauf und im Rücklauf verbunden sein und die Temperierquelle bzw. die Wärmepumpe respektive die Wärmepumpen solange ansteuern, bis die vorgegebene Vorlauftemperatur T, und Rücklauftemperatur T, erreicht wird. Die Steuereinheit kann auch mit einem Temperatursensor im Gebäuderaum und/oder im Warmwasserspeicher verbunden sein, um ein Heizen oder Kühlen bei erreichter erwünschter Gebäuderaumtemperatur bzw. Warmwassertemperatur zu verhindern. Die Wärmepumpen können ein Peltier-Element umfassen. Die Wärmepumpen können mit einer Photovoltaik-Anlage verbunden sein. Die Temperierquelle kann einen Wärmetauscher umfassen, der an eine Abwasserleitung des Gebäudes angeschlossen ist. Auf diese Weise kann die Restwärme der Abwasserleitung zur Erhöhung der Temperatur des Temperierfluids genutzt werden. Die Temperierquelle selbst, kann auch eine Wärmepumpe sein und an eine Photovoltaik-Anlage angeschlossen sein. Der Betrag von |x| kann, analog zu obigen Ausführungen vorzugsweise kleiner gleich 10, insbesondere 1 bis 10, bevorzugt kleiner gleich 5, insbesondere 1 bis 5, weiter bevorzugt kleiner gleich 3, insbesondere 1 bis 3, entsprechen.

[0018] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fertigteilwandelement zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen mit einem einen Vorlaufabschnitt und einen Rücklaufaufschnitt umfassenden Temperierkreislaufabschnitt zum Führen eines Temperierfluids, wobei der Vorlauf- und der Rücklaufabschnitt einen Anschluss zum Strömungsverbinden mit einer Temperierquelle und/oder anderen Vorlauf- und Rücklaufabschnitten umfassen, wobei im Temperierkreislaufabschnitt eine Wärmepumpe vorgesehen ist, die mit einer Steuereinheit verbunden ist, welche dazu eingerichtet ist, die Wärmepumpe zum Senken oder Anheben der Temperatur des Temperierfluids auf eine Rücklauftemperatur T,, welche einer mittleren Umgebungstemperatur T, - x °C entspricht, anzusteuern, wobei x der Differenz aus Vorlauftemperatur T, und mittlerer Umgebungstemperatur T, entspricht, und |x| kleiner gleich 15 ist, Insbesondere 1 bis 15 beträgt. Zufolge der erfindungsgemäßen Ausbildung können mehrere Fertigteilwandelemente über die Anschlüsse der Vorlauf- und der Rücklaufabschnitte zusammengeschlossen werden und gemeinsam mit einer Temperierquelle einen vollständigen, geschlossenen Temperierkreislauf ausbilden. Um eine ordnungsgemäße Regelung des geschlossenen Temperierkreislaufs zu ermöglichen, können auch die Steuereinheiten der aneinander angeschlossenen Fertigteilwandelemente signalverbunden sein. Die Steuereinheiten der einzelnen Fertigteilwandelemente können auch Mess- und Regeleinrichtungen sein, die mit einer Zentralsteuereinheit signalverbunden sind. Die in Rede stehende Rücklauftemperatur T, und Vorlauftemperatur T, beziehen sich auf die Temperatur im Rücklauf bzw. Vorlauf eines geschlossenen aus vorzugsweise mehreren Fertigteilwandelementen gefertigten Temperierkreislaufs. Die mittlere Umgebungstemperatur T, bezieht sich auf die mittlere Mauerwerksinnentemperatur des aus vorzugsweise mehreren Fertigteilwandelementen gebildeten Mauerwerks.

[0019] Der Vorlauf- und der Rücklaufabschnitt sind vorzugsweise in die Fertigteilwand eingebettet. Auch die Wärmepumpe ist vorzugsweise wenigstens abschnittsweise in die Fertigteilwand eingebettet. Je nachdem, ob das Fertigteilwandelement ein Abschlusselement oder ein Zwischenelement ist, kann der Vorlaufabschnitt vom Rücklaufabschnitt eines Fertigteilwandelements getrennt (Zwischenelement) oder kann der Vorlaufabschnitt mit dem Rücklaufabschnitt verbunden (Abschlusselement) sein. Die Wärmepumpe umfasst vorzugsweise ein Peltier-Element. Das Temperierfluid kann Teil des Fertigteilwandelements sein. Auch die Temperierquelle kann Teil des Fertigteilwandelements sein. Die Funktionsweise der Temperierung durch die Fertigteilwandelemente ist analog zum oben geschilderten Verfahren. Der Betrag von |x| kann, analog zu obigen Ausführungen vorzugsweise kleiner gleich 10, insbesondere 1 bis 10, bevorzugt kleiner gleich 5, insbesondere 1 bis 5, weiter bevorzugt kleiner gleich 3, insbesondere 1 bis 3, entsprechen.

[0020] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0021] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen,

[0022] Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen,

[0023] Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fertigteilwandelements zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen und

[0024] Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Temperieren von Gebäuderäumen und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen.

[0025] Eine Vorrichtung zum Temperieren von Gebäuderäumen 1 und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen 1 weist, wie den Figs. 1 und 2 zu entnehmen ist, einen in einer Umgebung U verlaufenden Temperierkreislauf 2 auf, in dem ein Temperierfluid geführt wird. Der Temperierkreislauf 2 weist einen Vorlauf 3 und einen Rücklauf 4 auf. Das Temperierfluid kann von einer Temperierquelle 5, beispielsweise eine Wärmepumpe, temperiert, also erhitzt oder gekühlt und von einer Pumpe 6 durch den Temperierkreislauf 2 gefördert werden. Im Temperierkreislauf 2 sind auch Wärmepumpen 7, beispielsweise Peltier-Elemente, vorgesehen, die je einem Gebäuderaum 1 zugeordnet sind. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann der Wärmekreislauf 2 einen zentralen Wärmekreislauf 2a, in dem die Temperierquelle 5 angeordnet ist, und mehrere je mit dem zentralen Wärmekreislauf 2a strömungsverbundene dezentrale Wärmekreisläufe 2b, in denen je eine Wärmepumpe 7 angeordnet ist, umfassen. Die dezentralen Wärmekreisläufe 2b können beispielsweise über Schaltventile 8 vom zentralen Wärmekreislauf 2a abgekoppelt werden. Erfindungsgemäß ist eine Steuereinheit 9 mit der Temperierquelle 5 und mit den Wärmepumpen 7 signalverbunden (angedeutet durch strichlierte Signallinien), wobei die Steuereinheit 9 die Temperierquelle 5 so ansteuert, dass das Temperierfluid von der Temperierquelle 5 auf eine Vorlauftemperatur T, gebracht wird, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C entspricht, und wobei die Steuereinheit 9 die Wärmepumpen 7 so ansteuert, dass das Temperierfluid von den Wärmepumpen 7 auf eine Rücklauftemperatur T, gebracht wird, welche der mittleren Umgebungstemperatur T, - x °C entspricht, wobei |x| (Betrag von x) kleiner gleich 15 ist. Durch diesen nur geringen Unterschied der Temperatur des Temperierfluids zur Umgebungstemperatur können die Verteilerverluste gering gehalten werden. Zur Bestimmung Vorlauftemperatur T, und der Rücklauftemperatur T, kann die Steuereinheit 9 mit Temperatursensoren 10 im Vorlauf 3 und im Rücklauf 4 signalverbunden sein. Auch zur Bestimmung der Umgebungstemperatur können Temperatursensoren 10, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichnet sind, eingesetzt werden.

[0026] Wird die Vorrichtung zum Erwärmen der Gebäuderäume 1 oder eines Warmwasserspeichers 11 eingesetzt, so wird die Temperatur des Temperierfluids von den Wärmepumpen 7 von einem höheren Niveau auf eine niedrigere Rücklauftemperatur T, gesenkt, was durch Wärmeaufnahme der Wärmepumpen 7 vom Temperierfluid geschieht. Durch zusätzlichen Arbeitsaufwand kann die von der Wärmepumpe 7 aufgenommene Wärme in aus dem Stand der Technik bekannter Weise gesteigert werden und zum Heizen eines Gebäuderaumes 1 oder eines Warmwasserspeichers 11 eingesetzt werden. Die Wärmepumpe 7 kann zum Heizen eines Gebäuderaumes 1 beispielsweise mit einer Fußbodenheizung 12 oder mit einer Infrarotheizung 13 verbunden sein. Zur Warmwasseraufbereitung kann die Wärmepumpe 7 mit einem Warmwasserspeicher 11 verbunden sein. Anhand der Darstellung der mit dem Warmwasserspeicher 11 verbundenen Wärmepumpe 7 wird die Bedeutung des Begriffs Zuordnung im Sinne der Erfindung deutlich. So muss unter Zuordnung nicht notwendigerweise verstanden werden, dass die Wärmepumpe 7 im Gebäuderaum 1 angeordnet ist, viel mehr genügt es, dass die Wärmepumpe 7 so angeordnet ist, dass diese dem Gebäuderaum 1 Wärme übertragen bzw. entnehmen kann. Dies ist beispielsweise möglich, wenn die Wärmepumpe 7 in einem zu diesem Gebäuderaum führenden Steig-

strang angeordnet ist.

[0027] Die Wärmepumpen 7, die Temperierquelle 5 und andere elektrische Komponenten können über eine Photovoltaik-Anlage 14 versorgt werden.

[0028] Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der aus UÜbersichtlichkeitsgründen die Photovoltaik-Anlage weggelassen wurde, wiewohl selbstverständlich auch dieses Ausführungsbeispiel von einer solchen Anlage versorgt werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel weist nur einen Temperierkreislauf 2 auf. Damit die Bedingungen hinsichtlich der Rücklauftemperatur (T, = Tu - x °C und |x| = kleiner gleich 15, insbesondere 1 bis 15) eingehalten werden können, kann der Temperatursensor 10 zur Bestimmung dieser nach der letzten Wärmepumpe 7 angeordnet sein. Um weiter diese Bedingung einhalten zu können und beispielsweise eine zu starke Unterkühlung des Temperierfluids im Rücklauf 4 zu verhindern, können die verschiedenen Wärmepumpen 7 von der Steuereinheit 9 weg- bzw. hinzugeschaltet werden. Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit liegt darin, dass über die Steuereinheit 9 gesteuert werden kann, welche Wärmepumpe 7, welchen prozentualen Beitrag zur Wärmeabführung und damit zur Temperaturerniedrigung des Temperierfluids beiträgt und dass die Wärmeabführung durch die Wärmepumpen 7 nur solange von der Steuereinheit 9 aktiviert wird, solange die Bedingungen (T, = Tu - x °C und |x| = kleiner gleich 15, insbesondere 1 bis 15) erfüllt sind und die gewünschte Raumtemperatur im Gebäuderaum 1 erreicht ist.

[0029] In Fig. 2 ist offenbart, dass die Temperierquelle 5 einen Wärmetauscher 15 umfassen kann, der Wärme von einer Abwasserleitung 16 in den Temperierkreislauf 2 einspeist. Eine solche Ausführung kann freilich auch in Fig. 1 vorgesehen sein.

[0030] Fig. 3 zeigt ein Fertigteilwandelement 17 zum Temperieren von Gebäuderäumen 1 und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen 1. Das Fertigteilwandelement 17 weist einen Temperierkreislaufabschnitt 18 umfassend einen Vorlaufabschnitt 19 und einen Rücklaufaufschnitt 20 auf. Im Temperierkreislaufabschnitt 18 kann ein Temperierfluid geführt sein. Der Vorlauf- und der Rücklaufabschnitt 19,20 weisen einen oder mehrere Anschlüsse 21 zum Strömungsverbinden mit einer Temperierquelle 5 und/oder zum Strömungsverbinden mit anderen Vorlauf- und Rücklaufabschnitten 19,20 eines anderen Fertigteilwandelements 17 auf. Auf diese Weise kann aus mehreren Fertigteilwandelementen 17 durch Zusammenschluss deren Vorlaufund Rücklaufabschnitte 19,20 und durch ein Hinzufügen einer Temperierquelle 5 ein geschlossener Temperierkreislauf 2 gebildet werden. Erfindungsgemäß ist im Temperierkreislaufabschnitt 18 eine Wärmepumpe 7 vorgesehen. Die Wärmepumpe kann mit einer Infrarotheizung 22 verbunden sein, um einen Gebäuderaum 1 zu temperieren. Die Wärmepumpe 7 ist darüber hinaus mit einer Steuereinheit 9 verbunden, welche dazu eingerichtet ist, die Wärmepumpe 7 zum Senken oder Anheben der Temperatur des Temperierfluids auf eine Rücklauftemperatur T,, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu - x °C entspricht, anzusteuern, wobei x der Differenz aus Vorlauftemperatur T, und mittlerer Umgebungstemperatur T. entspricht, und |x| kleiner gleich 15 ist, Insbesondere 1 bis 15 entspricht. x kann von der Steuereinheit vorgegeben werden. Der Vorlaufabschnitt 19 und Rücklaufaufschnitt 20 können auch als Steigleitungen ausgebildet sein.

[0031] Fig. 4 zeigt, dass dem Temperierkreislauf 2 ein Vortemperierkreislauf 23, beispielsweise ein Fernwärmenetz mit einer Vortemperierquelle 24 vorgeschaltet werden kann. Der Vortemperierkreislauf 23 umfasst ein Vortemperierfluid, einen Vortemperiervorlauf 25 und einen Vortemperierrücklauf 26 und ist in einer Vortemperierumgebung VU angeordnet. Das Vortemperierfluid kann von der Vortemperierquelle 24 auf eine Vortemperiervorlauftemperatur T„ gebracht werden, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C entspricht. Anschließend kann das Vortemperierfluid von der Temperierquelle 5 auf eine Vortemperierrücklauftemperatur Tv gebracht werden, welche der mittleren Umgebungstemperatur T, - x °C entspricht, wobei |x| kleiner gleich 15 ist, insbesondere 1 bis 15 beträgt. Da sich der Vortemperierkreislauf 23 in einer anderen Umgebung VU befindet als der Temperierkreislauf 2, können unterschiedliche Umgebungstemperaturen T, vorliegen. Auch der |x| kann in den unterschiedlichen Temperierkreisläufen 2,23 unterschiedlich sein.

[0032] Fig. 4 zeigt, dass zwischen den Wärmepumpen 7 und dem Temperierkreislauf 2,2a,2b

Zwischenwärmepumpen 27 vorgesehen sein können. Somit ergibt sich zwischen den Wärmepumpen 7 und den dazugehörigen Zwischenwärmepumpen 27 ein weiterer Zwischentemperierkreislauf mit einer wiederum anderen Umgebungstemperatur T,, die von der Zwischenumgebung, beispielsweise vom Mauerwerk, abhängig ist. Fig. 4 zeigt somit mehrere kaskadierte Temperierkreisläufe 23,2,2a,2b,28, die über je wenigstens eine Temperierquelle 5, 27 insbesondere über eine Wärmepumpe aneinander gekoppelt sind. Insbesondere kann die Umgebungstemperatur Tu des nachfolgenden Temperierkreislaufs 2,2a,2b,28 höher als die Umgebungstemperatur Tu des vorangegangenen Temperierkreislaufs 23,2,2a,2b liegen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Temperieren von Gebäuderäumen (1) und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen (1) mit einem ein Temperierfluid, einen Vorlauf (3) und einen Rücklauf (4) umfassenden und in einer Umgebung (U) verlaufenden Temperierkreislauf (2), in dem eine Temperierquelle (5) und wenigstens eine einem Gebäuderaum (1) zugeordnete Wärmepumpe (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierfluid von der Temperierquelle (5) auf eine Vorlauftemperatur T, gebracht wird, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C entspricht, und dass das Temperierfluid von der Wärmepumpe (7) auf eine Rücklauftemperatur T, gebracht wird, welche der mittleren Umgebungstemperatur Tv - x °C entspricht, wobei |x| kleiner gleich 15 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebung (U), in der der Temperierkreislauf (2) verläuft, und/oder dem Temperierkreislauf (2) eine Zulässigkeitsklasse zugeordnet wird und |x| in Abhängigkeit dieser Zulässigkeitsklasse ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperierkreislauf (2) ein ein Vortemperierfluid, einen Vortemperiervorlauf (25) und einen Vortemperierrücklauf (26) umfassender und in einer Vortemperierumgebung (VU) verlaufender Vortemperierkreislauf (23) vorgeschalten ist, der eine Vortemperierquelle (24) umfasst und der über die Temperierquelle (5) an den Temperierkreislauf (2) gekoppelt ist, und dass das Vortemperierfluid von der Vortemperierquelle (24) auf eine Vortemperiervorlauftemperatur T, gebracht wird, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C der Vortemperierumgebung (VU) entspricht, und dass das Vortemperierfluid von der Temperierquelle (5) auf eine Vortemperierrücklauftemperatur T, gebracht wird, welche der mittleren Umgebungstemperatur Tu - x °C der Vortemperierumgebung (VU) entspricht, wobei |x| kleiner gleich 15 ist.

4. Verfahren nach Anspruch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (7) wenigstens ein Peltier-Element umfasst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (7) über eine Photovoltaik-Anlage (14) versorgt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierquelle (5) Wärme von einer Abwasserleitung (16) des Gebäudes in den Temperierkreislauf (2) überträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Umgebungstemperatur T, die mittlere Mauerwerksinnentemperatur des Mauerwerks, indem der Temperierkreislauf (2) verläuft, ist.

8. Vorrichtung zum Temperieren von Gebäuderäumen (1) und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen (1) mit einem ein Temperierfluid, einen Vorlauf (3) und einen Rücklauf (4) umfassenden Temperierkreislauf (2), in dem eine Temperierquelle (5) und wenigstens eine einem Gebäuderaum (1) zugeordnete Wärmepumpe (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (9) mit der Temperierquelle (5) und mit der Wärmepumpe (7) signalverbunden ist, wobei die Steuereinheit (9) dazu eingerichtet ist, die Temperierquelle (5) zum Anheben oder Senken der Temperatur des Temperierfluids auf eine Vorlauftemperatur T,, welche einer mittleren Umgebungstemperatur Tu + x °C entspricht, anzusteuern und wobei die Steuereinheit (9) dazu eingerichtet ist, die Wärmepumpe (7) zum Senken oder Anheben der Temperatur des Temperierfluids auf eine Rücklauftemperatur T,, welche der mittleren Umgebungstemperatur T. - x °C entspricht, anzusteuern, wobei |x| kleiner gleich 15 ist.

9. Fertigteilwandelement (17) zum Temperieren von Gebäuderäumen (1) und/oder zur Warmwasseraufbereitung in Gebäuderäumen (1) mit einem einen Vorlaufabschnitt (19) und einen Rücklaufaufschnitt (20) umfassenden Temperierkreislaufabschnitt (18) zum Führen eines Temperierfluids, wobei der Vorlauf- und der Rücklaufabschnitt (19,20) einen Anschluss (21) zum Strömungsverbinden mit einer Temperierquelle (5) und/oder anderen Vorlauf- und

Rücklaufabschnitten (19,20) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass im Temperierkreislaufabschnitt (18) eine Wärmepumpe (7) vorgesehen ist, die mit einer Steuereinheit (9) verbunden ist, welche dazu eingerichtet ist, die Wärmepumpe (7) zum Senken oder Anheben der Temperatur des Temperierfluids auf eine Rücklauftemperatur T,, welche einer mittleren Umgebungstemperatur T, - x °C entspricht, anzusteuern, wobei x der Differenz aus Vorlauftemperatur T, und mittlerer Umgebungstemperatur Tu entspricht, und |x| kleiner gleich 15 ist.

10. Fertigteilwandelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe ein Peltier-Elemente umfasst.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen