DE102019135468A1 - Method for operating an integral heating / air conditioning and cooling system as well as an integral heating / air conditioning and cooling system with thermal storage - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems (10) von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf (1) mit einem ersten Wärmeträgermedium (WT1) zum Bereitstellen von einer Gewerbekälte für Kälteanlagen, insbesondere Kühlmöbel, in dem Gebäude, mit einem sekundären Kältekreislauf (2) mit einem zweiten Wärmeträgermedium (WT2) mit einem wahlweise schaltbaren Heizbetrieb und Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes, welcher mit dem primären Kältekreislauf (1) gekoppelt ist und als Wärmepumpe betreibbar ist, wobei ein kombinierter Wärmeübertrager (J) für mehrere Fluide (WT1, WT2, WT3) vorgesehen ist, welcher mit einem dritten Wärmeträgermedium (WT3), vorzugsweise Außenluft, betrieben wird und welcher je nach Betriebsart als Verflüssiger oder Verdampfer für das erste Wärmeträgermedium (WT1) des primären Kältekreislaufs (1) betreibbar ist, wobei der sekundäre Kältekreislauf (2) im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf (1) abfallenden thermischen Leistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager (J) erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums (WT3) oder gemessener Außenlufttemperaturen betrieben wird, wobei ein unterirdischer thermischer Speicher (20) für insbesondere ein solebasiertes Wärmeträgermedium vorgesehen ist, welcher je nach Betriebsart des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems (10) direkt oder indirekt mit dem primären Kältekreislauf (1) zur periodischen Nutzung als Wärmequelle oder als Wärmespeicher thermisch gekoppelt wird.Method for operating an integral heating / air conditioning and cooling system (10) in buildings with a primary refrigeration circuit (1) with a first heat transfer medium (WT1) for providing commercial cooling for refrigeration systems, in particular refrigeration units, in the building with a secondary refrigeration circuit (2) with a second heat transfer medium (WT2) with an optionally switchable heating mode and air conditioning mode for heating / air conditioning the interior of the building, which is coupled to the primary cooling circuit (1) and can be operated as a heat pump, with a combined heat exchanger (J) for several fluids (WT1, WT2, WT3) is provided, which is operated with a third heat transfer medium (WT3), preferably outside air, and which, depending on the operating mode, can be operated as a condenser or evaporator for the first heat transfer medium (WT1) of the primary refrigeration circuit (1) , wherein the secondary refrigeration circuit (2) in heating mode as a heat pump at least partially is operated by means of a thermal power dropping from the primary cooling circuit (1) depending on a temperature of the third heat transfer medium (WT3) detected in the combined heat exchanger (J) or measured outside air temperatures, an underground thermal store (20) being provided for, in particular, a brine-based heat transfer medium , which, depending on the operating mode of the heating / air conditioning and cooling system (10), is thermally coupled directly or indirectly to the primary cooling circuit (1) for periodic use as a heat source or as a heat store.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf zum Bereitstellen einer Gewerbekälte für Kühlanlagen oder ähnliches sowie einem sekundären Kältekreislauf, welcher wahlweise in einen Heizbetrieb oder einen Klimatisierungsbetrieb zur Kühlung bzw. zum Heizen des Gebäudes umschaltbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein derartiges integrales Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem mit einem primären Kältekreislauf mit einem ersten Wärmeträgermedium sowie einem sekundären Kältekreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium, wobei der primäre und sekundäre Kältekreislauf miteinander über einen kombinierten Wärmeübertrager für mehrere Fluide einschließlich Außenluft miteinander gekoppelt sind.The present invention relates to a method for operating an integral heating / air conditioning and cooling system of buildings with a primary cooling circuit for providing commercial cooling for cooling systems or the like and a secondary cooling circuit which can be switched to either a heating mode or an air conditioning mode for cooling or heating of the building is switchable. The invention also relates to such an integral heating / air conditioning and cooling system with a primary refrigeration circuit with a first heat transfer medium and a secondary refrigeration circuit with a second heat transfer medium, the primary and secondary refrigeration circuits being coupled to one another via a combined heat exchanger for several fluids including outside air .

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines integralen lastangepassten Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems, bei welchem der sekundäre Kältekreislauf als eine Wärmepumpe betrieben werden kann. Derartige integrale Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsysteme von Gebäuden finden beispielsweise in Gewerbebetrieben Anwendung, bei denen gleichermaßen eine Gewerbekälte mittels eines primären Kältekreislaufs für beispielsweise Kühlmöbel erzeugt werden muss und gleichzeitig eine Heizung bzw. Kühlung des Gebäudes mittels eines sekundären Kältekreislaufs erfolgt. Es ist im Stand der Technik bekannt, solch eine kombinierte Heiz-/Klimatisierung und Kühlung von Gebäuden bereitzustellen, wobei verschiedene Wärmeträgermedien bzw. Kältemittel in den Leitungen der Kältekreisläufe strömen. Beispielsweise ist es im Stand der Technik bekannt, bei einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe über einen im Außenbereich aufgestellten Wärmeübertrager primärseitig Wärme über ein Wärmeübertragermedium wie die Außenluft zu entziehen und beispielsweise durch eine Kältemaschine über ein zweites Wärmeträgermedium (Kühlmedium) den Heizkreis mit Hilfe eines weiteren Wärmeübertragers auf der Sekundärseite zum Zwecke der Beheizung von Innenräumen des Gebäudes zu nutzen. Ein solches kombiniertes Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem verwendet dabei die Abwärme aus dem primären Kältekreislauf, um eine Heizleistung im sekundären Kältekreislauf für das Heizen des Gebäudes bereitzustellen. Bei solch einem bekannten Wärmeübertragungsprozess wird die über den Wärmeübertrager geführte Außenluft am kombinierten Wärmeübertrager (Verflüssiger) um mehrere Kelvin abgekühlt in Abhängigkeit von der Größe des Wärmeübertragers. Diese an die Außenluft abgeführte thermische Leistung wird dem primären Kältekreislauf entnommen und ohne weitere Verwendung abgegeben.The invention relates in particular to a method for operating an integral load-adapted heating / air conditioning and cooling system in which the secondary refrigeration circuit can be operated as a heat pump. Such integral heating / air conditioning and cooling systems for buildings are used, for example, in commercial operations in which commercial cooling must be generated by means of a primary cooling circuit for, for example, refrigeration units and the building is simultaneously heated or cooled by means of a secondary refrigeration circuit. It is known in the prior art to provide such a combined heating / air conditioning and cooling of buildings, with various heat transfer media or refrigerants flowing in the lines of the refrigeration circuits. For example, it is known in the prior art to extract heat on the primary side of an air / water heat pump via a heat exchanger set up in the outside area via a heat transfer medium such as the outside air and, for example, by a refrigeration machine via a second heat transfer medium (cooling medium), the heating circuit with the help of a to use another heat exchanger on the secondary side for the purpose of heating the interior of the building. Such a combined heating / air conditioning and cooling system uses the waste heat from the primary cooling circuit to provide heating power in the secondary cooling circuit for heating the building. In such a known heat transfer process, the outside air passed through the heat exchanger is cooled by several Kelvin at the combined heat exchanger (condenser), depending on the size of the heat exchanger. This thermal power dissipated to the outside air is taken from the primary cooling circuit and released without further use.

Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, ein derartiges kombiniertes Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem für Gebäude mit gleichzeitiger Nutzung einer Gewerbekälte mit einem Kältespeicher beispielsweise in Form eines Eisspeichers zu versehen. Hierfür wird ein unterirdischer Speicher mit mehreren Wärmetauschern und speziellen Speichermaterialien oder -flüssigkeiten und einem abgeschlossenen Behältnis vorgesehen. Eine überschüssige Kälteleistung aus dem primären Kältekreislauf (Gewerbekälte) kann so in dem unterirdischen Eisspeicher zwischengespeichert werden. Ein solcher Eisspeicher mit Wärmetauschern hat den Nachteil, dass die Kälte mit relativ großem Aufwand in dem Speicher zwischengespeichert wird. Das Wärmeträgermedium in dem Eisspeicher wird ferner in einen Eiszustand versetzt, so dass hier erheblicher Aufwand betrieben werden muss, um die Wiedernutzbarmachung der eingebrachten thermischen Leistung (überschüssige Kälte) zu ermöglichen. Es sind unter anderem aktive Heizelemente hierfür nötig. Nicht zuletzt haben derartige im Stand der Technik bekannte unterirdische Eisspeicher den Nachteil, dass sie mit erheblichem baulichen Aufwand verbunden sind aufgrund der notwendigen mehreren Wärmetauscher und der großen Anzahl von Leitungen zwischen den verschiedenen Wärmetauschern und dem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem in dem Gebäude. Solche im Erdreich eingebrachten Eisspeicher zur Zwischenspeicherung von überschüssiger Gewerbekälte haben ferner den Nachteil, dass der Wirkungsgrad hierdurch nur periodisch verbessert werden kann. Eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads (COP, engl.: coefficient of performance) des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems ist daher nur eingeschränkt hierdurch möglich.Furthermore, it is known in the prior art to provide such a combined heating / air conditioning and cooling system for buildings with simultaneous use of commercial refrigeration with a cold store, for example in the form of an ice store. For this purpose, an underground storage facility with several heat exchangers and special storage materials or liquids and a closed container is provided. Excess cooling capacity from the primary cooling circuit (commercial cooling) can be temporarily stored in the underground ice store. Such an ice store with heat exchangers has the disadvantage that the cold is temporarily stored in the store with relatively great effort. The heat transfer medium in the ice store is also put into an ice state, so that considerable effort has to be made here in order to enable the thermal power (excess cold) that has been introduced to be reused. Among other things, active heating elements are necessary for this. Last but not least, such underground ice stores known in the prior art have the disadvantage that they are associated with considerable structural effort due to the multiple heat exchangers required and the large number of lines between the various heat exchangers and the heating / air conditioning and cooling system in the building. Such ice storage systems installed in the ground for the intermediate storage of excess commercial cold also have the disadvantage that the efficiency can only be improved periodically as a result. An increase in the overall efficiency (COP, English: coefficient of performance) of the heating / air conditioning and cooling system is therefore only possible to a limited extent.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems von Gebäuden mit primärem und sekundärem Kältekreislauf bereitzustellen, welches eine höhere Ausnutzung von Wärme-/Kälteleistungen aus den Kreisläufen zur Erhöhung der Gesamteffizienz des Systems ermöglicht. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren und ein solches System zum integralen kombinierten Betrieb von mehreren Kältekreisläufen für die Zwecke einer Heizung, Klimatisierung und zum Bereitstellen von Kühlleistung für Gewerbekälte auszubilden, welches eine Verschwendung von erzeugter Kälte/Wärme durch das System effektiv verhindert. In verschiedenen Betriebsarten und im Sommer wie auch im Winter soll eine Effizienzverbesserung des Systems erreicht werden.In contrast, it is the object of the present invention to provide a method and a system for operating an integral heating / air conditioning and cooling system of buildings with a primary and secondary cooling circuit, which allows greater utilization of heating / cooling power from the circuits to increase overall efficiency of the system. In particular, it is the object of the present invention to develop such a method and such a system for the integral combined operation of several refrigeration circuits for the purposes of heating, air conditioning and providing cooling capacity for commercial refrigeration, which eliminates the waste of cold / heat generated by the system effectively prevented. In different operating modes and in summer as well as in winter, the efficiency of the system should be improved.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 sowie mit einem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved with a method with the steps of claim 1 and with a heating / air conditioning and cooling system with the features of claim 9. Beneficial Refinements and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf mit einem ersten Wärmeträgermedium zum Bereitstellen einer Kühlleistung für Kälteanlagen in dem Gebäude vorgesehen sowie mit einem sekundären Kältekreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium, welcher zweite bzw. sekundäre Kältekreislauf wahlweise in einen Heizbetrieb oder einen Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren (Kühlen) von Innenräumen des Gebäudes schaltbar ist, wobei der sekundäre Kältekreislauf mit dem primären Kältekreislauf gekoppelt ist und als eine Wärmepumpe betrieben werden kann, wobei ein kombinierter Wärmeübertrager für mehrere Fluide vorgesehen ist, welcher mit einem dritten Wärmeträgermedium, vorzugsweise mit Außenluft, betrieben wird und welcher je nach Betriebsart als Verflüssiger oder Verdampfer für das erste Wärmeträgermedium des primären Kältekreislaufs betreibbar ist, wobei das Verfahren der Erfindung gekennzeichnet ist durch Betreiben des sekundären Kältekreislaufs im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf abfallenden thermischen Leistung bzw. Abwärme in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums oder gemessener Außenlufttemperaturen. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch einen unterirdischen thermischen Speicher für insbesondere ein solebasiertes Wärmeträgermedium, welcher je nach Betriebsart des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems direkt oder indirekt mit dem primären Kältekreislauf zur periodischen Nutzung als Wärmequelle oder als Wärmespeicher thermisch gekoppelt wird. Durch die Verwendung der im primären Kältekreislauf abfallenden thermischen Leistung in dem sekundären Kältekreislauf für die Zwecke einer Heizung der Innenräume des Gebäudes kann die Gesamteffizienz des Systems deutlich verbessert werden.According to the invention, a method for operating an integral heating / air conditioning and cooling system of buildings with a primary cooling circuit with a first heat transfer medium for providing a cooling capacity for refrigeration systems in the building and with a secondary cooling circuit with a second heat transfer medium, which is second or secondary, is provided The refrigeration cycle can be switched to either a heating mode or an air conditioning mode for heating / air conditioning (cooling) the interior of the building, the secondary cooling circuit being coupled to the primary cooling circuit and being operated as a heat pump, with a combined heat exchanger for several fluids being provided, which is operated with a third heat transfer medium, preferably with outside air, and which, depending on the operating mode, can be operated as a condenser or evaporator for the first heat transfer medium of the primary refrigeration circuit, the method of the invention ge is characterized by operating the secondary cooling circuit in heating mode as a heat pump at least partially by means of a thermal output or waste heat dropping from the primary cooling circuit depending on a temperature of the third heat transfer medium or measured outside air temperatures recorded in the combined heat exchanger. Furthermore, the method according to the invention is characterized by an underground thermal store for, in particular, a brine-based heat transfer medium, which, depending on the operating mode of the heating / air conditioning and cooling system, is thermally coupled directly or indirectly to the primary cooling circuit for periodic use as a heat source or as a heat store. The overall efficiency of the system can be significantly improved through the use of the thermal power dropping in the primary cooling circuit in the secondary cooling circuit for the purpose of heating the interior of the building.

Die im primären Kältekreislauf anfallende Abwärme, welche im Stand der Technik zu einer Erwärmung von Außenluft um einige Grad bzw. Kelvin geführt hatte, wird erfindungsgemäß nutzbar gemacht für die Zwecke eines Heizens in dem sekundären Kältekreislauf. Der sekundäre Kältekreislauf ist erfindungsgemäß dadurch so integriert und mit dem primären Kältekreislauf bzw. dem kombinierten Wärmeübertrager gekoppelt, dass er als Wärmepumpe zum Verwenden der abfallenden thermischen Leistung betrieben werden kann. Auf der Seite des Verflüssigers wird quasi durch das zweite Wärmeträgermedium, welches in dem sekundären Kältekreislauf strömt, die thermische Leistung verwendet, um die erforderliche Heizleistung in dem Gebäude mit geringerem Aufwand als bisher bereitzustellen. Mit solch einem Verfahren wird auf konstruktiv einfache Art und Weise eine bisher überschüssige thermische Leistung nutzbar gemacht, die zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems führt. Über einfache Wärmeübertragungsprozesse in dem erfindungsgemäßen Verfahren und anhand von ohnehin vorhandenen kombinierten integrierten Komponenten des primären Kältekreislaufs und des sekundären Kältekreislaufs wird durch spezifische Schaltung und einen speziellen Betrieb als Wärmepumpe anhand von überschüssiger thermischer Leistung die Heizleistung zumindest teilweise erbracht. Dabei kann gleichzeitig die erforderliche Kälte in dem primären Kältekreislauf, im Kühlmöbel oder ähnlichem in dem Gebäude bereitgestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich so eine gleichzeitige Bereitstellung von Kälteleistung durch eine Wärmepumpe im Heizfall des Systems realisieren, ohne dass ein deutlich erhöhter Aufwand an Energie für den Betrieb der Kältekreisläufe erforderlich ist. Es ist insgesamt weniger Energie für den Betrieb erforderlich.The waste heat occurring in the primary refrigeration circuit, which in the prior art had led to the outside air being heated by a few degrees or Kelvin, is made usable according to the invention for the purposes of heating in the secondary refrigeration circuit. According to the invention, the secondary refrigeration circuit is thereby integrated and coupled to the primary refrigeration circuit or the combined heat exchanger in such a way that it can be operated as a heat pump to use the decreasing thermal power. On the side of the condenser, the thermal power is used, as it were, through the second heat transfer medium, which flows in the secondary cooling circuit, in order to provide the required heating power in the building with less effort than before. With such a method, a previously excess thermal power is made available in a structurally simple manner, which leads to a considerable increase in the efficiency of the overall system. Using simple heat transfer processes in the method according to the invention and using combined integrated components of the primary refrigeration circuit and the secondary refrigeration circuit that are already present, the heating output is at least partially provided by specific switching and a special operation as a heat pump based on excess thermal output. At the same time, the required cold can be provided in the primary cooling circuit, in the refrigeration unit or the like in the building. With the method according to the invention, a simultaneous provision of cooling power by a heat pump when the system is heating can thus be achieved without a significantly increased expenditure of energy being required for the operation of the cooling circuits. Overall, less energy is required for operation.

Durch das Verwenden eines unterirdischen thermischen Speichers, der mit dem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem periodisch gekoppelt werden kann, kann ferner zum einen in einem Sommerbetrieb die Kondensationstemperatur des Wärmeträgermediums in dem kombinierten Wärmeübertrager abgesenkt werden durch das Abkühlen mittels der im unterirdischen thermischen Speicher vorgesehenen niedrigen Temperaturen. Solange die Temperatur in dem unterirdischen thermischen Speicher niedriger als eine Außentemperatur ist, welche für den Betrieb des kombinierten Wärmeübertragers verwendet wird, kann so eine Effizienzsteigerung des Gesamtsystems durch Absenken der Kondensationstemperatur effektiv erreicht werden. Umgekehrt kann in einem Winterbetrieb der unterirdische thermische Speicher zum Erhöhen der Verdampfungstemperatur eines Kältemittels (Wärmeträgermedium im primären Kältekreislauf) in dem kombinierten Wärmeübertrager (Außeneinheit mit Außenluft betrieben) eingesetzt werden. Dies geschieht durch Verwenden des unterirdischen thermischen Speichers als eine Wärmequelle. Eine solche Betriebsweise ist dann möglich, wenn die Temperatur in dem unterirdischen thermischen Speicher höher ist als eine Außentemperatur an dem kombinierten Wärmeübertrager bzw. der Umgebungsluft. Auch so lässt sich im Winterbetrieb der zusätzliche unterirdische thermische Speicher für eine weitere Steigerung des Gesamtwirkungsgrads (COP, engl.: coefficient of performance) erfindungsgemäß in überraschend einfacher Weise verwenden.By using an underground thermal store, which can be periodically coupled with the heating / air conditioning and cooling system, the condensation temperature of the heat transfer medium in the combined heat exchanger can also be lowered in summer operation by means of the cooling means provided in the underground thermal store low temperatures. As long as the temperature in the underground thermal store is lower than an outside temperature which is used for the operation of the combined heat exchanger, an increase in the efficiency of the overall system can be effectively achieved by lowering the condensation temperature. Conversely, in winter operation, the underground thermal store can be used to increase the evaporation temperature of a refrigerant (heat transfer medium in the primary cooling circuit) in the combined heat exchanger (external unit operated with outside air). It does this by using the underground thermal store as a heat source. Such a mode of operation is possible when the temperature in the underground thermal store is higher than an outside temperature at the combined heat exchanger or the ambient air. Even so, in winter operation, the additional underground thermal store can be used according to the invention in a surprisingly simple manner for a further increase in the overall efficiency (COP, coefficient of performance).

Mit solch einem Verfahren lässt sich insgesamt die thermische Energie, welche im System erzeugt wird, quasi zwischenspeichern, um später darauf zurückzugreifen. With such a method, the overall thermal energy that is generated in the system can be buffered, so to speak, in order to be able to access it later.

Außerdem kann die im Erdreich vorhandene höhere Temperatur bei winterlichen Temperaturen effektiv für die Steigerung der Effizienz (erhöhte Verdampfungstemperatur) auf technisch überraschend einfache Art und Weise verwendet werden. Eine aufwendige apparative Anpassung eines Gesamtsystems wie bei den herkömmlichen Eisspeichern ist damit nicht notwendig. Ein einfacher unterirdischer Speicherraum mit beispielsweise einem Rohrschlangensystem und einem solebasiertem Wärmeträgermedium reicht aus, um so die Unterstützung im Sommerbetrieb wie auch im Winterbetrieb des Systems zu erreichen. Nicht zuletzt hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass eine sensible, latente Wärmekapazität verwendet wird. Das zur Zwischenspeicherung verwendete Wärmeträgermedium wird nicht eingefroren, wie es beispielsweise im Stand der Technik bei sogenannten Eisspeichern der Fall war. Zusätzliche Heizelemente im Speicher oder den Kühlmöbeln sind nicht erforderlich. Der unterirdische thermische Speicher ist direkt oder indirekt mit dem ersten Kältekreislauf des Systems koppelbar. Eine direkte Verwendung der Kälte bzw. Wärme aus dem unterirdischen thermischen Speicher kann auch so erfolgen, dass diese direkt in den für die Gewerbekälteerzeugung dienenden ersten Kältekreislauf eingespeist wird, ohne dass der kombinierte Wärmeübertrager mit dem Wärmeträgermedium aus dem thermischen Speicher durchströmt wird. Von Vorteil ist jedoch insbesondere die erfindungsgemäße Verwendung der Wärme bzw. Kälte aus dem unterirdischen thermischen Speicher zur Absenkung der Kondensationstemperatur bzw. die Erhöhung der Verdampfungstemperatur in dem kombinierten Wärmeübertrager.In addition, the higher temperature present in the ground at winter temperatures can effectively be used to increase efficiency (increased evaporation temperature) in a technically surprisingly simple manner. A complex technical adaptation of an overall system, as is the case with conventional ice storage systems, is therefore not necessary. A simple underground storage space with, for example, a pipe coil system and a brine-based heat transfer medium is sufficient to provide support in both summer and winter operation of the system. Last but not least, the method according to the invention has the advantage that a sensitive, latent heat capacity is used. The heat transfer medium used for intermediate storage is not frozen, as was the case, for example, in the prior art with so-called ice storage. Additional heating elements in the storage tank or the refrigeration units are not required. The underground thermal storage can be connected directly or indirectly to the first cooling circuit of the system. The cold or heat from the underground thermal storage can also be used directly in such a way that it is fed directly into the first cooling circuit, which is used for commercial cooling, without the combined heat exchanger with the heat transfer medium from the thermal storage being flowed through. However, the use according to the invention of the heat or cold from the underground thermal store to lower the condensation temperature or to increase the evaporation temperature in the combined heat exchanger is particularly advantageous.

Die Erhöhung des Wirkungsgrads COP (engl.: Coefficient of Performance) durch Absenken der Kondensationstemperatur TK bzw. das Anheben der Verdampfungstemperatur TO geht aus der Berechnung des Effizienzgrades des linksläufigen Camotprozesses hervor Eta KM = T O / ( T K − T O )

Figure DE102019135468A1_0001
Eta WP = T K / ( T K − T O ) ,
Figure DE102019135468A1_0002
wobei EtaKM dem COP des Kälteprozesses, heute EER (engl.: Energy Efficiency Ratio) und EtaWP dem COP des Wärmepumpenprozesses, heute JAZ (Jahresarbeitszahl) entspricht.The increase in the efficiency COP (Coefficient of Performance) by lowering the condensation temperature T K or increasing the evaporation temperature T O is derived from the calculation of the degree of efficiency of the counterclockwise Camot process Eta KM = T O / ( T K - T O )
Figure DE102019135468A1_0001
 Eta WP = T K / ( T K - T O ) ,
Figure DE102019135468A1_0002
 Eta KM corresponds to the COP of the cooling process, today EER (Energy Efficiency Ratio) and Eta WP corresponds to the COP of the heat pump process, today JAZ (annual performance factor).

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der thermische unterirdische Speicher in einem Winterbetrieb des Systems zur Anhebung einer Verdampfungstemperatur des ersten Wärmeträgermediums im kombinierten Wärmeübertrager für den ersten primären Kältekreislauf zugeschaltet. Der kombinierte Wärmeübertrager des Systems wird im Winterbetrieb als ein Verdampfer für das erste Wärmeträgermedium des primären Kältekreislaufs betrieben. Durch Hinzuziehen einer Wärme aus dem unterirdischen thermischen Speicher kann die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums (Kältemittel) angehoben werden. Dies erfolgt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der höheren Temperatur unter der Erde (beispielsweise - 4° C) im Vergleich zu den im Winter niedrigeren Außentemperaturen (z. B. - 15° C bis - 20° C).According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the thermal underground storage is switched on in winter operation of the system to raise an evaporation temperature of the first heat transfer medium in the combined heat exchanger for the first primary cooling circuit. The combined heat exchanger of the system is operated in winter as an evaporator for the first heat transfer medium of the primary cooling circuit. The evaporation temperature of the heat transfer medium (refrigerant) can be increased by adding heat from the underground thermal storage. This is due to the temperature difference between the higher temperature underground (e.g. - 4 ° C) compared to the lower outside temperatures in winter (e.g. - 15 ° C to - 20 ° C).

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Sommerbetrieb des Systems der unterirdische thermische Speicher zur Absenkung einer Kondensationstemperatur des ersten Wärmeträgermediums im kombinierten Wärmeübertrager zugeschaltet. Der kombinierte Wärmeübertrager für das erste Wärmeträgermedium (primärer Kältekreislauf), das zweite Wärmeträgermedium (sekundärer Kältekreislauf) sowie die Außenluft wird im Sommerbetrieb als ein Kondensator des ersten Kältekreislaufs betrieben. Durch Verwenden einer Kälteleistung aus dem unterirdischen thermischen Speicher kann gezielt die Kondensationstemperatur des ersten Wärmeträgermediums um einige Kelvin reduziert werden. Dies führt insgesamt zu einer Effizienzsteigerung des Gesamtsystems. Ein solcher Betrieb (Sommerbetrieb) des Gesamtsystems ist dann möglich, wenn die Temperatur im unterirdischen thermischen Speicher niedriger ist als die Außentemperatur. Durch ein einfaches Durchleiten eines beispielsweise solebasierten Wärmeträgermediums durch den unterirdischen thermischen Speicher kann dann eine zusätzliche thermische Leistung (Kälte) aus dem Speicher verwendet werden, um die Betriebsart des kombinierten integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems mit einem gleichzeitigen Erzeugen von Gewerbekälte des Gebäudes aktiv zu unterstützen.According to a further advantageous embodiment of the invention, in summer operation of the system, the underground thermal store is switched on to lower a condensation temperature of the first heat transfer medium in the combined heat exchanger. The combined heat exchanger for the first heat transfer medium (primary cooling circuit), the second heat transfer medium (secondary cooling circuit) and the outside air is operated as a condenser of the first cooling circuit in summer. By using a cooling capacity from the underground thermal store, the condensation temperature of the first heat transfer medium can be reduced by a few Kelvin in a targeted manner. Overall, this leads to an increase in the efficiency of the overall system. Such operation (summer operation) of the entire system is possible if the temperature in the underground thermal storage is lower than the outside temperature. By simply passing a brine-based heat transfer medium through the underground thermal store, additional thermal power (cold) from the store can then be used to activate the operating mode of the combined integral heating / air conditioning and cooling system with the simultaneous generation of commercial cooling for the building to support.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der unterirdische thermische Speicher über eine Regelung oder Steuerung in Abhängigkeit von einer Temperatur T20 im Speicher dem primären Kältekreislauf zugeschaltet und vom primären Kältekreislauf abgetrennt. Mittels eines einfachen Temperatursensors kann so mittels einer konstruktiv einfachen Regelung oder Steuerung die Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems realisiert werden. Die Zuschaltung und Abtrennung des unterirdischen thermischen Speichers kann dabei über herkömmliche Drei-Wege-Ventile mit entsprechender Steuerung oder Regelung realisiert werden.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the underground thermal store is connected to the primary refrigeration circuit and disconnected from the primary refrigeration circuit via regulation or control as a function of a temperature T 20 in the memory. By means of a simple temperature sensor, the efficiency of the overall system can be increased by means of a structurally simple regulation or control. The connection and disconnection of the underground thermal storage tank can be implemented using conventional three-way valves with appropriate control or regulation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der kombinierte Wärmeübertrager des primären und sekundären Kältekreislaufs ein Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher, und der unterirdische thermische Speicher wird mit einem solebasierten Wärmeträgermedium beschrieben und wird direkt mit dem kombinierten Wärmeübertrager in Abhängigkeit der Betriebsart des Systems gekoppelt. In einem Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher strömen parallel zu der Längsachse eines Innenrohrs und eines Außenrohrs jeweils das erste Wärmeträgermedium des primären Kältekreislaufs, beispielsweise ein Kältemittel, sowie das zweite Wärmeträgermedium des sekundären Kältekreislaufs, beispielsweise eine Sole. Die Zuführung von überschüssiger Gewerbekälte oder das Ableiten von unterirdischer Wärme aus dem thermischen Speicher erfolgt vorzugsweise über ein solebasiertes Wärmeträgermedium, das einfach über entsprechende Rohrschlangen in einem unterirdischen Speicherraum geleitet werden kann. Dadurch erfordert der unterirdische thermische Speicher keine aufwendigen Apparaturen, Steuerungen oder Regelungen im unterirdischen Bereich. Auch sind keine aufwendigen Wärmetauscher zwischen verschiedenen Medien im unterirdischen Speicher erforderlich.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the combined heat exchanger of the primary and secondary refrigeration circuit is a tube-in-tube Heat exchanger, and the underground thermal storage is described with a brine-based heat transfer medium and is directly coupled with the combined heat exchanger depending on the operating mode of the system. In a tube-in-tube heat exchanger, the first heat transfer medium of the primary cooling circuit, for example a refrigerant, and the second heat transfer medium of the secondary cooling circuit, for example a brine, flow parallel to the longitudinal axis of an inner tube and an outer tube. The supply of excess commercial cold or the dissipation of underground heat from the thermal storage is preferably carried out via a brine-based heat transfer medium, which can easily be routed through appropriate coils in an underground storage space. As a result, the underground thermal storage does not require any complex equipment, controls or regulation in the underground area. There is also no need for complex heat exchangers between different media in the underground storage facility.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der unterirdische thermische Speicher mindestens zeitweise zusätzlich mit Energie aus einer solarthermischen Anlage gespeist. Bei dieser alternativen Ausgestaltung kann eine solarthermische Anlage an dem unterirdischen thermischen Speicher mit angeschlossen sein. Diese kann dazu verwendet werden, bei Bedarf die in der solarthermischen Anlage erzeugte Wärme in den unterirdischen Speicher einzuleiten. In einem Winterbetrieb kann so eine noch weitere Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems erreicht werden, da die Verdampfungstemperatur im kombinierten Wärmeübertrager stärker angehoben werden kann. Eine solarthermische Anlage kann auch mit dem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem direkt gekoppelt werden, so dass zum einen eine direkte Einspeisung von solarthermischer Wärmeenergie möglich ist und zum anderen eine Steigerung der Effizienz des Systems in einem Winterbetrieb möglich ist.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the underground thermal store is additionally fed at least temporarily with energy from a solar thermal system. In this alternative embodiment, a solar thermal system can also be connected to the underground thermal store. This can be used to feed the heat generated in the solar thermal system into the underground storage tank if required. In winter operation, an even further increase in the efficiency of the overall system can be achieved, since the evaporation temperature in the combined heat exchanger can be increased more. A solar thermal system can also be coupled directly to the heating / air conditioning and cooling system, so that on the one hand, solar thermal energy can be fed in directly and, on the other hand, the efficiency of the system can be increased in winter operation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der unterirdische thermische Speicher zum Speichern bzw. Zwischenspeichern von überschüssiger Kälteleistung von im primären Kältekreislauf erzeugter Gewerbekälte verwendet. Dies verhindert, dass in bestimmten Betriebszuständen eine zu hohe Kälteerzeugung in den Kühlmodulen auf Seiten der Gewerbekälte generiert wird. Die überschüssige Gewerbekälte würde nämlich zu einem übermäßigen und schädlichen Einfrieren von Produkten beispielsweise in einem Supermarkt führen. Die zu viel geleistete Kälteleistung wird einfach in den unterirdischen thermischen Speicher abgeleitet, so dass sie später bei Bedarf zumindest teilweise wieder verwendet werden kann.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the underground thermal store is used to store or temporarily store excess refrigeration power from commercial refrigeration generated in the primary refrigeration circuit. This prevents excessive cooling from being generated in the cooling modules on the commercial cooling side in certain operating states. The excess commercial refrigeration would in fact lead to excessive and harmful freezing of products, for example in a supermarket. The excess cooling capacity is simply diverted into the underground thermal storage system so that it can be reused at least partially later if necessary.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als unterirdischer thermischer Speicher ein Solespeicher mit mehreren Rohrschlangen für eine im flüssigen Zustand gehaltene Sole als Wärmeträgermedium verwendet. Aufgrund dieser einfachen Struktur des unterirdischen thermischen Speichers wird vermieden, dass ein Phasenwechsel zwischen einem flüssigen und eisförmigen Zustand in dem Speicher stattfindet. Dies würde nämlich wieder Energie für die Umwandlung von eingefrorenem Wärmeträgermedium erfordern. Die thermische Zwischenspeicherung erfolgt einfach im flüssigen Zustand eines solebasierten Wärmeträgermediums, das durch mehrere Rohrschlangen in dem unterirdischen Raum des Speichers hindurchgeleitet wird.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a brine store with a plurality of pipe coils is used as the underground thermal store for a brine held in the liquid state as the heat transfer medium. Because of this simple structure of the underground thermal store, a phase change between a liquid and an ice-like state is avoided in the store. This would again require energy for the conversion of frozen heat transfer medium. The thermal intermediate storage takes place simply in the liquid state of a brine-based heat transfer medium, which is passed through several coils in the underground space of the storage unit.

Die Erfindung betrifft ebenso ein integrales Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem von Gebäuden mit einem primären und einem sekundären Kältekreislauf, wobei im primären Kältekreislauf ein erstes Wärmeträgermedium vorgesehen ist und dieser zum Bereitstellen einer Gewerbekälte für Kälteanlagen, insbesondere in Kühlmöbeln, in dem Gebäude dient, wobei der sekundären Kältekreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium mit einem wahlweise schaltbaren Heizbetrieb und Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes versehen ist, wobei dieser sekundäre Kältekreislauf mit dem primären Kältekreislauf gekoppelt ist und als Wärmepumpe betreibbar ist. Das erfindungsgemäße System ist dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Kältekreislauf ein Umschaltventil zum primären Kältekreislauf und eine Bypassleitung derart aufweist, dass er im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf abfallenden thermischen Leistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums oder gemessener Außenlufttemperaturen betreibbar ist. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der sekundäre Kältekreislauf nicht nur über den kombinierten Wärmeübertrager mit dem primären Kältekreislauf gekoppelt. Ein zusätzlicher Schaltzyklus ist in dem sekundären Kältekreislauf in Zusammenwirken mit dem kombinierten Wärmeübertrager derart vorgesehen, dass der sekundäre Kältekreislauf als Wärmepumpe im Heizbetrieb auf Basis von abfallender thermischer Leistung aus dem primären Kältekreislauf bzw. dem kombinierten Wärmeübertrager betrieben werden kann. Die mit solch einem System erfolgte Einsparung an Energie ist überraschend hoch. Durch alleine die Temperaturdifferenz von einigen Kelvin zwischen der als drittes Wärmeträgermedium dienenden Außenluft und dem Wärmeträgermedium in dem sekundären Kältekreislauf lässt sich eine erhebliche Steigerung der Effizienz und Energieeinsparung realisieren. Ein lastangepasster, integraler Betrieb des Systems ist mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln umsetzbar. Lediglich der Betrieb als Wärmepumpe von dem sekundären Kältekreislauf und eine Steuerung zum Umschalten zwischen dem klassischen Betrieb als Kältekreislauf und dem Wärmepumpenbetrieb sind hierfür erforderlich.The invention also relates to an integral heating / air conditioning and cooling system of buildings with a primary and a secondary refrigeration circuit, a first heat transfer medium being provided in the primary refrigeration circuit and used to provide commercial cooling for refrigeration systems, in particular in refrigeration units, in the building, The secondary cooling circuit is provided with a second heat transfer medium with an optionally switchable heating mode and air conditioning mode for heating / air conditioning the interior of the building, this secondary cooling circuit being coupled to the primary cooling circuit and being operable as a heat pump. The system according to the invention is characterized in that the secondary refrigeration circuit has a switching valve to the primary refrigeration circuit and a bypass line in such a way that, in heating operation as a heat pump, it is at least partially by means of a thermal power dropping from the primary refrigeration circuit depending on a temperature of the third heat transfer medium detected in the combined heat exchanger or measured outside air temperatures can be operated. For this purpose, according to the invention, the secondary refrigeration circuit is not only coupled to the primary refrigeration circuit via the combined heat exchanger. An additional switching cycle is provided in the secondary refrigeration circuit in cooperation with the combined heat exchanger in such a way that the secondary refrigeration circuit can be operated as a heat pump in heating mode on the basis of decreasing thermal power from the primary refrigeration circuit or the combined heat exchanger. The energy savings achieved with such a system are surprisingly high. The temperature difference of a few Kelvin between the outside air serving as the third heat transfer medium and the heat transfer medium in the secondary refrigeration circuit alone allows a considerable increase in the Realize efficiency and energy savings. A load-adjusted, integral operation of the system can be implemented with comparatively simple technical means. Only the operation as a heat pump of the secondary refrigeration circuit and a control for switching between the classic operation as a refrigeration circuit and the heat pump operation are required for this.

Das erfindungsgemäße integrale Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem für Gebäude umfasst ferner einen unterirdischen thermischen Speicher für insbesondere ein solebasiertes Wärmeträgermedium, welcher je nach Betriebsart des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems direkt oder indirekt mit dem primären Kältekreislauf zur periodischen Nutzung als Wärmequelle oder als Wärmespeicher thermisch koppelbar ist. Mit solch einem thermischen Speicher lässt sich eine überschüssige Kälteleistung aus dem primären Kältekreislauf für die Erzeugung der Gewerbekälte in dem Speicher zwischenspeichern, indem die Überschlusskälte dort eingeleitet wird. Ferner kann mit solch einem unterirdischen Speicher die Effizienz des Betriebs von dem Gesamtsystem (COP, engl. coefficient of performance) insgesamt verbessert werden. In einem Sommerbetrieb des Systems, bei welchem der kombinierte Wärmeübertrager als Verflüssiger bzw. Kondensator als eine Außeneinheit mit Außenluft betrieben wird, kann die Temperatur der Kondensation des ersten Wärmeträgermediums (Kältemittel) des primären Kältekreislaufs reduziert werden. Aufgrund der konstant niedrigen Temperaturen im Erdreich lassen sich bei höheren Außentemperaturen in einem solchen Sommerbetrieb die Kondensationstemperaturen in dem kombinierten Wärmeübertrager um einige Kelvin mit Hilfe des thermischen Speichers absenken. Eine solche Absenkung hat den Vorteil, dass ein geringerer Energieaufwand für die Erzeugung der Gewerbekälte und der zusätzlichen Klimatisierung des Gebäudes benötigt wird. Eine Erhöhung der Effizienz ist somit in einem Sommerbetrieb möglich. Auch in einem Winterbetrieb des Gesamtsystems lässt sich der Wirkungsgrad deutlich verbessern: In einem Winterbetrieb dient der kombinierte Wärmeübertrager als ein Verdampfer des primären Kältekreislaufs für das erste Wärmeträgermedium (Kältemittel). Durch Zusammenwirken mit der Außenluft verdampft das Kältemittel in dem kombinierten Wärmeübertrager in solch einem Winterbetrieb. Die im unterirdischen thermischen Speicher gespeicherte thermische Leistung kann als eine Wärmequelle verwendet werden, um die Verdampfungstemperatur des Kältemittels gezielt zu erhöhen. Solange die Temperatur im Speicher höher ist als eine Außentemperatur in einem Winterbetrieb, kann so eine Unterstützung des Verdampfungsprozesses aktiv durch den unterirdischen thermischen Speicher geleistet werden.The inventive integral heating / air conditioning and cooling system for buildings also includes an underground thermal store for, in particular, a brine-based heat transfer medium, which, depending on the operating mode of the heating / air conditioning and cooling system, directly or indirectly with the primary cooling circuit for periodic use as a heat source or as Heat storage is thermally coupled. With such a thermal store, excess cooling power from the primary cooling circuit for the generation of commercial cooling can be temporarily stored in the store by introducing the excess cooling there. Furthermore, with such an underground storage facility, the efficiency of the operation of the overall system (COP, coefficient of performance) can be improved as a whole. In summer operation of the system, in which the combined heat exchanger is operated as a condenser or condenser as an outside unit with outside air, the temperature of the condensation of the first heat transfer medium (refrigerant) of the primary refrigeration circuit can be reduced. Due to the constantly low temperatures in the ground, the condensation temperatures in the combined heat exchanger can be reduced by a few Kelvin with the help of the thermal store when the outside temperatures are higher in such summer operation. Such a reduction has the advantage that less energy is required to generate the commercial cooling and the additional air conditioning of the building. An increase in efficiency is therefore possible in summer operation. Even in winter operation of the overall system, the efficiency can be significantly improved: In winter operation, the combined heat exchanger serves as an evaporator of the primary cooling circuit for the first heat transfer medium (refrigerant). By interacting with the outside air, the refrigerant evaporates in the combined heat exchanger in such winter operation. The thermal power stored in the underground thermal store can be used as a heat source in order to increase the evaporation temperature of the refrigerant in a targeted manner. As long as the temperature in the storage tank is higher than the outside temperature in winter operation, the evaporation process can be actively supported by the underground thermal storage tank.

Insgesamt lässt sich somit durch das erfindungsgemäße System und Verfahren eines integralen, lastabhängigen Betriebs eines kombinierten Kühl- und Heizungssystems mit Kälteerzeugung für Gebäude eine thermische Energie (Überschusskälte) in dem unterirdischen Speicher zwischenspeichern, um bei Bedarf später zu einem anderen Zeitpunkt darauf zurückgreifen zu können. Zum anderen kann die im Erdreich bestehende, relativ konstante Temperatur dazu verwendet werden, um als eine thermische Quelle in bestimmten Betriebssituationen verwendet zu werden. Beispielsweise kann ein Wärmeträgermedium über Rohrschlangen im Boden in dem thermischen Speicher verlegt sein, und die relativ konstanten Temperaturen von beispielsweise im Sommer maximal 15° C und von im Winter minimal - 4° C in etwa einem Meter Tiefe im Erdreich können als eine Quelle von einer Wärme/Kälte effektiv erfindungsgemäß genutzt werden. Bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und System wird im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten sogenannten Eisspeichern das Wärmeträgermedium nicht eingefroren, sondern bleibt auch im Speicher in einem flüssigen Aggregatszustand, und es wird eine sensible, d. h. fühlbare Wärmekapazität und gegebenenfalls zusätzlich eine latente Wärmekapazität genutzt. Ein solches erfindungsgemäßes System kann außerdem in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung mit einer Solarthermieanlage gekoppelt werden, um im Winter zu verhindern, dass der unterirdische thermische Speicher zu sehr abkühlt.Overall, the system and method according to the invention of an integral, load-dependent operation of a combined cooling and heating system with cold generation for buildings can temporarily store thermal energy (excess cooling) in the underground storage unit in order to be able to access it later at a different point in time if necessary. On the other hand, the relatively constant temperature existing in the ground can be used as a thermal source in certain operating situations. For example, a heat transfer medium can be laid in the thermal store via coiled pipes in the ground, and the relatively constant temperatures of, for example, a maximum of 15 ° C in summer and a minimum of -4 ° C in winter at a depth of about one meter in the ground can be used as a source of a Heat / cold can be used effectively according to the invention. In the described method and system according to the invention, in comparison to the so-called ice storage systems known in the prior art, the heat transfer medium is not frozen, but also remains in a liquid state in the storage unit, and a sensitive, i.e. H. sensible heat capacity and possibly also a latent heat capacity. In an alternative embodiment of the invention, such a system according to the invention can also be coupled to a solar thermal system in order to prevent the underground thermal store from cooling down too much in winter.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems ist der unterirdische thermische Speicher ein solebasierter Erdspeicher mit mehreren Rohrschlangen für eine Sole in einem unterirdischen Speicherraum. Die technische Umsetzung eines thermischen Speichers in einem solchen System ist damit vergleichsweise wenig aufwendig und mit geringen Kosten und wenigen zusätzlichen Komponenten realisierbar. Die Rohrschlangen können einfach in dem unterirdischen Speicherraum in mehreren Schichten verlegt werden. Die Speicheranordnung erfordert keine aufwendigen Wärmetauscher oder Überwachungs- und Regelungsmittel für beispielsweise einen Eisspeicher, bei welchem auch noch die Möglichkeit eines Aufbauens des Wärmeträgermediums gegeben sein muss.According to an advantageous embodiment of the heating / air conditioning and cooling system according to the invention, the underground thermal store is a brine-based underground store with several coils for a brine in an underground storage space. The technical implementation of a thermal store in such a system is therefore comparatively less complex and can be implemented with low costs and few additional components. The pipe coils can easily be laid in the underground storage space in several layers. The storage arrangement does not require any complex heat exchangers or monitoring and regulating means for, for example, an ice storage system, in which there must also be the possibility of building up the heat transfer medium.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist der thermische unterirdische Speicher des Systems ein Speicher für latente Wärme/Kälte in einem flüssigen Aggregatszustand des Wärmeträgermediums. Da das Wärmeträgermedium somit in einem flüssigen Zustand verbleibt, ist keine Heizeinrichtung erforderlich, um das Wärmeträgermedium nach einem Einspeichern von überschüssiger Gewerbekälte oder ähnlichem wieder aufzutauen.According to a further advantageous aspect of the invention, the thermal underground storage of the system is a storage for latent heat / cold in a liquid aggregate state of the heat transfer medium. Since the heat transfer medium thus remains in a liquid state, no heating device is required in order to thaw the heat transfer medium again after storing excess commercial cold or the like.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der kombinierte Wärmeübertrager des primären Kältekreislaufs und des sekundären Kältekreislaufs ein Wärmeübertrager vom Typ Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher mit einem Innenrohr für ein erstes Wärmeträgermedium (beispielsweise Sole) und mit einem Außenrohr für ein zweites Wärmeträgermedium (beispielsweise ein Kältemittel). Ferner weist der kombinierte Wärmeübertrager Lamellen für eine Wärmeübertragung zur Außenluft auf, welche als drittes Wärmeträgermedium in dem kombinierten Wärmeübertrager gemäß der Erfindung Verwendung findet. Durch den kombinierten Wärmeübertrager als Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher kann ein sehr guter Wärmeübertragungseffekt zwischen den drei Medien in einem relativ einfach aufgebauten Wärmetauscher erzielt werden. Die Größe und Länge des Wärmeübertragers kann vorzugsweise so gewählt werden, dass eine für die benötigte Gewerbekälte ausreichende Wirkung als Verflüssiger bzw. Verdampfer für das Kältemittel (erstes Wärmeträgermedium) erreicht wird im Zusammenwirken mit den jeweils gegebenen normalen Außentemperaturen eines klimatischen Gebiets. Die Erfindung kann jedoch selbstverständlich auch mit einem alternativen Typ eines Wärmeübertragers für mehrere Wärmeübertragermedien realisiert werden, wie zum Beispiel einem Plattenwärmetauscher in Form eines Mehrfachplattenwärmeübertragers für drei oder mehr Wärmeträgermedien.According to a further advantageous embodiment of the invention, the combined heat exchanger of the primary cooling circuit and the secondary cooling circuit is a heat exchanger of the tube-in-tube heat exchanger type with an inner tube for a first heat transfer medium (for example brine) and with an outer tube for a second heat transfer medium (for example a refrigerant). Furthermore, the combined heat exchanger has fins for heat transfer to the outside air, which is used as a third heat transfer medium in the combined heat exchanger according to the invention. Thanks to the combined heat exchanger as a tube-in-tube heat exchanger, a very good heat transfer effect between the three media can be achieved in a relatively simply constructed heat exchanger. The size and length of the heat exchanger can preferably be selected so that a sufficient effect as a condenser or evaporator for the refrigerant (first heat transfer medium) is achieved for the required commercial refrigeration in cooperation with the normal outside temperatures of a climatic area. However, the invention can of course also be implemented with an alternative type of heat exchanger for several heat transfer media, such as, for example, a plate heat exchanger in the form of a multiple plate heat exchanger for three or more heat transfer media.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung sind im thermischen Speicher Mittel zur Speicherung von latenter Wärme/Kälte, insbesondere in Form von Latentwärmespeicherkugeln, vorgesehen. Mit solch einem Latentwärmespeicher kann der Effizienz des Gesamtsystems weiter verbessert werden. Durch den Phasenwechsel des als Latentwärmespeicher verwendeten Materials lässt sich eine noch weiter verbesserte Zwischenspeicherung von Kälte/Wärme in dem unterirdischen thermischen Speicher realisieren.According to a further advantageous aspect of the invention, means for storing latent heat / cold, in particular in the form of latent heat storage spheres, are provided in the thermal store. With such a latent heat store, the efficiency of the overall system can be further improved. Due to the phase change of the material used as latent heat storage, an even better intermediate storage of cold / heat in the underground thermal storage can be realized.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist eine solarthermische Anlage vorgesehen, welche mit dem thermischen Speicher zum mindestens zeitweise Verwenden von Energie aus der solarthermischen Anlage koppelbar ist. Eine solarthermische Anlage kann direkt Wärme in den unterirdischen thermischen Speicher einleiten, beispielsweise um eine zu hohe Kälteerzeugung und damit eine Vereisung des Systems bzw. der Module auf Seiten der Gewerbekälte des Systems zu vermeiden. Auch lässt sich mit der solarthermischen Anlage eine weitere Steigerung der Effizienz erzielen, indem eine noch stärkere Anhebung der Verdampfungstemperatur des ersten Wärmeträgermediums (Kältemittel) des primären Kältekreislaufs in einem Winterbetrieb in dem kombinierten Wärmeübertrager erreicht wird. Die im unterirdischen thermischen Speicher vorhandene höhere Temperatur gegenüber der Außentemperatur kann so gezielt mit der solarthermischen Anlage noch weiter angehoben werden.According to a further advantageous embodiment of the system according to the invention, a solar thermal system is provided which can be coupled to the thermal store for at least temporarily using energy from the solar thermal system. A solar thermal system can introduce heat directly into the underground thermal storage, for example to avoid excessive cold generation and thus freezing of the system or the modules on the part of the commercial cooling of the system. A further increase in efficiency can also be achieved with the solar thermal system by increasing the evaporation temperature of the first heat transfer medium (refrigerant) of the primary cooling circuit in winter operation in the combined heat exchanger. The higher temperature in the underground thermal store compared to the outside temperature can be raised even further with the solar thermal system.

Weitere Merkmale und Vorteile sowie Aspekte der Erfindung werden im Folgenden mehr im Detail anhand von einem Ausführungsbeispiel unter einer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems mit einem Speicher in einem Winterbetrieb;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems in einem Winterbetrieb mit einem direkt gekoppelten thermischen Speicher, wobei 2a eine Schnittdarstellung durch den kombinierten Wärmeübertrager J zeigt;
  • 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems mit einem unterirdischen thermischen Speicher in einem Sommerbetrieb, wobei 3a eine Schnittdarstellung durch den kombinierten Wärmeübertrager J zeigt;
  • 4 eine schematische Gesamtdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems mit einem unterirdischen thermischen Speicher sowie fakultativ angeschlossener Solarthermie;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems in einer Betriebsart gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kombinierter Bereitstellung von Kälteleistung und gleichzeitiger Heizung des Gebäudes durch Wärmepumpe im sekundären Kältekreislauf und Kopplung mit einem unterirdischen thermischen Speicher.
Further features and advantages as well as aspects of the invention will be described in more detail below on the basis of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of a heating / air conditioning and cooling system according to the invention with a memory in a winter operation;
  • 2 a schematic representation of a second embodiment of a heating / air conditioning and cooling system according to the invention in winter operation with a directly coupled thermal store, wherein 2a a sectional view through the combined heat exchanger J shows;
  • 3 a schematic representation of a further embodiment of a heating / air conditioning and cooling system according to the invention with an underground thermal store in a summer operation, wherein 3a a sectional view through the combined heat exchanger J shows;
  • 4th a schematic overall representation of a further embodiment of a heating / air conditioning and cooling system according to the invention with an underground thermal store and optionally connected solar thermal;
  • 5 a schematic representation of an example of a heating / air conditioning and cooling system in an operating mode according to a further embodiment of the invention with combined provision of cooling power and simultaneous heating of the building by a heat pump in the secondary refrigeration circuit and coupling with an underground thermal store.

In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 gezeigt, welches als integrales System zum Erzeugen einer Gewerbekälte in einem Gebäude, wie zum Beispiel einem Supermarkt mit einer Mehrzahl von Kühlmöbeln, und einer Heiz-/Klimatisierungsleistung in dem gleichen Gebäude vorgesehen wird. Die kombinierte Bereitstellung der Gewerbekälte und der Heiz-/Klimatisierungstemperatur erfolgt über einen primären Kältekreislauf 1 mit einem ersten Wärmeträgermedium WT1 und einem damit zusammenwirkenden sekundären Kältekreislauf 2 mit einem zweiten Wärmeträgermedium WT2. Als das erste Wärmeträgermedium WT1 kann beispielsweise ein Kältemittel wie Propan R290 verwendet werden. In dem damit gekoppelten sekundären Kältekreislauf kann als ein zweites Wärmeträgermedium WT2 beispielsweise eine Sole verwendet werden. Die beiden primären 1 und sekundären 2 Kältekreisläufe sind über Wärmeübertrager und einen kombinierten Wärmeübertrager J so miteinander gekoppelt, dass mittels einer Wärmepumpenfunktion aus dem sekundären Kältekreislauf 2 in einem Heizbetrieb eine im primären Kältekreislauf abfallende thermische Leistung mindestens teilweise in einem Heizbetrieb verwendet werden kann. In dem kombinierten Wärmeübertrager J wird das als erstes Wärmeträgermedium WT1 verwendete Kältemittel einem Wärmeaustausch mit Außenluft als einem dritten Wärmeträgermedium WT3 unterzogen, so dass hier der Wärmeübertrager J als ein Verflüssiger bzw. Verdampfer für das Kältemittel je nach Betriebsart des Systems 10 arbeitet. Die im kombinierten Wärmeübertrager J normalerweise an Außenluft abgegebene thermische Leistung aus dem primären Kältekreislauf 1 wird dem System zur Heizung im sekundären Kältekreislauf 2 zugeführt, so dass eine Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems erreicht wird.In the 1 A first embodiment of a heating / air conditioning and cooling system 10 according to the invention is shown, which is provided as an integral system for generating commercial refrigeration in a building, such as a supermarket with a plurality of refrigeration units, and a heating / air conditioning output in the same building becomes. The combined provision of the commercial refrigeration and the heating / air conditioning temperature takes place via a primary refrigeration circuit 1 with a first heat transfer medium WT1 and a secondary refrigeration circuit 2 interacting therewith with a second heat transfer medium WT2. As the first heat transfer medium For example, a refrigerant such as propane R290 can be used for WT1. In the secondary cooling circuit coupled therewith, a brine, for example, can be used as a second heat transfer medium WT2. The two primary 1 and secondary 2 cooling circuits are via heat exchangers and a combined heat exchanger J Coupled with one another in such a way that, by means of a heat pump function from the secondary cooling circuit 2 in a heating mode, a thermal power drop in the primary cooling circuit can be used at least partially in a heating mode. In the combined heat exchanger J the refrigerant used as the first heat transfer medium WT1 is subjected to a heat exchange with outside air as a third heat transfer medium WT3, so that here the heat exchanger J works as a condenser or evaporator for the refrigerant depending on the operating mode of the system 10. The in the combined heat exchanger J Thermal power normally emitted to outside air from the primary refrigeration circuit 1 is fed to the system for heating in the secondary refrigeration circuit 2, so that an increase in the efficiency of the overall system is achieved.

Je nach Betriebsart wird ferner erfindungsgemäß ein unterirdischer thermischer Speicher 20 dem System zugeschaltet, um die Kondensation oder Verdampfung des Kältemittels WT1 in dem kombinierten Wärmeübertrager J zu unterstützen. Der unterirdische thermische Speicher 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Solespeicher im Erdreich unter dem Gebäude, welches mit dem System 10 zu heizen und klimatisieren ist bzw. in welchem die Gewerbekälte verwendet wird. Der unterirdische Speicher 20 ist beispielsweise in Form eines Solespeichers in einem Speicherraum vorgesehen, durch welchen mehrere Rohrschlangen für die als Wärmeträgermedium dienende Sole hindurchgeleitet werden. Die Anbindung bzw. Kopplung des Speichers 20 mit dem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem 10 erfolgt über eine Weiche, die bei diesem Beispiel als ein Wärmeübertrager W in Kombination mit Drei-Wege-Ventilen dargestellt ist. Der Wärmeübertrager W kann beispielsweise ein Plattenwärmeübertrager sein. Durch die Ankopplung des unterirdischen thermischen Speichers 20 lässt sich so eine Speicherung von überschüssiger Kälte aus der Seite der Gewerbekälte des primären Kältekreislaufs 1 erreichen. Ferner kann der unterirdische thermische Speicher 20 auch als eine Wärmequelle in einem Winterbetrieb dienen, um die Effizienz des gesamten Systems 10 durch eine Erhöhung der Verdampfungstemperatur des ersten Wärmeträgermediums WT1 (Kältemittel) in dem kombinierten Wärmeübertrager J zu realisieren.Depending on the operating mode, an underground thermal store 20 is also connected to the system according to the invention in order to condense or evaporate the refrigerant WT1 in the combined heat exchanger J to support. In this exemplary embodiment, the underground thermal store 20 is a brine store in the ground under the building, which is to be heated and air-conditioned with the system 10 or in which the commercial refrigeration is used. The underground storage 20 is provided, for example, in the form of a brine storage in a storage space, through which several coils for the brine serving as the heat transfer medium are passed. The connection or coupling of the storage tank 20 to the heating / air conditioning and cooling system 10 takes place via a switch, which in this example is shown as a heat exchanger W in combination with three-way valves. The heat exchanger W can be a plate heat exchanger, for example. By coupling the underground thermal store 20, it is thus possible to store excess cold from the commercial cold side of the primary refrigeration circuit 1. Furthermore, the underground thermal store 20 can also serve as a heat source in winter operation in order to increase the efficiency of the entire system 10 by increasing the evaporation temperature of the first heat transfer medium WT1 (refrigerant) in the combined heat exchanger J to realize.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind verschiedene Betriebsmodi in einem Winterbetrieb des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 schematisch dargestellt. In einem Kreislauf K1 wird eine Weiche zu der Gewerbekälteseite des primären Kältekreislaufs 1 mit einer Pumpe mit dem Wärmeträgermedium aus dem unterirdischen thermischen Speicher 20 gekoppelt, sobald eine Temperatur T20 in dem Speicher 20 niedriger ist als beispielsweise - 4° C. Sofern sich ein Temperaturunterschied von beispielsweise ungefähr 4 Kelvin zu einem Rücklauf der Gewerbekälteseite (primärer Kältekreislauf 1) ergibt, wird dieser Kreislauf K1 geschaltet, um bei der Erzeugung der Kälteleistung für die Gewerbekälte unterstützend mitzuwirken. In einem zweiten Kreislauf K2 wird eine alternative, zusätzliche solarthermische Anlage 20 mit angeschlossen. Die solarthermische Anlage kann beispielsweise auf einem Dach des Gebäudes installiert sein und ist mit dem thermischen Speicher 20 über Rohrleitungen mit einem solebasierten Wärmeträgermedium verbunden. In dem Kreislauf K2 wird die Wärmeleistung aus der solarthermischen Anlage zusätzlich in dem Speicher 20 mitgenutzt. Wenn ein Kreislauf K3 aktiviert ist und eine Temperatur T30 von Seiten der solarthermischen Anlage 30 höher ist als eine Temperatur T20 in dem Speicher 20 und zusätzlich eine Temperatur T20 in dem Speicher niedriger ist als ungefähr - 6° C, wird auf den Kreislauf K2 geschaltet. Mit solch einem Kreislauf K2 wird ein zu starkes Abkühlen des Speichers 20 vermieden und die Solarenergie direkt in dem System zur Verbesserung der Funktionsweise des Systems 10 genutzt. Als ein Kreislauf K3 in 1 ist weiterhin ein Kreislauf eingezeichnet, bei welchem die als Wärmeträgermedium dienende Sole aus dem unterirdischen thermischen Speicher 20 über eine Pumpe zu dem Plattenwärmetauscher W befördert wird. Dieser steht mit der Wärmepumpenseite des sekundären Kältekreislaufs 2 und dem kombinierten Wärmeübertrager J thermisch in Verbindung, so dass in einem Winterbetrieb die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums (Kältemittel) in dem kombinierten Wärmeübertrager J angehoben werden kann. Durch Verwenden der höheren Temperatur im unterirdischen Bereich kann bei niedrigen Außentemperaturen TA die Anhebung der Verdampfungstemperatur in dem kombinierten Wärmeübertrager J, welcher dann als Verdampfer für das Kältemittel arbeitet, erreicht werden. Erfindungsgemäß kann so nicht nur eine Kombination der Erzeugung von Gewerbekälte im primären Kältekreislauf 1 und einer Heiz-/Klimatisierungsleistung in dem sekundären Kältekreislauf 2 mit geringerem Aufwand als bisher realisiert werden. Ferner wird durch die Anhebung der Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Wärmeübertrager J eine insgesamt geringere Leistung gefordert, so dass eine deutliche Erhöhung der Gesamteffizienz des Systems 20 erreicht werden kann. Der Kreislauf K3 wird dann geschaltet, wenn es auf Seiten der Wärmepumpe des sekundären Kältekreislaufs 2 eine Anforderung an eine Leistung gibt. Der Kreislauf 4 wird dann geschaltet, wenn der Kreislauf 3 geschaltet ist und eine Außentemperatur TA größer oder gleich ist zu der Temperatur T20 in dem Speicher 20.The in 1 Different operating modes in winter operation of the heating / air conditioning and cooling system 10 are shown schematically. In a circuit K1, a switch is coupled to the commercial refrigeration side of the primary refrigeration circuit 1 with a pump with the heat transfer medium from the underground thermal storage unit 20 as soon as a temperature T 20 in the storage unit 20 is lower than, for example, -4 ° C. If there is a temperature difference of about 4 Kelvin, for example, to a return on the commercial refrigeration side (primary refrigeration circuit 1), this circuit K1 is switched to assist in generating the refrigeration capacity for commercial refrigeration. An alternative, additional solar thermal system 20 is also connected in a second circuit K2. The solar thermal system can be installed, for example, on a roof of the building and is connected to the thermal store 20 via pipelines with a brine-based heat transfer medium. In the circuit K2, the heat output from the solar thermal system is also used in the memory 20. If a circuit K3 is activated and a temperature T 30 on the part of the solar thermal system 30 is higher than a temperature T 20 in the memory 20 and additionally a temperature T 20 in the memory is lower than approximately -6 ° C, the circuit is activated K2 switched. With such a circuit K2, excessive cooling of the store 20 is avoided and the solar energy is used directly in the system to improve the functionality of the system 10. As a circuit K3 in 1 a circuit is also drawn in, in which the brine serving as the heat transfer medium is conveyed from the underground thermal store 20 to the plate heat exchanger W via a pump. This stands with the heat pump side of the secondary refrigeration circuit 2 and the combined heat exchanger J thermally connected, so that in winter operation the evaporation temperature of the heat transfer medium (refrigerant) in the combined heat exchanger J can be raised. By using the higher temperature in the underground area, the evaporation temperature in the combined heat exchanger can be increased at low outside temperatures T A J , which then works as an evaporator for the refrigerant, can be achieved. According to the invention, not only a combination of the generation of commercial refrigeration in the primary refrigeration circuit 1 and a heating / air-conditioning output in the secondary refrigeration circuit 2 can be implemented with less effort than before. Furthermore, by increasing the evaporation temperature of the refrigerant in the heat exchanger J an overall lower performance is required, so that a significant increase in the overall efficiency of the system 20 can be achieved. The circuit K3 is switched when there is a demand on the part of the heat pump of the secondary refrigeration circuit 2. The circuit 4 is switched when the circuit 3 is switched and an outside temperature T A is greater than or equal to the temperature T 20 in the memory 20.

In der 2 und in der Schnittdarstellung der 2a ist schematisch eine weitere Betriebsweise in einem Winterbetrieb des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 gemäß der Erfindung unter Verwendung oder Einkopplung eines Speichers 20 dargestellt: Der unterirdische thermische Speicher 20 gemäß der Erfindung ist mit dem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem 10 direkt über den kombinierten Wärmeübertrager J gekoppelt. Der unterirdische thermische Speicher 20 wird hier als eine Wärmequelle in einem Winterbetrieb genutzt, um die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem kombinierten Wärmeübertrager J zu erhöhen. Wenn eine Temperatur T20 in dem Speicher 20 höher ist als eine Umgebungstemperatur TA, wird der Kreislauf 1 geschaltet, d. h. ein beispielsweise solebasiertes Wärmeträgermedium wird über eine Pumpe direkt zu dem kombinierten Wärmeübertrager J geleitet, um mit der höheren Temperatur aus dem Erdreich des Speichers 20 die Verdampfung zu begünstigen. Die Erhöhung der Verdampfungstemperatur in dem kombinierten Wärmeübertrager J um einige Kelvin führt dazu, dass das Gesamtsystem 10 mit dem sekundären Kältekreislauf 2 als Wärmepumpe und dem primären Kältekreislauf 1 für die Erzeugung der Gewerbekälte thermisch unterstützt wird. Mit vergleichsweise einfachen Mitteln, wie beispielsweise Rohrschlangen in einem unterirdischen Speicherraum des Speichers 20, kann so eine deutlich höhere Effizienz erreicht werden. In der schematischen Schnittdarstellung der 2a ist ein Schnitt durch den kombinierten Wärmeübertrager J gemäß A-A gezeigt. In dem inneren Rohr des Wärmeübertragers J strömt das solebasierte Wärmeträgermedium aus dem Speicher 20 mit einer Temperatur, die höher ist als die Außentemperatur TA. In dem Zwischenbereich zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr strömt ein Kältemittel, beispielsweise Propan bzw. R290, als Wärmeträgermedium WT1, welches in dem kombinierten Wärmeübertrager J verdampft wird. Durch die Erhöhung der Temperatur mittels der Sole aus dem Speicher 20 wird aktiv die Verdampfung des Kältemittels in dem kombinierten Wärmeübertrager J unterstützt. Somit kann eine Effizienzverbesserung erreicht werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann alternativ oder ergänzend eine solarthermische Anlage (nicht gezeigt) zugeschaltet werden. Wie mit dem Kreislauf K2 schematisch angedeutet, wird diese direkt an den Speicher 20 angeschlossen. Sofern eine Temperatur T30 höher ist als eine Temperatur T20 in dem Speicher 20, kann der Kreislauf K2 aktiviert werden, um mit der Erhöhung der Temperatur in dem Speicher 20 eine noch höhere Temperatur als die normale im Erdreich vorhandene Temperatur zu erzielen. Auch dies unterstützt wiederum die Gesamteffizienz des Systems 10.In the 2 and in the sectional view of 2a another mode of operation in winter operation of the heating / air conditioning and cooling system 10 according to the invention using or coupling a storage tank 20 is shown schematically: the underground thermal storage 20 according to the invention is directly above the heating / air conditioning and cooling system 10 the combined heat exchanger J coupled. The underground thermal store 20 is used here as a heat source in winter operation in order to keep the evaporation temperature of the refrigerant in the combined heat exchanger J to increase. If a temperature T 20 in the memory 20 is higher than an ambient temperature T A , the circuit 1 is switched, ie a brine-based heat transfer medium, for example, is fed directly to the combined heat exchanger via a pump J directed to promote evaporation with the higher temperature from the soil of the memory 20. The increase in the evaporation temperature in the combined heat exchanger J by a few Kelvin means that the overall system 10 with the secondary refrigeration circuit 2 as a heat pump and the primary refrigeration circuit 1 for the generation of commercial refrigeration is thermally supported. With comparatively simple means, such as pipe coils in an underground storage space of the storage unit 20, a significantly higher efficiency can thus be achieved. In the schematic sectional view of 2a is a section through the combined heat exchanger J shown according to AA. In the inner tube of the heat exchanger J the brine-based heat transfer medium flows out of the memory 20 at a temperature that is higher than the outside temperature T A. In the intermediate area between the inner tube and the outer tube, a refrigerant, for example propane or R290, flows as the heat transfer medium WT1, which flows in the combined heat exchanger J is evaporated. By increasing the temperature by means of the brine from the store 20, the evaporation of the refrigerant in the combined heat exchanger becomes active J supported. Thus, an improvement in efficiency can be achieved. In this exemplary embodiment, too, a solar thermal system (not shown) can be switched on as an alternative or in addition. As indicated schematically with the circuit K2, this is connected directly to the memory 20. If a temperature T 30 is higher than a temperature T 20 in the memory 20, the circuit K2 can be activated in order to achieve an even higher temperature than the normal temperature present in the ground by increasing the temperature in the memory 20. This, in turn, supports the overall efficiency of the system 10.

Die 3 und 3a zeigen in einer schematischen Ansicht und in einer schematischen Querschnittsansicht gemäß A-A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 in einem Sommerbetrieb. Der unterirdische thermische Speicher 20 wird hier als eine Art Kältequelle verwendet, um mit einer im Sommerbetrieb im unterirdischen Bereich niedrigeren Temperatur die Kondensationstemperatur des Kältemittels in dem kombinierten Wärmeübertrager J zu reduzieren. Dazu ist auch hier der Speicher 20 direkt mit dem primären Kältekreislauf 1 und dem kombinierten Wärmeübertrager J des Systems 10 gekoppelt. Mit einer Pumpe wird das in der Temperatur niedrigere Wärmeträgermedium, wie zum Beispiel eine Sole, in das Innenrohr des als Außenverdampfer wirkenden Wärmeübertragers J befördert. Außen herum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr wird das Kältemittel des primären Kältekreislaufs WT1 geleitet, so dass dieses mit der Außentemperatur kondensiert werden kann. Die niedrige Temperatur aus dem Speicher 20 unterstützt durch Absenkung der Kondensationstemperatur im Sommerbetrieb diesen Prozess mit einer Temperaturdifferenz von einigen Kelvin. Die niedrigere unterirdische Temperatur aus dem Speicher 20 dient gezielt zur Absenkung der Kondensationstemperatur von Kältemittel, wobei der Gesamtwirkungsgrad (COP) hierdurch erhöht wird. Der Kreislauf K1 wird aktiviert, wenn die Temperatur T20 in dem Speicher 20 niedriger ist als eine Umgebungstemperatur TA der Außenluft, mittels welcher der kombinierte Wärmeübertrager J für die drei verschiedenen Medien, Außenluft, erstes Wärmeträgermedium (Kältemittel) und zweites Wärmeträgermedium, betrieben wird.The 3 and 3a show, in a schematic view and in a schematic cross-sectional view according to AA, a further exemplary embodiment of a heating / air conditioning and cooling system 10 according to the invention in a summer mode. The underground thermal storage device 20 is used here as a type of cold source in order to maintain the condensation temperature of the refrigerant in the combined heat exchanger with a temperature which is lower in the underground area in summer J to reduce. For this purpose, the memory 20 is also here directly with the primary refrigeration circuit 1 and the combined heat exchanger J of the system 10 coupled. The heat transfer medium, which has a lower temperature, such as brine, is pumped into the inner tube of the heat exchanger, which acts as an external evaporator J promoted. The refrigerant of the primary refrigeration circuit WT1 is routed around the outside between the inner pipe and the outer pipe, so that it can be condensed with the outside temperature. The low temperature from the memory 20 supports this process by lowering the condensation temperature in summer operation with a temperature difference of a few Kelvin. The lower subterranean temperature from the store 20 is used specifically to lower the condensation temperature of refrigerant, the overall efficiency (COP) being increased as a result. The circuit K1 is activated when the temperature T 20 in the memory 20 is lower than an ambient temperature T A of the outside air by means of which the combined heat exchanger J for the three different media, outside air, first heat transfer medium (refrigerant) and second heat transfer medium.

Die 4 zeigt nochmals das Gesamtsystem eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem 10 in einer vereinfachten Darstellung. Das Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem 10 umfasst den primären Kältekreislauf 1 (nicht im Detail dargestellt) sowie den sekundären Kältekreislauf 2, welcher als ein Wärmepumpensystem zum Bereitstellen von einer Heizwärme und Klimatisierungskälte geeignet ist. Der primäre Kältekreislauf 1 und der sekundäre Kältekreislauf 2 sind so miteinander gekoppelt, dass mittels eines kombinierten Wärmeübertragers J sowohl ein Sommerbetrieb als auch ein Winterbetrieb ermöglicht wird, wobei die in dem Wärmeübertrager J anfallende überschüssige thermische Leistung nicht vollständig wie im Stand der Technik an die Außenluft abgegeben wird, sondern zur Nutzung dem als Wärmepumpe betriebenen sekundären Kältekreislauf 2 dem System zugeführt wird. Hierdurch lässt sich eine deutliche Effizienzsteigerung des Gesamtsystems 10 erreichen. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein unterirdischer thermischer Speicher 20 vorgesehen, der beispielsweise in Form eines Solespeichers mit mehreren Rohrschlangen in einem Speicherraum realisiert ist. In dem unterirdischen thermischen Speicher 20 herrscht eine Temperatur von T20, welche dazu verwendet wird, die erfindungsgemäße Unterstützung des Gesamtsystems 10 in Form einer Absenkung der Kondensationstemperatur des Kältemittels in dem Wärmeübertrager J (Sommerbetrieb) und zum anderen einer Anhebung der Verdampfungstemperatur in dem Wärmeübertrager J (Winterbetrieb) zu bewirken. Sowohl im Sommer als auch im Winter kann so eine zusätzliche thermische Leistung zugeführt werden, um eine bessere Wirkung des Wärmepumpensystems bzw. der Gewerbekälteerzeugung zu erreichen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine alternativ oder zusätzlich ankoppelbare solarthermische Anlage 30 vorgesehen, welche mit dem unterirdischen thermischen Speicher 20 verbunden ist. Mit der Solarenergie aus der Solaranlage 30 lässt sich die Temperatur T20 in dem Speicher 20 gezielt bei Bedarf erhöhen. Dadurch kann eine weitere Unterstützung im Winterbetrieb zur Anhebung der Verdampfungstemperatur durch die Solarthermie der Anlage 30 bereitgestellt werden. In einem Sommerbetrieb lässt sich die Energie aus der solarthermischen Anlage 30 auch dazu verwenden, in einem Heizkreis unterstützend mitzuwirken.The 4th shows again the overall system of a further exemplary embodiment of the heating / air conditioning and cooling system 10 according to the invention in a simplified representation. The heating / air conditioning and cooling system 10 comprises the primary refrigeration circuit 1 (not shown in detail) and the secondary refrigeration circuit 2, which is suitable as a heat pump system for providing heating and air conditioning. The primary refrigeration circuit 1 and the secondary refrigeration circuit 2 are coupled to one another in such a way that by means of a combined heat exchanger J both summer operation and winter operation is made possible, with the in the heat exchanger J Accruing excess thermal power is not completely released to the outside air as in the prior art, but is fed to the system for use by the secondary refrigeration circuit 2 operated as a heat pump. This enables a significant increase in the efficiency of the overall system 10 to be achieved. Furthermore, according to the present invention, an underground thermal store 20 is provided, for example in the form of a brine store with several coils in one Storage space is realized. In the underground thermal store 20 there is a temperature of T 20 , which is used to support the overall system 10 according to the invention in the form of a lowering of the condensation temperature of the refrigerant in the heat exchanger J (Summer operation) and, on the other hand, an increase in the evaporation temperature in the heat exchanger J (Winter operation). In this way, additional thermal power can be supplied both in summer and in winter in order to achieve a better effect of the heat pump system or commercial refrigeration. In this exemplary embodiment, too, a solar thermal system 30 that can be alternatively or additionally coupled is provided, which is connected to the underground thermal store 20. With the solar energy from the solar system 30, the temperature T 20 in the memory 20 can be increased in a targeted manner if necessary. As a result, further support in winter operation for raising the evaporation temperature can be provided by the solar thermal system 30. In summer operation, the energy from the solar thermal system 30 can also be used to assist in a heating circuit.

Die Einbindung und Ankopplung des erfindungsgemäßen unterirdischen thermischen Speichers 20 in das System 10 gemäß der Erfindung kann anders als in den Ausführungsbeispielen dargestellt erfolgen. Der unterirdische thermische Speicher 20 kann beispielsweise auch über weitere Wärmetauscher mit dem System in Form einer Art Weiche indirekt verbunden werden. Alternativ kann der unterirdische thermische Speicher lediglich direkt mit dem kombinierten Wärmeübertrager J verbunden sein oder lediglich direkt mit dem primären Kältekreislauf 1 zur Erzeugung der Gewerbekälte, um eine übermäßige Kälteleistung aus den Kühlmöbeln in den thermischen Speicher 20 abzuleiten.The integration and coupling of the underground thermal store 20 according to the invention into the system 10 according to the invention can take place differently than shown in the exemplary embodiments. The underground thermal store 20 can, for example, also be indirectly connected to the system in the form of a type of switch via further heat exchangers. Alternatively, the underground thermal store can only be used directly with the combined heat exchanger J be connected or only directly to the primary refrigeration circuit 1 for generating the commercial refrigeration, in order to derive excessive refrigeration power from the refrigeration units into the thermal store 20.

Eine erfindungsgemäße Betriebsart des Systems 10, welche auch bezeichnet wird als „Kühlung durch Wärmepumpe im Heizfall“, ist in einer schematischen Darstellung in der 5 gezeigt. Der Aufbau des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst zum einen den primären Kältekreislauf 1 mit einem Vorlauf A und einem Rücklauf B, wobei ein erstes Wärmeträgermedium WT1 in dem Kältekreislauf 1 strömt. Das Wärmeträgermedium WT1 kann beispielsweise ein Kältemittel wie Propan bzw. R290 sein. In dem damit gekoppelten sekundären Kältekreislauf 2 strömt bei diesem Ausführungsbeispiel ein zweites Wärmeträgermedium WT2 in Form einer Sole, wobei auch hier ein Vorlauf K und ein Rücklauf L vorgesehen sind. Der sekundäre Kältekreislauf 2 dient einer Klimatisierung oder Heizung eines Innenraums des Gebäudes, in welchem die aus dem primären Kältekreislauf erzeugte Gewerbekälte parallel hierzu genutzt wird. Die beiden Kältekreisläufe 1, 2 sind über Wärmetauscher I und Drei-Wege-Ventile D etc. miteinander gekoppelt. Jeder Kältekreislauf 1, 2 weist die für den Kältekreislauf notwendigen Bauteile auf, nämlich beispielsweise ein Expansionsmittel, einen Kompressor, einen Verflüssiger bzw. einen Verdampfer. Erfindungsgemäß ist in dem System 10 ein kombinierter Wärmeübertrager J vorhanden, der mit beiden Kältekreisläufen 1, 2 gekoppelt ist. Je nach Betriebsart wird der Wärmeübertrager J als ein Verflüssiger oder ein Kondensator für das erste Wärmeträgermedium WT1 (Kältemittel) verwendet. Mit solch einem System 10 in der beschriebenen und dargestellten Ausgestaltung kann eine abfallende thermische Leistung an die Außenluft in dem Wärmeübertrager J zusätzlich verwendet werden, um die Wärmepumpe des Systems 10 zu unterstützen bzw. betreiben. Hierdurch lassen sich erhebliche Einsparungen in dem Energiebedarf des Systems erreichen.An operating mode of the system 10 according to the invention, which is also referred to as “cooling by means of a heat pump when heating”, is shown in a schematic illustration in FIG 5 shown. The structure of the heating / air conditioning and cooling system 10 according to this further exemplary embodiment includes, on the one hand, the primary refrigeration circuit 1 with a supply line A. and a return B. , wherein a first heat transfer medium WT1 flows in the refrigeration circuit 1. The heat transfer medium WT1 can be, for example, a refrigerant such as propane or R290. In this exemplary embodiment, a second heat transfer medium WT2 in the form of a brine flows in the secondary refrigeration circuit 2, which is coupled therewith, with a flow here as well K and a rewind L. are provided. The secondary refrigeration circuit 2 is used for air conditioning or heating an interior of the building in which the commercial refrigeration generated from the primary refrigeration circuit is used in parallel. The two refrigeration circuits 1, 2 are via heat exchangers I. and three-way valves D. etc. coupled with each other. Each refrigeration circuit 1, 2 has the components necessary for the refrigeration circuit, namely, for example, an expansion means, a compressor, a condenser or an evaporator. According to the invention, a combined heat exchanger is in the system 10 J present, which is coupled to both refrigeration circuits 1, 2. Depending on the operating mode, the heat exchanger J used as a condenser or a condenser for the first heat transfer medium WT1 (refrigerant). With such a system 10 in the embodiment described and illustrated, a decreasing thermal output can be transferred to the outside air in the heat exchanger J can also be used to support or operate the heat pump of the system 10. In this way, considerable savings can be made in the energy requirements of the system.

Ergänzend ist auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 ein unterirdischer thermischer Speicher 20 vorgesehen, der als eine Wärmequelle oder „Kältesenke“ in dem System 10 verwendet wird. Mit dem thermischen Speicher 20 kann wie bei den vorherigen Beispielen beschrieben die Kondensationstemperatur in einem Sommerbetrieb in dem kombinierten Wärmeübertrager J reduziert werden, wenn die Temperatur T20 in dem Speicher 20 niedriger ist als eine Außentemperatur. Umgekehrt kann in einem Winterbetrieb eine Erhöhung der Verdampfungstemperatur in dem kombinierten Wärmeübertrager J erreicht werden, wenn die Temperatur T20 höher ist als die Außentemperatur TA. Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Funktionen des Systems 10 wird bei der sogenannten Kühlung durch Wärmepumpe die im sekundären Kältekreislauf 2 benötigte Heizleistung über eine Verdampfung des zweiten Wärmeträgermediums WT2 durch das Expansionsventil Q in dem kombinierten Wärmeübertrager J, eine anschließende Kompression in dem Kompressor R der Wärmepumpe und eine Kondensation in dem zusätzlichen Wärmeübertrager I zur Verfügung gestellt. Die im kombinierten Wärmeübertrager J aufgenommene thermische Leistung wird durch den primären Kältekreislauf 1 und durch das dritte Wärmeträgermedium WT3 bzw. Außenluft bereitgestellt. Somit wird der primäre Kältekreislauf 1, welcher über die Zirkulationspumpe C eine Abwärme der Gewerbekälte in den kombinierten Wärmeübertrager J einbringt, hier abgekühlt. Durch diese erfindungsgemäße spezifische Anhebung der Verdampfungstemperatur in dem kombinierten Wärmeübertrager J bei niedrigeren Außentemperaturen als den Temperaturen des Mediums im primären Kältekreislauf 1 steigert sich deutlich die Effizienz der Wärmepumpe, die in dem sekundären Kältekreislauf 2 zum Betreiben der Klimatisierung des Gebäudes verwendet wird. Zu diesem Zweck ist, wie in der 5 gezeigt, ein Drei-Wege-Ventil S als ein Umschaltventil zwischen Verflüssigen/Verdampfen eingebaut sowie eine Bypassleitung X, welche für den Betrieb als Wärmepumpe von dem sekundären Kältekreislauf 2 verwendet wird. Durch die Nutzbarmachung der Kälteleistung auf Seiten des kombinierten Wärmeübertragers J kann so effektiv die Wärmepumpe in dem sekundären Kältekreislauf 2 in bestimmten Temperaturbereichen betrieben werden, ohne dass ein zusätzlicher Energiebedarf erforderlich ist. In anderen Betriebssituationen wirkt die aufgenommene thermische Leistung aus dem Wärmeübertrager J unterstützend. Dies erhöht die Gesamteffizienz des kombinierten integralen lastangepassten Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10.In addition, is also in the embodiment according to 5 an underground thermal storage 20 is provided which is used as a heat source or “cold sink” in the system 10. With the thermal store 20, as described in the previous examples, the condensation temperature in summer operation in the combined heat exchanger J be reduced when the temperature T 20 in the memory 20 is lower than an outside temperature. Conversely, an increase in the evaporation temperature in the combined heat exchanger can occur in winter operation J can be reached when the temperature T 20 is higher than the outside temperature T A. In addition to the functions of the system 10 described above, in the so-called cooling by means of a heat pump, the heating power required in the secondary refrigeration circuit 2 is generated via an evaporation of the second heat transfer medium WT2 through the expansion valve Q in the combined heat exchanger J , a subsequent compression in the compressor R. the heat pump and a condensation in the additional heat exchanger I. made available. The in the combined heat exchanger J The thermal power absorbed is provided by the primary cooling circuit 1 and by the third heat transfer medium WT3 or outside air. Thus, the primary refrigeration circuit 1, which is via the circulation pump C. waste heat from commercial refrigeration in the combined heat exchanger J brings in, cooled here. This specific increase in the evaporation temperature according to the invention in the combined heat exchanger J at lower outside temperatures than the temperatures of the medium in the primary refrigeration circuit 1, the efficiency of the heat pump, which is used in the secondary refrigeration circuit 2 to operate the air conditioning of the building, increases significantly. To this end, as in the 5 shown a three-way valve S. installed as a switching valve between liquefaction / evaporation and a bypass line X, which is used as a heat pump for the secondary refrigeration circuit 2. By utilizing the cooling capacity on the part of the combined heat exchanger J the heat pump in the secondary refrigeration circuit 2 can thus be operated effectively in certain temperature ranges without an additional energy requirement being required. The absorbed thermal power from the heat exchanger acts in other operating situations J supportive. This increases the overall efficiency of the combined integral load-adjusted heating / air conditioning and cooling system 10.

Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen kombinierten Wärmeübertrager J ist ein sogenannter Rohr-in-Rohr-Wärmeübertrager. Beispielsweise kann in einem Innenrohr eine Sole als das Wärmeträgermedium WT2 des sekundären Kältekreislaufs strömen, während in einem Außenrohr als Kältemittel Propan oder R290 als Wärmeträgermedium WT1 für den primären Kältekreislauf 1 strömt. Die Wärme kann an das dritte Wärmeträgermedium WT3, beispielsweise an Außenluft, über Lamellen an der Außenseite dieses Rohr-in-Rohr-Wärmeübertragers abgegeben werden. Alternativ kann der erfindungsgemäße kombinierte Wärmeübertrager J auch in Form einer sogenannten Dreifachplatte als Plattenwärmetauscher realisiert werden. Hier werden für mindestens drei verschiedene Wärmeträgermedien WT1, WT2 und WT3 jeweils getrennte Durchlässe in einen Plattenwärmetauscher eingebaut. Bei dieser Art eines Dreifaehplatten-Wärmetauschers können auch als drittes Wärmeträgermedium WT3 andere Fluide als Luft oder Gase, wie zum Beispiel Kühlflüssigkeiten, eingesetzt werden.An example of a combined heat exchanger according to the invention J is a so-called tube-in-tube heat exchanger. For example, a brine can flow in an inner pipe as the heat transfer medium WT2 of the secondary refrigeration circuit, while propane or R290 as the heat transfer medium WT1 for the primary refrigeration circuit 1 flows in an outer pipe as the refrigerant. The heat can be given off to the third heat transfer medium WT3, for example to outside air, via fins on the outside of this tube-in-tube heat exchanger. Alternatively, the combined heat exchanger according to the invention J can also be implemented in the form of a so-called triple plate as a plate heat exchanger. Here, separate outlets are installed in a plate heat exchanger for at least three different heat transfer media WT1, WT2 and WT3. In this type of triple-plate heat exchanger, fluids other than air or gases, such as cooling liquids, can also be used as the third heat transfer medium WT3.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Erfindung umfasst sämtliche mögliche Varianten und Ausgestaltungen eines solchen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 mit Abwandlungen, welche in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche fallen.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described. The invention encompasses all possible variants and configurations of such a heating / air conditioning and cooling system 10 with modifications which fall within the scope of the following claims.

Insbesondere können andere Komponenten oder zusätzliche Bauteile oder Komponenten in dem primären Kältekreislauf 1 und dem sekundären Kältekreislauf 2 als in den Beispielen dargestellt vorgesehen werden, solange die erfindungsgemäße Umschaltung auf einen Betrieb als Wärmepumpe mit Nutzung von Abwärme bzw. abfallender thermischer Leistung aus dem primären Kreislauf 1 ermöglicht ist. Die Art der Wärmeträgermedien WT1, WT2 und WT3 kann ebenso variieren. Es können unterschiedliche Arten von Kältemitteln oder Kühlflüssigkeiten eingesetzt werden. Es können auch verschiedene Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden, die in den entsprechenden Temperaturbereichen einen Betrieb der Kältekreisläufe 1, 2 in der beschriebenen Form und Betriebsarten 1 bis 4 erlauben. Insbesondere kann die Bauform des kombinierten Wärmeübertragers J (Verflüssiger) an der Außenseite des Gebäudes eine andere sein als die beschriebene Rohr-in-Rohr-Bauform oder die Bauform einer Dreifachplatte. Der unterirdische thermische Speicher 20 kann eine andere Bauart als dargestellt haben. Beispielsweise mit Verwendung von Wärmeübertragern oder Speichermaterialien für Latentwärme oder ergänzend mit Phasenwechselmaterialien wie PCM. Dem Fachmann des Gebiets sind weitere technische Umsetzungen bekannt, die für die Realisierung der erfindungsgemäßen Funktion eingesetzt werden können.In particular, other components or additional parts or components can be provided in the primary refrigeration circuit 1 and the secondary refrigeration circuit 2 as shown in the examples, as long as the inventive switch to operation as a heat pump using waste heat or decreasing thermal power from the primary circuit 1 is made possible. The type of heat transfer media WT1, WT2 and WT3 can also vary. Different types of refrigerants or coolants can be used. It is also possible to use different liquids or gases which allow the refrigeration circuits 1, 2 to be operated in the described form and operating modes 1 to 4 in the corresponding temperature ranges. In particular, the design of the combined heat exchanger J (Condenser) on the outside of the building may be different from the pipe-in-pipe design described or the design of a triple plate. The underground thermal storage 20 may have a different design than shown. For example, with the use of heat exchangers or storage materials for latent heat or in addition with phase change materials such as PCM. The person skilled in the art is familiar with further technical implementations which can be used to implement the function according to the invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

AA.
Vorlauf primärer Kältekreislauf (Kältemittel, z. B. R290)Primary refrigerant circuit flow (refrigerant, e.g. R290)
BB.
Rücklauf primärer KältekreislaufPrimary cooling circuit return
CC.
ZirkulationspumpeCirculation pump
DD.
Drei-Wege-VentilThree-way valve
EE.
Wärmeübertrager Gewerbekälte (primärer Kältekreislauf)Heat exchanger commercial refrigeration (primary refrigeration circuit)
FF.
Expansionsventil Gewerbekälte (primärer Kältekreislauf)Expansion valve commercial refrigeration (primary refrigeration circuit)
GG
Kompressor Gewerbekälte (R290)Commercial refrigeration compressor (R290)
HH
Drei-Wege-Ventil konditionierte Abwärmenutzung (Wasser bzw. Sole)Three-way valve conditioned waste heat utilization (water or brine)
II.
Wärmeübertrager AbwärmenutzungHeat exchanger waste heat utilization
JJ
kombinierter Wärmeübertrager (Seite Außenluft)combined heat exchanger (outside air side)
KK
Vorlauf sekundärer Kältekreislauf (Wasser bzw. Sole)Secondary cooling circuit flow (water or brine)
LL.
Rücklauf sekundärer Kältekreislauf (Wasser bzw. Sole)Secondary cooling circuit return (water or brine)
MM.
Zirkulationspumpe (Wasser bzw. Sole)Circulation pump (water or brine)
NN
Wärmeübertrager sekundärer KältekreislaufSecondary cooling circuit heat exchanger
OO
Expansionsventil sekundärer KältekreislaufSecondary refrigerant circuit expansion valve
PP.
Umschaltventil Verdampfer N/Verdampfer ISwitching valve evaporator N / Evaporator I
QQ
Expansionsventil WärmepumpeHeat pump expansion valve
RR.
Kompressor Wärmepumpe (R290)Compressor heat pump (R290)
SS.
Umschaltventil Verflüssigen/VerdampfenReversing valve condensing / evaporation

Claims (14)

Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems (10) von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf (1) mit einem ersten Wärmeträgermedium (WT1) zum Bereitstellen von einer Gewerbekälte für Kälteanlagen, insbesondere Kühlmöbel, in dem Gebäude, mit einem sekundären Kältekreislauf (2) mit einem zweiten Wärmeträgermedium (WT2) mit einem wahlweise schaltbaren Heizbetrieb und Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes, welcher mit dem primären Kältekreislauf (1) gekoppelt ist und als Wärmepumpe betreibbar ist, wobei ein kombinierter Wärmeübertrager (J) für mehrere Fluide (WT1, WT2, WT3) vorgesehen ist, welcher mit einem dritten Wärmeträgermedium (WT3), vorzugsweise Außenluft, betrieben wird und welcher je nach Betriebsart als Verflüssiger oder Verdampfer für das erste Wärmeträgermedium (WT1) des primären Kältekreislaufs (1) betreibbar ist, gekennzeichnet durch Betreiben des sekundären Kältekreislaufs (2) im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf (1) abfallenden thermischen Leistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager (J) erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums (WT3) oder gemessener Außenlufttemperaturen, wobei ein unterirdischer thermischer Speicher (20) für insbesondere ein solebasiertes Wärmeträgermedium vorgesehen ist, welcher je nach Betriebsart des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems (10) direkt oder indirekt mit dem primären Kältekreislauf (1) zur periodischen Nutzung als Wärmequelle oder als Wärmespeicher thermisch gekoppelt wird.Method for operating an integral heating / air conditioning and cooling system (10) in buildings with a primary refrigeration circuit (1) with a first heat transfer medium (WT1) for providing commercial cooling for refrigeration systems, in particular refrigeration units, in the building with a secondary refrigeration circuit (2) with a second Heat transfer medium (WT2) with an optionally switchable heating mode and air conditioning mode for heating / air conditioning the interior of the building, which is coupled to the primary cooling circuit (1) and can be operated as a heat pump, with a combined heat exchanger (J) for several fluids (WT1, WT2 , WT3) is provided, which is operated with a third heat transfer medium (WT3), preferably outside air, and which, depending on the operating mode, can be operated as a condenser or evaporator for the first heat transfer medium (WT1) of the primary refrigeration circuit (1), characterized by operating the secondary Cooling circuit (2) in heating mode as a heat pump at least partially by means of a thermal power dropping from the primary cooling circuit (1) as a function of a temperature of the third heat transfer medium (WT3) recorded in the combined heat exchanger (J) or measured outside air temperatures, with an underground thermal store (20 ) for in particular e a brine-based heat transfer medium is provided which, depending on the operating mode of the heating / air conditioning and cooling system (10), is thermally coupled directly or indirectly to the primary refrigeration circuit (1) for periodic use as a heat source or as a heat store. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zuschalten des thermischen Speichers (20) in einem Winterbetrieb des Systems (10) zur Anhebung einer Verdampfungstemperatur des ersten Wärmeträgermediums (WT1) im kombinierten Wärmeübertrager (J).Procedure according to Claim 1 , characterized by connecting the thermal store (20) in a winter operation of the system (10) to raise an evaporation temperature of the first heat transfer medium (WT1) in the combined heat exchanger (J). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Zuschalten des thermischen Speichers (20) in einem Sommerbetrieb des Systems (10) zur Absenkung einer Kondensationstemperatur des ersten Wärmeträgermediums (WT1) im kombinierten Wärmeübertrager (J).Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized by connecting the thermal store (20) in a summer operation of the system (10) to lower a condensation temperature of the first heat transfer medium (WT1) in the combined heat exchanger (J). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der thermische Speicher (20) über eine Regelung und Steuerung in Abhängigkeit einer Temperatur T20 im Speicher (20) dem primären Kältekreislauf (1) zugeschaltet und vom primären Kältekreislauf (1) abgetrennt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the thermal store (20) is connected to the primary refrigeration circuit (1) and disconnected from the primary refrigeration circuit (1) via regulation and control as a function of a temperature T 20 in the memory (20). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der kombinierte Wärmeübertrager (J) ein Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher ist und der thermische Speicher (20) mit einem solebasierten Wärmeträgermedium betrieben wird und direkt mit dem kombinierten Wärmeübertrager (J) in Abhängigkeit der Betriebsart gekoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the combined heat exchanger (J) is a tube-in-tube heat exchanger and the thermal store (20) is operated with a brine-based heat transfer medium and is coupled directly to the combined heat exchanger (J) depending on the operating mode becomes. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der thermische Speicher (20) mindestens zeitweise zusätzlich mit Energie aus einer solarthermischen Anlage (30) gespeist wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the thermal store (20) is additionally fed at least temporarily with energy from a solar thermal system (30). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der thermische Speicher (20) zum Speichern von überschüssiger Kälteleistung von im primären Kältekreislauf (1) des Systems (10) erzeugter Gewerbekälte verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the thermal store (20) is used to store excess refrigeration power from commercial refrigeration generated in the primary refrigeration circuit (1) of the system (10). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei als thermischer Speicher (20) ein unterirdischer Solespeicher mit mehreren Rohrschlangen für eine im flüssigen Zustand gehaltene Sole als Wärmeträgermedium verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an underground brine store with a plurality of pipe coils for a brine kept in the liquid state is used as the heat transfer medium as the thermal store (20). Integrales Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem (10) von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf (1) mit einem ersten Wärmeträgermedium (WT1) zum Bereitstellen von einer Gewerbekälte für Kälteanlagen, insbesondere Kühlmöbel, in dem Gebäude, mit einem sekundären Kältekreislauf (2) mit einem zweiten Wärmeträgermedium (WT2) mit einem wahlweise schaltbaren Heizbetrieb und Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes, welcher mit dem primären Kältekreislauf (1) gekoppelt ist und als Wärmepumpe betreibbar ist, wobei ein kombinierter Wärmeübertrager (J) für mehrere Fluide (WT1, WT2, WT3) vorgesehen ist, welcher mit einem dritten Wärmeträgermedium (WT3), vorzugsweise Außenluft, betrieben wird, und wobei zwischen dem primären Kältekreislauf (1) und dem sekundären Kältekreislauf (2) mindestens ein zusätzlicher Wärmeübertrager (1) vorgesehen ist, welcher insbesondere zur Wärmerückgewinnung aus dem primären Kältekreislauf (1) angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Kältekreislauf (2) ein Umschaltventil (S) zum primären Kältekreislauf (1) und eine Bypassleitung (X) derart aufweist, dass er im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf (1) abfallenden thermischen Leistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager (J) erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums (WT3) oder gemessener Außenlufttemperaturen betreibbar ist, und dass ein unterirdischer thermischer Speicher (20) für insbesondere ein solebasiertes Wärmeträgermedium vorgesehen ist, welcher je nach Betriebsart des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems (10) direkt oder indirekt mit dem primären Kältekreislauf (1) zur periodischen Nutzung als Wärmequelle oder als Wärmespeicher thermisch koppelbar ist.Integral heating / air conditioning and cooling system (10) of buildings with a primary refrigeration circuit (1) with a first heat transfer medium (WT1) for providing commercial cooling for refrigeration systems, in particular refrigeration units, in the building, with a secondary refrigeration circuit (2) a second heat transfer medium (WT2) with an optionally switchable heating mode and air conditioning mode for heating / air conditioning the interior of the building, which is coupled to the primary cooling circuit (1) and can be operated as a heat pump, with a combined heat exchanger (J) for several fluids (WT1 , WT2, WT3) is provided, which is operated with a third heat transfer medium (WT3), preferably outside air, and at least one additional heat exchanger (1) is provided between the primary cooling circuit (1) and the secondary cooling circuit (2), which is adapted in particular for heat recovery from the primary refrigeration circuit (1), thereby marked t that the secondary refrigeration circuit (2) has a switching valve (S) to the primary refrigeration circuit (1) and a bypass line (X) in such a way that it can be used as a heat pump in heating mode at least partially by means of a thermal power dropping from the primary refrigeration circuit (1) Depending on a temperature of the third heat transfer medium (WT3) or measured outside air temperatures detected in the combined heat exchanger (J) can be operated, and that an underground thermal store (20) is provided for, in particular, a brine-based heat transfer medium, which, depending on the operating mode of the heating / air conditioning and Cooling system (10) can be thermally coupled directly or indirectly to the primary refrigeration circuit (1) for periodic use as a heat source or as a heat store. Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Speicher (20) ein solebasierter Erdspeicher mit mehreren Rohrschlangen für eine Sole in einem unterirdischen Speicherraum (21) ist.Heating / air conditioning and cooling system (10) Claim 9 , characterized in that the thermal storage (20) is a brine-based underground storage with several coils for a brine in an underground storage space (21). Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Speicher (20) ein Speicher für latente Wärme/Kälte in einem flüssigen Aggregatszustand des Wärmeträgermediums ist.Heating / air conditioning and cooling system (10) Claim 9 or 10 , characterized in that the thermal memory (20) is a memory for latent heat / cold is in a liquid aggregate state of the heat transfer medium. Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte Wärmeübertrager (J) ein Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher mit einem Innenrohr für eine Sole und mit einem Außenrohr für ein Kältemittel sowie Lamellen für die Wärmeübertragung zur Außenluft ist.Heating / air conditioning and cooling system (10) according to one of the Claims 9 to 11 , characterized in that the combined heat exchanger (J) is a tube-in-tube heat exchanger with an inner tube for a brine and an outer tube for a refrigerant and fins for the heat transfer to the outside air. Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im thermischen Speicher (20) Mittel zur Speicherung von latenter Wärme/Kälte, insbesondere in Form von Latentwärmespeicherkugeln, vorgesehen sind.Heating / air conditioning and cooling system (10) according to one of the Claims 9 to 12th , characterized in that means for storing latent heat / cold, in particular in the form of latent heat storage spheres, are provided in the thermal store (20). Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine solarthermische Anlage vorgesehen ist, welche mit dem Speicher (20) und/oder dem primären (1) oder sekundären (2) Kältekreislauf mindestens zeitweise koppelbar ist.Heating / air conditioning and cooling system (10) according to one of the Claims 9 to 13th , characterized in that a solar thermal system is provided which can be coupled at least temporarily to the memory (20) and / or the primary (1) or secondary (2) refrigeration circuit.
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