EP2423611A2 - Method for selecting a heat source of a heat pump - Google Patents

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EP2423611A2
EP2423611A2 EP11178435A EP11178435A EP2423611A2 EP 2423611 A2 EP2423611 A2 EP 2423611A2 EP 11178435 A EP11178435 A EP 11178435A EP 11178435 A EP11178435 A EP 11178435A EP 2423611 A2 EP2423611 A2 EP 2423611A2
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EP
European Patent Office
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air
heat pump
source
control unit
supply element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11178435A
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Rob de Bruin
Hans Christian Krahl
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based

Definitions

  • the invention relates to a method for providing a heat output to a consumer for the heating of a room or preparation of domestic hot water by means of an air heat pump.
  • DE 39 03 665 C2 shows a decentralized room air conditioner with a refrigerant circuit.
  • the air conditioner is attached to an exterior wall.
  • a discharge pipe leads through an outside wall to the outside.
  • the air conditioner also has a through the outer wall leading into the open air exhaust port and an intake manifold.
  • DE 10 2006 046 630 A1 describes a decentralized home technical unit, which is designed as a facade element. It is used for decentralized ventilation, heating or cooling of a room and has the building services for ventilation, heating, temperature control and optionally for hot water production.
  • An external air heat pump enables not only ventilation but also heating or temperature control of the room. The temperature control is carried out by reversing the refrigeration cycle is operated.
  • the home automation unit includes an externally mounted solar module. If this is a photovoltaic module, this is intended to supply the power either directly to the home automation unit, e.g. to operate a fan or the electric motor of the heat pump compressor, or to the power grid. If a thermal solar collector is integrated or placed outside in the decentralized building services, the thermal energy is used to operate a service water storage tank or a heating system or air preheating.
  • DE 10 2006 046 630 A1 a countercurrent heat exchanger, which is the heat recovery from exhaust air flowing out of the room and transmits a portion of the humidity from the exhaust air flowing into the room supply air to allow automatic humidity control of the room.
  • the invention relates to a method for providing a heat output to a consumer for the heating of a room or preparation of domestic hot water by means of an air heat pump with an air supply element, at least one air flow generator, an evaporator and a heat pump circuit, wherein the air heat pump is connected to the air supply element.
  • the air flow generator promotes air from the air supply element to the arranged in the air heat pump evaporator.
  • the provided by the air heat pump heat output is passed through the heat pump cycle to the consumer.
  • the air heat pump has a coefficient of performance dependent on the delivered air, which corresponds to the quotient of the heat output (Q c ) delivered to the consumer and the drive power (W) used to operate the air heat pump, whereby the drive power ( W) essentially consists of the electrical connection performance of a compressor and a throttle of the air heat pump, the air flow generator and a control electronics.
  • a measuring and control unit selects between at least two different air sources and introduces air from the selected air source into the air supply element or connects the selected air source with the air supply element.
  • An advantage of such a configuration is that by increasing the coefficient of performance of the heat pump, the annual operating hours (annual work count) of the heat pump can be increased. This is because the operation of the heat pump does not need to be adjusted as soon as air from one source leads to such a low coefficient of performance that further operation is not ecologically and economically viable makes more sense. Rather, according to the invention, the heat pump does not have to be deactivated until none of the air sources is suitable for maintaining or receiving the operation.
  • the coefficient of performance can be increased by selecting the more suitable air source on average.
  • the efficiency increases by the operating power to be used decreases and the heat output gained increases.
  • the operating costs, the payback period of the heat pump costs and all additional costs are reduced.
  • the heat pump may also have lower power for the same power requirement.
  • the air sources can be spatially separated from each other, this results in different flow resistance for the flow of the respective source air to the evaporator. If the power of the first flow generator is sufficient to produce a sufficient air flow, the air source is connected to the air supply element. In the event that certain air sources have higher flow resistances, additional air flow generators or the like may be used to assist and the air is then actively introduced from the source into the air supply element.
  • a simple implementation of the invention takes place in that the measuring and control unit, with the aid of temperature sensors, determines air temperatures of the different air sources and selects the air source which has the highest temperature and is also available. Thus, only one sensor per air source is required. Furthermore, it is advantageous that only the source with the highest temperature is selected. Complex calculations are therefore not necessary.
  • the measuring and control unit determines an enthalpy content and an availability of air of the different air sources with the aid of temperature sensors and / or humidity sensors and / or pressure sensors.
  • the enthalpy gives much better information about how much energy is present in the air of a source, as an exclusive temperature measurement, because humid air of a certain temperature has a higher enthalpy than dry air of the same temperature.
  • the prerequisite for this is an equal air pressure, because the higher the air pressure, the higher the enthalpy at the same temperature and the same humidity.
  • a particular advantage of the invention is that with the aid of the moisture sensors, the measuring and control unit can take into account when selecting the air source that different air sources may have different humidities, which have a significant influence on the coefficient of performance of the air heat pump. This will increase the figure of merit on an annual average and also increase the annual workload.
  • the measuring and control unit can take into account when selecting the air source that different air sources can have different pressures, which also have a significant influence on the coefficient of performance of the air source heat pump. This also increases the figure of merit on an annual average and can also increase the annual employment rate.
  • an embodiment of the invention provides that the measuring and control unit selects the air source having the highest enthalpy content and is available or calculates the coefficient of performance for each air source and the one with the highest Select number of benefits.
  • the measuring and control unit takes into account in the selection of the air source the energy required for a supply of air from this. Due to different flow resistances for the air flow of one Air source to the evaporator may be that the performance of the air flow generator must be adjusted, or other flow generator must be turned on. In particular, by taking account of this power for the air flow generator whose energy consumption increases at the same air flow rate and higher flow resistance of the supply from an air source, the average coefficient of performance of the heat pump can be further increased.
  • the air flow rate and the power consumption of the air flow generator is measured or values are stored.
  • the latter is advantageous because additional components for measuring the power consumption and the air flow rate are not required if only air sources are provided with non-changing flow resistance as air sources.
  • commissioning the heat pump a simple reference measurement can then be made once, the results of which are stored in the measuring and control unit.
  • the required power for the air supply only has to be added to the drive power used to operate the air heat pump. The cost of such an embodiment of the invention are thus low and no power is required to perform the measurement, whereby a high efficiency is achieved.
  • a further advantage results from an embodiment of the method according to the invention in which measuring sensors for the air flow and the air flow generator power are used when air sources with changing flow resistances are provided as air sources.
  • air sources which are preceded by filters.
  • the measuring and control unit can take into account that filters from different air sources can be affected to a different extent by contamination and the power requirement for the air supply changes with increasing time.
  • the flow resistance can be influenced, for example, by a wind direction.
  • the measuring and control unit can thereby accurately determine the coefficient of performance of the different air sources and select the best possible air source, which increases the annual average coefficient of performance of the heat pump and also the annual work rate can be increased.
  • the costs of the measurement implementation are limited and are poored by the higher average annual performance, so that the use of the measurement also has economic benefits.
  • the measuring and control unit takes into account a power which is provided in any case, for example by activation of the extractor hood, the bath ventilation or living room ventilation, not for calculating the coefficient of performance. In this way, the measuring and control unit selects the air source, which actually leads to the highest possible annual output.
  • a further improvement of the invention can be achieved in that the measuring and control unit simultaneously introduces air from different air sources into the air supply element or simultaneously connects the different air sources with the air supply element, preferably in such a way that the coefficient of performance is maximized.
  • this may be useful if an air source is available only to a limited extent, so that the heat pump can not be operated alone with her. This allows the air source with the higher temperature to switch on the air source at the next lower temperature. It is also possible for the air source with the higher enthalpy content to connect the air source with the next lower enthalpy content or the air source with a higher coefficient of performance to the air source with the next lowest coefficient of performance.
  • One version of the invention provides that a first air source is outside air from the earth's atmosphere. This is the market's most widely used air source for a heat pump. An advantage of this air source is that it is always available without restrictions.
  • Another version of the invention provides that a second air source is exhaust air from the room. This is particularly advantageous because living rooms must be ventilated regularly anyway. In a ventilation by opening the window, a significant heat output is lost. However, if the air is used as an air source for the heat pump, a large part of the heat output can be used to obtain new heat output. Particular advantages result from the fact that extractor hoods and bathroom vents are connected to the air supply element. These Air sources have a high short-term power potential in connection with the heat pump that can be used with the inventive solution.
  • Another possibility is to direct the exhaust air before entering the air supply element through a heat exchanger, where it gives off energy to fresh air flowing into the room or to service or to heating water.
  • a heat exchanger where it gives off energy to fresh air flowing into the room or to service or to heating water.
  • a third air source is an air collector, the outside air preheated by sunlight in a continuous process and in particular a facade collector.
  • the energy of the sun is used ecologically by warming the air of this air source before it is fed to the heat pump.
  • an air collector operation of the heat pump can be ensured, especially at low outdoor temperatures.
  • the total operating time of the heat pump is significantly increased in a year of operation, because heat output is needed especially at low outdoor temperatures and the heat pump is therefore primarily in this time in operation.
  • the performance is significantly increased even if outside air is available, but by a preheating of the air, a significantly higher coefficient of performance can be achieved.
  • the measuring and control unit can direct air from the third air source directly into the room. If outside air in an air collector, for example, heated above the living room temperature, a ventilation of the living space can be made without this cools. In this way, the ventilation time can be performed automatically when the lowest heat loss is expected.
  • the measuring and control unit for connecting the selected air source with the air supply element controls at least a first valve or a first flap.
  • a first valve or a first flap can have a closed and open position, or be infinitely adjustable. The advantage here is that the adjustment can be done automatically via actuators, for which still only a small power is required.
  • the invention can be used not only in living rooms, but at all locations of air heat pumps.
  • air heat pumps for example, in buildings, Houses and halls.
  • Especially in industrial buildings can also be advantageous to use of exhaust gases as an air source.
  • FIG. 1 shows an air heat pump 1 with an air flow generator 3, an evaporator 4 and a heat pump circuit 5 with a consumer 6 in a room 50. Both evaporator 4 and air flow generator 3 are arranged in an outlet opening of the air heat pump 1.
  • the air heat pump 1 is fluidly connected to the input side with an air supply element 2. This, in turn, is fluidly connected to a first air source 21 if a measuring and control unit 10 does not move a first flap 15 to a closed position and fluidly connect to a second air source 22 unless the measuring and control unit 10 moves a second flap 16 to a closed position ,
  • the air flow generator 3 is operated such that there is a negative pressure in an inner space of the air heat pump 1 and the air supply element 2.
  • the measuring and control unit 10 makes a decision as to which of the air sources is to be connected to the air supply element 2 and controls the first flap 15 and the second flap 16. If the first flap 15 is not in a closed position, air flows from the first air source 21 into the air supply element 2 due to the negative pressure in the air supply element 2, from there to the interior of the air heat pump 1 and then to the evaporator 4. If the second flap 16 does not is in a closed position, flows due to the negative pressure in Air supply element 2 air from the second air source 22 in the air supply element 2, from there to the interior of the air heat pump 1 and then to the evaporator. 4
  • the air releases some of its energy from the evaporator 4 and then leaves the heat pump 1 through the outlet opening.
  • the thermal power thus obtained by the evaporator 4 is passed through the heat pump circuit 5 to the consumer 6. As a result, the space 50 is heated.
  • an air heat pump 1 is shown with an air flow generator 3, which is fluidly connected to an air supply element 2.
  • This is fluidly connected to a first air source 21 if a measuring and control unit 10 does not move a first flap 15 to a closed position and fluidly connected to a second air source 22 unless a measuring and control unit 10 moves a second flap 16 to a closed position ,
  • the measuring and control unit 10 is connected to a temperature sensor 11, a humidity sensor 12 and a pressure sensor 17 of the first air source 21 and a temperature sensor 11, a humidity sensor 12 and a pressure sensor 17 of the second air source 22.
  • the measurement and control unit 10 is also connected to the air flow generator 3.
  • the measurement and control unit 10 calculates the enthalpy of the first air source 21 and the second air source 22. Based on the result, the measurement and control unit 10 makes a decision as to which of the air sources with the Air supply element 2 is to be connected.
  • a coefficient of performance of the air heat pump 1 is calculated.
  • the power for the air flow generator 3, which can be measured by the measuring and control unit 10, can also be included in this calculation.
  • the measurement and control unit 10 controls the first flap 15 so that it is moved to an open position and the second flap 16 so that it moves to a closed position becomes. However, if the enthalpy of the second air source 22 is higher than that of the first air source 21, the measurement and control unit 10 controls the first flap 15 to move to a closed position and the second flap 16 to move to an open position is moved.
  • FIG. 3 an air heat pump 1 is shown, which is connected on the input side with an air supply element 2.
  • This in turn is connected to two air sources, wherein a first air source 21 is outside air and a third air source 23 is an air collector 24.
  • the first air source 21 can be connected to the air supply element 2 by means of a first valve 13. If this is in an open position, almost exclusively outside air flows into the air supply element 2, since the air flow resistance of the air collector 24 is significantly higher. However, when the first valve 12 is in a closed position, outside air flows first through the air collector 24 and then to the air supply element 2. In this way, the outside air can be preheated.
  • an air heat pump 1 is connected on the input side to an air supply element 2.
  • This in turn is connected to three air sources, wherein a first air source 21 outside air, a second air source 22 exhaust air and a third air source 23 is an air collector 24.
  • the first air source 21 can be connected by means of a first flap 15 to the air supply element 2 and the second air source 22 by means of a second flap 16.
  • the air flow resistance of the air collector 24 is significantly higher than that of the other air sources, whereby air from this only in the Air supply element flows when the first flap 15 and the second flap 16 are closed.
  • the exhaust air from the second air source 22 could also be introduced into the air collector 24. However, this is possible and useful, provided that this increases the coefficient of performance of the air heat pump 1.
  • a channel and a further flap would advantageously be provided, which are designed such that the exhaust air is directed in a position of the flap to the air supply element 2 and in another to the air collector 24th
  • FIG. 5 an air heat pump 1 with an evaporator 4, which is connected to an air supply element 2.
  • This in turn is connected to three air sources, wherein a first air source 21 outside air, a second air source 22 exhaust air and a third air source 23 is an air collector 24.
  • the first air source 21 can be connected by means of a first flap 15 to the air supply element 2 and the second air source 22 by means of a second flap 16.
  • the air flow resistance of the air collector 24 is significantly higher than that of the other air sources, whereby air from this only in the Air supply element flows when the first flap 15 and second flap 16 are closed.
  • outside air flows through a channel through a wall into a space 50.
  • a heat exchanger 25 is provided.
  • the exhaust air flows from the space 50 to the air supply element 2, provided that the second flap 16 is in an open position.
  • heat is transferred from the exhaust air to the incoming outside air through the heat exchanger.
  • this also reduces the temperature and the enthalpy of the exhaust air, so that a measurement of the temperature, the humidity and the pressure between the heat exchanger 25 and the evaporator 4 should be made.

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Abstract

The method involves providing an air heat pump (1), an air supply element (2), an air flow generator (3), an evaporator (4) and a heat pump circuit (5), for providing thermal output to the load. The coefficient of performance (COP) of the air heat pump is increased by carrying out switching process between two different air sources (21,22), by a measuring and control unit (10) which is mounted between the air sources, based on the driving power and the heat output power of the air heat pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Wärmeleistung an einen Verbraucher für die Erwärmung eines Raumes oder Bereitung von Trinkwarmwasser mittels einer Luftwärmepumpe.The invention relates to a method for providing a heat output to a consumer for the heating of a room or preparation of domestic hot water by means of an air heat pump.

Aus dem Stand der Technik sind Haustechniksysteme zur Versorgung eines Gebäudes mit Warmwasser oder zur Temperierung von Gebäuden mit und ohne Wärmepumpen hinlänglich bekannt.Domestic engineering systems for supplying a building with hot water or for controlling the temperature of buildings with and without heat pumps are well known from the prior art.

DE 39 03 665 C2 zeigt ein dezentrales Zimmer-Klimagerät mit einem Kältemittelkreislauf. Das Klimagerät wird an einer Außenwand befestigt. Ein Ableitrohr führt durch eine Außenwand ins Freie. Das Klimagerät weist ferner einen durch die Außenwand ins Freie führenden Fortluftstutzen und einen Ansaugstutzen auf. DE 39 03 665 C2 shows a decentralized room air conditioner with a refrigerant circuit. The air conditioner is attached to an exterior wall. A discharge pipe leads through an outside wall to the outside. The air conditioner also has a through the outer wall leading into the open air exhaust port and an intake manifold.

DE 10 2006 046 630 A1 beschreibt eine dezentrale Haustechnikeinheit, die als Fassadenelement gestaltet ist. Sie dient der dezentralen Belüftung, Erwärmung oder Kühlung eines Raumes und weist die Haustechnik für eine Lüftung, Heizung, Temperierung und optional für eine Warmwassererzeugung auf. Durch eine Außen-Luftwärmepumpe wird neben der Lüftung ein Heizen oder ein Temperieren des Raumes ermöglicht. Das Temperieren erfolgt indem der Kältekreis reversiert betrieben wird. DE 10 2006 046 630 A1 describes a decentralized home technical unit, which is designed as a facade element. It is used for decentralized ventilation, heating or cooling of a room and has the building services for ventilation, heating, temperature control and optionally for hot water production. An external air heat pump enables not only ventilation but also heating or temperature control of the room. The temperature control is carried out by reversing the refrigeration cycle is operated.

Entsprechend einer Ausführungsform enthält die Haustechnikeinheit ein außen angebrachtes Solarmodul. Handelt es sich bei diesem um ein Fotovoltaikmodul, so ist dies dafür vorgesehen, den Strom entweder direkt an die Haustechnikeinheit, z.B. zum Betrieb eines Lüfters oder des Elektromotors des Wärmepumpen-Verdichters, oder an das Stromnetz abzugeben. Ist ein thermischer Solarkollektor außen in die dezentrale Haustechnik integriert oder vorgesetzt, wird mit der thermischen Energie ein Brauchwasserspeicher oder ein Heizsystem oder eine Luftvorerwärmung betrieben.According to one embodiment, the home automation unit includes an externally mounted solar module. If this is a photovoltaic module, this is intended to supply the power either directly to the home automation unit, e.g. to operate a fan or the electric motor of the heat pump compressor, or to the power grid. If a thermal solar collector is integrated or placed outside in the decentralized building services, the thermal energy is used to operate a service water storage tank or a heating system or air preheating.

Weiterhin beschreibt DE 10 2006 046 630 A1 einen Gegenstrom-Wärmetauscher, welcher der Wärmerückgewinnung aus aus dem Raum strömender Abluft dient und einen Teil der Luftfeuchtigkeit von der Abluft auf in den Raum strömende Zuluft überträgt, um eine automatische Feuchteregelung des Raumes zu ermöglichen.Further describes DE 10 2006 046 630 A1 a countercurrent heat exchanger, which is the heat recovery from exhaust air flowing out of the room and transmits a portion of the humidity from the exhaust air flowing into the room supply air to allow automatic humidity control of the room.

Nachteilig ist allen Haustechniksystemen, dass die Wärmepumpen einen geringen Wirkungsgrad insbesondere in der kühlen Heizperiode aufweisen. Dies führt zu niedrigen Jahresarbeitszahlen, da die Wärmepumpe bei einem Vorliegen von insbesondere zu niedrigen Temperaturen deaktiviert werden muss, da ansonsten mehr Energieverbrauch für den Betrieb aufgewendet werden muss, als Energie für einen Verbraucher verfügbar ist.A disadvantage of all building services systems that the heat pumps have a low efficiency, especially in the cool heating season. This leads to low annual operating figures, since the heat pump must be deactivated in the presence of particularly low temperatures, since otherwise more energy must be expended for the operation, as energy is available to a consumer.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad von Wärmepumpen und deren Jahresarbeitszahl zu erhöhen, wobei zu beachten ist, dass die Lösung auch ökonomische Vorteile bietet.It is an object of the invention to increase the efficiency of heat pumps and their annual work rate, it should be noted that the solution also offers economic benefits.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved with the features of claim 1 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Wärmeleistung an einen Verbraucher für die Erwärmung eines Raumes oder Bereitung von Trinkwarmwasser mittels einer Luftwärmepumpe mit einem Luftzuführungselement, wenigstens einem Luftströmungserzeuger, einem Verdampfer und einem Wärmepumpenkreislauf, wobei die Luftwärmepumpe mit dem Luftzuführungselement verbunden ist. Dabei fördert der Luftströmungserzeuger Luft aus dem Luftzuführungselement zu dem in der Luftwärmepumpe angeordneten Verdampfer. Die von der Luftwärmepumpe bereitgestellte Wärmeleistung wird über den Wärmepumpenkreislauf zum Verbraucher geleitet. Die Luftwärmepumpe hat eine von der geförderten Luft abhängige Leistungszahl (COP = Coefficient Of Performance), die dem Quotienten aus der an den Verbraucher abgegebenen Wärmeleistung (Qc) und der zum Betrieb der Luftwärmepumpe eingesetzten Antriebsleistung (W) entspricht, wobei sich die Antriebsleistung (W) im Wesentlichen aus den elektrischen Anschlussleistungen eines Kompressors und einer Drossel der Luftwärmepumpe, des Luftströmungserzeugers sowie einer Regelungselektronik zusammensetzt. Erfindungsgemäß ist zur Erhöhung der Leistungszahl vorgesehen, dass eine Mess- und Regeleinheit zwischen wenigstens zwei unterschiedlichen Luftquellen auswählt und Luft aus der ausgewählten Luftquelle in das Luftzuführungselement einleitet oder die ausgewählte Luftquelle mit dem Luftzuführungselement verbindet.The invention relates to a method for providing a heat output to a consumer for the heating of a room or preparation of domestic hot water by means of an air heat pump with an air supply element, at least one air flow generator, an evaporator and a heat pump circuit, wherein the air heat pump is connected to the air supply element. In this case, the air flow generator promotes air from the air supply element to the arranged in the air heat pump evaporator. The provided by the air heat pump heat output is passed through the heat pump cycle to the consumer. The air heat pump has a coefficient of performance dependent on the delivered air, which corresponds to the quotient of the heat output (Q c ) delivered to the consumer and the drive power (W) used to operate the air heat pump, whereby the drive power ( W) essentially consists of the electrical connection performance of a compressor and a throttle of the air heat pump, the air flow generator and a control electronics. According to the invention, to increase the coefficient of performance, it is provided that a measuring and control unit selects between at least two different air sources and introduces air from the selected air source into the air supply element or connects the selected air source with the air supply element.

Vorteilhaft an einer derartigen Ausgestaltung ist, dass durch die Erhöhung der Leistungszahl der Wärmepumpe, die jährlichen Betriebsstunden (Jahresarbeitszahl) der Wärmepumpe gesteigert werden können. Dies liegt daran, dass der Betrieb der Wärmepumpe nicht eingestellt werden muss, sobald Luft einer Quelle zu einer derartig niedrigen Leistungszahl führt, dass ein weiterer Betrieb ökologisch und ökonomisch nicht mehr sinnvoll ist. Vielmehr muss die Wärmepumpe erfindungsgemäß erst deaktiviert werden, wenn keine der Luftquellen geeignet ist, den Betrieb aufrecht zu erhalten oder aufzunehmen.An advantage of such a configuration is that by increasing the coefficient of performance of the heat pump, the annual operating hours (annual work count) of the heat pump can be increased. This is because the operation of the heat pump does not need to be adjusted as soon as air from one source leads to such a low coefficient of performance that further operation is not ecologically and economically viable makes more sense. Rather, according to the invention, the heat pump does not have to be deactivated until none of the air sources is suitable for maintaining or receiving the operation.

Zudem ist von Vorteil, wenn die Leistungszahl durch Auswahl der geeigneteren Luftquelle im Durchschnitt erhöht werden kann. Somit steigt der Wirkungsgrad, indem die einzusetzende Betriebsleistung sinkt und die gewonnene Wärmeleistung steigt. Letzlich sinken somit die Betriebskosten, die Amortisationszeit der Wärmepumpenkosten sowie alle zusätzlichen Kosten. Die Wärmepumpe kann außerdem bei gleichem Leistungsbedarf eine geringere Leistung aufweisen.In addition, it is advantageous if the coefficient of performance can be increased by selecting the more suitable air source on average. Thus, the efficiency increases by the operating power to be used decreases and the heat output gained increases. Ultimately, the operating costs, the payback period of the heat pump costs and all additional costs are reduced. The heat pump may also have lower power for the same power requirement.

Da die Luftquellen örtlich voneinander getrennt sein können, ergeben sich daraus unterschiedliche Strömungswiderstände für die Strömung der jeweiligen Quellluft zum Verdampfer. Sofern die Leistung des ersten Strömungserzeugers ausreichend ist, um einen hinreichenden Luftstrom zu erzeugen, wird die Luftquelle mit dem Luftzuführungselement verbunden. Für den Fall, dass bestimmte Luftquellen höhere Strömungswiderstände aufweisen, können zur Unterstützung weitere Luftströmungserzeuger oder ähnliches eingesetzt werden und die Luft wird sodann aktiv von der Quelle in das Luftzuführungselement eingeleitet.Since the air sources can be spatially separated from each other, this results in different flow resistance for the flow of the respective source air to the evaporator. If the power of the first flow generator is sufficient to produce a sufficient air flow, the air source is connected to the air supply element. In the event that certain air sources have higher flow resistances, additional air flow generators or the like may be used to assist and the air is then actively introduced from the source into the air supply element.

Eine einfache Umsetzung der Erfindung erfolgt dadurch, dass die Mess- und Regeleinheit, mit Hilfe von Temperatursensoren, Lufttemperaturen der unterschiedlichen Luftquellen bestimmt und die Luftquelle auswählt, welche die höchste Temperatur aufweist und zudem verfügbar ist. Pro Luftquelle ist somit lediglich ein Sensor erforderlich. Weiterhin ist von Vorteil, dass ausschließlich die Quelle mit der höchsten Temperatur ausgewählt wird. Aufwendige Berechnungen sind somit nicht notwendig.A simple implementation of the invention takes place in that the measuring and control unit, with the aid of temperature sensors, determines air temperatures of the different air sources and selects the air source which has the highest temperature and is also available. Thus, only one sensor per air source is required. Furthermore, it is advantageous that only the source with the highest temperature is selected. Complex calculations are therefore not necessary.

Um die Leistungszahl der Wärmepumpe weiter zu erhöhen, ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Mess- und Regeleinheit mit Hilfe von Temperatursensoren und/oder Feuchtigkeitssensoren und/oder Drucksensoren einen Enthalpiegehalt und eine Verfügbarkeit von Luft der unterschiedlichen Luftquellen bestimmt. Die Enthalpie gibt wesentlich besser darüber Aufschluss, wie viel Energie in der Luft einer Quelle vorhanden ist, als eine ausschließliche Temperaturmessung, denn feuchte Luft einer bestimmten Temperatur weist eine höhere Enthalpie auf als trockene Luft der gleichen Temperatur. Voraussetzung hierfür ist ein gleicher Luftdruck, denn je höher der Luftdruck ist, desto höher ist die Enthalpie bei gleicher Temperatur und gleicher Luftfeuchte.In order to further increase the coefficient of performance of the heat pump, it is provided in a development of the invention that the measuring and control unit determines an enthalpy content and an availability of air of the different air sources with the aid of temperature sensors and / or humidity sensors and / or pressure sensors. The enthalpy gives much better information about how much energy is present in the air of a source, as an exclusive temperature measurement, because humid air of a certain temperature has a higher enthalpy than dry air of the same temperature. The prerequisite for this is an equal air pressure, because the higher the air pressure, the higher the enthalpy at the same temperature and the same humidity.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass mit Hilfe der Feuchtigkeitssensoren die Mess- und Regeleinheit bei der Auswahl der Luftquelle berücksichtigen kann, dass unterschiedliche Luftquellen unterschiedliche Luftfeuchtigkeiten aufweisen können, die erheblichen Einfluss auf die Leistungszahl der Luftwärmepumpe haben. Hierdurch wird die Leistungszahl im jährlichen Durschnitt erhöht und auch die Jahresarbeitszahl kann gesteigert werden.A particular advantage of the invention is that with the aid of the moisture sensors, the measuring and control unit can take into account when selecting the air source that different air sources may have different humidities, which have a significant influence on the coefficient of performance of the air heat pump. This will increase the figure of merit on an annual average and also increase the annual workload.

Gleiches gilt für den Einsatz von Drucksensoren, wodurch die Mess- und Regeleinheit bei der Auswahl der Luftquelle berücksichtigen kann, dass unterschiedliche Luftquellen unterschiedliche Drücke aufweisen können, die ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Leistungszahl der Luftwärmepumpe haben. Auch hierdurch wird die Leistungszahl im jährlichen Durschnitt erhöht und auch die Jahresarbeitszahl kann gesteigert werden.The same applies to the use of pressure sensors, whereby the measuring and control unit can take into account when selecting the air source that different air sources can have different pressures, which also have a significant influence on the coefficient of performance of the air source heat pump. This also increases the figure of merit on an annual average and can also increase the annual employment rate.

Um den ermittelten Enthalpiegehalt dazu zu nutzen, die Leistungszahl zu steigern, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Mess- und Regeleinheit die Luftquelle auswählt, die den höchsten Enthalpiegehalt aufweist und verfügbar ist oder die Leistungszahl für jede Luftquelle berechnet und diejenige mit der höchsten Leistungszahl auswählt.In order to use the determined enthalpy content to increase the coefficient of performance, an embodiment of the invention provides that the measuring and control unit selects the air source having the highest enthalpy content and is available or calculates the coefficient of performance for each air source and the one with the highest Select number of benefits.

Dies führt insbesondere wenn die unterschiedlichen Luftquellen stark abweichende Luftfeuchtigkeiten aufweisen, zu einer erheblichen Steigerung der Leistungszahl im Vergleich zu einer ausschließlichen Auswahl nach der Temperatur der Luft einer Luftquelle. Hohe Luftfeuchtigkeitsunterschiede können zum Beispiel daraus resultieren, dass Luft aus einem Wohnraum entnommen wird statt aus der Umgebung.This results in a significant increase in the coefficient of performance, in particular when the different air sources have greatly different atmospheric humidities, compared to an exclusive selection according to the temperature of the air of an air source. High differences in humidity, for example, can result from the fact that air is taken from a living space rather than from the environment.

Auch durch eine Luftquelle höheren Druckes können Vorteile entstehen. Leichte Druckunterschiede können zum Beispiel vorliegen, wenn Luft aus dem Wohnraum zum Lüften durch einen Lüfter ohnehin in die Umgebung gepresst wird. Dies ist auch bei einer Dunstabzugshaube denkbar, bei der zusätzlich hohe Luftfeuchtigkeit vorliegen könnte, genauso wie bei einer Badezimmerentlüftung. Größere Drücke können beispielsweise in Quellen vorhanden sein, die beispielsweise ein großes Abluftgebläse oder eine Absauganlage sind. Auch Abgase aus Verbrennungskraftmaschinen haben häufig einen hohen Druck.Even by a source of air higher pressure benefits can arise. For example, slight differences in pressure may be present when air from the living space is forced into the environment for ventilation by a fan anyway. This is also conceivable with an extractor hood, in which additionally high air humidity could be present, just as with a bathroom ventilation. Larger pressures may be present, for example, in sources that are, for example, a large exhaust fan or an exhaust system. Exhaust gases from internal combustion engines often have high pressure.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung berücksichtigt die Mess- und Regeleinheit bei der Auswahl der Luftquelle den Energiebedarf für eine Zuführung von Luft aus dieser. Aufgrund unterschiedlicher Strömungswiderstände für den Luftstrom von einer Luftquelle zum Verdampfer kann es sein, dass die Leistung des Luftströmungserzeugers angepasst werden muss, oder aber weitere Strömungserzeuger eingeschaltet werden müssen. Insbesondere durch Berücksichtigung dieser Leistung für den Luftströmungserzeuger, dessen Energieverbrauch bei gleichem Luftdurchsatz und höherem Strömungswiderstand der Zuführung aus einer Luftquelle ansteigt, kann die durchschnittliche Leistungszahl der Wärmepumpe weiter gesteigert werden. Vorzugsweise wird der Luftdurchsatz und der Stromverbrauch des Luftströmungserzeugers gemessen oder es werden Werte hinterlegt.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the measuring and control unit takes into account in the selection of the air source the energy required for a supply of air from this. Due to different flow resistances for the air flow of one Air source to the evaporator may be that the performance of the air flow generator must be adjusted, or other flow generator must be turned on. In particular, by taking account of this power for the air flow generator whose energy consumption increases at the same air flow rate and higher flow resistance of the supply from an air source, the average coefficient of performance of the heat pump can be further increased. Preferably, the air flow rate and the power consumption of the air flow generator is measured or values are stored.

Letzteres ist deshalb vorteilhaft, da zusätzliche Bauteile zur Messung des Stromverbrauchs und des Luftdurchsatzes nicht benötigt werden, wenn ausschließlich Luftquellen mit sich nicht verändernden Strömungswiderständen als Luftquellen vorgesehen sind. Bei Inbetriebnahme der Wärmepumpe kann dann einmalig eine einfache Referenzmessung vorgenommen werden, deren Ergebnisse in der Mess- und Regeleinheit hinterlegt werden. Zur Berechnung der Leistungszahl muss die benötigte Leistung für die Luftzuführung nur zu der zum Betrieb der Luftwärmepumpe eingesetzten Antriebsleistung addiert werden. Die Kosten einer derartigen Ausführungsform der Erfindung sind somit gering und es wird auch keine Leistung zur Durchführung der Messung benötigt, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.The latter is advantageous because additional components for measuring the power consumption and the air flow rate are not required if only air sources are provided with non-changing flow resistance as air sources. When commissioning the heat pump, a simple reference measurement can then be made once, the results of which are stored in the measuring and control unit. To calculate the coefficient of performance, the required power for the air supply only has to be added to the drive power used to operate the air heat pump. The cost of such an embodiment of the invention are thus low and no power is required to perform the measurement, whereby a high efficiency is achieved.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der Messsensoren für die Luftströmung und der Luftströmungserzeugerleistung eingesetzt werden, wenn Luftquellen mit sich verändernden Strömungswiderständen als Luftquellen vorgesehen sind. Dies kann beispielsweise bei Luftquellen, denen Filter vorgeschaltet sind, der Fall sein. Auf diese Weise kann die Mess-und Regeleinheit berücksichtigen, dass Filter von unterschiedlichen Luftquellen unterschiedlich stark von Verschmutzung betroffen sein können und sich der Leistungsaufwand für die Luftzuführung mit zunehmender Zeit ändert. Weiterhin kann der Strömungswiderstand beispielsweise durch eine Windrichtung beeinflusst sein. Die Mess-und Regeleinheit kann hierdurch die Leistungszahl der unterschiedlichen Luftquellen exakt bestimmen und die best mögliche Luftquelle auswählen, wodurch sich die jährliche durchschnittliche Leistungszahl der Wärmepumpe erhöht und auch die Jahresarbeitszahl kann gesteigert werden. Auch die Kosten der Messungsdurchführung halten sich in Grenzen und werden durch die höhere durchschnittliche Jahresleistungszahl armortisiert, so dass der Einsatz der Messung auch ökonomische Vorteile aufweist.A further advantage results from an embodiment of the method according to the invention in which measuring sensors for the air flow and the air flow generator power are used when air sources with changing flow resistances are provided as air sources. This can be the case, for example, with air sources, which are preceded by filters. In this way, the measuring and control unit can take into account that filters from different air sources can be affected to a different extent by contamination and the power requirement for the air supply changes with increasing time. Furthermore, the flow resistance can be influenced, for example, by a wind direction. The measuring and control unit can thereby accurately determine the coefficient of performance of the different air sources and select the best possible air source, which increases the annual average coefficient of performance of the heat pump and also the annual work rate can be increased. Also, the costs of the measurement implementation are limited and are poored by the higher average annual performance, so that the use of the measurement also has economic benefits.

Vorteilhafter Weise berücksichtigt die Mess- und Regeleinheit eine Leistung die ohnehin erbracht wird, zum Beispiel durch Aktivierung der Dunstabzugshaube, der Badlüftung oder Wohnraumlüftung, nicht zur Berechnung der Leistungszahl. Auf diese Weise wählt die Mess- und Regeleinheit die Luftquelle aus, die tatsächlich zur höchst möglichen Jahresleistungzahl führt.Advantageously, the measuring and control unit takes into account a power which is provided in any case, for example by activation of the extractor hood, the bath ventilation or living room ventilation, not for calculating the coefficient of performance. In this way, the measuring and control unit selects the air source, which actually leads to the highest possible annual output.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung ist dadurch erzielbar, dass die Mess- und Regeleinheit Luft aus unterschiedlichen Luftquellen gleichzeitig in das Luftzuführungselement einleitet oder die unterschiedlichen Luftquellen gleichzeitig mit dem Luftzuführungselement verbindet, vorzugsweise derart, dass die Leistungszahl maximiert wird. Insbesondere kann dies sinnvoll sein, wenn eine Luftquelle nur eingeschränkt verfügbar ist, so dass die Wärmepumpe nicht allein mit ihr betrieben werden kann. Dies ermöglicht es der Luftquelle mit der höheren Temperatur die Luftquelle mit der nächst tieferen Temperatur zuzuschalten. Ebenso ist es möglich der Luftquelle mit dem höheren Enthalpiegehalt die Luftquelle mit dem nächst tieferen Enthalpiegehalt oder der Luftquelle höherer Leistungszahl die Luftquelle mit der nächst tieferen Leistungszahl zuzuschaltet. Dies führt zum Beispiel dann zu einer Erhöhung der Leistungszahl der Wärmepumpe, wenn nur eine geringe Menge sehr heißer und feuchter Luft aus einer Dunstabzugshaube verfügbar ist, die mit einer weiteren Luftquelle vermischt werden muss, um überhaupt genutzt werden zu können. Dabei ist darauf zu achten, dass die Luftquelle mit der höchsten Temperatur oder Enthalpie oder Leistungszahl zu 100% in das Luftzuführungselement eingespeist wird und die nächst tiefere Luftquelle die restliche erforderliche Luft einbringt. Auch hier kann beachtet werden, wie hoch die Energie für die Luftzuführung der einzelnen Quellen ist.A further improvement of the invention can be achieved in that the measuring and control unit simultaneously introduces air from different air sources into the air supply element or simultaneously connects the different air sources with the air supply element, preferably in such a way that the coefficient of performance is maximized. In particular, this may be useful if an air source is available only to a limited extent, so that the heat pump can not be operated alone with her. This allows the air source with the higher temperature to switch on the air source at the next lower temperature. It is also possible for the air source with the higher enthalpy content to connect the air source with the next lower enthalpy content or the air source with a higher coefficient of performance to the air source with the next lowest coefficient of performance. This leads, for example, to an increase in the coefficient of performance of the heat pump, if only a small amount of very hot and humid air from an extractor hood is available, which must be mixed with another air source in order to be used at all. It is important to ensure that the air source with the highest temperature or enthalpy or coefficient of performance is 100% fed into the air supply element and the next lower air source introduces the remaining required air. Here, too, it is possible to observe how high the energy for the air supply of the individual sources is.

Eine Version der Erfindung sieht vor, dass eine erste Luftquelle Außenluft aus der Erdatmosphäre ist. Dies ist die im Markt am weitesten verbreitete Luftquelle für eine Wärmepumpe. Vorteilhaft an dieser Luftquelle ist, dass sie unbeschränkt immer verfügbar ist.One version of the invention provides that a first air source is outside air from the earth's atmosphere. This is the market's most widely used air source for a heat pump. An advantage of this air source is that it is always available without restrictions.

Eine weitere Version der Erfindung sieht vor, dass eine zweite Luftquelle Abluft aus dem Raum ist. Dies ist insbesondere deshalb vorteilig, da Wohnräume ohnehin regelmäßig gelüftet werden müssen. Bei einer Lüftung durch Öffnen der Fenster geht eine erhebliche Wärmeleistung verloren. Wird die Luft jedoch als Luftquelle für die Wärmepumpe genutzt, kann ein großer Teil der Wärmeleistung zur Gewinnung neuer Wärmeleistung genutzt werden. Besondere Vorteile ergeben sich daraus, dass auch Dunstabzugshauben und Badezimmerentlüftungen mit dem Luftzuführungselement verbunden werden. Diese Luftquellen verfügen über ein hohes kurzzeitiges Leistungspotential in Verbindung mit der Wärmepumpe, dass mit erfindungsgemäßer Lösung genutzt werden kann.Another version of the invention provides that a second air source is exhaust air from the room. This is particularly advantageous because living rooms must be ventilated regularly anyway. In a ventilation by opening the window, a significant heat output is lost. However, if the air is used as an air source for the heat pump, a large part of the heat output can be used to obtain new heat output. Particular advantages result from the fact that extractor hoods and bathroom vents are connected to the air supply element. These Air sources have a high short-term power potential in connection with the heat pump that can be used with the inventive solution.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Abluft vor Eintritt in das Luftzuführungselement durch einen Wärmetauscher zu leiten, wo sie Energie an in den Raum strömende Frischluft oder an Brauch- oder an Heizwasser abgibt. Zur Auswahl der Luftquelle ist dementsprechend die Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck dieser Luftquelle zwischen Wärmetauscher und Verdampfer durchzuführen.Another possibility is to direct the exhaust air before entering the air supply element through a heat exchanger, where it gives off energy to fresh air flowing into the room or to service or to heating water. For the selection of the air source, accordingly, the measurement of temperature, humidity and pressure of this air source between the heat exchanger and evaporator is carried out.

Besondere Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, dass eine dritte Luftquelle ein Luftkollektor ist, der Außenluft durch Sonneneinstrahlung in einem Durchlaufverfahren vorwärmt und insbesondere ein Fassadenkollektor ist. Auf diese Weise wird die Energie der Sonne ökologisch genutzt, indem sie die Luft dieser Luftquelle aufwärmt, bevor sie der Wärmepumpe zugeführt wird. Durch die Verwendung eines Luftkollektors kann ein Betrieb der Wärmepumpe insbesondere auch bei niedrigen Außentemperaturen gewährleistet werden. Hierdurch wird die Gesamtbetriebsdauer der Wärmepumpe in einem Betriebsjahr deutlich erhöht, denn Wärmeleistung wird insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen benötigt und die Wärmepumpe ist deshalb vornehmlich in dieser Zeit in Betrieb. Weiterhin wird die Leistung auch dann maßgeblich erhöht, wenn Außenluft zwar verfügbar ist, aber durch eine Vorwärmung der Luft eine deutlich höhere Leistungszahl erreichbar ist.Particular advantages of the invention will become apparent from the fact that a third air source is an air collector, the outside air preheated by sunlight in a continuous process and in particular a facade collector. In this way, the energy of the sun is used ecologically by warming the air of this air source before it is fed to the heat pump. By using an air collector operation of the heat pump can be ensured, especially at low outdoor temperatures. As a result, the total operating time of the heat pump is significantly increased in a year of operation, because heat output is needed especially at low outdoor temperatures and the heat pump is therefore primarily in this time in operation. Furthermore, the performance is significantly increased even if outside air is available, but by a preheating of the air, a significantly higher coefficient of performance can be achieved.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen werden, dass die Mess- und Regeleinheit Luft aus der dritten Luftquelle direkt in den Raum leiten kann. Wird Außenluft in einem Luftkollektor beispielsweise über Wohnraumtemperatur erwärmt, kann eine Lüftung des Wohnraums vorgenommen werden, ohne, dass dieser auskühlt. Auf diese Weise kann der Lüftungszeitpunkt automatisiert dann durchgeführt werden, wenn der geringste Wärmeleistungsverlust zu erwarten ist.According to the invention it can be provided that the measuring and control unit can direct air from the third air source directly into the room. If outside air in an air collector, for example, heated above the living room temperature, a ventilation of the living space can be made without this cools. In this way, the ventilation time can be performed automatically when the lowest heat loss is expected.

In einer Ausführungsform der Erfindung steuert die Mess- und Regeleinheit zur Verbindung der ausgewählten Luftquelle mit dem Luftzuführungselement wenigstens ein erstes Ventil oder eine erste Klappe. Diese können über eine Geschlossen- und Offenposition verfügen, oder aber stufenlos verstellbar sein. Vorteilhaft dabei ist, dass die Verstellung automatisch über Stellmotoren erfolgen kann, wofür weiterhin nur eine geringe Leistung erforderlich ist.In one embodiment of the invention, the measuring and control unit for connecting the selected air source with the air supply element controls at least a first valve or a first flap. These can have a closed and open position, or be infinitely adjustable. The advantage here is that the adjustment can be done automatically via actuators, for which still only a small power is required.

Selbstverständlich kann die Erfindung nicht nur bei Wohnräumen zum Einsatz kommen, sondern an allen Einsatzorten von Luftwärmepumpen. Zum Beispiel bei Gebäuden, Häusern und Hallen. Insbesondere bei Industriegebäuden kann auch eine Nutzung von Abgasen als Luftquelle vorteilhaft sein.Of course, the invention can be used not only in living rooms, but at all locations of air heat pumps. For example, in buildings, Houses and halls. Especially in industrial buildings can also be advantageous to use of exhaust gases as an air source.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in den Figuren:

Fig. 1
Eine Luftwärmepumpe mit einem Luftzuführungselement, zwei Luftquellen und einer Mess- und Regeleinheit
Fig. 2
Eine Luftwärmepumpe mit einem Luftzuführungselement, zwei Luftquellen mit Sensoren und einer Mess- und Regeleinheit
Fig. 3
Eine Luftwärmepumpe mit einem Luftzuführungselement, einer Außenluft-Luftquelle und einer Luftkollektor-Luftquelle
Fig. 4
Eine Luftwärmepumpe mit einem Luftzuführungselement, einer Außenluft-Luftquelle, einer Luftkollektor-Luftquelle und einer Abluft-Luftquelle
Fig. 5
Eine Luftwärmepumpe mit einem Luftzuführungselement, einer Außenluft-Luftquelle, einer Luftkollektor-Luftquelle und einer Abluft-Luftquelle mit einem Wärmetauscher
The drawings illustrate embodiments of the invention and show in the figures:
Fig. 1
An air heat pump with one air supply element, two air sources and a measuring and control unit
Fig. 2
An air heat pump with an air supply element, two air sources with sensors and a measuring and control unit
Fig. 3
An air heat pump having an air supply element, an outside air air source, and an air collector air source
Fig. 4
An air heat pump having an air supply element, an outdoor air source, an air collector air source and an exhaust air source
Fig. 5
An air heat pump having an air supply element, an outside air air source, an air collector air source and an exhaust air source with a heat exchanger

Figur 1 zeigt eine Luftwärmepumpe 1 mit einem Luftströmungserzeuger 3, einem Verdampfer 4 und einem Wärmepumpenkreislauf 5 mit einem Verbraucher 6 in einem Raum 50. Sowohl Verdampfer 4 als auch Luftströmungserzeuger 3 sind in einer Ausgangsöffnung der Luftwärmepumpe 1 angeordnet. Die Luftwärmepumpe 1 ist eingangsseitig mit einem Luftzuführungselement 2 strömungsverbunden. Dieses wiederum ist mit einer ersten Luftquelle 21 strömungsverbunden, sofern eine Mess- und Regeleinheit 10 eine erste Klappe 15 nicht in eine Geschlossenstellung bewegt und mit einer zweiten Luftquelle 22 strömungsverbunden, sofern die Mess- und Regeleinheit 10 eine zweite Klappe 16 nicht in eine Geschlossenstellung bewegt. FIG. 1 shows an air heat pump 1 with an air flow generator 3, an evaporator 4 and a heat pump circuit 5 with a consumer 6 in a room 50. Both evaporator 4 and air flow generator 3 are arranged in an outlet opening of the air heat pump 1. The air heat pump 1 is fluidly connected to the input side with an air supply element 2. This, in turn, is fluidly connected to a first air source 21 if a measuring and control unit 10 does not move a first flap 15 to a closed position and fluidly connect to a second air source 22 unless the measuring and control unit 10 moves a second flap 16 to a closed position ,

Der Luftströmungserzeuger 3 wird derart betrieben, dass ein Unterdruck in einem Innenraum der Luftwärmepumpe 1 und dem Luftzuführungselement 2 vorliegt. Die Mess-und Regeleinheit 10 trifft eine Entscheidung darüber, welche der Luftquellen mit dem Luftzuführungselement 2 verbunden werden soll und steuert die erste Klappe 15 und die zweite Klappe 16 an. Sofern sich die erste Klappe 15 nicht in einer Geschlossenstellung befindet, strömt aufgrund des Unterdrucks im Luftzuführungselement 2 Luft aus der ersten Luftquelle 21 in das Luftzuführungselement 2, von dort zum Innenraum der Luftwärmepumpe 1 und anschließend zum Verdampfer 4. Sofern sich die zweite Klappe 16 nicht in einer Geschlossenstellung befindet, strömt aufgrund des Unterdrucks im Luftzuführungselement 2 Luft aus der zweiten Luftquelle 22 in das Luftzuführungselement 2, von dort zum Innenraum der Luftwärmepumpe 1 und anschließend zum Verdampfer 4.The air flow generator 3 is operated such that there is a negative pressure in an inner space of the air heat pump 1 and the air supply element 2. The measuring and control unit 10 makes a decision as to which of the air sources is to be connected to the air supply element 2 and controls the first flap 15 and the second flap 16. If the first flap 15 is not in a closed position, air flows from the first air source 21 into the air supply element 2 due to the negative pressure in the air supply element 2, from there to the interior of the air heat pump 1 and then to the evaporator 4. If the second flap 16 does not is in a closed position, flows due to the negative pressure in Air supply element 2 air from the second air source 22 in the air supply element 2, from there to the interior of the air heat pump 1 and then to the evaporator. 4

Die Luft gibt am Verdampfer 4 einen Teil ihrer Energie ab und verlässt die Wärmepumpe 1 anschließend durch die Ausgangsöffnung. Die hierdurch vom Verdampfer 4 gewonnene Wärmeleistung wird über den Wärmepumpenkreislauf 5 zum Verbraucher 6 geleitet. Hierdurch wird der Raum 50 erwärmt.The air releases some of its energy from the evaporator 4 and then leaves the heat pump 1 through the outlet opening. The thermal power thus obtained by the evaporator 4 is passed through the heat pump circuit 5 to the consumer 6. As a result, the space 50 is heated.

In Figur 2 wird eine Luftwärmepumpe 1 mit einem Luftströmungserzeuger 3 gezeigt, die mit einem Luftzuführungselement 2 strömungsverbunden ist. Dieses wiederum ist mit einer ersten Luftquelle 21 strömungsverbunden, sofern eine Mess- und Regeleinheit 10 eine erste Klappe 15 nicht in eine Geschlossenstellung bewegt und mit einer zweiten Luftquelle 22 strömungsverbunden, sofern eine Mess- und Regeleinheit 10 eine zweite Klappe 16 nicht in eine Geschlossenstellung bewegt. Die Mess- und Regeleinheit 10 ist mit einem Temperatursensor 11, einem Feuchtigkeitssensor 12 und einem Drucksensor 17 der ersten Luftquelle 21 sowie einem Temperatursensor 11, einem Feuchtigkeitssensor 12 und einem Drucksensor 17 der zweiten Luftquelle 22 verbunden. Zusätzlich ist die Mess- und Regeleinheit 10 auch mit dem Luftströmungserzeuger 3 verbunden.In FIG. 2 an air heat pump 1 is shown with an air flow generator 3, which is fluidly connected to an air supply element 2. This, in turn, is fluidly connected to a first air source 21 if a measuring and control unit 10 does not move a first flap 15 to a closed position and fluidly connected to a second air source 22 unless a measuring and control unit 10 moves a second flap 16 to a closed position , The measuring and control unit 10 is connected to a temperature sensor 11, a humidity sensor 12 and a pressure sensor 17 of the first air source 21 and a temperature sensor 11, a humidity sensor 12 and a pressure sensor 17 of the second air source 22. In addition, the measurement and control unit 10 is also connected to the air flow generator 3.

Durch die Messung der Temperatur, Feuchtigkeit und des Drucks, berechnet die Mess-und Regeleinheit 10 die Enthalpie der ersten Luftquelle 21 und der zweiten Luftquelle 22. Basierend auf dem Ergebnis trifft die Mess- und Regeleinheit 10 eine Entscheidung darüber, welche der Luftquellen mit dem Luftzuführungselement 2 verbunden werden soll.By measuring the temperature, humidity and pressure, the measurement and control unit 10 calculates the enthalpy of the first air source 21 and the second air source 22. Based on the result, the measurement and control unit 10 makes a decision as to which of the air sources with the Air supply element 2 is to be connected.

Vorteilhafter Weise wird jedoch eine Leistungszahl der Luftwärmepumpe 1 berechnet. In diese Berechnung kann auch die Leistung für den Luftströmungserzeuger 3 einfließen, der von der Mess- und Regeleinheit 10 gemessen werden kann.Advantageously, however, a coefficient of performance of the air heat pump 1 is calculated. The power for the air flow generator 3, which can be measured by the measuring and control unit 10, can also be included in this calculation.

Sofern die Enthalpie der ersten Luftquelle 21 höher ist als die der zweiten Luftquelle 22 steuert die Mess- und Regeleinheit 10 die erste Klappe 15 derart an, dass diese in eine Offenstellung bewegt wird und die zweite Klappe 16 derart an, dass sie in eine Geschlossenstellung bewegt wird. Sofern jedoch die Enthalpie der zweiten Luftquelle 22 höher ist als die der ersten Luftquelle 21 steuert die Mess- und Regeleinheit 10 die erste Klappe 15 derart an, dass diese in eine Geschlossenstellung bewegt wird und die zweite Klappe 16 derart an, dass sie in eine Offenstellung bewegt wird.If the enthalpy of the first air source 21 is higher than that of the second air source 22, the measurement and control unit 10 controls the first flap 15 so that it is moved to an open position and the second flap 16 so that it moves to a closed position becomes. However, if the enthalpy of the second air source 22 is higher than that of the first air source 21, the measurement and control unit 10 controls the first flap 15 to move to a closed position and the second flap 16 to move to an open position is moved.

Für den Fall, dass Luft aus der Luftquelle mit Klappe in Offenstellung, nicht in ausreichendem Maße verfügbar ist, wird die Klappe die sich in der Geschlossenstellung befindet, soweit geöffnet, dass der Wärmepumpe ausreichend Luft zugeführt wird. Dabei wird beachtet, dass die Luft aus der Luftquelle mit voll geöffneter Klappe noch vollständig in das Luftzuführungselement 2 eingeleitet wird und Luft aus der anderen Luftquelle ausschließlich den restlichen Luftbedarf der Wärmepumpe 1 stellt.In the event that air from the air source with the flap in the open position is insufficiently available, the flap, which is in the closed position, is opened so far that enough air is supplied to the heat pump. It is noted that the air from the air source with fully open flap is still fully introduced into the air supply element 2 and air from the other air source only the remaining air requirement of the heat pump 1 is.

In Figur 3 ist eine Luftwärmepumpe 1 dargestellt, die eingangsseitig mit einem Luftzuführungselement 2 verbunden ist. Dieses wiederum ist mit zwei Luftquellen verbunden, wobei eine erste Luftquelle 21 Außenluft und eine dritte Luftquelle 23 ein Luftkollektor 24 ist. Die erste Luftquelle 21 kann mit Hilfe eines ersten Ventils 13 mit dem Luftzuführungselement 2 verbunden werden. Sofern sich dieses in einer Offenstellung befindet, strömt nahezu ausschließlich Außenluft in das Luftzuführungselement 2, da der Luftströmungswiderstand des Luftkollektors 24 deutlich höher ist. Befindet sich das erste Ventil 12 jedoch in einer Geschlossenposition strömt Außenluft zunächst durch den Luftkollektor 24 und dann zum Luftzuführungselement 2. Auf diese Weise kann die Außenluft vorgewärmt werden.In FIG. 3 an air heat pump 1 is shown, which is connected on the input side with an air supply element 2. This in turn is connected to two air sources, wherein a first air source 21 is outside air and a third air source 23 is an air collector 24. The first air source 21 can be connected to the air supply element 2 by means of a first valve 13. If this is in an open position, almost exclusively outside air flows into the air supply element 2, since the air flow resistance of the air collector 24 is significantly higher. However, when the first valve 12 is in a closed position, outside air flows first through the air collector 24 and then to the air supply element 2. In this way, the outside air can be preheated.

Gemäß Figur 4 ist eine Luftwärmepumpe 1 eingangsseitig mit einem Luftzuführungselement 2 verbunden. Dieses wiederum ist mit drei Luftquellen verbunden, wobei eine erste Luftquelle 21 Außenluft, eine zweite Luftquelle 22 Abluft und eine dritte Luftquelle 23 ein Luftkollektor 24 ist. Die erste Luftquelle 21 kann mit Hilfe einer ersten Klappe 15 mit dem Luftzuführungselement 2 verbunden werden und die zweite Luftquelle 22 mit Hilfe einer zweiten Klappe 16. Der Luftströmungswiderstand des Luftkollektors 24 ist deutlich höher als der der anderen Luftquellen, wodurch Luft aus diesem nur in das Luftzuführungselement einströmt, wenn die erste Klappe 15 und die zweite Klappe 16 geschlossen sind.According to FIG. 4 an air heat pump 1 is connected on the input side to an air supply element 2. This in turn is connected to three air sources, wherein a first air source 21 outside air, a second air source 22 exhaust air and a third air source 23 is an air collector 24. The first air source 21 can be connected by means of a first flap 15 to the air supply element 2 and the second air source 22 by means of a second flap 16. The air flow resistance of the air collector 24 is significantly higher than that of the other air sources, whereby air from this only in the Air supply element flows when the first flap 15 and the second flap 16 are closed.

Nicht gezeigt ist, dass die Abluft aus der zweiten Luftquelle 22 auch in den Luftkollektor 24 eingeleitet werden könnte. Dies ist jedoch möglich und sinnvoll, sofern hierdurch die Leistungszahl der Luftwärmepumpe 1 erhöht wird. Hierfür wäre vorteilhafterweise einen Kanal und eine weitere Klappe vorzusehen, die derart ausgelegt werden, dass die Abluft in einer Stellung der Klappe zum Luftzuführungselement 2 geleitet wird und in einer anderen zum Luftkollektor 24.It is not shown that the exhaust air from the second air source 22 could also be introduced into the air collector 24. However, this is possible and useful, provided that this increases the coefficient of performance of the air heat pump 1. For this purpose, a channel and a further flap would advantageously be provided, which are designed such that the exhaust air is directed in a position of the flap to the air supply element 2 and in another to the air collector 24th

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt Figur 5 eine Luftwärmepumpe 1 mit einem Verdampfer 4, die mit einem Luftzuführungselement 2 verbunden ist. Dieses wiederum ist mit drei Luftquellen verbunden, wobei eine erste Luftquelle 21 Außenluft, eine zweite Luftquelle 22 Abluft und eine dritte Luftquelle 23 ein Luftkollektor 24 ist. Die erste Luftquelle 21 kann mit Hilfe einer ersten Klappe 15 mit dem Luftzuführungselement 2 verbunden werden und die zweite Luftquelle 22 mit Hilfe einer zweiten Klappe 16. Der Luftströmungswiderstand des Luftkollektors 24 ist deutlich höher als der der anderen Luftquellen, wodurch Luft aus diesem nur in das Luftzuführungselement einströmt, wenn die erste Klappe 15 und zweite Klappe 16 geschlossen sind.In a further embodiment of the invention shows FIG. 5 an air heat pump 1 with an evaporator 4, which is connected to an air supply element 2. This in turn is connected to three air sources, wherein a first air source 21 outside air, a second air source 22 exhaust air and a third air source 23 is an air collector 24. The first air source 21 can be connected by means of a first flap 15 to the air supply element 2 and the second air source 22 by means of a second flap 16. The air flow resistance of the air collector 24 is significantly higher than that of the other air sources, whereby air from this only in the Air supply element flows when the first flap 15 and second flap 16 are closed.

Weiterhin strömt Außenluft durch einen Kanal durch eine Wand in einen Raum 50. In diesem Kanal ist ein Wärmetauscher 25 vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers 25 strömt die Abluft aus dem Raum 50 zu dem Luftzuführungselement 2, sofern sich die zweite Klappe 16 in einer Offenstellung befindet. Dabei wird durch den Wärmetauscher Wärme von der Abluft auf die einströmende Außenluft übertragen. Hierdurch geht weniger Wärme bei einer Lüftung des Raumes 50 verloren. Allerdings sinkt hierdurch auch die Temperatur und die Enthalpie der Abluft, sodass eine Messung der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und des Drucks zwischen dem Wärmetauscher 25 und dem Verdampfer 4 erfolgen sollte.Furthermore, outside air flows through a channel through a wall into a space 50. In this channel, a heat exchanger 25 is provided. On the opposite side of the heat exchanger 25, the exhaust air flows from the space 50 to the air supply element 2, provided that the second flap 16 is in an open position. In this case, heat is transferred from the exhaust air to the incoming outside air through the heat exchanger. As a result, less heat is lost in a ventilation of the room 50. However, this also reduces the temperature and the enthalpy of the exhaust air, so that a measurement of the temperature, the humidity and the pressure between the heat exchanger 25 and the evaporator 4 should be made.

Bezugszeichenreference numeral

11
Luftwärmepumpeair source heat pump
22
LuftzuführungselementAir supply element
33
LuftströmungserzeugerAirflow generator
44
VerdampferEvaporator
55
WärmepumpenkreislaufHeat pump cycle
66
Verbraucherconsumer
1010
Mess- und RegeleinheitMeasuring and control unit
1111
Temperatursensorentemperature sensors
1212
Feuchtigkeitssensorenhumidity sensors
1313
erstes Ventilfirst valve
1414
zweites Ventilsecond valve
1515
erste Klappefirst flap
1616
zweite Klappesecond flap
1717
Drucksensorpressure sensor
2121
erste Luftquellefirst air source
2222
zweite Luftquellesecond air source
2323
dritte Luftquellethird air source
2424
Luftkollektorair collector
2525
Wärmetauscherheat exchangers
5050
Raumroom

Claims (12)

Verfahren zur Bereitstellung einer Wärmeleistung an einen Verbraucher (6) für die Erwärmung eines Raumes (50) oder Bereitung von Trinkwarmwasser mittels einer Luftwärmepumpe (1) mit einem Luftzuführungselement (2), wenigstens einem Luftströmungserzeuger (3), einem Verdampfer (4) und einem Wärmepumpenkreislauf (5), wobei die Luftwärmepumpe (1) mit dem Luftzuführungselement (2) verbunden ist, der Luftströmungserzeuger (3) Luft aus dem Luftzuführungselement (2) zu dem in der Luftwärmepumpe (1) angeordneten Verdampfer (4) fördert, von der Luftwärmepumpe (1) bereitgestellte Wärmeleistung über den Wärmepumpenkreislauf (5) zum Verbraucher (6) geleitet wird und die Luftwärmepumpe (1) eine von der geförderten Luft abhängige Leistungszahl (COP = Coefficient Of Performance) hat, die dem Quotienten aus der an den Verbraucher (6) abgegebenen Wärmeleistung (Qc) und der zum Betrieb der Luftwärmepumpe (1) eingesetzten Antriebsleistung (W) entspricht, wobei sich die Antriebsleistung (W) im Wesentlichen aus den elektrischen Anschlussleistungen eines Kompressors und einer Drossel der Luftwärmepumpe (1), des Luftströmungserzeugers (3) sowie einer Regelungselektronik zusammensetzt,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Leistungszahl eine Mess- und Regeleinheit (10) zwischen wenigstens zwei unterschiedlichen Luftquellen auswählt und Luft aus der ausgewählten Luftquelle in das Luftzuführungselement (2) einleitet oder die ausgewählte Luftquelle mit dem Luftzuführungselement (2) verbindet.A method for providing a heat output to a consumer (6) for heating a room (50) or preparation of domestic hot water by means of an air heat pump (1) with an air supply element (2), at least one air flow generator (3), an evaporator (4) and a A heat pump cycle (5), wherein the air heat pump (1) is connected to the air supply member (2), the air flow generator (3) conveys air from the air supply member (2) to the evaporator (4) disposed in the air heat pump (1) from the air heat pump (1) provided heat output through the heat pump cycle (5) to the consumer (6) is passed and the air heat pump (1) dependent on the air flow coefficient of performance (COP = Coefficient Of Performance), which the quotient from the to the consumer (6 ) outputted heat output (Q c ) and the operation of the air heat pump (1) used drive power (W) corresponds to the Antriebsleis tion (W) composed essentially of the electrical connection performance of a compressor and a throttle of the air heat pump (1), the air flow generator (3) and a control electronics,
characterized in that to increase the coefficient of performance, a measuring and control unit (10) selects between at least two different air sources and introduces air from the selected air source into the air supply element (2) or connects the selected air source to the air supply element (2). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) mit Hilfe von Temperatursensoren (11) Lufttemperaturen und eine Verfügbarkeit der Luft der unterschiedlichen Luftquellen bestimmt und die Luftquelle auswählt, welche die höchste Temperatur aufweist und verfügbar ist.Method according to claim 1,
characterized in that the measuring and control unit (10) by means of temperature sensors (11) determines air temperatures and availability of the air of the different air sources and selects the air source having the highest temperature and is available. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) mit Hilfe von Temperatursensoren (11) und/oder Feuchtigkeitssensoren (12) und/oder Drucksensoren (17) einen Enthalpiegehalt und eine Verfügbarkeit von Luft der unterschiedlichen Luftquellen bestimmt.Method according to one of claims 1 or 2,
characterized in that the measuring and control unit (10) with the aid of temperature sensors (11) and / or moisture sensors (12) and / or pressure sensors (17) determines an enthalpy content and an availability of air of the different air sources. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) die Luftquelle auswählt, die den höchsten Enthalpiegehalt aufweist und verfügbar ist oder die Leistungszahl für jede Luftquelle berechnet und diejenige mit der höchsten Leistungszahl auswählt.Method according to claim 3,
characterized in that the measuring and control unit (10) selects the air source having the highest enthalpy content and is available or calculates the coefficient of performance for each air source and selects the one with the highest coefficient of performance. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) bei der Auswahl der Luftquelle den Energiebedarf für eine Zuführung von Luft aus dieser berücksichtigt, insbesondere durch Berücksichtigung der Leistung für den Luftströmungserzeuger (3), dessen Energieverbrauch bei gleichem Luftdurchsatz und höherem Strömungswiderstand der Zuführung aus einer Luftquelle ansteigt, wobei vorzugsweise der Luftdurchsatz und der Stromverbrauch des Luftströmungserzeugers (3) gemessen oder Werte hinterlegt werden.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that the measuring and control unit (10) in the selection of the air source, the energy consumption for supplying air from this considered, in particular by considering the power for the air flow generator (3), its energy consumption at the same air flow and higher flow resistance of the feed rises from an air source, preferably the air flow rate and the power consumption of the air flow generator (3) are measured or deposited values. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) Luft aus unterschiedlichen Luftquellen gleichzeitig in das Luftzuführungselement (2) einleitet oder die unterschiedlichen Luftquellen gleichzeitig mit dem Luftzuführungselement (2) verbindet, vorzugsweise derart, dass die Leistungszahl maximiert wird.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that the measurement and control unit (10) simultaneously introduces air from different air sources into the air supply element (2) or connects the different air sources simultaneously with the air supply element (2), preferably such that the coefficient of performance is maximized. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Luftquelle (21) Außenluft aus der Erdatmosphäre ist.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that a first air source (21) is outside air from the earth's atmosphere. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Luftquelle (22) Abluft aus dem Raum (50) ist.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that a second air source (22) is exhaust air from the space (50). Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft vor Eintritt in das Luftzuführungselement (2) durch einen Wärmetauscher (25) geleitet wird und Energie an in den Raum (50) strömende Frischluft oder an Brauch- oder an Heizwasser abgibt.Method according to claim 8,
characterized in that the exhaust air before entering the air supply element (2) is passed through a heat exchanger (25) and energy to the room (50) flowing fresh air or to domestic or heating water gives. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Luftquelle (23) ein Luftkollektor (24) ist, der Außenluft durch Sonneneinstrahlung in einem Durchlaufverfahren vorwärmt und insbesondere ein Fassadenkollektor ist.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that a third air source (23) is an air collector (24) which preheats outside air by solar radiation in a continuous process and in particular is a facade collector. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) Luft aus der dritten Luftquelle (23) direkt in den Raum (50) leitet.Method according to claim 10,
characterized in that the measuring and control unit (10) directs air from the third air source (23) directly into the space (50). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Regeleinheit (10) zur Verbindung der ausgewählten Luftquelle mit dem Luftzuführungselement (2) wenigstens ein erstes Ventil (13) oder eine erste Klappe (15) ansteuert.Method according to one of the preceding claims,
characterized in that the measuring and control unit (10) for connecting the selected air source with the air supply element (2) at least a first valve (13) or a first flap (15) drives.
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