DE202012101816U1 - Heat pump heating system - Google Patents

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Abstract

Wärmepumpen-Heizungsanlage für Gebäude mit einer Brennkraftmaschine (1a, 1b), einer durch die Brennkraftmaschine (1a, 1b) angetriebenen Wärmepumpe (2) und mit einem ersten Wärmetauscher in Verbindung mit der Brennkraftmaschine (1a, 1b), der zur Erwärmung von Brauchwasser ausgebildet ist, sowie mit einem Heizkreislauf zur Beheizung des Gebäudes, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wärmetauscher (7) vorgesehen ist, der mit der Wärmepumpe (2) verbunden ist.Heat pump heating system for buildings with an internal combustion engine (1a, 1b), a heat pump (2) driven by the internal combustion engine (1a, 1b) and with a first heat exchanger in connection with the internal combustion engine (1a, 1b), which is designed to heat domestic water and with a heating circuit for heating the building, characterized in that a further heat exchanger (7) is provided, which is connected to the heat pump (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Heizungsanlage für Gebäude mit einer Brennkraftmaschine, einer durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Wärmepumpe und mit einem ersten Wärmetauscher zur Abwärmenutzung der Brennkraftmaschine, der zur Erwärmung von Brauchwasser ausgebildet ist, sowie mit einem Heizkreislauf zur Beheizung des Gebäudes. The invention relates to a heat pump heating system for buildings with an internal combustion engine, a heat pump driven by the internal combustion engine and with a first heat exchanger for waste heat utilization of the internal combustion engine, which is designed to heat domestic water, as well as a heating circuit for heating the building.

Der bisherige Stand der Technik ist dadurch gekennzeichnet, dass vorhandene technische Möglichkeiten zur Kombination verschiedener Komponenten nur sehr beschränkt genutzt wurden:
So werden z.B. von "normalen" Heizkesseln betriebene Stirling-Motore nur zur Stromerzeugung eingesetzt oder
Eine neuere Entwicklung kombiniert einen kleinen Gasmotor mit einem Stromgenerator: Gesamtwirkungsgrad 85%; damit können z.B. nur 50% des Strombedarfs eines Haushalts und ca. 80% dessen Wärmebedarfs abgedeckt werden;
Eine andere Entwicklung bezieht sich auf einen Erdgasmotor, der wiederum (nur) ein kleines Blockheizkraftwerk im Keller von Häusern antreibt, wobei die Stromerzeugung durch solche Einzelanlagen zentral gesteuert und gebündelt werden soll, wogegen sich die offenbar neueste Entwicklung wiederum auf ein kleines Blockheizkraftwerk bezieht, das mit einem "langlebigen und wartungsfreien" Stirling-Motor betrieben wird. The prior art is characterized in that existing technical possibilities for the combination of different components were used only very limited:
For example, Stirling engines powered by "normal" boilers are only used to generate electricity or
A recent development combines a small gas engine with a power generator: overall efficiency 85%; For example, only 50% of the electricity needs of a household and about 80% of its heating requirements can be covered;
Another development relates to a natural gas engine, which in turn (only) drives a small combined heat and power plant in the basement of houses, with the power generation by such individual systems centrally controlled and bundled, whereas the apparently latest development again refers to a small combined heat and power plant is operated with a "durable and maintenance-free" Stirling engine.

Mit der vorliegenden Erfindung soll durch sinnvolle Kombination bereits bekannter Technologien die Energieausbeute von Heizungsanlagen gegenüber einem "gewöhnlichen" Ölheizkessel in etwa verdoppelt werden. With the present invention, by meaningful combination of already known technologies, the energy yield of heating systems should be approximately doubled compared to a "conventional" oil boiler.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen ist, der mit der Wärmepumpe verbunden ist. According to the invention this is achieved in that a further heat exchanger is provided, which is connected to the heat pump.

Diese Kombination betrifft eine Wärmepumpe, die entweder durch einen Verbrennungsmotor durch einen Stirling- oder anderweitigen Heißluftmotor als Brennkraftmaschine angetrieben wird. This combination relates to a heat pump which is driven either by an internal combustion engine by a Stirling or other hot air engine as an internal combustion engine.

Im Fall eines Verbrennungsmotors besteht die Erfindung aus folgenden wesentlichen Elementen:

  • aa) ein (bezüglich Wärmeverlust und Lärmbelästigung) gekapselter Verbrennungsmotor (vorzugsweise Biogas-, Biodiesel- oder Bioethanolmotor), gekennzeichnet dadurch, dass – jedenfalls in der Heizsaison – auf Motorkühler und Lichtmaschine samt deren Antrieb verzichtet werden kann.
  • bb) Dessen Temperaturregelung erfolgt vielmehr durch eine (direkte oder indirekte) hydrauliche Verbindung zum Heizsystem, wobei die Betriebstemperatur des Motors durch eine drehzahlgeregelte und thermostatgesteuerte Umwälzpumpe innerhalb der erwünschten Grenzen stabil gehalten wird. Die Überschuss-Wärme des Verbrennungsmotors wird durch eine geeignete Steuerung zunächst einem Wärmetauscher im Warmwasserboiler zugeführt. Sobald die Zieltemperatur des Boilers erreicht ist, wird das aus dem Verbrennungsmotor stammende heiße "Kühlwasser" dem Heizungsvorlauf zugeführt, wobei der Motor zugleich durch Wasser aus dem Heizungsrücklauf gekühlt wird.
  • cc) Der Verbrennungsmotor treibt eine Wärmepumpe an, wobei dessen Motorleistung in Abhängigkeit vom jeweiligen Wärmebedarf zu steuern ist.
  • dd) Der Verbrennungsmotor kann neben der Wärmepumpe oder an ihrer Stelle auch einen Stromgenerator antreiben, wobei die Kühlung des Verbrennungsmotors im Winterbetrieb so erfolgt, wie oben unter bb) beschrieben.
In the case of an internal combustion engine, the invention consists of the following essential elements:
  • aa) a (with respect to heat loss and noise pollution) encapsulated internal combustion engine (preferably biogas, biodiesel or bioethanol engine), characterized in that - at least in the heating season - can be dispensed with engine radiator and alternator and its drive.
  • bb) Its temperature control is rather by a (direct or indirect) hydraulic connection to the heating system, the operating temperature of the engine is kept stable by a speed-controlled and thermostatically controlled circulating pump within the desired limits. The surplus heat of the internal combustion engine is first fed through a suitable control to a heat exchanger in the hot water boiler. As soon as the target temperature of the boiler has been reached, the hot "cooling water" coming from the internal combustion engine is fed to the heating flow, whereby the engine is simultaneously cooled by water from the heating return.
  • cc) The internal combustion engine drives a heat pump, with its engine power to be controlled depending on the respective heat demand.
  • dd) In addition to the heat pump or in its place, the internal combustion engine can also drive a power generator, with the cooling of the internal combustion engine taking place in winter mode as described above under bb).

Wird dieser Verbrennungsmotor hingegen im Sommerbetrieb (z.B. kurzfristig als reines Notstromaggregat) verwendet, erfolgte seine Kühlung zunächst über den Warmwasserboiler. Nach dessen voller Aufheizung geschieht sie dadurch, dass nach einer hydraulischen Umsteuerung eine alternative Kühlleitung mit Wasser aus dem Hauswassernetz gespeist wird. Das vom Motor kommende heiße Kühlwasser kann entweder anderweitig genutzt (z.B. Temperierung von Schwimmbädern etc.) oder mangels einer solchen Nutzungsmöglichkeit in den Hauskanal abgeleitet werden. On the other hand, if this internal combustion engine is used in summer operation (for example, as a mere emergency power generator in the short term), its cooling initially took place via the hot water boiler. After its full heating, it happens that after an hydraulic reversal an alternative cooling pipe is fed with water from the domestic water network. The hot cooling water coming from the engine can either be used elsewhere (for example temperature control of swimming pools, etc.) or, in the absence of such a possibility of use, be discharged into the house duct.

Im Falle einer Erdwärme-Wärmepumpe kann die Kühlung des Motors natürlich auch dadurch geschehen, dass die überschüssige Motorwärme zur "thermischen Aufladung" des Erdwärmekörpers (wie oben unter bb) hinsichtlich der Hausheizung skizziert) verwendet wird. In the case of a geothermal heat pump, of course, the cooling of the engine can also be done by the excess engine heat for "thermal charging" of the geothermal body (as outlined above under bb) with respect to the house heating is used).

Sollte der Wärmeüberschuss des Verbrennungsmotors im Sommerbetrieb anders nicht wirtschaftlicher genutzt werden können, so käme natürlich auch noch die Einschaltung eines Hilfskühlers (oder u.U. eines Pufferspeichers) in Frage. Analoges hat zu gelten, falls die Wärmepumpe im Sommerbetrieb zum Kühlen verwendet wird. If the heat surplus of the internal combustion engine can not be used more economically in summer operation, then of course the activation of an auxiliary cooler (or possibly of a buffer storage tank) would be an option. The same applies if the heat pump is used for cooling in summer mode.

Die Regelung der Motortemperatur erfolgt durch die oben unter bb) beschriebenen Anlagenteile.

  • ee) Der Wärmeaustausch zwischen Verbrennungsmotor und Heizsystem kann über geeignete Wärmetauscher erfolgen, besser aber direkt durch hydraulische Einbeziehung der erwähnten Kühlleitungen für den Motor in das Heizwasser (= Vorlauf und Rücklauf).
  • ff) Die in den Abgasen des Motors enthaltene "Abfallwärme" geht nicht verloren. Vielmehr werden die Auspuffgase – je nach Wärmeträgermedium – entweder direkt oder über einen Wärmetauscher – zur Vorwärmung des jeweiligen Wärmeträgermediums der Wärmepumpe (z.B. Luft, Wasser oder Sole) genutzt, wodurch die Jahresarbeitszahl der WP-Anlage signifikant erhöht werden kann.
  • gg) Unabhängig von der Nutzung der oben genannten "Abfallwärme" kann natürlich auch der (thermische und/oder elektrische) Ertrag von Solaranlagen zur Vorwärmung verwendet werden.
  • hh) Zur Verbesserung der Luftgüte ist im Bereich des Auspuffstrangs an geeigneter Stelle eine Filter- und Katalysatoreinheit einzusetzen, die dem Stand der Technik entspricht.
The motor temperature is controlled by the system parts described above under bb).
  • ee) The heat exchange between combustion engine and heating system can be done via suitable heat exchangers, but better directly by hydraulic inclusion of the mentioned cooling lines for the engine in the heating water (= flow and return).
  • ff) The "waste heat" contained in the exhaust gases of the engine is not lost. Rather, the exhaust gases - depending on the heat transfer medium - either directly or through a heat exchanger - used to preheat the respective heat transfer medium of the heat pump (eg air, water or brine), whereby the annual work rate of HP plant can be significantly increased.
  • gg) Regardless of the use of the "waste heat" mentioned above, of course, the (thermal and / or electrical) yield of solar systems can be used for preheating.
  • hh) To improve the air quality, a filter and catalyst unit, which corresponds to the state of the art, should be used in the area of the exhaust line at a suitable location.

Im Fall eines Stirling- oder anderweitigen Heißluftmotors besteht die Erfindung aus folgenden wesentlichen Elementen:

  • aa) Stirling- oder anderweitiger Heißluftmotor angetrieben – je nach Heizkesselkonstruktion – durch eine einzige oder durch eine Kombination verschiedener Heizquellen (Feststoffe, Pellets, geeigneter Müll, Erd- oder Biogas etc.).
  • bb) Der Verbrennungsprozess und damit die Motorleistung der Wärmekraftmaschine ist in Abhängigkeit vom jeweiligen Wärmebedarf zu steuern. Zum "Zünden" oder "Wieder-Zünden" der Brennstoffe dient ein Gas- oder (gegebenenfalls) Ölbrenner.
  • cc) Der Heißluftmotor kann neben der Wärmepumpe oder an ihrer Stelle einen Stromgenerator antreiben.
  • dd) Die in den Abgasen des Motors enthaltene "Abfallwärme" geht jedenfalls beim Heizbetrieb auch hier nicht verloren. Vielmehr werden die heißen Abgase (entweder direkt oder über einen Wärmetauscher) zur Vorwärmung des jeweiligen Wärmeträgermediums der Wärmepumpe (z.B. Luft, Wasser oder Sole) genutzt, wodurch die Jahresarbeitszahl der WP-Anlage signifikant erhöht werden kann.
In the case of a Stirling or other hot air engine, the invention consists of the following essential elements:
  • aa) Stirling or other hot air engine driven - depending on the boiler design - by a single or by a combination of different heat sources (solids, pellets, suitable waste, natural gas or biogas, etc.).
  • bb) The combustion process and thus the engine power of the heat engine is to be controlled depending on the respective heat demand. For "igniting" or "re-igniting" the fuels is a gas or (optionally) oil burner.
  • cc) The hot air engine can drive a power generator next to the heat pump or in its place.
  • dd) The "waste heat" contained in the exhaust gases of the engine is at least not lost during heating operation here. Rather, the hot exhaust gases are used (either directly or via a heat exchanger) for preheating the respective heat transfer medium of the heat pump (eg air, water or brine), whereby the annual work rate of the HP system can be significantly increased.

Unabhängig von der Nutzung der oben genannten "Abfallwärme" kann natürlich auch der (thermische und/oder elektrische) Ertrag von Solaranlagen zur Vorwärmung verwendet werden. Regardless of the use of the above-mentioned "waste heat", of course, the (thermal and / or electrical) yield of solar systems can be used for preheating.

Hingegen kommt im Sommerbetrieb eine Nutzung dieser "Abfallwärme" entweder direkt oder über einen geeigneten Wärmetauscher z.B. zur "thermischen Aufladung" von Erdwärmespeichern, zur Beheizung von Schwimmbädern etc. in Frage. On the other hand, in summer operation, use of this "waste heat" occurs either directly or via a suitable heat exchanger, e.g. for "thermal charging" of geothermal energy storage, for heating swimming pools, etc. in question.

Bei Entfall solcher Nutzungsmöglichkeiten wären die heißen Abgase – wie sonst üblich – über einen Kamin abzuleiten. In the absence of such uses, the hot exhaust gases would - as usual - be derived via a chimney.

Analoges hat zu gelten, falls die Wärmepumpe im Sommerbetrieb zum Kühlen verwendet wird.

  • ee) Die Wärmepumpe entzieht dem verwendeten Trägermedium (z.B. der Ansaugluft) Wärme, weshalb (z.B.) die Abluft des Gerätes entsprechend abgekühlt wird. Diese "Abfallkälte" wird dadurch genutzt, dass sie in geeigneter Weise die "kalte" Seite des Stirling-Motors zusätzlich abkühlt, wodurch der Wirkungsgrad dieses Motors durch Vergrößerung der Temperaturdifferenz zwischen "warmer" und "kalter" Seite eines solchen Motors entsprechend erhöht wird.
  • ff) Zur Verbesserung der Luftgüte ist im Bereich des Abgasstranges an geeigneter Stelle eine – dem jeweils verwendeten Brennmaterial angepasste – Filtereinheit einzusetzen, die dem Stand der Technik entspricht.
The same applies if the heat pump is used for cooling in summer mode.
  • ee) The heat pump removes heat from the used carrier medium (eg the intake air), which is why (eg) the exhaust air of the device is cooled down accordingly. This "waste cold" is utilized by additionally cooling the "cold" side of the Stirling engine in an appropriate manner, thereby correspondingly increasing the efficiency of this engine by increasing the temperature difference between the "warm" and "cold" sides of such an engine.
  • ff) In order to improve the air quality, a filter unit which corresponds to the state of the art is to be used in the area of the exhaust line at a suitable location, adapted to the particular fuel used.

Effekt der Erfindung Effect of the invention

Die oben skizzierte Technologie (Verbrennungsmotor + Wärmepumpe + Nutzung der "Abfallwärme" aus dem Motor und aus seinem Auspuff) ist in der Lage, die Energieausbeute gegenüber einem Heizkessel, der Heizöl "nur" verbrennt, etwa auf das Doppelte zu vergrößern. The technology outlined above (internal combustion engine + heat pump + use of "waste heat" from the engine and from its exhaust) is capable of approximately doubling the energy output compared to a boiler that "only" burns heating oil.

Sie ist aus den oben skizzierten Gründen (= Wirkungsgrad!) aber auch jeder Wärmepumpenanlage deutlich überlegen, die mit einem E-Motor betrieben wird. For the reasons outlined above (= efficiency!), It is also clearly superior to any heat pump system that is operated with an electric motor.

Eine Kombination mit einem Stromgenerator ermöglicht es überdies, neben oder anstelle von Wärme Ökostrom zu erzeugen. A combination with a power generator also makes it possible to generate green electricity in addition to or instead of heat.

Die oben skizzierte Technologie unter Verwendung eines Stirling- oder Heißluftmotors ist bisherigen Lösungen dadurch überlegen, dass sie nicht nur mit so gut wie allen Heizmaterialien betrieben werden kann, sondern vor allem auch noch dadurch, dass sie sowohl die Abgaswärme als auch die anfallende "Abfallkälte" dieser Anlage gezielt dazu nutzt, den Wirkungsgrad der Gesamtanlage signifikant zu erhöhen. The technology outlined above using a Stirling or hot air engine is superior to previous solutions in that it can be operated not only with virtually all heating materials, but above all by the fact that they both the exhaust heat and the resulting "waste cold" specifically uses this system to significantly increase the efficiency of the entire system.

Eine Kombination mit einem Stromgenerator ermöglicht es überdies, neben oder anstelle von Wärme (im Sommerbetrieb auch Kälte) Ökostrom zu erzeugen. In addition, a combination with a power generator makes it possible to generate green electricity in addition to or instead of heat (also cold in summer operation).

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert: In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in FIGS.

1 und 2 zeigen zwei alternative Schaltungsdiagramme von erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Heizungsanlagen. 1 and 2 show two alternative circuit diagrams of heat pump heating systems according to the invention.

In 1 ist ein Schaltungsdiagramm dargestellt, bei dem eine Brennkraftmaschine 1a einerseits eine Wärmepumpe 2 und andererseits einen Generator 3 zur Erzeugung elektrischen Stroms antreibt. Die Abwärme der Brennkraftmaschine 1a, die hier als Gasmotor ausgebildet ist, wird zu einem ersten Wärmetauscher 4 geführt, der vom Kühlmedium der Brennkraftmaschine 1a durchströmt ist. Der erste Wärmetauscher 4 ist in einem Pufferspeicher 5 angeordnet, der zur Erwärmung von Brauchwasser und/oder zur Beheizung eines nicht dargestellten Gebäudes dient. Die Wärmepumpe 2 steht einerseits mit einem Erdwärmespeicher 6 in Verbindung, dem während des Betriebs Wärme entzogen wird und auf höherem Temperaturniveau über einen weiteren Kreislauf eines Arbeitsmediums zu einem weiteren Wärmetauscher 7 geführt wird, der ebenfalls im Pufferspeicher 5 angeordnet ist. Zusätzlich ist aus 1 schematisch eine Möglichkeit ersichtlich, die Abwärme der Brennkraftmaschine 1a bei Wärmeüberschuss über ein Wärmetauschersystem 8 zur Aufladung des Erdwärmespeichers 6 zu verwenden. In 1 is a circuit diagram shown in which an internal combustion engine 1a on the one hand a heat pump 2 and on the other hand, a generator 3 for generating electric power drives. The waste heat of the internal combustion engine 1a , which is designed here as a gas engine, becomes a first heat exchanger 4 guided, the cooling medium of the internal combustion engine 1a is flowed through. The first heat exchanger 4 is in a cache 5 arranged, which serves for heating domestic water and / or for heating a building, not shown. The heat pump 2 is on the one hand with a geothermal energy storage 6 in connection, the heat is removed during operation and at a higher temperature level via another circuit of a working fluid to another heat exchanger 7 is guided, which is also in the buffer memory 5 is arranged. In addition is out 1 schematically shows a possibility, the waste heat of the internal combustion engine 1a with excess heat via a heat exchanger system 8th for charging the geothermal energy storage 6 to use.

Eine drehzahlgeregelte Kühlmittelpumpe 10 steuert direkt die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 1a. A speed-controlled coolant pump 10 directly controls the operating temperature of the internal combustion engine 1a ,

Bei der Ausführungsvariante von 2 ist als Brennkraftmaschine ein Stirlingmotor 1b vorgesehen, der grundsätzlich durch die Wärme eines Heizkessels 9 angetrieben ist. Mechanisch treibt der Stirlingmotor 1b einerseits einen Generator 3 und andererseits eine Wärmepumpe 2 an, die einerseits dem weiteren Wärmetauscher 7 und andererseits mit einem Kühlwärmetauscher 11 einer Klimaanlage zur Kühlung verbunden ist. Der Heizkessel 9 ist weiterhin mit dem ersten Wärmetauscher 4 zu Erwärmung des Pufferspeichers 5 verbunden. In the embodiment of 2 is as a combustion engine, a Stirling engine 1b provided, in principle, by the heat of a boiler 9 is driven. Mechanically drives the Stirling engine 1b on the one hand a generator 3 and on the other hand, a heat pump 2 on the one hand the other heat exchanger 7 and on the other hand with a cooling heat exchanger 11 an air conditioning system is connected for cooling. The boiler 9 is still with the first heat exchanger 4 to heat the buffer tank 5 connected.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäße Wärmepumpenheizanlage als wesentliche Aspekte vorsieht:
dass der zum Antrieb der Wärmepumpe eingesetzte Verbrennungsmotor bezüglich Wärmeverlust und Lärmbelästigung gekapselt wird und weiters, dass auf Motorkühler und Lichtmaschine samt deren Antrieb verzichtet werden kann;
dass die Motorleistung des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit vom jeweiligen Wärmebedarf zu steuern ist;
dass die Temperaturregelung des Verbrennungsmotors durch eine hydraulische Verbindung zum Heizsystem erfolgt, wobei die Betriebstemperatur des Motors durch eine drehzahlgeregelte und thermostatgesteuerte Umwälzpumpe innerhalb der erwünschten Grenzen stabil gehalten wird;
dass die Überschuss-Wärme des Verbrennungsmotors durch eine geeignete Steuerung zunächst einem Wärmetauscher im Warmwasserboiler zugeführt wird. Sobald die Zieltemperatur des Boilers erreicht ist, wird das aus dem Verbrennungsmotor stammende heiße "Kühlwasser" dem Heizungsvorlauf zugeführt, wobei der Motor durch Wasser aus dem Heizungsrücklauf gekühlt wird;
dass der Wärmeaustausch zwischen Verbrennungsmotor und Heizsystem über geeignete Wärmetauscher oder aber direkt durch hydraulische Einbeziehung der erwähnten Kühlleitungen für den Motor in das Heizwasser (= Vorlauf und Rücklauf) erfolgt;
dass der Verbrennungsmotor nicht nur eine Wärmepumpe, sondern (= zusätzlich oder allein) einen Stromgenerator antreibt, wobei die Kühlung des Verbrennungsmotors im Winterbetrieb so erfolgt, wie oben beschrieben;
dass die Kühlung des Verbrennungsmotors bei (reiner) Stromerzeugung im Sommerbetrieb (z.B. als Notstromaggregat) durch eine hydraulische Umsteuerung erfolgt, wobei die alternative Kühlleitung mit Wasser z.B. aus dem Hauswassernetz gespeist wird und das vom Motor kommende heiße Kühlwasser entweder anderweitig genutzt (z.B. zur Temperierung von Schwimmbädern etc.) oder mangels einer solchen Nutzungsmöglichkeit in den Hauskanal abgeleitet wird, wobei die Regelung der Motortemperatur durch die oben unter 3) beschriebenen Anlagenteile erfolgt;
dass die in den Abgasen des Motors enthaltene "Abfallwärme" dadurch genutzt wird. dass die Auspuffgase zur Vorwärmung des jeweiligen Wärmeträgermediums der Wärmepumpe (z.B. Luft, Wasser oder Sole) genutzt werden, wodurch die Jahresarbeitszahl der WP-Anlage signifikant erhöht werden kann;
dass zur Verbesserung der Luftgüte im Bereich des Auspuffstrangs an geeigneter Stelle eine Filter- und Katalysatoreinheit einzusetzen ist, die dem Stand der Technik entspricht;
dass die Wärmepumpenanlage durch einen Stirling- oder anderweitigen Heißluftmotor angetrieben wird, der – je nach Art des jeweiligen Brennstoffanfalls und daraus resultierender Heizkesselkonstruktion – durch eine einzige oder durch eine Kombination verschiedener Heizquellen (Feststoffe, Pellets oder geeigneter Müll, Erd- oder Biogas etc.) betrieben wird;
dass der Verbrennungsprozess und damit die Motorleistung der Wärmekraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Wärmebedarf gesteuert wird. Zum "Zünden" oder "Wieder-Zünden" der Brennstoffe dient ein Gas- oder Ölbrenner;
dass die in den Abgasen des Motors enthaltene "Abfallwärme" wie folgt verwertet wird: die heißen Abgase werden entweder direkt oder über einen Wärmetauscher zur Vorwärmung des jeweiligen Wärmeträgermediums der Wärmepumpe (z.B. Luft, Wasser oder Sole) genutzt, wodurch die Jahresarbeitszahl der WP-Anlage signifikant erhöht werden kann;
dass die Abluft der Wärmepumpe nach Entzug der Wärme aus dem verwendeten Trägermedium (z.B. der Ansaugluft) wie folgt zu nutzen ist: Diese "Abfallkälte" wird dazu verwendet, in geeigneter Weise die "kalte" Seite des Stirling-Motors zusätzlich abzukühlen, wodurch der Wirkungsgrad dieses Motors durch Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen "warmer" und "kalter" Seite eines solchen Antriebsaggregates entsprechend erhöht werden kann;
dass zur Verbesserung der Luftgüte im Bereich des Abgasstranges an geeigneter Stelle eine – dem jeweils verwendeten Brennmaterial angepasste – Filtereinheit eingesetzt wird, die dem Stand der Technik entspricht. In summary, it can be stated that the heat pump heating system according to the invention provides as essential aspects:
that the internal combustion engine used to drive the heat pump is encapsulated in terms of heat loss and noise pollution and further, that it can be dispensed with engine radiator and alternator, including their drive;
that the engine power of the internal combustion engine is to be controlled as a function of the respective heat requirement;
that the temperature control of the internal combustion engine by a hydraulic connection to the heating system, wherein the operating temperature of the engine is kept stable by a variable speed and thermostatically controlled circulation pump within the desired limits;
that the excess heat of the internal combustion engine is first fed by a suitable controller to a heat exchanger in the boiler. Once the target temperature of the boiler has been reached, the hot "cooling water" coming from the internal combustion engine is fed to the heating flow, the engine being cooled by water from the heating return;
that the heat exchange between the engine and the heating system via suitable heat exchangers or directly by hydraulic inclusion of the mentioned cooling lines for the engine in the heating water (= flow and return) is carried out;
that the internal combustion engine not only a heat pump, but (= in addition or alone) drives a power generator, the cooling of the engine takes place in the winter mode as described above;
that the cooling of the internal combustion engine in (pure) power generation in summer operation (eg as an emergency generator) by a hydraulic reversal, the alternative cooling pipe is fed with water, for example from the domestic water network and coming from the engine hot cooling water either otherwise used (eg for temperature control of Swimming pools, etc.) or in the absence of such a possibility of use in the house channel is derived, the control of the engine temperature is carried out by the system parts described above under 3);
that the "waste heat" contained in the exhaust gases of the engine is thereby used. That the exhaust gases are used to preheat the respective heat transfer medium of the heat pump (eg air, water or brine), whereby the annual work rate of the HP system can be significantly increased;
that in order to improve the air quality in the region of the exhaust line at a suitable location a filter and catalyst unit is to be used, which corresponds to the prior art;
that the heat pump system is powered by a Stirling or other hot air engine, which - depending on the type of fuel used and resulting boiler construction - by a single or a combination of different heat sources (solids, pellets or suitable waste, natural gas or biogas, etc.) is operated;
that the combustion process and thus the engine power of the heat engine is controlled depending on the respective heat demand. For "ignition" or "re-ignition" of the fuels is a gas or oil burner;
that the "waste heat" contained in the exhaust gases of the engine is recycled as follows: the hot exhaust gases are used either directly or via a heat exchanger for preheating the respective heat transfer medium of the heat pump (eg air, water or brine), whereby the annual work of the HP system can be significantly increased;
that the exhaust air of the heat pump after withdrawal of the heat from the used carrier medium (eg the intake air) is to be used as follows: This "waste cold" is used in addition to cool the "cold" side of the Stirling engine in addition, whereby the efficiency this motor can be increased by increasing the temperature difference between the "warm" and "cold" side of such a drive unit accordingly;
that in order to improve the air quality in the region of the exhaust line at a suitable location a - adapted to the particular fuel used - filter unit is used, which corresponds to the prior art.

Claims (10)

Wärmepumpen-Heizungsanlage für Gebäude mit einer Brennkraftmaschine (1a, 1b), einer durch die Brennkraftmaschine (1a, 1b) angetriebenen Wärmepumpe (2) und mit einem ersten Wärmetauscher in Verbindung mit der Brennkraftmaschine (1a, 1b), der zur Erwärmung von Brauchwasser ausgebildet ist, sowie mit einem Heizkreislauf zur Beheizung des Gebäudes, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wärmetauscher (7) vorgesehen ist, der mit der Wärmepumpe (2) verbunden ist. Heat pump heating system for buildings with an internal combustion engine ( 1a . 1b ), one by the internal combustion engine ( 1a . 1b ) driven heat pump ( 2 ) and with a first heat exchanger in conjunction with the internal combustion engine ( 1a . 1b ), which is designed for heating of process water, and with a heating circuit for heating the building, characterized in that a further heat exchanger ( 7 ) provided with the heat pump ( 2 ) connected is. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Wärmetauscher zur Aufladung eines Erdwärmespeichers (6) ausgebildet ist. Heat pump heating system according to claim 1, characterized in that the further heat exchanger for charging a geothermal heat storage ( 6 ) is trained. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Brennkraftmaschine (1a, 1b) direkt ein Generator (3) zur Erzeugung elektrischen Stroms angekoppelt ist Heat pump heating system according to claim 1 or 2, characterized in that to the internal combustion engine ( 1a . 1b ) directly a generator ( 3 ) is coupled to generate electrical power Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Gasmotor (1a) ausgebildet ist. Heat pump heating system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the internal combustion engine as a gas engine ( 1a ) is trained. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1a) einen Kühlkreislauf aufweist, der direkt mit dem ersten Wärmetauscher (4) verbunden ist. Heat pump heating system according to claim 4, characterized in that the internal combustion engine ( 1a ) has a cooling circuit directly connected to the first heat exchanger ( 4 ) connected is. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den Gasmotor angeschlossener Generator die Stromversorgung des Gasmotors gewährleistet. Heat pump heating system according to one of claims 4 or 5, characterized in that a connected to the gas engine generator ensures the power supply of the gas engine. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlkreislauf des Gasmotors (1a) eine drehzahlgeregelte Pumpe vorgesehen ist, die die Wärmeabfuhr aus dem Gasmotor steuert. Heat pump heating system according to one of claims 4 to 6, characterized in that in the cooling circuit of the gas engine ( 1a ) A speed-controlled pump is provided which controls the heat dissipation from the gas engine. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1b) als Stirlingmotor ausgebildet ist, der von einem Heizkessel (9) mit heißem Arbeitsmedium versorgt ist. Heat pump heating system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the internal combustion engine ( 1b ) is designed as a Stirling engine, of a boiler ( 9 ) is supplied with hot working fluid. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirlingmotor (1b) mit einem Kühlwärmetauscher (11) in Verbindung steht, über den ein Arbeitsmedium der Wärmepumpe vorerwärmt kann. Heat pump heating system according to claim 8, characterized in that the Stirling engine ( 1b ) with a cooling heat exchanger ( 11 ) is in communication, via which a working medium of the heat pump can be preheated. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur zusätzlichen Erwärmung Solarkollektoren vorgesehen sind. Heat pump heating system according to one of claims 1 to 9, characterized in that solar collectors are provided for additional heating.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016051246A1 (en) * 2014-10-03 2016-04-07 University of Maribor Method and apparatus for cogeneration power plant waste heat source utilization by incorporated water source high temperature heat pump
DE102015107118A1 (en) * 2015-05-07 2016-05-25 Viessmann Werke Gmbh & Co Kg Method for operating a heating system
CN114214176A (en) * 2021-12-29 2022-03-22 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 Solar energy, ground source heat pump and methane tank, crops drying combined operation system

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