DE102010051868A1 - Wärmepumpenanlage, insbesondere zur Klimatisierung eines Gebäudes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Wärmepumpenanlage, insbesondere zur Klimatisierung eines Gebäudes, Fahrzeugs oder Flugzeugs, wobei die Wärmepumpenanlage einen zentralen Kältemittelkreislauf und eine Vielzahl von Wärmeträgerströmen zur Nutzung verschiedener Primärenergien aufweist, im zentralen Kältemittelkreislauf ein Verdichter, wenigstens ein Expansionsventil und eine Vielzahl von Wärmetauschern angeordnet sind, die vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufes durchströmt sind, die verschiedenen Wärmeträgerströme einzeln, in Gruppen oder gemeinsam jeweils mindestens einem Wärmetauscher im Kältemittelkreislauf und/oder einem Wärmetauscher in einem vom Kältemittelkreislauf erhitzten Wärmespeicher zugeführt werden, um Wärme aus dem Kältemittelkreislauf aufzunehmen oder in diesen oder in den Wärmespeicher zu übertragen, und wobei mit wenigstens einem weiteren der Wärmetauscher durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf oder Wärmezufuhr in den Kältemittelkreislauf ein Raum, eine Flüssigkeit, ein Wärmespeicher oder ein Körper zur Klimatisierung geheizt oder gekühlt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme unabhängig voneinander in Abhängigkeit des aktuellen Angebots der jeweiligen genutzten Primärenergie permanent geregelt werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage, insbesondere zur Klimatisierung eines Gebäudes, eines Fahrzeugs oder eines Flugzeugs, im Detail ein Verfahren zum Regeln einer solchen Wärmepumpenanlage, ein Strömungsregelmodul für eine solche Wärmepumpenanlage und die Wärmepumpenanlage als solche.
- Eine gattungsgemäße Wärmepumpenanlage wird in der europäischen Patentanmeldung
EP 1 882 888 A1 beschrieben. Ferner beschreibt die OffenlegungsschriftDE 10 2008 038 429 A1 die Erfassung des Massenstromes des Kältemittels einer solchen Wärmepumpenanlage, um hieraus den Wirkungsgrad beziehungsweise die Arbeitszahl zu bestimmen. - Die Wirkungsgradoptimierung von Wärmepumpenanlagen ist von überragender Bedeutung, zum einen im Hinblick auf die Betriebskosten und zum anderen im Sinne einer optimalen Nutzung vorhandener Energien. Besonders bei der Benutzung verschiedener Primärenergien, um beispielsweise ein Gebäude zu heizen beziehungsweise zur Warmwasseraufbereitung für ein solches Gebäude, ist die Energieausnutzung bisher noch nicht optimal und es gibt einen Bedarf an Verbesserungen. Damit eine Wärmepumpenanlage hinsichtlich der Anschaffungs- und Betriebskosten jedoch auch im Wettbewerb mit herkömmlichen Heizungen besteht, unterliegt jede Änderung, um die Energieausbeute zu verbessern, einem hohen Kostendruck, sowohl hinsichtlich der Herstellung der Wärmepumpenanlage als auch der im Betrieb auftretenden Kosten.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannte gattungsgemäße Wärmepumpenanlage derart zu weiterentwickeln, dass die vorhandenen Primärenergien besser ausgenutzt werden, der Wirkungsgrad beziehungsweise die Leistungszahl oder Jahresarbeitszahl dadurch verbessert werden kann, bei gleichzeitig kostengünstiger Ausgestaltung.
- Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Regeln einer Wärmepumpenanlage sowie ein Strömungsregelmodul gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben, sowie eine Wärmepumpenanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsregelmodul, bei der sich das erfindungsgemäße Verfahren ideal anwenden lässt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln einer Wärmepumpenanlage, insbesondere zur Klimatisierung eines Gebäudes, Fahrzeugs oder Flugzeugs, ist bei einer Wärmepumpenanlage anwendbar, die einen zentralen Kältemittelkreislauf und eine Vielzahl von Wärmeträgerströmen zur Nutzung verschiedener Primärenergien aufweist. Die Wärmeträgerströme können beispielsweise in einem Kreislauf geführt sein, insbesondere mit einem Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, Wassergemisch oder einem anderen Kältemittel, oder ein Wärmeträgerstrom kann als offener Wärmeträgerstrom geführt sein, beispielsweise bei Luftwärme als Primärenergie, zu deren Nutzung ein Luftstrom durch einen Wärmetauscher geführt wird, entweder durch freie Konvektion oder durch Zwangsdurchströmung mittels eines Ventilators.
- Im zentralen Kältemittelkreislauf sind wenigstens ein Verdichter und wenigstens ein Expansionsventil vorgesehen, sowie eine Vielzahl von Wärmetauschern, die vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufes durchströmt sind. Zumindest einer oder mehrere dieser Wärmetauscher sind ferner von den Wärmeträgerströmen durchströmt oder umströmt, um dadurch die Wärme aus den Wärmeträgerströmen über den Wärmetauscher in das Kältemittel des Kältemittelskreislaufes einzubringen, um das Kältemittel zu verdampfen oder vorzuwärmen. Ferner ist es möglich, die Wärme aus einem oder mehreren Wärmeträgerströmen über einen oder mehrere Wärmetauscher einem Wärmespeicher zuzuführen, beispielsweise einem Warmwasserspeicher, der auch durch den Kältemittelkreislauf erhitzt wird. Demnach stehen in einem solchen Fall der oder die Wärmeträgerströme und das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes nicht unmittelbar über einen Wärmetauscher in wärmeübertragender Verbindung, sondern übertragen gemeinsam Wärme in einen gemeinsamen Abnehmer.
- Ferner ist vorstellbar, einzelne vom Wärmeträgerstrom beaufschlagte Wärmetauscher, beispielsweise einen mit Umgebungsluft beaufschlagten Wärmetauscher, zeitweise oder immer als Kondensator einzusetzen, wobei somit Wärme aus dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes in den Wärmeträgerstrom, beispielsweise Umgebungsluft, übertragen wird.
- Ferner ist wenigstens ein Wärmetauscher, vorliegend als weiterer Wärmetauscher bezeichnet, im Kältemittelkreislauf vorgesehen, mit dem durch Wärmezufuhr in den Kältemittelkreislauf oder Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf ein Raum, eine Flüssigkeit oder ein Körper zur Klimatisierung geheizt oder gekühlt wird. Vorliegend umfasst diese „Klimatisierung” auch beispielsweise das Aufheizen von Brauchwasser, insbesondere eines Gebäudes. Das Aufheizen umfasst auch den Wärmeeintrag aus dem Kältemittelkreislauf in den genannten Wärmespeicher.
- Erfindungsgemäß werden nun die Massenströme und/oder die Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme unabhängig voneinander in Abhängigkeit des aktuellen Angebots der jeweiligen mit dem entsprechenden Wärmeträgerstrom genutzten Primärenergie dynamisch beziehungsweise permanent geregelt. Dies bedeutet, dass zu jeder Zeit eine Nachregelung jedes einzelnen Wärmeträgerstromes beziehungsweise dessen Massen- oder Volumenstromes erfolgt, um die jeweils zur Verfügung stehende Primärenergie optimal zu nutzen.
- Wenn beispielsweise bei Nutzung von Solarenergie aufgrund des Sonnenuntergangs die Solareinstrahlung schwächer wird und anschließend auf nahezu Null absinkt, so wird zunächst in einem entsprechenden Wärmeträgerstromkreislauf – der Wärmeträger durchströmt ein oder mehrere Solarmodule beispielsweise auf dem Dach eines Wohngebäudes, anschließend zu einem der Wärmetauscher in dem Kältemittelkreislauf und/oder dem Wärmespeicher, wo er seine Wärme abgibt, und wieder zurück durch das Solarmodul – der Massenstrom des Wärmeträgerstromes reduziert, um dadurch die Temperatur des Wärmeträgerstromes beim Eintritt in den Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufes maximal zu halten beziehungsweise die Temperaturdifferenz des Wärmeträgerstromes über dem Wärmetauscher zu maximieren. Die Reduzierung des Massenstromes wird so lange fortgesetzt, bis entweder der Massenstrom auf Null abgesenkt worden ist oder durch eine weitere Reduzierung keine Optimierung des Wärmeeintrags aus dem Wärmeträgerstrom über den Wärmetauscher in den Kältemittelkreislauf mehr erreicht werden kann, beispielsweise die Eintrittstemperatur des Wärmeträgerstromes in den Wärmetauscher beziehungsweise die Temperaturdifferenz über dem Wärmetauscher nicht erhöht oder gehalten werden kann.
- Der Massenstrom- und/oder der Volumenstrom des Wärmeträgerstromes, insbesondere des Wärmeträgerkreislaufes, kann somit als Stellgröße der erfindungsgemäßen Regelung bezeichnet werden. Im genannten Ausführungsbeispiel ist die Temperatur des Wärmeträgerstromes am Eintritt des Wärmetauschers beziehungsweise die Temperaturdifferenz des Wärmeträgerstromes über dem Wärmetauscher die Regelgröße, die maximiert werden soll. Alternativ oder zusätzlich kommen andere Regelgrößen in Betracht, beispielsweise die Temperatur und/oder der Druck am Austritt des Kältemittels aus dem jeweiligen vom Wärmeträgerstrom durchflossenen oder überströmten. Wärmetauscher, wobei diese beiden Größen ebenfalls einen Maximalwert annehmen sollen, um das optimale Verdampfungsniveau mit dem größten Wärmeeintrag in den Kältemittelkreislauf zu erreichen.
- Die erfindungsgemäße Regelung schließt nicht aus, dass der Kältemittelkreislauf zum Kühlen herangezogen wird, beispielsweise bei Anwendung der Wärmepumpe in einem Gebäude während des Sommers. Die Maximierung des Wärmeeintrags in den Kältemittelkreislauf und/oder Wärmespeicher aus den verschiedenen Wärmeträgerströmen, die bei einer Kreislaufführung auch als Primärenergiestrom bezeichnet werden können, erfolgt somit zumindest immer dann, wenn im Kältemittelkreislauf wenigstens ein Wärmetauscher durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf zum Heizen herangezogen wird.
- Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird wenigstens ein Wärmeträgerstrom zwei oder mehr Wärmetauschern im Kältemittelkreislauf und/oder Wärmespeicher stets oder zumindest zeitweise zugeführt, insbesondere hinsichtlich der Strömung des Wärmeträgerstromes parallel. Beispielsweise erfolgt die parallele Zufuhr des Wärmeträgerstromes durch wenigstens einen Wärmetauscher in einem Warmwasserspeicher, insbesondere bei Verwendung der Wärmepumpenanlage in einem Gebäude, und in wenigstens einem weiteren Wärmetauscher außerhalb des Warmwasserspeichers, der vorteilhaft als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist.
- Auch ist es möglich, verschiedene Primärenergien in einem gemeinsamen Wärmeträgerstrom zu nutzen. Beispielsweise durchströmt hierfür der Wärmeträgerstrom neben dem wenigstens einen Wärmetauscher oder den mehreren Wärmetauschern im Kältemittelkreislauf und/oder Wärmespeicher entsprechende Wärmetauscher zur Aufnahme der verschiedenen Primärenergien, beispielsweise einen Wärmetauscher im Erdreich, einen Solarwärmetauscher und/oder einen Wärmetauscher in einer Lüftungsanlage, um die Wärme der Abluft aus der Lüftungsanlage, insbesondere eines Gebäudes, zu nutzen und/oder die Zuluft in die Lüftungsanlage zu erwärmen oder vorzuwärmen.
- Die permanente Regelung der Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme kann auch unabhängig von einer Regelung des Massenstromes des Kältemittelkreislaufes erfolgen, insbesondere allein nach der maximalen Temperatur am Eintritt des Wärmeträgerstromes in den jeweiligen Wärmetauscher oder allein nach der maximalen Temperatur und/oder dem maximalen Druck am Austritt des Kältemittels aus dem jeweiligen Wärmetauscher, wie oben dargestellt. Andere Regelgrößen sind möglich, beispielsweise auch die Temperatur beziehungsweise der Druck nicht nur exakt am Eintritt oder am Austritt, sondern weiter innerhalb des jeweiligen Wärmetauschers beziehungsweise im Kältemittelkreislauf oder Wärmeträgerstroms außerhalb des Wärmetauschers.
- Zur Erfassung der Regelgröße ist vorteilhaft ein entsprechender Sensor, insbesondere Temperatursensor und/oder Drucksensor vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, die entsprechende Regelgröße zu berechnen.
- Als Regelgröße kommt beispielsweise auch der Massenstrom des Kältemittels im Kältemittelkreislauf in Betracht oder die Dichte beziehungsweise das spezifische Volumen des Kältemittels und/oder des jeweiligen Wärmeträgerstromes. Auch ist es möglich, als Regelgröße die Leistungszahl, Arbeitszahl oder den Wirkungsgrad der Wärmepumpenanlage beziehungsweise des Kältemittelkreislaufes heranzuziehen. Hierfür kann beispielsweise auch auf eine Massenstrommessung oder Massenstromermittlung durch Berechnung, insbesondere des Kältemittels im Kältemittelkreislauf, zurückgegriffen werden.
- Wenn vorliegend davon die Rede ist, dass die Regelung des Massenstromes und/oder Volumenstromes der einzelnen Wärmeträgerströme unabhängig voneinander und insbesondere unabhängig vom Massenstrom des Kältemittelkreislaufes erfolgt, so bedeutet dies nicht, dass sich eine Änderung des Massenstromes in den anderen Wärmeträgerströmen beziehungsweise im Kältemittelkreislauf nicht auf die einzelnen unabhängigen Regelungen auswirkt. Vielmehr führen solche Änderungen, beispielsweise aufgrund des Zuschaltens oder verstärkten Zuschaltens eines Wärmeverbrauchers im Kältemittelkreislauf dazu, dass die Energieausbeute der verschiedenen Primärenergien durch Anpassen der Massenströme in den einzelnen Wärmeträgerströmen optimiert wird. Ferner wird vorliegend die Bezeichnung Primärenergie für verschiedene zur Verfügung stehende Wärmequellen beziehungsweise Temperaturniveaus verwendet, nicht für die herkömmliche Unterscheidung verschiedener Energieformen oder fossiler oder nicht fossiler Energieträger.
- Wenn ein Wärmeträgerstrom als geschlossener Kreislauf geführt wird, so kann die Regelung des Massenstromes und/oder Volumenstromes mittels einer Fördereinrichtung und/oder mittels eines Regelventils erfolgen. Bei Förderung eines flüssigen Wärmeträgermediums kann die Regelung des Massenstromes beispielsweise mittels einer Pumpe, insbesondere drehzahlgeregelte Pumpe, gegebenenfalls in Kombination mit einem Regelventil stromaufwärts oder stromabwärts der Pumpe erfolgen. Prinzipiell kommt auch eine Konstantförderpumpe mit einem entsprechenden Bypass, um einen variierenden Teil des Wärmeträgerfluids vom Hauptstrom abzuzweigen und im kleinen Kreislauf von der Druckseite auf die Saugseite der Pumpe zu fördern, in Betracht, ist jedoch energetisch ungünstiger.
- Wenn der Wärmeträgerstrom als offener Wärmeträgerstrom, beispielsweise als Luftstrom, ausgeführt ist, kann die Regelung des Massenstromes/Volumenstromes ebenfalls mittels einer variablen Fördereinrichtung, bei Luft insbesondere mittels eines Gebläses (Lüfters) erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kommt auch hier die Verwendung eines Regelventils oder allgemein Regelorgans in Betracht, bei Luft beispielsweise die Verwendung einer Luftregelklappe.
- Die Regelung der Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme kann stetig stufenlos, durch gepulste Mittelwertbildung oder in Stufen, insbesondere drei oder mehr Stufen erfolgen. Bei der gepulsten Mittelwertbildung kann ein Ventil beispielsweise für eine vorbestimmte Zeitspanne geöffnet, insbesondere vollständig geöffnet werden und anschließend wieder eine bestimmte Zeitspanne geschlossen werden. Der Anteil der Zeitspanne der Öffnung im Verhältnis zu einer vorgegebenen Zeiteinheit beziehungsweise im Verhältnis zum Anteil der Zeitspanne des geschlossenen Zustands bestimmt den Mittelwert des Massenstromes beziehungsweise Volumenstromes.
- Beispielsweise können folgende Primärenergien genutzt werden:
- – Erdreichwärme
- – Grundwasserwärme
- – Umgebungsluftwärme
- – Solarwärme
- – Wärme der Abluft einer Lüftungsanlage für ein Gebäude, Fahrzeug oder Flugzeug.
- Selbstverständlich ist diese Aufzählung nicht abschließend. Vorteilhaft werden mehrere der genannten Primärenergien oder alle diese Primärenergien genutzt.
- Ein erfindungsgemäßes Strömungsregelmodul für eine Wärmepumpenanlage weist eine Vielzahl von Anschlusspaaren zum Anschluss mehrerer Wärmeträgerkreisläufe zur Nutzung verschiedener Primärenergien auf. Ferner ist wenigstens ein weiteres Anschlusspaar zum Anschluss eines Verdampfers und/oder Wärmetauschers in einem Wärmespeicher vorgesehen. Dieser Verdampfer entspricht dem zuvor beschriebenen Wärmetauscher im Kältemittelkreislauf bei Verwendung des Strömungsregelmoduls in der Wärmepumpenanlage.
- Ferner ist eine Vielzahl von Massenstromregeleinrichtungen vorgesehen. Mit den Massenstromregeleinrichtungen kann der Strömungsquerschnitt in jeweiligen Verbindungsleitungen zwischen den Anschlüssen zumindest jedes Anschlusspaares zum Anschließen der Wärmeträgerkreisläufe oder aller Anschlusspaare, das heißt auch des Anschlusspaares zum Verdampfer beziehungsweise Wärmetauscher im Wärmespeicher, variiert werden, wobei vorteilhaft eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die auf die Massenstromregeleinrichtungen regelnd zugreift, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
- Demgemäß können die Massenstromregeleinrichtungen Pumpen- und/oder Regelventile, insbesondere stetig regelnde Pumpen- und/oder Regelventile umfassen. Jedoch kommen auch hier gepulst betriebene Pumpen- und/oder Regelventile in Betracht. Unter Regelventilen sind, wie zuvor, alle geeigneten Regelorgane zu verstehen.
- Eine erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage weist neben den zuvor beschriebenen Bauteilen, wie Verdichter, Expansionsventil und Wärmetauscher, ein erfindungsgemäßes Strömungsregelmodul auf.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.
- In der
1 ist eine Wärmepumpenanlage dargestellt, bei welcher Erdwärme, Solarwärme, Abwärme einer Belüftungsanlage eines Gebäudes und Umgebungsluftwärme als Primärenergien zur Aufheizung des Gebäudes mittels einer Heizung7 und zur Erhitzung von Brauchwasser in einem Warmwasserspeicher4 verwendet werden, wobei der Warmwasserspeicher4 als zentrales Wärmespeichermodul – Boiler – auch für das Warmwasser der Heizung7 verwendet wird. - Man erkennt den Kältemittelkreislauf
1 , der durch eine Inneneinheit26 , die innerhalb des Gebäudes montiert ist, eine Außeneinheit2 und den in der Regel im Inneren des Gebäudes befindlichen Warmwasserspeicher4 geführt ist. Im zentralen Kältemittelkreislauf1 ist ein Verdichter10 angeordnet, der insbesondere als drehzahlgeregelter Verdichter ausgeführt ist. Ferner erkennt man vorliegend drei Expansionsventile11 ,12 ,13 aufgrund einer möglichen Teilkreisumkehr des Kältemittelkreislaufes1 mittels eines Teilkreisumkehrventils, hier als Vierwegeventil9 ausgeführt. Mittels dieses Ventils9 und der Teilkreisumkehr ist es möglich, den Wärmetauscher22 der Außeneinheit2 entweder als Kondensator oder als Verdampfer zu betreiben, um entsprechend Wärme aus dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes1 abzuführen oder in dieses einzuleiten. - Wie dargestellt, sind noch bestimmte Flüssigkeitsabscheider vorgesehen.
- Zur Nutzung der verschiedenen Primärenergien werden verschiedenen Wärmetauschern Wärmeträgerströme zugeführt. Vorliegend sind es der Wärmeträgerstrom
27 in Form von Umgebungsluft, der durch den Wärmetauscher22 geleitet wird und dessen Massenstrom durch Verändern der Drehzahl des Lüfters14 geändert werden kann, sowie der Wärmeträgerstrom28 , der in einem Wärmeträgerkreislauf durch ein Solarmodul5 zirkuliert wird und dessen Massenstrom durch die Pumpe15 verändert werden kann, der Wärmeträgerstrom29 , der durch den Erdkollektor8 zirkuliert wird und dessen Massenstrom durch die Pumpe16 geändert werden kann, und der Wärmeträgerstrom30 , der durch einen Wärmetauscher der Belüftungsanlage6 zirkuliert wird, insbesondere am Eintritt der Außenluft in die Belüftungsanlage6 beziehungsweise am Austritt der Abluft aus der Belüftungsanlage6 , und dessen Massenstrom durch das Regelventil17 und/oder ebenfalls durch die Pumpe16 variiert werden kann. - Die Wärmeträgerströme
28 ,29 und30 werden dem Strömungsregelmodul3 zugeführt, dort gemischt und dem Wärmetauscher21 , der insbesondere als Verdampfer arbeitet, in der Inneneinheit26 sowie dem Wärmetauscher23 im Warmwasserspeicher4 zugeführt, um hier ihre Wärme abzugeben. - Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird im Wärmetauscher
21 die Wärme aus den Wärmeträgerströmen28 bis30 unmittelbar in den Kältekreislauf21 eingebracht. Im Wärmetauscher23 hingegen wird die Wärme aus den Wärmeträgerströmen28 bis30 in den Wärmespeicher4 , hier ein Warmwasserspeicher, eingebracht, der auch durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf1 erhitzt wird, siehe die vom Kältemittel durchströmten Wärmetauscher24 und25 . Selbstverständlich wäre es auch möglich, auf einen oder mehrere der Wärmetauscher21 bis25 zu verzichten oder mehrere von Wärmeträgerströmen durchströmte Wärmetauscher im Wärmespeicher4 und/oder Kältemittelkreislauf1 vorzusehen. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient das Regelventil
18 dazu, den Massenstrom des (vereinigten) Wärmeträgerstromes zum Wärmetauscher23 einzustellen, und das Regelventil19 dient dazu, den (vereinigten) Wärmeträgerstrom zum Wärmetauscher21 einzustellen. Somit können nicht nur die Massenströme in den einzelnen Wärmeträgerströmen27 ,28 ,29 ,30 dynamisch geregelt werden, sondern auch die zusammengeführten Massenströme28 ,29 ,30 , sofern ein einzelner Wärmeträgerstrom nicht auf Null reduziert wurde, können geregelt werden, bevor sie dem jeweiligen Wärmetauscher21 ,23 zugeführt werden. - Der Druck des Kältemittels auf der Austrittsseite des Wärmetauschers
21 wird durch den Druckaufnehmer20 erfasst. Hierzu braucht der Druckaufnehmer20 nicht unmittelbar am Austritt des Kältemittels aus dem Wärmetauscher21 positioniert zu sein, sondern er kann auch weiter hinten im Kältemittelkreislauf1 , an dem vorteilhaft in etwa dasselbe Druckniveau wie am unmittelbaren Austritt des Kältemittels aus dem Wärmetauscher21 herrscht, positioniert sein, beispielsweise, wie gezeigt, vor beziehungsweise im Eintritt des Kältemittels in den Verdichter10 . - Der Druck des Druckaufnehmers
20 kann also Regelgröße für die Regelung der Massenströme der verschiedenen Wärmeträgerströme27 ,28 ,29 ,30 beziehungsweise der vereinten Wärmeträgerströme dienen. - Das Strömungsregelmodul
3 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel fünf Anschlusspaare31 bis35 auf. Das Anschlusspaar31 dient dem Anschluss des Wärmeträgerstromes30 . Das Anschlusspaar32 dient dem Anschluss des Wärmeträgerstromes28 . Das Anschlusspaar34 dient dem Anschluss des Wärmeträgerstromes29 . - Das Anschlusspaar
33 dient dem Anschluss des Wärmetauschers23 und das Anschlusspaar35 dient dem Anschluss des Wärmetauschers21 . - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- EP 1882888 A1 [0002]
- DE 102008038429 A1 [0002]
Claims (13)
- Verfahren zum Regeln einer Wärmepumpenanlage, insbesondere zur Klimatisierung eines Gebäudes, Fahrzeugs oder Flugzeugs, wobei die Wärmepumpenanlage einen zentralen Kältemittelkreislauf (
1 ) und eine Vielzahl von Wärmeträgerströmen (27 –30 ) zur Nutzung verschiedener Primärenergien aufweist, im zentralen Kältemittelkreislauf (1 ) ein Verdichter (10 ), wenigstens ein Expansionsventil (11 ,12 ,13 ) und eine Vielzahl von Wärmetauschern (21 ,22 ,24 ,25 ) angeordnet sind, die vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (1 ) durchströmt sind, die verschiedenen Wärmeträgerströme (27 –30 ) einzeln, in Gruppen oder gemeinsam jeweils mindestens einem Wärmetauscher (21 ,22 ) im Kältemittelkreislauf (1 ) und/oder einem Wärmetauscher (23 ) in einem vom Kältemittelkreislauf (1 ) erhitzten Wärmespeicher (4 ) zugeführt werden, um Wärme aus dem Kältemittelkreislauf (1 ) aufzunehmen oder in diesen oder in den Wärmespeicher (4 ) zu übertragen, und wobei mit wenigstens einem weiteren der Wärmetauscher (24 ,25 ) durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf (1 ) oder Wärmezufuhr in den Kältemittelkreislauf (1 ) ein Raum, eine Flüssigkeit, ein Wärmespeicher (4 ) oder ein Körper zur Klimatisierung geheizt oder gekühlt wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme (27 –30 ) unabhängig voneinander in Abhängigkeit des aktuellen Angebots der jeweiligen genutzten Primärenergie permanent geregelt werden. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Heizung durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf (
1 ) mittels wenigstens einem der weiteren Wärmetauscher (24 ,25 ) die Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme (27 –30 ), mit denen Wärme in den Kältemittelkreislauf (1 ) oder den Wärmespeicher (4 ) übertragen wird, derart variiert wird, dass sich jeweils eine maximale Temperatur am Eintritt des jeweiligen Wärmeträgerstromes (27 –30 ) in den jeweiligen Wärmetauscher (21 ,22 ,23 ) und/oder eine maximale Temperaturdifferenz des Wärmeträgerstromes (27 –30 ) über dem jeweiligen Wärmetauscher (21 ,22 ,23 ) ergibt, insbesondere durch Reduzierung des jeweiligen Massenstromes und/oder Volumenstromes des Wärmeträgerstromes (27 –30 ) mit abnehmendem Angebot der zugeordneten Primärenergie. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Heizung durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf (
1 ) mittels wenigstens einem der weiteren Wärmetauscher (24 ,25 ) die Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme (27 –30 ), mit denen Wärme in den Kältemittelkreislauf (1 ) oder den Wärmespeicher (4 ) übertragen wird, derart variiert wird, dass sich jeweils eine maximale Temperatur und/oder ein maximaler Druck am Austritt des Kältemittels aus dem jeweiligen Wärmetauscher (21 ,22 ,24 ,25 ) ergibt, insbesondere durch Reduzieren des Massenstromes und/oder Volumenstromes des jeweiligen Wärmeträgerstromes (27 –30 ) mit abnehmendem Angebot der zugeordneten Primärenergie. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeträgerstrom (
28 –30 ) zwei oder mehr Wärmetauschern (21 ,23 ) im Kältemittelkreislauf (1 ) und/oder im Wärmespeicher (4 ) zumindest zeitweise zugeführt wird, insbesondere parallel. - Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Zufuhr des Wärmeträgerstromes (
28 ,29 ,30 ) in wenigstens einen ersten Wärmetauscher (23 ) in einem Wärmespeicher (4 ) und wenigstens einen weiteren Wärmetauscher (21 ) außerhalb des Wärmespeichers (4 ) erfolgt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme (
27 –30 ) auch unabhängig von einer Regelung des Massenstromes des Kältemittelkreislaufes (1 ) permanent geregelt werden, insbesondere allein nach der maximalen Temperatur am Eintritt des jeweiligen Wärmetauschers (21 ,22 ,23 ) oder allein nach der maximalen Temperatur und/oder dem maximalen Druck am Austritt des Kältemittels aus dem jeweiligen Wärmetauscher (21 ,24 ,25 ). - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeträgerstrom (
28 –30 ) zusätzlich zur Vorwärmung eines Luftstromes, insbesondere einer Belüftungsanlage (6 ) für ein Gebäude, Fahrzeug oder Flugzeug verwendet wird. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung eines Wärmeträgerstromes (
28 –30 ) als geschlossener Kreislauf eines Wärmeträgerfluids die Regelung des Massenstromes und/oder Volumenstromes mittels einer Pumpe (15 ,16 ) und/oder mittels eines Regelventils (17 ,18 ,19 ) erfolgt, und bei Ausbildung eines Wärmeträgerstromes (27 ) als offener Luftstrom die Regelung des Massenstromes und/oder Volumenstromes mittels eines Lüfters (14 ) und/oder einer Luftregelklappe erfolgt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Massenströme und/oder Volumenströme der einzelnen Wärmeträgerströme (
27 –30 ) stetig stufenlos, durch gepulste Mittelwertbildung oder in Stufen, insbesondere drei oder mehr Stufen erfolgt. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme aus einem, mehreren oder allen Wärmeträgerströmen (
27 –30 ) der folgenden Primärenergien dem Kältemittelkreislauf (1 ) und/oder Wärmespeicher (4 ) zugeführt werden: – Erdreichwärme – Grundwasserwärme – Umgebungsluftwärme – Solarwärme – Wärme der Abluft einer Lüftungsanlage für ein Gebäude, Fahrzeug oder Flugzeug. - Strömungsregelmodul (
3 ) für eine Wärmepumpenanlage, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 11.1 mit einer Vielzahl von Anschlusspaaren (31 ,32 ,34 ) zum Anschluss mehrerer Wärmeträgerkreisläufe (28 –30 ) zur Nutzung verschiedener Primärenergien; 11.2 mit wenigstens einem weiteren Anschlusspaar (33 ,35 ) zum Anschluss eines Verdampfers (21 ) und/oder Wärmetauschers (23 ) in einem Wärmespeicher (4 ); 11.3 mit einer Vielzahl von Massenstromregeleinrichtungen, mit welchen der Strömungsquerschnitt in Verbindungsleitungen zwischen den Anschlüssen zumindest jedes Anschlusspaares (31 ,32 ,34 ) zum Anschluss der Wärmeträgerkreisläufe oder aller Anschlusspaare (31 –35 ) variierbar ist. - Strömungsregelmodul (
3 ) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenstromregeleinrichtungen Pumpen (15 ,16 ) und/oder Regelventile (17 –19 ), insbesondere stetig regelnde Pumpen und/oder Regelventile umfassen. - Wärmepumpenanlage 13.1 mit einem zentralen Kältemittelkreislauf (
1 ); 13.2 mit einer Vielzahl von Wärmeträgerströmen (27 –30 ) zur Nutzung verschiedener Primärenergien; 13.3 im zentralen Kältemittelkreislauf (1 ) ist ein Verdichter (10 ), wenigstens ein Expansionsventil (11 ,12 ,13 ) und eine Vielzahl von Wärmetauschern (21 ,22 ,24 ,25 ) angeordnet, die vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (1 ) durchströmt sind; 13.4 die verschiedenen Wärmeträgerströme (27 –30 ) sind einzeln, in Gruppen oder gemeinsam jeweils mindestens einem Wärmetauscher (21 ,22 ) im Kältemittelkreislauf (1 ) und/oder einem Wärmetauscher (23 ) in einem vom Kältemittelkreislauf (1 ) erhitzten Wärmespeicher (4 ) zugeführt, um Wärme aus dem Kältemittelkreislauf (1 ) aufzunehmen oder in diesen oder den Wärmespeicher (4 ) zu übertragen; 13.5 wenigstens ein weiterer der Wärmetauscher (24 ,25 ) ist einem Raum, einer Flüssigkeit, dem Wärmespeicher (4 ) oder einem Körper zugeordnet, um diesen durch Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf (1 ) oder Wärmezufuhr in den Kältemittelkreislauf (1 ) zu heizen oder zu kühlen; dadurch gekennzeichnet, dass 13.6 ein Strömungsregelmodul (3 ) gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12 vorgesehen ist und die Wärmeträgerströme (28 –30 ) in an den Anschlusspaaren (31 –35 ) angeschlossenen Wärmeträgerkreisläufen geführt werden.
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