WO2024047036A1 - Heat and cold storage unit having a countercurrent heat exchanger - Google Patents

Heat and cold storage unit having a countercurrent heat exchanger Download PDF

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WO2024047036A1
WO2024047036A1 PCT/EP2023/073665 EP2023073665W WO2024047036A1 WO 2024047036 A1 WO2024047036 A1 WO 2024047036A1 EP 2023073665 W EP2023073665 W EP 2023073665W WO 2024047036 A1 WO2024047036 A1 WO 2024047036A1
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heat storage
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Johannes Scherer
Jürgen Falkenstein
Florian Scherer
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Johannes Scherer
Falkenstein Juergen
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    • F28F13/12—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • F28F13/125—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation by stirring
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    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells

Definitions

  • the invention relates to the technical field of thermal energy storage and in particular to a heat or cold storage with an integrated countercurrent heat exchanger and a system with a heat storage and a cold storage.
  • a photovoltaic system with photovoltaic modules can be used to generate electrical power and/or with a photothermal system to generate hot water, and the energy obtained can be supplied to consumers in the building.
  • variable energy sources can be available for use in a building, such as the waste heat from a refrigeration machine or the electricity generated by a wind turbine.
  • heat pumps of various designs are regularly used, for example in single-family homes and apartment buildings, in order to make low-temperature heat sources usable.
  • thermal energy storage can temporarily store the energy generated in cold or heat storage in the short to long term in order to compensate for different times of energy production and energy consumption.
  • Conventional heat storage includes multi-zone storage, through the central area of which a heat exchanger for introducing heat (or cold) extends. There are spatially separated areas in the outer area at different heights several heat exchangers for removing the heat (or cold) are arranged in the heat storage (or cold storage).
  • the heat storage (or cold storage) known from the prior art are not optimized for use in a system with a photovoltaic system and/or a heat pump. It is an object of the invention to provide a heat storage (or cold storage) that is optimized for use in a system with a photovoltaic system and/or a heat pump.
  • a heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container.
  • the heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line.
  • the storage container is designed to hold a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is disposed in the storage container to enable transfer of heat between the heat exchanger and the thermal storage medium.
  • a highly integrated heat storage and exchanger can be provided, which makes it possible to transfer heat from a solar system and, if this is currently being operated, a heat pump into the storage container by means of the heat exchanger. If the heat pump is not currently in operation, the heat storage and exchanger can continue to operate unchanged in order to continue to transfer the heat from the solar system to the heat storage and exchanger.
  • the solar system or the heat pump can be connected to the first or second fluid line.
  • the need for further adjustments, for example with regard to electrical connections, can thus be avoided.
  • the heat exchanger can enable effective heat transfer between the first and the second fluid line, for example between the photovoltaic system and a cold side of the heat pump.
  • the effective heat transfer is in particular a consequence of the generous space available in the storage container, due to which the heat exchanger can be designed, for example as a double-tube heat exchanger, with a large contact area between the first and the second fluid line.
  • the heat exchanger is largely arranged in the storage container.
  • the heat exchanger can be arranged in the storage container for at least half, at least two thirds, or at least three quarters of its length.
  • the heat exchanger can be arranged in the storage container to at least half, at least two-thirds, or at least three-quarters of its volume.
  • the thermal storage medium can comprise or be a liquid, in particular at room temperature.
  • the thermal storage medium can comprise water, for example in a volume fraction of at least half, at least two-thirds, or at least three-quarters.
  • thermal storage media can be used, which need not be limited to heat storage by changing the temperature of the solid/liquid storage medium.
  • a phase change material for storing thermal energy as latent energy, thermochemical storage media, or a salt dehydration storage for isolation-free long-term storage can also be accommodated in the storage container.
  • the heat exchanger is set up as a countercurrent heat exchanger.
  • the heat exchanger can have a multiple-tube heat exchanger, a double-tube heat exchanger, a plate heat exchanger or a tube bundle heat exchanger or can be designed as such.
  • the first fluid line and the second fluid line can be in direct contact in the heat exchanger and/or over a range of at least 0.5 m or at least 1 m or at least 2 m.
  • the effectiveness of the heat transfer between the first and second fluid lines or between the heat pump and the photovoltaic system can be further improved.
  • Corresponding embodiments can be made possible by arranging the heat exchanger in the storage container.
  • the storage container is a cistern storage.
  • the storage container can have a volume for the thermal storage medium of at least 1 m 3 or at least 2 m 3 or at least 3 m 3 .
  • the storage container can be set up for an underground arrangement.
  • the heat storage and exchanger can be designed to be in one piece, i.e. H. with the heat exchanger arranged therein, to be arranged at least partially in the ground. After being partially inserted into the ground, connections for the first and second fluid lines can protrude upwards from the ground and be available for connecting the photovoltaic system and heat pump, so that an overall system can be implemented quickly, efficiently and cost-effectively.
  • the storage container may provide a sufficiently large storage capacity to store enough heat (or cold) to cover fluctuations in a building's demand over periods of months, particularly seasonal fluctuations.
  • the first fluid line and/or the second fluid line is configured to pass through an upper surface of the thermal storage medium at least once or at least twice when the thermal storage medium is arranged in the storage container.
  • the first fluid line and/or the second fluid line can contain the storage container at least once or at least pass through twice in the top quarter of its height, especially in the top fifth of its height or on its top.
  • Corresponding embodiments can simplify the connection of the heat storage and exchanger to other components of the system, in particular when the heat storage and exchanger is arranged in the ground, in which, for example, the uppermost quarter, the uppermost fifth or the top of the storage container comes out of the ground protrude.
  • the heat storage and exchanger is located in an outdoor area (i.e., relative to a building), for example above ground or below ground in an area surrounding an adjacent building. In other words, the heat exchanger cannot be located in a building.
  • the heat storage and exchanger can be coupled to an associated heat storage that is arranged in a building.
  • the associated heat storage can be a cold storage.
  • the associated heat storage can be a multi-zone storage.
  • the first fluid line and/or the second fluid line is configured for evaporation and/or condensation of a refrigerant therein.
  • the heat storage and exchanger has at least one additional heat exchanger.
  • the at least one additional heat exchanger can be set up for thermal coupling to the thermal storage medium and/or can be arranged in the storage container, in particular spatially separated from the heat exchanger.
  • the additional heat exchanger can enable heat transfer between the storage container or the thermal storage medium arranged therein and a consumer, or a heat transfer between the storage container or the thermal storage medium arranged therein and another heat source or heat storage device such as a geothermal collector.
  • the at least one additional heat exchanger has at least one inlet/outlet line or at least two inlet/outlet lines.
  • the at least one inlet/outlet line or the at least two inlet/outlet lines may or may be designed to pass through an upper surface of the thermal storage medium when the thermal storage medium is arranged in the storage container.
  • the at least one inlet/outlet line or the at least two inlet/outlet lines can or can pass through the storage container in the uppermost quarter of its height extent, in particular in the uppermost fifth of its height extent or at its top.
  • Corresponding embodiments can simplify the connection of the heat storage and exchanger to other components of the system, in particular when the heat storage and exchanger is arranged in the ground, in which, for example, the uppermost quarter, the uppermost fifth or the top of the storage container comes out of the ground protrude.
  • a geothermal collector can be thermally coupled to the heat storage and exchanger.
  • the geothermal collector may be spatially separated from the heat storage and exchanger and, for example, thermally coupled to the heat storage and exchanger by a fluid line.
  • an additional heat exchanger of the at least one additional heat exchanger can be coupled to the geothermal heat collector, in particular in order to thermally couple the geothermal heat collector to the heat storage and heat exchanger.
  • a geothermal collector includes heat transfer line loops, which usually run essentially horizontally in the ground near the surface in order to exchange heat between the adjacent ground and a heat transfer medium. Accordingly, thermal energy can be stored in or taken from the geothermal collector by a flow of a heat transfer medium through the heat transfer line loops depending on the respective temperatures.
  • the geothermal collector can be arranged laterally to the storage container.
  • the storage container can represent an energy-storing component with a high energy storage density, which can be thermally charged or discharged relatively quickly. Heat losses from the storage container can increase the temperature of the surrounding soil, which can also be used as an energy source by the geothermal collector located on the side. Accordingly, an insulation requirement for the storage container can be comparatively low, so that it can be manufactured with structurally simple measures.
  • the storage container can be provided by a concrete boundary, while heat transfer loops can be laid in the surrounding soil.
  • the heat storage and exchanger comprises a valve arrangement in order to selectively guide a heat transfer medium through the storage container in a first position or to connect the storage container and the geothermal heat collector in series in a second position, with a control device being set up to control the valve arrangement the first position to switch to the second position when a stored amount of energy in the storage container is above an energy threshold.
  • the heat storage and exchanger can have at least two or at least three additional heat exchangers.
  • the at least two or at least three additional heat exchangers can be arranged at different heights in the storage container.
  • the heat storage and exchanger can implement a multi-zone heat storage.
  • the multiple heat exchangers at different heights can be used to provide heating water and service water at different temperatures, for example.
  • An embodiment as a multi-zone heat storage can be particularly advantageous for storing heat that is provided at high temperatures, i.e. H. as a high-temperature heat storage.
  • the design as a multi-zone heat storage can, for example, make it possible to provide a temperature of at least 60°C in the upper area, which prevents the formation of legionella and enables the provision of service water.
  • the storage container can be set up as an ice storage.
  • the storage container can have a pressure compensation vessel.
  • a gas volume of the pressure compensation vessel can be at least 8% of a volume of the storage container for the thermal storage medium, for example if the thermal storage medium is in the liquid state.
  • the heat storage and exchanger can have a circulation device such as a circulation pump and/or an agitator, which is set up to circulate the thermal storage medium in the storage container.
  • the circulation device can be arranged in the thermal storage container.
  • the circulation device can be set up to generate a flow, particularly in the area of the heat exchanger.
  • the heat storage and exchanger can have a flow channel.
  • the flow channel can be arranged in the thermal storage container.
  • the flow channel can be arranged in such a way that it specifies a direction towards the heat exchanger and/or limits the flow generated by the circulation device.
  • the flow channel can enclose at least a portion of the generated flow and/or the heat exchanger and/or the circulation device.
  • the flow channel can have a first tube, for example an outer tube.
  • the first tube may enclose a portion of the heat exchanger and/or a portion of the generated flow and/or the circulation device; in particular to limit the flow generated to the outside and/or to specify the direction towards the heat exchanger.
  • the first tube can enclose at least a portion of the generated flow and/or the heat exchanger and/or the circulation device.
  • the first tube may be concentric with the double tube heat exchanger.
  • the flow channel can be a second tube, e.g. B. have an inner tube.
  • the second tube can limit the flow generated inwards, in particular in order to specify the direction towards the heat exchanger.
  • the second tube can be enclosed by at least a portion of the flow generated and/or the heat exchanger.
  • the second tube may be concentric with the heat exchanger and/or with the first tube.
  • Embodiments for use as ice storage can be used in a particularly advantageous manner for storing thermal energy or heat at low temperatures, ie as a low-temperature heat storage.
  • Corresponding embodiments can further increase the storage capacity of the heat storage and exchanger by utilizing the latent heat during the phase transition of the thermal storage medium from the liquid state of aggregation to ice.
  • the ice can increase the storage capacity for cold.
  • the storage container can be arranged in the ground without there being a risk that the storage container will be damaged by a change in volume of the thermal storage medium in the event of frost or ice formation.
  • the storage container may have an upper jacket area and a lower jacket area.
  • the upper jacket area can have stronger thermal insulation between the inside and outside of the storage container than the lower jacket area.
  • Corresponding embodiments can make it possible to thermally couple the lower region of the storage container to an environment of the storage container, in particular to the surrounding soil, while the upper region of the storage container is thermally insulated.
  • the heat storage is designed as a multi-zone heat storage
  • the storage capacity can be increased at a lower temperature, which is associated with the lower region of the storage container, for example for heating water.
  • a higher temperature associated with the upper region can be kept high, for example for domestic water.
  • Corresponding embodiments can therefore be particularly advantageous for use as high-temperature heat storage.
  • the upper shell region has a height that is at least one half of a height of the storage container.
  • the lower jacket region has a height that is at least one-fifth the height of the storage container.
  • the thermal storage medium is arranged in the storage container, and the thermal storage medium has a freezing point of at most -1 ° C or at most -2 ° C, in particular in embodiments for use as a low-temperature heat storage.
  • An expansion fluid can be arranged in the pressure compensation vessel.
  • the expansion fluid may have a freezing point that is lower than the freezing point of the thermal storage medium.
  • the pressure compensation vessel can therefore compensate for the change in volume when the thermal storage medium freezes (or melts).
  • the modifications described as particularly advantageous for the high-temperature heat storage and those described as particularly advantageous for the low-temperature heat storage may be formed on separate heat storage and exchangers, or on the same heat storage and exchanger .
  • several heat storage and exchangers can be provided for a system, one of which can be optimized for use as a high-temperature heat storage and one as a low-temperature heat storage. This enables the optimization of heat storage and exchangers with regard to their respective application.
  • a single model of heat storage and exchanger can be provided (for example in order to save costs during development), which is set up for use both as a high-temperature heat storage and as a low-temperature heat storage.
  • a second section of the heat exchanger can have thermal insulation from the thermal storage medium.
  • the second portion of the heat exchanger can provide a stronger thermal coupling between the first fluid line and the second fluid line than between the thermal storage medium and either fluid line. The temperatures of fluids in the two fluid lines at one end of the second section can therefore be more closely aligned with one another than with the temperature of the thermal storage medium.
  • one of the fluid lines may be coupled to a solar system to be cooled, and the other fluid line to a cold side of a heat pump, and the second section may allow the temperature of the cooling fluid for the solar system to be below the temperature of the thermal storage medium is lowered.
  • the second section can be arranged at an end region of the heat exchanger.
  • the second section can in particular be arranged at an end region of the heat exchanger, from which the first fluid line leads to a heat pump.
  • the corresponding second section allows the fluid in the first fluid line to be heated (or cooled) to a greater extent than would otherwise be the case (i.e. without the corresponding second section) in the heat storage and exchanger before it is led to the heat pump.
  • the first fluid line can lead from the end region of the heat exchanger to the cold side of the heat pump, and the temperature of the first fluid line (or the fluid therein) in the end region can be approximated to the temperature of the second fluid line (or the fluid therein), e.g . B.
  • the second fluid line comes from a solar system and has a temperature that exceeds that of the thermal storage medium.
  • a portion of the first fluid line may have thermal contact (e.g., direct contact) with the thermal storage medium to transfer heat between the portion of the first fluid line and the thermal storage medium.
  • the section of the first fluid line can be arranged in a region of the storage container for the thermal storage medium, in particular in an uppermost section of the region of the storage container for the thermal storage medium.
  • the thermal contact of the section of the first fluid line to the thermal storage medium can outweigh a thermal contact of the section of the first fluid line to the second fluid line, for example in amount or by a factor of 2 or 3 or 5, for example with regard to the relevant thermal conductivities.
  • the section of the first fluid line can be thermally insulated from the second fluid line.
  • a heat storage and exchanger for use as a high-temperature heat storage can have a corresponding section of the first fluid line.
  • Corresponding embodiments can particularly advantageously promote the entry of heat from the first fluid line directly into the thermal storage medium.
  • This can be particularly advantageous for a multi-zone heat storage or for a high-temperature heat storage, for example if the first fluid line coming from a warm side of a heat pump is set up to transfer the heat from the heat pump (i.e. from its warm side) into the multi-zone heat storage or the high-temperature to introduce heat storage.
  • the corresponding section of the first fluid line can be arranged in the uppermost region of the storage container immediately after the first fluid line enters the storage container.
  • the fluid coming from the heat pump through the first fluid line can release heat to the uppermost region of the storage container immediately after entering the storage container, i.e. at its highest possible temperature. This allows the temperature (e.g. of the thermal storage medium) in the uppermost area of the storage container to be effectively maximized, thus ensuring a supply of domestic water at a high temperature.
  • the section of the first fluid line can be at least partially arranged in the thermal storage container.
  • the section of the first fluid line can be arranged at an end region of the heat exchanger, in particular directly adjoining the end region of the heat exchanger.
  • the storage container can form a closed vessel for the thermal storage medium. Alternatively or additionally, the storage container can be set up to hold a liquid thermal storage medium.
  • Corresponding embodiments can ensure that the thermal storage medium is held in the storage container and thus the heat present in the thermal storage medium can be stored, for example to compensate for long-term or seasonal fluctuations in energy demand and/or supply.
  • the thermal storage medium can be arranged in the storage container.
  • the thermal storage medium can be designed to provide an electrolyte for an electrochemical cell.
  • the heat storage and exchanger can be set up to provide the thermal storage medium of the electrochemical cell in a fluid-coupled manner.
  • a second aspect relates to a use of the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage.
  • the second aspect may include the use of the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage for cooling a photovoltaic system.
  • the second aspect may include the use of the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage for absorbing heat during an evaporation process of a coolant of a heat pump.
  • the second aspect may include using the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage for storing condensation heat of a refrigerant of a heat pump.
  • a third aspect relates to a use of the heat storage and exchanger described above as a countercurrent heat exchanger.
  • the countercurrent heat exchanger can be used in particular for heat exchange between a coolant of a heat pump and a liquid heat-conducting medium, wherein the liquid heat-conducting medium thermally couples the first or the second fluid line to a photovoltaic system.
  • a system has a heat storage and exchanger as described above, and at least one control device.
  • the at least one control device is set up to control a fluid flow through the first fluid line as a function of a first parameter, the first parameter being linked to the availability of electrical power.
  • the at least one control device can be set up to output a control signal for a heat pump depending on the first parameter.
  • Corresponding embodiments can enable the operation of the heat pump with high availability of electrical power, for example when a photovoltaic system produces a high electrical power, for example measured in terms of its peak power, or when the photovoltaic system produces an excess of electrical power, for example, compared to consumption that is associated with a building.
  • the high or excess electrical power can be stored as thermal energy in the heat storage and exchanger using the heat pump in order to be available for times when heat or energy availability is low. This means that a need for heat or energy can be met in times of low availability without having to resort to an additional (for example expensive or limitedly available) energy source, such as natural gas.
  • the thermal energy can be stored at a low temperature and the temperature can be raised to a requested temperature level at a later time using a heat pump. Due to the low storage temperature, heat can be used at a correspondingly low temperature (e.g. from photothermal energy under otherwise unfavorable conditions). In addition, losses during storage can be reduced.
  • the heat exchanger can have a double-tube heat exchanger.
  • the first fluid line may comprise an inner tube of the double-tube heat exchanger.
  • the first fluid line can be designed to be coupled to the heat pump, in particular the first fluid line can be coupled to the heat pump.
  • the first parameter can be linked to an electrical power provided by a photovoltaic system.
  • the at least one control device can have or be at least one electrical control device, in particular at least one electrical control device, which is set up to receive and/or output electrical control signals.
  • the at least one control device is a purely electrical control device, in particular without a mechanical device such as a valve or a pump.
  • the at least one control device has at least one mechanical device configured to control a fluid flow, such as a valve or a pump.
  • the at least one control device can include several or all mechanical devices for controlling the fluid flow.
  • the at least one control device can further be set up to control a fluid flow through the second fluid line depending on a second parameter.
  • the second parameter can be linked to a first temperature difference.
  • the control device can enable temperature control (i.e. heating or cooling) of a component that is connected to the second fluid line.
  • the fluid flow through the second fluid line can be switched on when the second parameter indicates a temperature or a temperature difference within a target range suitable for temperature control.
  • the fluid flow through the second fluid line can be switched off if the second parameter is outside the target range.
  • the component to be tempered can be a solar system.
  • a solar system can have a photovoltaic system and/or a photothermal system.
  • a solar system can have a combined solar and photothermal system.
  • a first temperature of the first temperature difference can be linked to the storage container and/or the thermal storage medium.
  • a second temperature of the first temperature difference can be linked to a solar system and/or linked to a device that is thermally coupled to the second fluid line.
  • the solar system can include the photovoltaic system.
  • the system can be set up to selectively couple the storage container and/or the thermal storage medium to a geothermal collector.
  • the optional coupling can refer to a coupling whose coupling strength, in particular thermal coupling strength, is controllable, in particular by controlling a fluid flow, for example by means of a pump or a valve.
  • the at least one control device can be set up to selectively couple the storage container and/or the thermal storage medium to the geothermal collector depending on a third parameter.
  • the third parameter can be linked to a second temperature difference.
  • a first temperature of the second temperature difference may be linked to the storage container and/or the thermal storage medium.
  • a second temperature of the second temperature difference can be linked to the geothermal collector.
  • Corresponding embodiments can make it possible to selectively transfer heat from the storage container or the thermal storage medium into the geothermal heat collector or to remove it from it.
  • the geothermal collector can be used as an extension of the heat storage.
  • the resulting heat available can be introduced into the storage container or the thermal storage medium by means of the geothermal heat collector and thus used.
  • the system can further have a second heat storage and exchanger.
  • the second heat storage and exchanger may have a first fluid line, a second fluid line and a storage container.
  • the storage container can be designed to hold a thermal storage medium.
  • the second heat storage and exchanger can be designed to enable heat to be transferred between the first fluid line and the thermal storage medium and between the second fluid line and the thermal storage medium.
  • the at least one control device can be set up to control a fluid flow through the first fluid line of the second heat storage and exchanger together with the fluid flow through the first fluid line of the heat storage and exchanger.
  • Corresponding embodiments can provide an optimized system for long-term storage of heat or cold in combination with a heat pump.
  • the first fluid line of the heat storage and exchanger can be connected to one, e.g. B. cold, side of the heat pump can be coupled, and the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be coupled to the second, for example warm, side of the heat pump.
  • Heat pump systems generate the same amount of cold energy when generating heat.
  • heat pump systems When used as a cooling system, i.e. when generating cold, heat pump systems generate the same amount of heat energy.
  • conventional heat generation conventional use as an air conditioning system
  • the cold energy is released into the environment as a waste product, e.g. air or groundwater.
  • the energy efficiency can be doubled compared to the conventional solution.
  • This dual use can take place both locally, through suitable storage media, and on a district-by-district basis through introduction into heating and cooling networks.
  • a heat transfer from the heat storage and - exchanger to the second heat storage and exchanger By jointly controlling the fluid flows through the two first fluid lines, in such embodiments a heat transfer from the heat storage and - exchanger to the second heat storage and exchanger.
  • the thermal storage medium of the heat storage and exchanger is cooled and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger is heated (or vice versa). If the heat storage and exchangers are designed accordingly (for example their volumes), this can enable heat or cold to be stored over months or seasons.
  • the storage container (or the thermal storage medium contained therein) and/or the geothermal collector thermally coupled to the heat storage and exchanger can be set up as an energy-storing component of the heat storage and exchanger or can provide one or be referred to as such.
  • the heat storage and exchanger can have an energy-storing component.
  • the energy-storing component can have or be the storage container and/or the geothermal collector thermally coupled to the heat storage and exchanger.
  • the storage container can be the energy-storing component of the heat storage and exchanger, or the geothermal collector thermally coupled to the heat storage and exchanger can be the energy-storing component of the heat storage and exchanger, or both can (i.e. together). be an energy-storing component of the heat storage and exchanger.
  • a geothermal collector e.g. another geothermal collector or spatially separate from the geothermal collector that is thermally coupled to the heat storage and exchanger
  • the second heat storage and exchanger may have an energy-storing component, for example with properties that are similar to the properties of the energy-storing component of the heat storage and exchanger described above, but based on the second heat storage and exchanger rather than on the heat storage and exchanger .
  • a thermally insulating partition wall delimits earth areas, in particular adjacent earth areas, from one another.
  • the thermally insulating partition can be at least partially, in particular to a large extent (e.g. speaking of their height extent), be arranged below an earth's surface.
  • the earth areas delimited from one another can each be assigned to a geothermal collector.
  • one of the delimited earth areas can be assigned to the earth collector, which is thermally coupled to the (first) heat storage and exchanger, and another of the delimited earth areas can be assigned to the earth collector, which is thermally coupled to the second heat storage and exchanger.
  • the energy-storing component of the first heat storage and exchanger adjoins the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular its geothermal heat collector) and is laterally connected by a thermally insulating partition wall embedded in the ground separated from the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular from its geothermal collector).
  • adjacent floor sections can each be equipped with geothermal heat collectors, and the thermally insulating partition can be between the heat transfer loops of the geothermal collector, which is thermally coupled to the first heat storage and exchanger, and the geothermal heat collector, which is thermally connected to the second heat storage and exchanger is coupled, be embedded in the ground, so that different temperatures can be provided in the energy-storing component of the first heat storage and exchanger (in particular in its geothermal collector) and the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular in its geothermal collector).
  • the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular its geothermal collector) is separated laterally from the surrounding soil by the thermally insulating partition wall.
  • a laterally circumferential insulating partition can make it possible to maintain a higher temperature level in the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular its geothermal heat collector) for longer and/or with lower energy losses and thus enable seasonal storage of thermal energy in the energy-storing component Component of the heat storage and exchanger (particularly in their geothermal collector) to be provided at an increased storage temperature.
  • the thermally insulating partition can extend vertically over the lower end of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular over the lower end of its ground heat collector) extend down into the ground to define an isolated section of the energy storage component (in particular its geothermal collector).
  • the insulated section can be open at the bottom to utilize the heat capacity of the underlying soil.
  • the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular its geothermal collector) can adjoin the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular its geothermal collector) and be separated from it by the thermally insulating partition.
  • the thermally insulating partition should have a reduced thermal conductivity compared to the ground, in particular a thermal conductivity of less than 1 W/(m*K), preferably less than 0.5 W/(m*K), preferably less than 0.2 W /(m*K).
  • the insulation can be perimeter insulation, which can be provided by panels in the ground, for example made of Styrodur, and/or can include sections of pourable insulation material, such as foam glass granules.
  • the thermally insulating partition is separated from the energy-storing components on both sides by the soil.
  • the system further comprises an upper partition wall, which forms an upper boundary of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) to the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) in vertical Thermally insulate direction.
  • the upper partition wall can be arranged below a floor slab of a building in order to reduce heat losses from the energy-storing component into the building.
  • the system further comprises a lower partition wall, which forms a lower boundary of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) in order to surround the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) in a vertical direction To thermally insulate the direction from the underlying soil.
  • the lower partition can improve insulation of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal collector), so that its temperature level can be maintained for longer and/or with lower energy losses.
  • the system may include the heat pump.
  • the fluid flow through the first fluid line of the heat storage and exchanger can be designed to thermally connect the heat storage and exchanger to one side, e.g. B. to couple to a warm or cold side of the heat pump.
  • the fluid flow through the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be designed to thermally connect the second heat storage and exchanger to one side, e.g. B. to couple to a complementary cold or warm side of the heat pump.
  • the heat pump can be set up to provide an output of at least 3 kW or at least 5 kW.
  • the system can have a solar system.
  • the heat storage and exchanger of the system can have at least one additional heat exchanger, wherein one of the at least one additional heat exchanger is designed to thermally couple the solar system to the storage container and/or the thermal storage medium of the heat storage and exchanger, in particular in Row with a geothermal collector.
  • An additional heat exchanger of the second heat storage and exchanger can be set up to thermally couple the solar system to the storage container and/or the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger.
  • the second heat storage and exchanger may have any or all of the features described above in connection with the heat storage and exchanger of the first aspect.
  • a system has a first heat storage and exchanger, a second heat storage and exchanger, a heat pump and a control device.
  • the first heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container.
  • the heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line.
  • the storage container is designed to hold a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is arranged in the storage container to provide a To enable transfer of heat between the heat exchanger and the thermal storage medium.
  • the first heat storage and exchanger has a volume for its thermal storage medium of at least 2 m 3 and is at least partially arranged underground.
  • the second heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line and a storage container that is designed to accommodate a thermal storage medium.
  • the second heat storage and exchanger is designed to enable heat to be transferred between its first fluid line and its thermal storage medium and between its second fluid line and its thermal storage medium.
  • the heat pump is set up to provide an output of at least 5 kW.
  • a fluid flow through the first fluid line of the first heat storage and exchanger or the second heat storage and exchanger is designed to thermally couple the first heat storage and exchanger to a cold side of the heat pump.
  • the fluid flow through the first fluid line of the other heat storage and exchanger is designed to thermally couple the other heat storage and exchanger to a warm side of the heat pump.
  • the control device is set up to control an operating state of the heat pump, the fluid flow through the first fluid line of the first heat storage and the fluid flow through the first fluid line of the second heat storage together as a function of a first parameter, the first parameter being linked to an electrical power , which is provided by a photovoltaic system.
  • the second fluid line of the first heat storage and exchanger and/or the second heat storage and exchanger is coupled to a solar system.
  • the other heat storage and exchanger may refer to the heat storage and exchanger or to the second heat storage and exchanger; in particular on that of the two in which the fluid flow through its first fluid line is not designed to thermally couple it to the cold side of the heat pump.
  • the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger can be arranged in the storage container of the second heat storage and exchanger.
  • the thermal storage medium arranged in the storage container of the second heat storage and exchanger can be designed to provide a second electrolyte for the electrochemical cell.
  • the second heat storage and exchanger can be designed to provide the thermal storage medium of the electrochemical cell in a fluid-coupled manner.
  • the system may include the electrochemical cell, wherein the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger are fluidly coupled to the electrochemical cell; in particular, wherein the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger are fluidly coupled to different half cells of the electrochemical cell.
  • a method for producing an underground heat storage comprises arranging at least a portion of a heat storage and exchanger in the ground.
  • the heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container.
  • the heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line.
  • the storage container is designed to hold a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is disposed in the storage container to enable transfer of heat between the heat exchanger and the thermal storage medium.
  • the method can further include thermally coupling the heat storage and exchange to the ground.
  • the method may further include setting up the heat exchanger as a countercurrent heat exchanger.
  • the method may further include coupling the first fluid line to a heat pump.
  • the method can further include a thermal coupling of the heat storage and exchanger to a first heating network, in particular to a first local heating network, in order to store heat or cold either from the heat storage and exchanger into the local heating network or from the local heating network into the heat storage and exchanger.
  • the heat storage and exchanger can be coupled in series with the geothermal collector and/or with the ground to the first heating network, in particular to the first local heating network.
  • the method may further include coupling a first fluid line of a second heat storage and exchanger to the heat pump.
  • the second heat storage and exchanger may have any or all of the features described above in connection with the second heat storage and exchanger of the fourth aspect.
  • the method can further comprise coupling the second heat storage and exchanger to a second heating network, in particular to a second local heating network, in particular wherein the second (local) heating network has, on average, a lower temperature than the first (local) heating network.
  • the second heat storage and exchanger can be coupled in series with its geothermal energy collector and/or with the soil surrounding it to the second heating network, in particular to the second local heating network.
  • the first (local) heating network may be a high-temperature (local) heating network
  • the second (local) heating network may be a low-temperature (local) heating network (in other words, a (local) cooling network).
  • a thermal insulation in particular a thermally insulating partition, can be between a region of the first (local) heating network (e.g. the high-temperature (local) heating network) and a region of the second (local) heating network (e.g. B. the low-temperature (local) heating network or the (local) cooling network).
  • the thermal insulation can be arranged at least partially underground or the thermal insulating partition can be an underground thermal insulating partition.
  • the thermal insulation or the thermally insulating partition may be between a geothermal collector (or an underground fluid line) of the first (nearby) heat network (e.g. the high-temperature (near) heat network) and a geothermal collector (or an underground fluid line) of the second ( Near) heating network (e.g. the low-temperature (near) heating network or the (near) cooling network).
  • the method may further include coupling the second fluid line to a solar system.
  • the method may further include setting up a control device to receive or determine a first parameter, the first parameter being linked to an availability of electrical power.
  • the method may further comprise setting up the at least one control device to control a fluid flow through the first fluid line depending on the first parameter.
  • the heat storage and exchanger can have at least one additional heat exchanger.
  • the method may further comprise coupling a heat exchanger of the at least one additional heat exchanger to a geothermal heat collector.
  • the at least one additional heat exchanger may have one or all of the features of the at least one additional heat exchanger described above in connection with the heat storage and exchanger of the first aspect.
  • the method may further include coupling a first fluid line of a second heat storage and exchanger to the heat pump.
  • the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to a cold side of the heat pump and the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be coupled to a warm side of the heat pump.
  • the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump and the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump.
  • the method may further comprise carrying out one or all of the method steps that relate to the heat storage and exchanger, correspondingly on the second heat storage and exchanger.
  • a method for operating a system comprising a heat storage and exchanger has at least two operating modes, and the method includes selectively executing one of the at least two operating modes.
  • the first operating mode includes operating the heat pump with a first heat pump output and generating a fluid flow through the first fluid line to transfer heat between the heat pump and the thermal storage medium.
  • the second operating mode includes operating the heat pump with a second heat pump output that is at most a quarter of the first heat pump output, and generating a stronger fluid flow through the second fluid line than through the first fluid line in order to transfer heat via the second fluid line.
  • the heat storage and exchanger may have any or all of the features of the heat storage and exchanger of the first aspect.
  • a selection between the first and second operating modes is automatically made based on a first parameter.
  • the first parameter can be linked to the availability of electrical power.
  • the method may include selectively guiding the fluid flow through the second fluid line to a solar system, to a geothermal collector or to the solar system and the geothermal collector.
  • the method can further comprise controlling a strength of the fluid flow through the second fluid line as a function of a first temperature difference in the first and/or second operating mode.
  • a first temperature of the first temperature difference can be linked to the storage container and/or the thermal storage medium.
  • a second temperature of the first temperature difference can be linked to a solar system.
  • the method can further comprise selectively removing heat from the heat storage and exchanger or a geothermal collector coupled to the heat storage and exchanger, in particular depending on a temperature that is linked to the storage container and/or the thermal storage medium; and/or depending on a temperature that is linked to the geothermal collector.
  • the method may further include controlling a thermal coupling between the geothermal collector and the storage container and/or the thermal storage medium depending on a second temperature difference.
  • a first temperature of the second temperature difference can be linked to the storage container and/or the thermal storage medium; and/or a second temperature of the second temperature difference can be linked to the geothermal collector.
  • the system may have a second heat storage and exchanger.
  • the second heat storage and exchanger may have any or all of the features described above in connection with the second heat storage and exchanger of the fourth aspect.
  • the method can further comprise carrying out the method steps that relate to the heat storage and exchanger accordingly on the second heat storage and exchanger.
  • the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to a cold side of the heat pump; and the first fluid line of the second heat storage and exchanger may be coupled to a warm side of the heat pump.
  • the first fluid line of the first heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump and the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump.
  • a computer program is configured to cause an electronic control system to carry out the method according to the seventh aspect.
  • a local heating network has a first heat storage and exchanger, a second heat storage and exchanger and a geothermal heat collector.
  • the first heat storage and exchanger is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect.
  • the local heating network has a system as described above, and the first heat storage and exchanger is the heat storage and exchanger of the system.
  • the second heat storage and exchanger is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect.
  • the local heating network has a system as described above, and the first heat storage and exchanger is the heat storage and exchanger of the system.
  • the second heat storage and exchanger is spatially separated from the first heat storage and exchanger, for example by at least 50 m or by at least 100 m or by at least 200 m.
  • the geothermal heat collector is thermally coupled to the first heat storage and exchanger and the second heat storage and exchanger, and is designed to store heat or cold in a surrounding soil and at least part of the stored heat or cold to the soil at a later point in time refer to.
  • the heat network can further have a line that is designed to thermally couple the first heat storage and exchanger and the second heat storage and exchanger to one another.
  • a first area of the line can have thermal insulation.
  • a second portion of the conduit may have less or no thermal insulation to form the geothermal collector.
  • a local heating network system has a local heating network as described above, and further a second local heating network.
  • the second local heating network has the following: a first low-temperature heat storage, a second low-temperature heat storage and a second geothermal collector.
  • the first low-temperature heat storage is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect.
  • the local heating network has a system as described above, and the first low-temperature heat storage is the second heat storage and exchanger of the system.
  • the thermal storage medium of the first low-temperature heat storage has a lower temperature than the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger.
  • the second low-temperature heat storage is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect.
  • the local heating network has a system as described above, and the first low-temperature heat storage is the second heat storage and exchanger of the system.
  • the second low-temperature heat storage is spatially separated from the first low-temperature heat storage, for example by at least 50 m or by at least 100 m or by at least 200 m.
  • the thermal storage medium of the second low-temperature heat storage has a lower temperature than the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger.
  • the second geothermal collector is thermally coupled to the first low-temperature heat storage and the second low-temperature heat storage, and is designed to store second heat or cold in a surrounding soil and at least a portion of the stored second heat or cold to the ground at a later time point in time.
  • the local heating network system further comprises a thermally insulating partition that is designed to thermally isolate a region of the local heating network from a region of the second local heating network.
  • the thermally insulating partition can be arranged at least partially underground.
  • 5f a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example
  • 5g a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example
  • 5i a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
  • 6a - 6e a system with a heat storage and exchanger that is coupled to a local heating network
  • the heat storage and exchanger 100 has a storage container 106 for a thermal storage medium 108, as well as a heat exchanger 104, which is partially arranged in the storage container 106.
  • the heat storage and exchanger 100 is particularly suitable for retrofitting existing systems.
  • the storage container 106 is dimensioned sufficiently large to accommodate such a large amount (e.g. volume) of the thermal storage medium 108 that it provides a heat capacity in order to meet the heat requirement of a building over a longer period of time, such as several days. Weeks or months to cover.
  • the storage container 106 can be designed for the heat requirements of a single-family home and its volume can be approximately 2 m 3 , 5 m 3 , 10 m 3 , 15 m 3 or 20 m 3 , depending on the size of the single-family home.
  • a larger storage container 106 or a plurality of storage containers 106 is provided for a larger individual building or a building complex.
  • the storage container 106 with the thermal storage medium 108 contained therewith enables the use of energy in the form of heat that is stored during times of good availability (during the day, in summer, or in periods of warm and/or sunny weather). To fully or partially meet a building's need for heat during a period of poor availability (at night, in winter, or during periods of cold and/or sunny weather).
  • the storage container 106 is designed to be placed in the ground. Accordingly, its wall consists of an opaque, liquid-tight and preferably corrosion-resistant material such as steel. Alternatively or additionally, a wall made of concrete is provided to mechanically reinforce the wall.
  • the storage container 106 provides an area for the thermal storage medium 108.
  • the storage container 106 provides a target filling level 116 for the thermal storage medium 108.
  • Fluid lines 102a, 102b extend above the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108, ie above the target filling level 116. In other words, areas of the fluid lines 102a, 102b lie outside the storage area.
  • holder 106 are arranged (e.g. inlets/outlets or connecting elements of the fluid lines 102a, 102b), higher in the vertical direction than the area of the storage container 106 for the storage medium 108 or higher than the target filling level 116.
  • the fluid lines 102a, 102b accessible from above and also above ground if the storage container 106 is arranged underground.
  • the underground arrangement does not necessarily mean that the entire storage container 106 is arranged below the surface of the earth. In some embodiments, only the lower region of the storage container 106 is located below the earth's surface, for example the lowest 60%, 70%, 80%, 90% or 95% of its height extent.
  • the top of the storage container 106 preferably closes with the surface of the earth or is arranged slightly above the surface of the earth, so that the inlet/outlet lines or connection elements of the fluid lines 102a, 102b are accessible above ground.
  • the areas of the fluid lines 102a, 102b that are arranged outside the storage container 106 are higher in the vertical direction than the entire storage container 106 .
  • the storage container 106 is also referred to below as cistern storage 106 due to its dimensions (at least 1 m 3 , in particular 2 m 3 for the thermal storage medium) and material composition (opaque, liquid-tight and preferably corrosion-resistant).
  • the cross-sectional area is always the same in horizontal planes at different heights (i.e. over the entire height extent of the storage container 106). In alternative embodiments, the cross-sectional area decreases towards the top. In any case, the cross-sectional area does not increase significantly towards the top.
  • the cross-sectional area is round, and in alternative embodiments it is elliptical.
  • the absence of corners, projections or bulges in the cross-sectional area further facilitates descent into the pit.
  • the heat storage and exchanger 100 minimizes its space requirement (ie the need for floor space) in the building to be supplied with heat or on the property in which it is installed.
  • the heat storage and exchanger too can be used as an underground heat storage and exchanger 100, for example, as a retrofit component for an existing system.
  • the heat exchanger 104 of the embodiment of FIG. 1 is designed as a double-tube heat exchanger.
  • the second fluid line 102b is arranged coaxially around the first fluid line 102a.
  • the first fluid line 102a and the second fluid line 102b are thus in thermal contact via a common wall.
  • the heat exchanger 104 is a plate heat exchanger or a shell-and-tube heat exchanger or a multiple-tube heat exchanger with more than two coaxial lines, with the outermost two lines serving as the first fluid line 102a and second fluid line 102b.
  • the arrangement of the heat exchanger 104 in the storage container 106 enables a large tube length of the (particularly double-tube) heat exchanger, and thus an effective heat transfer between the first and second fluid lines 102, 102b.
  • the space available in the storage container 106 is larger than in a conventional arrangement of a heat exchanger in a heat pump.
  • a multiple-tube heat exchanger i.e. with more than two lines that are arranged coaxially in thermal contact with one another
  • a plate heat exchanger or a tube bundle heat exchanger can be installed in order to also benefit from the larger space available.
  • the double-tube heat exchanger 104 is spiral-shaped with a height of 2 m and a diameter of 0.5 m, but there are diameters of 1 m, 2 m, 3 m or 4 (adapted to the annual energy requirements of the building to be supplied). m possible.
  • a first section 144 of the heat exchanger 104 is arranged below the target filling level 116 (ie is arranged in the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108) and protrudes above its outer wall, which at the same time forms the outer wall of the second fluid line 102b, in thermal contact with the region of the storage container 106 for the thermal storage medium 108.
  • the region of the storage container 106 for the thermal storage medium 108 surrounds the second fluid line 102b, and in embodiments with a double-tube heat exchanger, the first fluid line 102a.
  • the arrangement of the heat exchanger 104 (particularly its first section 144) in the storage container 106 (particularly in the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108) results in a triple heat exchanger consisting of the first fluid line 102a, second fluid line 102b and storage container 106 (in particular the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108 or below the target filling level 116).
  • This arrangement enables the exchange of heat between a fluid in the first fluid line 102a, a fluid in the second fluid line 102b and the thermal storage medium 108.
  • the arrangement of the heat exchanger 104 in the storage container 106 also enables effective heat transfer, as described above in connection with the heat transfer between the first fluid line 102a and the second fluid line 102b described.
  • the heat exchanger 104 extends upwards through the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108 to above the target filling level 116 of the storage container 106 for the thermal storage medium 108.
  • a first area 144 is therefore (e.g. below the target filling level 116 the storage container 106 for the thermal storage medium 108) of the heat exchanger 104 is in thermal contact with the thermal storage medium 108, while a second region 138 (e.g. above the target filling height 116 of the storage container 106 for the thermal storage medium 108) of the heat exchanger 104 is not in contact with the thermal storage medium 108 (or the area of the storage container 106 intended for this purpose) is in thermal contact, i.e. H. spaced from it or insulated from it by air.
  • the first section 144 corresponds to the middle region of the heat exchanger 144
  • the second region 138 corresponds to the two end regions 138 of the heat exchanger 104.
  • the thermal conductivity between the first fluid line 102a and the second fluid line 102b can be considered as a reference variable for the presence or absence of thermal contact between a section of the heat exchanger 104 and the thermal storage medium 108.
  • the thermal conductivity between the section of the heat exchanger 104 and the thermal storage medium 108 e.g. per length
  • the thermal conductivity between the section of the heat exchanger 104 and the thermal storage medium 108 lower (e.g. simply lower, or lower by a factor of 2, 3, 5 or 10) than the thermal conductivity between the first Fluid line 102a and the second fluid line 102b
  • there is no thermal contact This results in the temperatures of fluids in the first fluid line 102a and the second fluid line 102b becoming more similar to each other than (e.g. each) to the temperature of the thermal storage medium 108.
  • the heat exchanger 104 is connected to the thermal storage medium in its central region 144 (ie in its first section 144). io8 is in thermal contact, the temperature of fluids that flow through the fluid lines 102a, 102b largely equalizes to the temperature of the thermal storage medium 108. In at least one end region 138 (ie in its second section 138), however, the heat exchanger 104 is not in thermal contact with the thermal storage medium 108. Consequently, the temperature of a fluid that flows through one of the fluid lines 102a, 102b approaches after flowing through the central region 144 of the heat exchanger 104, in this end region 138, to the temperature of the fluid in the other fluid line 102a, 102b.
  • the heat exchanger 104 is preferably operated as a countercurrent heat exchanger.
  • the temperature of the outflowing fluid in one fluid line 102a, 102b equalizes to the temperature of the inflowing fluid in the other fluid line 102a, 102b.
  • the temperature spread between these fluids is greater than the temperature difference of the outflowing fluid to the thermal storage medium 108.
  • the outflowing fluid in the end region 138 of the heat exchanger 104 is cooled or heated to a greater extent than would be the case without thermal contact with the thermal storage medium 108. if the thermal contact of the heat exchanger 104 to the thermal storage medium 108 existed over the entire length of the heat exchanger 104.
  • the outflowing fluid from the second fluid line 102b is directed to a photovoltaic system for cooling, while the inflowing fluid into the first fluid line 102a from a cold side of a heat pump provides the required cold.
  • the end region 138 of the heat exchanger 104 achieves a lower temperature of the fluid flowing out of the second fluid line 102b and thus improved cooling of the photovoltaic system.
  • the extent of temperature equalization of the fluid lines 102a, 102b (or the fluids contained therein) in the end region 138 of the heat exchanger can be controlled by controlling the flow velocity of at least one of the fluids (in particular both fluids) in its fluid line 102a, 102b (in particular in the both fluid lines 102a, 102b).
  • a high flow velocity prevents any significant temperature adjustment between the fluid lines 102a, 102b (or the fluids contained therein).
  • the outflowing fluid essentially has the temperature of the thermal storage medium 108.
  • a low flow velocity causes a strong temperature adjustment between the fluid lines 102a, 102b (or the fluids contained therein), and the outflowing fluid essentially has the temperature of the other fluid line (or the fluid contained therein).
  • a temperature sensor is preferred for detecting the temperature of the outflowing fluid, and the flow velocity of one of the fluids (or the two fluids) through the associated fluid line(s) 102a, 102b is relative to the temperature detected by the temperature sensor (in particular to achieve a predetermined one target temperature).
  • the thermal storage medium 108 consists largely (for example in terms of its volume) of water.
  • an antifreeze is included, so that the freezing point of the thermal storage medium 108 is below that of water, for example at a maximum of -1° or a maximum of -2 0 , and for low-temperature applications also below -20° C. or -35° C.
  • thermal storage media 108 are used that have a melting point in the range from 10°C to 70°C (e.g. 10°C, 20°C or 30°C) , such as paraffins. This means that even when used as a high-temperature heat storage medium, the heat capacity of the storage medium 108 can be increased by utilizing its latent heat at the phase transition.
  • the wall of the storage container 106 enables thermal coupling of the thermal storage medium 108 to a medium surrounding the thermal storage container 106.
  • the storage container 106 is arranged in the ground that forms the surrounding medium.
  • the antifreeze contained in the thermal storage medium 108 and its freezing point below that of water ensure that when the temperature drops (in particular below the freezing point of water), water in the surrounding medium first freezes before the thermal storage medium 108 freezes.
  • the thermal storage medium 108 is thus effectively protected from freezing, or the storage container 106 is protected from frost damage due to a volume expansion of the thermal storage medium 108 when freezing.
  • an antifreeze such as glycol is contained in the thermal storage medium 108 in a concentration of up to 50% in order to further lower the freezing point of the thermal storage medium 108, for example to -20° C or -35°C.
  • the heat storage and exchanger 100 (or the heat exchanger 104) is used as a countercurrent heat exchanger, that is, a fluid flow through the first fluid line 102a is directed in the opposite direction to a fluid flow through the second fluid line 102b. This further improves the effectiveness of heat transfer between the first fluid line 102a and the second fluid line 102b.
  • FIG. 2a shows a heat storage and exchanger 100 according to a second exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 1. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a is formed with a number of modifications. According to different embodiments, a heat storage and exchanger 100 is formed with only one or a combination of the modifications described.
  • the height h of the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium is similar to the corresponding height in the heat storage and exchanger 100 of FIG. 1 and is approximately 2 m.
  • the storage container 106 of FIG. 2a Above the area provided for the thermal storage medium, there is an area 142 (referred to as dome 142 in the context of this disclosure), which is not intended for the thermal storage medium, but rather provides space for other elements, in particular the first fluid line 102a and the second fluid line 102b.
  • the first fluid line 102a and the second fluid line 102b pass through the dome 142 in a straight line in the vertical direction.
  • the supply/discharge lines 112, 114 are thus arranged above the dome 142.
  • the first fluid line 102a and the second fluid line 102b in the dome bend to the side (in the horizontal direction) coming from below.
  • the supply/discharge lines 112, 114 are arranged laterally from the dome 142.
  • the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium is arranged in the ground, while the dome 142 is at least partially arranged above ground.
  • the fluid lines 102a, 102b are therefore accessible above ground for connection.
  • An additional heat exchanger 118 with supply/discharge lines 120 for a fluid is arranged in the storage container 106 of FIG. 2a.
  • the additional heat exchanger 118 enables an effective and controllable thermal coupling of the heat storage and exchanger 100 or the thermal storage medium arranged therein to a medium surrounding the storage container 106, specifically to the ground when the storage container 106 is arranged underground.
  • a geothermal heat collector is used for this arranged in the ground, and is a fluid line of the geothermal collector connected to the supply/discharge lines 120.
  • the flow of a fluid (for example a brine) through the additional heat exchanger 118 and serially through the fluid line of the geothermal heat collector is controlled via a valve and/or a circulation pump, and thus the thermal coupling of the heat storage and exchanger 100 to the ground.
  • the fluid line of the additional heat exchanger 118 passes laterally through the storage container 106.
  • the supply/discharge lines 120 are arranged laterally from the storage container 106.
  • the fluid line of the additional heat exchanger 118 passes upward (like the fluid lines 102a, 102b) through the storage container 106.
  • the inlet/outlet lines 120 are arranged above the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium 108.
  • the supply/discharge lines 112, 114 described above they can run partially horizontally above the storage medium 108. A corresponding arrangement can make it easier to connect the supply/discharge lines 120 to the geothermal collector.
  • the heat exchanger 104 of FIG. 2a has thermal insulation 140 in one of its end sections 138. This is designed as a casing of at least one of the fluid lines 102a, 102b with a thermally insulating material, in particular a porous material and/or one with a vacuumed area. In the illustrated embodiment with the double-tube heat exchanger 104, the two fluid lines 102a, 102b are encased.
  • the thermal insulation 140 thus defines the end region 138 of the heat exchanger 104 without thermal contact with the thermal storage medium 108, with the effects and advantages described in connection with the exemplary embodiment of FIG. 1.
  • a difference between the two embodiments is that in the exemplary embodiment of FIG 108 (e.g. above the target filling level 116) is arranged.
  • the extent and position of the end region 138 of the heat exchanger 104 can be controlled in a targeted and independent manner without thermal contact with the thermal storage medium 108 (and thus the temperature adjustment of the fluid lines 102a, 102b or the fluids contained therein). Course of the fluid lines 102a, 102b can be adjusted.
  • an end region 138 of the heat exchanger the thermal insulation 140.
  • both end regions 138 are equipped with thermal insulation.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a also includes a pressure compensation vessel 130a, 130b, 130c.
  • the pressure compensation vessel 130a, 130b, 130c has a pressure compensation bag 130a for an expansion fluid 136, a riser pipe 130b and a pressure compensation container 130c.
  • the pressure compensation bag 130a is filled with the expansion liquid 136 when the thermal storage medium is in the liquid state.
  • the pressure compensation container 130c provides a gas volume that at least corresponds to the increase in volume of the thermal storage medium upon freezing (e.g. 8% in the case of water).
  • the thermal storage medium freezes during operation, its volume increases, in the case of water by approximately 8%.
  • the thermal storage medium compresses the pressure compensation bag 130a and part of the expansion liquid 136 previously contained therein through the riser pipe 130b into the pressure compensation container 130c.
  • the expansion fluid 136 displaces the gas in the gas volume there. As a result, the thermal storage medium can expand without any risk of damage to the storage container 106.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a is therefore particularly suitable for use as a low-temperature heat storage or as a cold storage.
  • the heat storage and exchanger 100 in particular for use as a low-temperature heat storage or as a cold storage, in some embodiments has a circulation device 150, for example a circulation pump 150 or an agitator 150. This circulates the storage medium 108 in the storage container 106 when the temperature of the storage medium 108 reaches or falls below its freezing point.
  • the heat storage and exchanger 100 includes the circulation device 150 in addition to the pressure compensation vessel 130a, 130b, 130c.
  • the circulation device 150 reduces ice formation and improves heat conduction in the storage container 106.
  • the circulation device 150 delays stratification reversal that would otherwise occur when using a thermal storage medium comprising water (ie, aqueous) whose temperature passes through 4°C. Since the density of the aqueous thermal storage medium reaches its maximum at around 4°C, at a (e.g. average) temperature of the storage container (or the thermal storage medium contained therein) there is warmer or warmer water at temperatures above or below 4°C. colder thermal storage medium in the upper area of the thermal storage container. In the lower area of the thermal storage container, however, there is colder or warmer thermal storage medium. When passing through the temperature of 4°C, the stratification reversal occurs. The circulation device 150 reduces stratification of the thermal storage medium, thus delaying the reversal of stratification and ultimately reducing ice formation.
  • a thermal storage medium comprising water (ie, aqueous) whose temperature passes through 4°C. Since the density of the aqueous thermal storage medium reaches its maximum at around 4°C, at a (e.g. average)
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2b also has a flow channel 146, 148 which is arranged in the thermal storage container 106.
  • the flow channel 146, 148 is arranged in such a way that it specifies and/or limits the direction of the flow 152 generated by the circulation device 150 towards the heat exchanger 104; for this purpose it encloses at least a section of the flow 152 generated.
  • the flow channel 146, 148 is formed by two mutually concentric tubes 146, 148.
  • the outer tube 148 encloses a section of the heat exchanger 104, as well as a section of the generated flow 152 and the circulation device 150 itself. It thus limits the generated flow 152 to the outside and gives it a direction towards the heat exchanger 104 by preventing it that the flow 152 moves too far away from the heat exchanger 104.
  • the outer tube 148 is concentric with the double tube heat exchanger 104.
  • the flow channel 146, 148 also includes an inner tube 146, but this is optional and is omitted in some embodiments.
  • the inner tube 146 further limits the flow 152 generated, namely inwards, and thus also gives it a direction towards the heat exchanger 104.
  • the inner tube 146 is concentric with the double tube heat exchanger 104 and also with the outer tube 148.
  • the flow channel 146, 148 improves the effectiveness of the circulation device 150 by directing the flow 152 generated by it towards the heat exchanger 104, ie limiting it and giving it the direction towards the heat exchanger 104. This improves the heat transfer between heat exchanger 104 and storage container or thermal storage medium in all embodiments; Accordingly, the circulation device 150 and optionally the flow channel 146, 148 can be provided in connection with all of the described embodiments.
  • the circulation device can delay or avoid ice formation on the heat exchanger 104 particularly effectively. Ice formation is particularly undesirable on the heat exchanger 104, since it can lead to reduced heat conduction (in particular between the heat exchanger 104 and the thermal storage container 106 or the thermal storage medium) or even to frost damage to the heat exchanger 104.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2b is therefore particularly well adapted to use as a latent heat storage or as an ice storage as well as to use at temperatures around freezing point .
  • one or all of the features described in connection with FIG. 2a can optionally be provided.
  • FIG. 3 shows a heat storage and exchanger 100 according to a third exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 1, FIG. 2a and that of FIG. 2b. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 is formed with a number of modifications. According to different embodiments, a heat storage and exchanger 100 is formed with only one or a combination of the modifications described.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 is designed as a multi-zone heat storage.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 has three additional heat exchangers 118, 122, 126, which are arranged at different heights.
  • the thermal storage medium 108 in the storage container 106 of the heat storage and exchanger 100 has a temperature curve in which the temperature goes from below increases at the top (temperature stratification).
  • the different heights at which the additional heat exchangers 118, 122, 126 are arranged in the storage container 106 correspond to different temperatures of the thermal storage medium 108 in the storage container 106.
  • the lowest additional heat exchanger 118 serves for thermal coupling to a geothermal heat collector or to the surrounding soil.
  • the middle additional heat exchanger 122 serves to remove heat at a first, lower temperature, for example for a heating system.
  • the upper additional heat exchanger 126 serves to extract heat at a second, higher temperature, for example for process water.
  • the additional heat exchangers 118, 122, 126 or their supply/discharge lines 120, 124, 128 are led laterally out of the storage container 106.
  • the additional heat exchangers 118, 122, 126 or their supply/discharge lines 120, 124, 128 are led upwards out of the storage container 106, as in connection with the exemplary embodiments of FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b for the first fluid line 102a and the second fluid line 102b.
  • This can simplify the connection of further elements to the supply/discharge lines 120, 124, 128, especially if the storage container 106 is largely arranged underground (for example in terms of its height), but its top protrudes from the ground.
  • the end portion 138 of the heat exchanger includes thermal insulation 140 as described above.
  • a fluid in the first fluid line 102a flows out through this end region 138 to the inlet/outlet line 114 from the storage container 106 (upwards in FIG. 3), for example to the warm side of a heat pump. Its temperature is adjusted to that of a fluid that flows into the second fluid line 112b in the end region 138 from the supply line 112 into the storage container 106 (downward in FIG. 3), for example coming from a geothermal collector.
  • the outflowing fluid in the first fluid line 102a is above that of the inflowing fluid in the second fluid line 102b, the outflowing fluid in the first fluid line 102a is further cooled (heat is removed from it), the inflowing fluid in the second fluid line 102b is heated ( absorbs heat).
  • the heat storage and exchanger 100 also has in the uppermost section of the storage container 106 a section 138 'of the first fluid line 102a (not shown), which is thermally coupled to the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108, but from the second Fluid line 102b is thermally insulated.
  • the double-tube heat exchanger 104 is not designed in this area. Rather, the first fluid line 102a is in direct thermal contact with the thermal storage medium 108 and forms a heat exchanger with it, but is thermally insulated from the second fluid line 102b.
  • the first fluid line 102a and the second fluid line 102b are spaced apart from one another in this section 138' (e.g.
  • the first fluid line 102a and the second fluid line 102b in the section 138' are guided into the storage container separately from each other by one of their inlet/outlet lines 112, 114, and are only brought together in the storage container 106 to form the heat exchanger 104.
  • the first fluid line 102a transfers the heat contained therein (or in the fluid it carries) directly after it enters the storage container 106 to the thermal storage medium 108 in the uppermost region of the storage container 106.
  • the first fluid line 102a leads in In this area 138 ', a fluid flows into the storage container 106 from the warm side of a heat pump.
  • the heat transfer therefore takes place at maximum temperature, i.e. H. essentially at the temperature of the warm side of the heat pump or at the temperature at which the fluid coming from the heat pump flows into the storage container; in particular without a significant temperature loss due to heat transfer from the first fluid line 102a to the second fluid line 102b.
  • An upper region 132a of the lateral surface (upper lateral region) of the storage container 106 has thermal insulation 134. Thermal insulation is not present in a lower region 132b of the lateral surface (lower lateral region) of the storage container 106.
  • the upper jacket region 132a is more thermally insulated from a medium surrounding the storage container 106 than the lower jacket region 134a, typically at least three times more (ie with a thermal conductance at least three times lower).
  • the height extent hi of the upper jacket region 132a is approximately twice as large as the height extent h2 of the lower jacket region 132b.
  • the height extension hi (I12) of the upper (or lower) jacket area 132a (132b) is approximately two thirds (approximately one third) of the height extension h of the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium.
  • the weaker or substantially non-existent thermal insulation of the lower jacket region 132b results in a thermal coupling of the lower jacket region 132b to the medium surrounding the storage container 106, typically to the soil surrounding the storage container 106.
  • the medium or soil surrounding the storage container 106 is made usable as an additional thermal storage medium for heat at low temperatures.
  • the upper region of the storage container 106 in which the thermal storage medium has a higher temperature, is thermally insulated by the upper jacket region 132a and the insulation 134 in order to ensure a sufficiently high temperature in the upper region of the storage container 106, for example for process water.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 is particularly suitable (e.g. due to its structure as a multi-zone heat storage) for use as a high-temperature heat storage.
  • FIG 4 shows a system 200 with a heat storage and exchanger 100 according to a first exemplary embodiment.
  • the system 200 includes the heat storage and exchanger 100, a second heat storage and exchanger 210, a control device 202, a heat pump 204, a solar system 206, 208.
  • the heat storage and exchanger 100 is similar to that of FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b or FIG. 3.
  • the second heat storage and exchanger 210 is also similar to that of FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b or FIG. 3. However, in other embodiments, the second heat storage and exchanger 210 is different or simpler structure. Various embodiments are possible as long as the second heat storage and exchanger 210 has a storage container 220, a first fluid line 212a and a second fluid line 212b, and is designed to transfer heat between the first fluid line 212a and the storage container 220 (or . a thermal storage medium arranged therein) and between the second fluid line 212b and the storage container 220 (or the thermal storage medium arranged therein). In the illustrated embodiment this is achieved by a single heat exchanger 222, but in alternative embodiments multiple heat exchangers may be provided.
  • the second heat storage and exchanger 210 is similar to at least one of the heat storage and exchangers 100 of FIGS. 1, 2a, 2b or FIG. 3.
  • the heat storage and exchanger 100 of FIG. 4 can be constructed more simply as long as it has the features described above in connection with the second heat storage and exchanger 210.
  • the system 200 is operated at least temporarily (e.g. during summer or winter) in such a way that one of the heat storage and exchangers 100, 210 is operated as a low-temperature heat storage (i.e. as a cold storage), and the other heat storage and -exchanger 100, 210 as high-temperature heat storage.
  • a low-temperature heat storage i.e. as a cold storage
  • the other heat storage and -exchanger 100, 210 as high-temperature heat storage.
  • the temperature spread between the cold storage and the high-temperature heat storage is kept as large as possible, e.g. B. by releasing heat into the high-temperature heat storage and cold into the cold storage when the heat pump 204 is in operation.
  • the efficiency of the system 200 is improved compared to a conventional heat recovery system in which the cold energy released by the heat pump is used as a waste product is released into the environment, e.g. air or groundwater.
  • the efficiency of the system 200 is improved compared to a conventional air conditioning system in which the thermal energy released by the heat pump is released into the environment as a waste product.
  • the system 200 also enables temporary use of both heat storage and exchangers 100, 210 as cold storage or (high-temperature) heat storage, in particular at the transition from winter to summer or from summer to winter.
  • both heat storage and exchangers 100, 210 Towards the end of winter, as much cold as possible is introduced into both heat storage and exchangers 100, 210 in order to be available for cooling in the summer.
  • the heat storage and exchanger 100 is thermally coupled to a cold side 214 of the heat pump 204 by means of the first fluid line 102a.
  • the heat storage and exchanger 100 is thermally coupled to the solar system 206, 208 by means of the second fluid line 102b.
  • the heat storage and exchanger 100 is thermally coupled to a geothermal collector 224 in the ground 230 by means of the additional heat exchanger 118.
  • the thermal coupling between the heat storage and exchanger 100 and the soil 230 is effected by the wall of the heat storage and exchanger 100.
  • the additional heat exchanger 118 couples the heat storage and exchanger 100 to a (in particular local) heating network.
  • the additional heat exchanger 118 is coupled directly to the (local) heating network (i.e. instead of to the geothermal collector 224 and/or the soil 230), or in series with the geothermal collector 224 and/or the soil 230.
  • the latter embodiment is particularly advantageous Implementation of a (local) heating network across several buildings or properties that are in proximity to one another, i.e. H. in a quarter, are arranged.
  • a system 200 is installed in every building or on every property to supply it.
  • the heat storage and exchangers 100 of the systems are connected to one another by means of the associated geothermal heat collectors 224 (e.g. in series with the) in order to realize a common heat storage (in particular a low-temperature heat storage or cold storage) of large capacity.
  • the heat storage and exchangers 210 of the systems 200 are connected to one another by means of the associated geothermal heat collectors 228 in order to realize a further common heat storage (in particular a high-temperature heat storage) of large capacity.
  • the second heat storage and exchanger 210 is thermally coupled to a warm side 216 of the heat pump 204 by means of its first fluid line 212a.
  • the second heat storage and exchanger 210 is thermally coupled to the solar system 206, 208 by means of its second fluid line 212b.
  • the solar system 206, 208 shown consists of a photovoltaic system 206 and a photothermal system 208. In alternative exemplary embodiments, the solar system has no photovoltaic system 206 or photothermal system 208, or it has several photovoltaic systems 206 or photothermal systems 208.
  • the photovoltaic system 206 and the photothermal system 208 can be integrated with one another as a monolithic unit (e.g. a single system can take on the function of a photovoltaic system 206 and a photothermal system 208) or be spatially separated from one another.
  • the second heat storage and exchanger 210 is thermally coupled to a geothermal collector 228 in the ground 232 by means of the additional heat exchanger 218.
  • the thermal coupling between the second heat storage and exchanger 210 and the soil 232 is effected through the wall of the heat storage and exchanger 100, preferably through a lower jacket area of the storage container 220, as corresponding in connection with FIG. 3 described.
  • the system 200 has control lines that connect the controller 202 to the other components.
  • the control lines are shown as dashed lines.
  • the control lines are designed to transmit electrical signals and thereby enable the control device 202 to control the components connected to the control device 202.
  • control device 202 is connected to the photovoltaic system 206 and the heat pump 204.
  • control device 202 Through its connection to the photovoltaic system 206, the control device 202 receives information regarding the electrical power currently produced by the photovoltaic system 206.
  • the control device 202 controls the operating state of the heat pump 204, i.e. H. the current performance of the heat pump.
  • the control device 202 can switch the heat pump 204 off or on.
  • the control device 202 also provides an input in order to obtain further information regarding the availability of electrical power in addition to the electrical power currently produced by the photovoltaic system 206.
  • This information relates, among other things, to the availability of electrical power from wind power.
  • the information relates to a consumption of electrical power, for example in a building assigned to the system 200.
  • the availability of electrical power refers to the difference between provided electrical power, for example from the photovoltaic system 206 and/or a wind turbine, and the consumption of electrical power.
  • the control device 202 also provides an input to receive information regarding a heat requirement, for example regarding a building or building complex to be supplied with heat.
  • control device 202 is connected to temperature sensors, which determine the temperature of the photovoltaic system 206, the photothermal system 208, the soil 230, the soil 232, the heat storage and exchanger 100 (in particular the thermal storage medium of the) and the (especially the thermal storage medium of the) second heat storage and exchanger 210 and transmit it to the control unit 202.
  • a heat storage and exchanger is designed as a multi-zone heat exchanger, it has several temperature sensors that are set up to determine the temperature at different heights of its storage container and to transmit it to the control unit 202.
  • control device 202 is connected to valves and flow regulators, which are shown as circles at connection points between fluid lines.
  • the control device uses the valves and flow regulators to regulate the direction and flow of the fluid flow through the respective fluid line.
  • control device 202 controls circulation pumps (not shown) and thereby the flows of the fluid flows through the fluid lines.
  • control device 220 controls the flow (e.g. the flow rate) through at least one of the fluid lines 102a, 102b in order to control the temperature of a fluid as it flows out of one of the two fluid lines 102a, 102b, for example as in connection with the end region 138 1, 2a and 2b.
  • controller 220 controls the flow (e.g., flow rate) through at least one of the fluid lines 212a, 212b to control the temperature of a fluid as it flows out of one of the two fluid lines 212a, 212b.
  • 5a shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5a also illustrates a first operating mode 500a of a method for operating the system according to an example. [0303] In the first operating mode 500a of FIG.
  • the control device 202 controls the heat pump 104 and the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the solar system 206, 208, the second fluid line 102b and the heat exchanger 104; that the heat pump 204 is in the switched-on operating state; that a closed fluid flow is generated through the cold side 214 of the heat pump 204 and the first fluid line 102a; and that a closed fluid flow is generated through the warm side 216 of the heat pump 204 and the first fluid line 212a.
  • This first operating mode is particularly advantageous when the solar system 206, 208 has a higher temperature than the heat storage and exchanger 100 or its thermal storage medium. In this case, heat is transferred from the solar system 206, 208 into the heat storage and exchanger 100. The solar system thus serves as a photothermal system 208. In addition, the heat storage and exchanger 100 cools the solar system 206, 208, which increases the efficiency of the photovoltaic system 206.
  • the cooling of the photovoltaic system 206 is further improved in that the fluid that reaches the photovoltaic system 206 through the second fluid line 102b is in the heat exchanger 104 in effective heat exchange with the cold fluid from the cold side 214 of the heat pump 204 stands that flows through the first fluid line 102a.
  • the heat exchanger 104 has an area at its end (from the perspective of the fluid flow through the second fluid line 102b) that is thermally insulated from the thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100, the fluid flow through the second fluid line 102b is below the Temperature of the (in particular thermal storage medium of) heat storage and exchanger 100 is cooled, which further improves the cooling of the photovoltaic system 206.
  • the warm side 216 of the heat pump is thermally coupled to the second heat storage and exchanger 210, in particular to its first fluid line 212a.
  • the heat from the warm side 216 of the heat pump 204 is thus stored in the second heat storage and exchanger 210 and made usable for times of poor availability.
  • This first operating mode is therefore particularly advantageous when the availability of electrical power for operating the heat pump 204 is good, in particular when the electrical power currently provided by the photovoltaic system 206 exceeds a predefined critical value or electrical Performance is readily available according to another of the criteria described above.
  • active operating modes are characterized, for example, by the fact that the heat pump is operated with an output of at least 10%, at least 20% or at least 30% of its maximum output, or in that the heat pump is operated with an output of at least 10%, at least 20% or at least 30% of a peak power of the photovoltaic system 206 is operated.
  • an active operating mode is always selected, in particular if the power currently provided by the photovoltaic system 206 electrical power exceeds a current consumption of electrical energy and/or a predefined critical value. Energy is therefore stored as heat in the second heat storage and exchanger 210 when it is available particularly well or even in excess as electrical power.
  • the active operating mode is selected if electrical power is readily available according to another of the criteria described above.
  • Fig. 5b shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of Fig. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5b also illustrates a second operating mode 500p of a method for operating the system according to an example.
  • control device 202 controls the heat pump 104 and the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the solar system 206, 208, the second fluid line 102b and the heat exchanger 104; and that the heat pump 204 is in the switched off operating state.
  • the closed fluid flow through the second fluid line 102b in the second operating mode corresponds to that in the first operating mode, except However, when the heat pump 204 is switched off.
  • the second operating mode 500p as a passive operating mode corresponds to the first operating mode 500a as an active operating mode.
  • the fluid flow is directed through the first heat storage and exchanger 100
  • the fluid flow is directed through the second heat storage and exchanger 210. This can be achieved by changing the valves 508a, 508b.
  • operating modes in which the heat pump 204 is in the switched off operating state are referred to as passive.
  • Passive operating modes are characterized, for example, by the fact that the heat pump is operated with an output that corresponds to at most half, at most a third, at most a quarter, or at most a fifth of the output in the corresponding active operating mode.
  • the heat pump is operated with an output of a maximum of 9%, a maximum of 6% or a maximum of 3% of its maximum output, or with an output of a maximum of 9%, a maximum of 6% or a maximum of 3% of a peak output of the photovoltaic system 206.
  • a passive operating mode is always selected when the availability of electrical power for operating the heat pump 204 is poor, in particular when the electrical power currently provided by the photovoltaic system 206 is poor current consumption of electrical energy and/or falls below a second predefined critical value. This means that power consumption by the heat pump 204 is kept low when electrical power is poorly available.
  • this second operating mode 500p is particularly advantageous when the solar system 206, 208 has a higher temperature than the heat storage and exchanger 100 or its thermal storage medium, in order to be that described above in connection with the first operating mode to achieve advantages.
  • the second operating mode is advantageous if the temperature of the solar system 206, 208 corresponds to or is below the freezing point of water, while the temperature of the heat storage and exchanger 100 or its thermal storage medium is above this. At appropriate temperatures, snow or ice can form on the solar system 206, 208.
  • snow or ice can be defrosted. This allows more light to reach the solar system 206, 208 and it can provide more electrical power and/or heat.
  • Fig. 5c shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of Fig. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5c also illustrates the first operating mode 5ooa' of the method for operating the system according to a further example.
  • the first operating mode 5ooa' according to the exemplary embodiment of FIG. 5c is similar to the first operating mode 500a according to the exemplary embodiment of FIG. 5a.
  • the control unit 202 regulates in such a way that the closed fluid flow through the photovoltaic system 206, the photothermal system 208, the second fluid line 102b and the heat exchanger 104 also passes through the geothermal collector 224 in series.
  • the geothermal collector 224 or the soil 230 can thus be used as an additional heat storage.
  • the fluid passes through the geothermal collector 224 before passing through the upper region of the storage container 106.
  • This is particularly advantageous if the temperature of the fluid when fed into the geothermal collector 224 or after passing through the solar system 206, 208 (flow temperature) exceeds the temperature in the (particularly upper region of) the storage container 106.
  • the control unit 202 receives information about the flow temperature and the temperature in the (upper area of) the storage container 106. If the flow temperature exceeds the temperature in the (upper area of the) storage container 106, the control device 202 selects the operating mode 5ooa' and this is executed.
  • the fluid passes through the geothermal collector 224 after passing through the lower portion of the storage container 106.
  • the temperature of the geothermal storage is below the temperature of the (particularly lower region of the) storage container 106.
  • the control unit 202 selects such an operating mode and it is carried out when the flow temperature is below the temperature in (particularly the lower region of) the storage container 106.
  • 5d shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals a further description is omitted. 5d also illustrates a third operating mode 530 of a method for operating the system according to an example.
  • the control device 202 controls the heat pump 204 and the fluid flows through the fluid lines such that the heat pump 204 is in the switched-on operating state; that a closed fluid flow is generated through the cold side 214 of the heat pump 204 and the first fluid line 102a; and that a closed fluid flow is generated through the warm side 216 of the heat pump 204 and the first fluid line 212a.
  • the third operating mode 510 thus allows heat to be transferred from the heat storage and exchanger 100 into the heat storage and exchanger 210.
  • a sufficiently high temperature of the second heat storage and exchanger 210 or its thermal storage medium can thus be ensured, particularly in its upper region, in which the heat exchanger 126 extracts heat for process water.
  • the temperature for process water is therefore regularly high enough to avoid the formation of legionella.
  • heat from the warm side 216 of the heat pump 204 or cold from the cold side 214 of the heat pump 204 is also transferred to a building 502 by means of the fluid line in 506b in order to heat or cool it.
  • heat transfer or cold transfer to the building 502 is dispensed with. Whether heat or cold or neither should be transferred to the building 502 is determined by the control device 202 based on an actual temperature of the building 502 and a target temperature for the building 502 that a user sets. In other words, the system is used for heating or cooling depending on the target temperature and actual temperature of the building.
  • the control unit 202 controls the execution of the operating mode accordingly.
  • a corresponding heat or cold transfer to the building 502 is optionally possible in all other active operating modes, for example in the operating modes described above in connection with FIGS. 5a and 5c.
  • the third operating mode is an active operating mode that is carried out when the availability of electrical power to operate the heat pump 204 is good.
  • the availability of electrical power is determined by the control unit 202 as described above.
  • 5e shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5e also illustrates a fourth operating mode 520 of a method for operating the system according to an example.
  • the control device 202 controls the heat pump 204 and the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the solar system 206, 208 and the cold side 214 of the heat pump 204; that the heat pump 204 is in the switched-on operating state; and that a closed fluid flow is generated through the warm side 216 of the heat pump 204 and the first fluid line 212a.
  • the fourth operating mode 520 enables the provision of heat from the solar system 206, 208 for heating the building 502 or for storing it in the second heat storage and exchanger 210.
  • the heat can be in the heat storage and exchanger 100 are stored.
  • the second heat storage and exchanger 210 can be connected in series with the geothermal collector 228, so that the heat in the geothermal collector 228 and the second heat storage and exchanger 210 is stored.
  • the geothermal collector 224 can be connected in series when storing in the heat storage and exchanger 100.
  • the heat from the solar system 206, 208 is taken as a heat source.
  • the heat is taken from one of the geothermal collectors 224, 228 as a heat source.
  • a closed fluid flow is created through the geothermal collector 224 or 228 and the cold side 214 of the heat pump 204, instead of closed fluid flow through the solar system 206, 208 and the cold side 214 of the heat pump 204.
  • geothermal collector 224, geothermal collector 228 or solar system 206, 208 is used as a heat source, depending on which of these elements has the highest temperature. The selection is made automatically by the control unit 202 based on temperature sensors linked to these elements.
  • the heat is supplied to the building 502 through the fluid line 506a by means of the heat pump 204 and the fluid line 506b.
  • the heat is instead supplied to the building 502 through the fluid line 504, i.e. H. without using the heat pump 204 (and the fluid lines 506a, 506b).
  • Such alternative embodiments provide a passive mode of operation that otherwise corresponds to the active mode of operation shown.
  • the passive operating mode is advantageous if the temperature of the solar system 206, 208 (or the temperature of one of the geothermal collectors in 224, 228) exceeds the temperature of the heat storage and exchanger 100, or its storage medium, and/or if the availability of electrical power bad is.
  • Fig. 5f shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of Fig. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5t also illustrates a fifth operating mode 530 of a method for operating the system according to an example.
  • the controller 202 controls the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the heat exchanger 126 and the building 502.
  • heat for the building 502 for example for process water, can be taken from the second heat storage and exchanger 210.
  • the heat for the building 502 is supplied to the second heat storage and exchanger 210 by means of the heat exchanger 122 or to the heat storage and exchanger 100 by means of the heat exchanger 118 or by means of the geothermal heat collector 224 or by means of the geothermal heat collector 228 Soil 230 or 232 taken.
  • Which heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 is used is determined by the control unit 202 based on temperatures at the respective heat exchangers 118, 122, 126 and based on a requested temperature, as well as based on the selection of an active or passive operating mode.
  • control device 202 determines whether an active or passive operating mode should be selected based on the availability of electrical power.
  • the control unit 202 selects the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228, the temperature of which exceeds the requested temperature by the smallest amount. If there is no heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 whose temperature exceeds the requested temperature, the control unit 202 selects the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 with the highest temperature or switches to an active operating mode.
  • control unit 202 selects the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 and couples it to the cold side of the heat pump 204, in which the warm side 216 the heat pump 204 exceeds the requested temperature by the smallest amount during operation (particularly with the inexpensive electrical power available).
  • FIG. 5g, FIG. 5h and FIG. 5! Examples of corresponding variants 530", 530", 530'" of the fifth operating mode 530 are in FIG. 5g, FIG. 5h and FIG. 5! shown.
  • thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100 has a temperature of around -2 0 corresponding to its freezing point
  • the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger 210 has a temperature of 6o ° in the upper region and 20 ° in the lower region.
  • the soil 230 or 232 has a temperature of 5 0 or 6 °. Such a situation can occur during the day at the end of winter or at the beginning of spring.
  • An underfloor heating system in the building requests a temperature of 35° from the control device 202 based on a user selection.
  • an active operating mode is selected due to the good availability of electrical power.
  • the electrical power cheaply provided by the photovoltaic system 206 is not sufficient to operate the heat pump 204 with this power and a fluid from the storage container 106 with a temperature of -2 0 on the cold side 214 of the heat pump 204 to heat the warm side 216 to the target temperature of 35 0 .
  • the electrical power cheaply provided by the photovoltaic system 206 is sufficient to provide the warm side 216 on the cold side 214 of the heat pump 204 when the heat pump 204 is operated with this power and a fluid from the ground 230 with a temperature of 50 to heat to the target temperature of 35 0 .
  • the control unit 202 thus selects the geothermal collector 224 and couples it to the cold side 214 of the heat pump 204.
  • the building 502 is heated from the warm side 216 of the heat pump 204.
  • thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100 has a temperature of 11 0
  • thermal storage medium of the second heat storage and exchanger 210 has a temperature of 75 0 in the upper region and 40 ° in the lower region.
  • the soil 230 or 232 has a temperature of 13 0 or 18°. Such a situation can occur on a night in summer.
  • An underfloor heating system in the building requests a temperature of 18° from the control device 202 based on a user selection.
  • a passive operating mode is selected due to the poor availability of electrical power.
  • neither the temperature of the heat storage and exchanger 100 nor the temperature of the soil 230 is sufficient to provide the target temperature of 18°.
  • the temperature of the soil 232 is sufficient to provide the target temperature of 18°.
  • the control unit 202 selects the geothermal collector 228 and couples it to the building 502 for heating.
  • the thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100 has a temperature of 8°
  • the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger 210 has a temperature of 70° in the upper region and 40° in the lower region.
  • the soil 230 and 232 has a temperature of 7 0 and 14 0 , respectively. Such a situation can occur on a night in late summer or autumn after the outside temperature has fallen seasonally compared to that of the example in FIG. 5h.
  • An underfloor heating system in the building requests a temperature of 25 0 from the control device 202 based on a user selection.
  • a passive operating mode is selected due to the poor availability of electrical power.
  • neither the temperature of the heat storage and exchanger 100 nor the temperature of the soil 230, 232 is sufficient to provide the target temperature of 25 0 .
  • the temperature of the second heat storage and exchanger 210 is sufficient to provide the target temperature of 25 ° .
  • control device 202 selects the second heat storage and exchanger 210 and couples it to the building 502 for heating.
  • the geothermal collector 224, 228 assigned to the heat storage and exchanger 100, 210 is preferably connected upstream of the heat storage and exchanger 100, 210 from one of the heat storage and exchangers 100, 210, in particular if the Temperature of the associated geothermal collector 224, 228 is above the return temperature of the fluid from the building 502.
  • the geothermal collector 228 is connected upstream of the second heat storage and exchanger 210. This results in preheating the fluid from the building before it is passed through the second heat storage and exchanger 210.
  • the fluid thus removes some of the heat for heating the building 502 from the system at a lower temperature (from the geothermal collector 228) rather than at a higher temperature (from the second heat storage and exchanger 210). Heat extraction at a lower temperature further improves the energy efficiency of the system.
  • thermal stores can be combined, for example by mixing liquid heat-conducting media that are thermally coupled to different thermal stores, in particular by means of a mixing valve, in order to provide a requested temperature.
  • FIG. 6a shows a local heating network system 600 with a local heating network and a second local heating network.
  • the local heating network and the second local heating network are each based on heat storage and exchangers 100 or systems 200.
  • the heat storage and exchangers 100 can be similar to those in FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b or FIG. 3.
  • the systems 200 may be similar to those of Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. sd, Fig. se, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5i.
  • the local heating network serves to store heat or cold with a greater heat capacity than that which a single heat storage and exchanger 100 or a single system 200 would provide.
  • the local heating network (or the second local heating network) is therefore also referred to below as a storage system (or complementary storage system).
  • the local heating network (i.e. storage system) comprises a plurality of systems 200. Each of the systems 200 is assigned to a building or property 602, e.g. B. arranged in or on it.
  • the systems 200 include a heat storage and exchanger 100 and optionally a second heat storage and exchanger 210, e.g. B. a second heat storage and exchanger 210 as described above in connection with FIG.
  • the systems 200 include geothermal heat collectors 224, which are assigned to one of the heat storage and exchangers 100, 210, or two geothermal heat collectors 224, 228, which are assigned to the two heat storage and exchangers 100, 210.
  • the heat storage and exchangers 100 are connected to a storage system by means of the lines 604, optionally in series with the geothermal collectors 224. So that's it Heat storage capacity of the storage system is increased compared to that of the individual systems 200.
  • the storage system is a low-temperature storage system (cold storage system) made of low-temperature heat storage 100 (cold storage 100), for example according to Fig. 2a or Fig. 2b, or a high-temperature storage system made of high-temperature heat storage too, for example according to Fig. 3-
  • a corresponding high-temperature storage system is, in some embodiments, operated as an anergy network or as a cold heat network, i.e. at temperatures of the thermal storage medium in the range from 1 ° C to 40 ° C, preferably in the range from 10 ° C to 25 ° C .
  • Each of the systems 200 includes a pump (not shown) configured to drive a fluid flow in the lines 604 and/or in the lines 606, for example a hydraulic pump.
  • the pump is preferably controlled by the control device 200 described above, i.e. switched on or off when necessary.
  • a separate control device can be provided, which is coupled to the control device 200.
  • the pressure distribution in the local heating network can be controlled across the board, for example by increasing the current pump output of one of the pumps in order to compensate for a local pressure drop in the local heating network (e.g. due to a local bottleneck, for example in one of the lines 604, 604).
  • each of the properties 602 can also be supplied with heat (or cold) from the local heating network if due to a temporary increased heat requirement (or cooling requirement) on the property 602 or due to reduced energy or heat production (e.g. B. a failure of the solar system) on property 602, the capacity of the local heat storage and exchanger 100 located on property 602 would already be exhausted.
  • heat or cold
  • geothermal collectors 224 which are arranged in the surroundings of the heat storage and exchanger 100 and are thermally coupled to them, further increase the heat storage capacity of the storage system.
  • additional geothermal collectors 224, 224" are spaced apart from the heat storage and exchangers 100, e.g. b. between the properties 602 or away from the properties 602, and coupled to the storage system by means of the lines 604.
  • the additional geothermal collector 224' is implemented as a section of the line 604 with reduced thermal insulation, compared to other areas of the line 604, which are designed with full thermal insulation in order to enable the transport of heat or cold with as little loss as possible. Due to the reduced thermal insulation, the line 224', 604 is thermally coupled to the surrounding soil and thus implements the geothermal collector 224'.
  • the additional geothermal collector 224" is similar to the geothermal collectors 224, 228 described in connection with FIG. 4. Using valves, it is selectively coupled to the line 604, and thus selectively coupled to the storage system.
  • the second heat storage and exchangers 210 are connected via the lines 606 to a second local heating network, i.e. H. connected to a complementary (i.e. high temperature or low temperature) storage system to realize a complementary storage system with increased heat storage capacity.
  • the second heat storage and exchangers 210 may be similar to the heat storage and exchangers 100 of FIGS. 1, 2a, 2b or 3.
  • a system 200 can be provided, which is one of the systems 200 of FIGS. 4, 5a, 5b, 5c, sd, 5e, 5t , Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5! resembles.
  • the second heat storage and exchanger 210 is coupled to a geothermal collector 228.
  • the geothermal collector 228 is shown for the property at the bottom left.
  • additional geothermal collectors are also connected to the complementary storage system. For this purpose, these additional geothermal collectors are coupled to the lines 606, corresponding to the coupling of the additional geothermal collectors 224 ', 224" to the lines 604 described above.
  • thermally insulating partitions 608 are also provided to thermally isolate the second heat storage and exchanger 210 from the heat storage and exchanger 100 and/or the geothermal collector 224, as required Property shown at top right in Fig. 6a.
  • thermally insulating partitions 608 are also provided to thermally isolate the geothermal collector 228 from the heat storage and exchanger 100 and/or the geothermal collector 224, as shown for the property at the bottom left in Fig. 6a.
  • Further thermally insulating partitions 608 thermally insulate lines 604, 606 of the local heating network and the second local heating network from each other, as shown in FIG. 6a for the lines 604, 606 between the two left-hand properties 602.
  • the thermally insulating partitions 608 are preferably arranged at least partially underground, particularly in embodiments in which the heat storage and exchangers 100, 210 are at least partially arranged underground.
  • corresponding thermally insulating partitions are used to define the geothermal collector 224 or the geothermal collector 228.
  • a laterally circumferential thermally insulating partition wall delimits the geothermal collector 224 (or the geothermal collector 228) laterally.
  • an upper and/or lower thermally insulating partition limits the geothermal collector 224 (or the geothermal collector 228) in its vertical extent.
  • the geothermal collector 224 adjoins the geothermal collector 228 and is laterally separated from the geothermal collector 228 by a thermally insulating partition wall embedded in the ground.
  • At least one of the systems 200 has a solar system 206, 208.
  • a locally limited (e.g., on one of the properties 602 or off of the properties 602) solar system 206, 208 is provided that provides sufficient peak power to power multiple properties 602.
  • the solar systems 206, 208 are distributed, i.e. h each of the systems 200 has a solar system 206, 208.
  • the heat storage is preferably a heat storage 100 as previously in connection with Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b or Fig. 3 or the system 200 of Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5! described.
  • the storage system is similar to that of Fig. 6a.
  • the heat storage 100 can be a high-temperature heat storage 100 or a low-temperature heat storage too; in particular a high-temperature heat storage 100, which is coupled to a high-temperature storage system or a low-temperature heat storage too, which is coupled to a low-temperature storage system.
  • the heat storage 100 is purely thermally coupled to the storage system. With such a coupling, no exchange of material takes place between the thermal storage medium 108 in the storage container 106 and the storage system (or a medium in the line 604 of the storage system). In other words, there is no fluid coupling between the storage container 106 and the storage system (or a line 604 of the storage system).
  • Corresponding embodiments have the advantage that the respective fluid circuits are separate and their composition can be individually controlled. Contamination of one of the fluid circuits does not affect the other fluid circuit.
  • the geothermal collector 230 is selectively thermally coupled to the storage system, as shown in Figures 6b, 6c.
  • the selective thermal coupling between the storage system and the geothermal collector 230 can also be purely thermal in the sense described above, in particular if the thermal coupling between the storage container 106 and the storage system is purely thermal. In some embodiments, it is designed in series with the storage system and the geothermal collector 230.
  • the heat storage 100 is fluidly coupled to the storage system. With such a coupling, an exchange of material takes place between the thermal storage medium 108 in the storage container 106 and the storage system (or a medium in the line 604 of the storage system). In other words, fluid is flowed through storage container 106 and line 604 during operation. In other words, there is fluid coupling between the storage container 106 and the storage system (or the storage system line 604).
  • Corresponding embodiments have the advantage that the entire storage system can operate not only as a thermal storage system, but also as an electrochemical storage system. This is made possible by replacing the storage medium 108 and the electrolyte contained therein in the storage system.
  • the geothermal collector 230 is selectively fluidly coupled to the storage system, as shown in Figures 6d, 6e.
  • the selective fluid coupling between the storage system and the geothermal collector 230 can be designed in particular if the storage container 106 and the storage system are fluidly coupled. In some embodiments, it is designed in series with the storage system and the geothermal collector 230.
  • the heat storage and exchanger 100 is arranged in the building 700. This allows for easy and cost-effective installation. In addition, the heat storage and exchanger 100 is protected from the effects of the weather and its service life is improved.
  • the heat storage and exchanger 100 is arranged outside the building 700. Such an arrangement is particularly advantageous if the heat exchanger 104 contains a refrigerant that is highly flammable or toxic. The arrangement of the heat storage and exchanger 100 outside the building 700 reduces resulting dangers for the residents of the building 700.
  • the heat storage and exchanger 100 is arranged underground outside the building 700.
  • the underground arrangement makes the area above the heat storage and exchanger 100 usable.
  • the heat storage and exchanger 100 is protected from the effects of the weather.
  • the heat storage and exchanger 100 can be effectively thermally coupled to the surrounding soil and a geothermal heat collector can be realized.
  • An (at least partially) underground arrangement is also possible below building 700.
  • FIG. d The arrangement of the heat storage and exchanger 100 in FIG. d corresponds to that in FIG. 7c. Alternatively, an above-ground arrangement of the heat storage and exchanger 100 is possible, as shown in FIG. 7b.
  • a heat storage 702 is assigned to the heat storage and exchanger 100 of FIG.
  • the associated heat storage 702 is arranged in the building 700.
  • 7e shows a particularly advantageous preferred arrangement with two heat storage and exchangers 100a, 100b, each of which is arranged underground.
  • One of the two heat storage and exchangers 100a, 100b is designed as a low-temperature heat storage (ie cold storage), for example as described in connection with the heat storage and exchanger 100 of Fig. 2a or Fig. 2b, the other as a high-temperature heat storage 100, for example, corresponding to the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3.
  • a low-temperature heat storage ie cold storage
  • One of the heat storage and exchangers 100a is coupled to the associated heat storage 702, as described above.
  • the high-temperature heat storage (or the low-temperature heat storage) is coupled to the associated heat storage 702 in order to ensure optimization for the heating (or cooling) of the building 700.
  • the associated heat storage 702 is arranged in the building 700 and is preferably designed as a multi-zone heat storage.
  • a thermally insulating partition 608 is arranged between the heat storage and exchangers 100a, 100b, in particular between their storage containers 106.
  • the thermally insulating partition 608 between the heat storage and exchangers 100a, 100b is also arranged underground in the ground.
  • the heat storage and exchangers 100a, 100b are arranged adjacent to one another and/or in a common housing, without soil between them.
  • the thermally insulating partition 608 is also arranged in the common housing and thus preferably at least partially underground.
  • a thermally insulating partition 608 is between the geothermal heat collectors 224, 228 arranged.
  • the thermally insulating partition 608 enables effective thermal insulation of the heat storage and exchangers 100a, 100b and/or the geothermal collectors 224, 228, even when space is limited. This is particularly advantageous in residential areas with high property prices, for example for single-family or terraced houses, or in the environment of small or medium-sized businesses, since the system with the thermally insulated partition 608 e.g. B. can also be accommodated in a smaller yard.
  • the combination of the heat storage and exchanger 100 with the associated heat exchanger 702 improves, for example, the alternating use of the heat storage and exchanger 100 as a heat storage (e.g. during winter) and as a cold storage (e.g. at the transition from winter to summer), as described above.
  • heat storage and exchanger 100 and associated heat exchanger 702 can be kept at the highest possible temperature.
  • the heat storage and exchanger 100 can be kept at the lowest possible temperature and, for example, also freeze (ie used as ice storage), while the associated heat exchanger 702 is kept at a higher temperature, for example for service water and/or Heating water for the building 700.
  • the storage of cold in the heat storage and exchanger 100 is improved by utilizing the latent heat at the phase transition.
  • the heat storage and exchanger 100 and the associated heat storage 702 of FIG. d are swapped, i.e. H. the heat storage and exchanger 100 is arranged in the building 700 and the associated heat storage 702 outside the building 700.
  • the improved cold storage as described above can also be achieved, with the associated heat storage 702 freezing (i.e. being used as ice storage ) can.
  • FIG. 8 shows a system 200 with a heat storage and exchanger 100 and a second heat storage and exchanger 210.
  • the system 200 is similar to that of Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5! and may include any or all of the elements described therein. The following description is limited to additional elements.
  • the heat storage and exchanger 100 is similar to that of FIG. 2a or FIG. 2b, and the second heat storage and exchanger 210 is similar to the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3.
  • the thermal storage media of the heat storage and exchangers 100, 210 are electrolytes for a redox flow battery, and the system 200 further comprises an electrochemical cell 800.
  • the electrolyte comprises redox-active chemical compounds, in particular ions of a metal compound, preferably ions of a vanadium, sodium, zinc, or iron compound, and/or redox-active organic compounds, preferably viologes, quinones, lignins or lignin sulfates.
  • redox-active chemical compounds in particular ions of a metal compound, preferably ions of a vanadium, sodium, zinc, or iron compound, and/or redox-active organic compounds, preferably viologes, quinones, lignins or lignin sulfates.
  • the electrolytes can be provided by vanadium (oxide) ions dissolved in water or by a saline solution in combination with aminoxyl radicals, such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO), and a viologen.
  • TEMPO 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl
  • Pumps which are arranged in the heat storage and exchangers 100, 210, the electrochemical cell 800, or in electrolyte lines 802a, 802b between them, flow the electrolytes from the heat storage and exchangers 100, 210 through the electrolyte lines 802a, 802b to the electrochemical cell 800.
  • the internal structure (not shown) of the electrochemical cell 800 includes a plurality of electrochemical half-cells, a membrane therebetween, and electrodes associated with the electrochemical half-cells.
  • the electrolyte lines 802a, 802b lead to different electrochemical half cells that are separated by the membrane, i.e. H. the electrolytes are flowed through these different electrochemical half-cells by means of the electrolyte lines 802a, 802b. Electricity generated can be taken from the assigned electrodes.
  • the electrochemical cell 800 is thermally coupled to at least one of the heat storage and exchangers 100, 210.
  • the coupling takes place either by means of the valves 806 to the fluid lines 808a, 808b and thus optionally to the heat storage and exchangers 100, 210.
  • only the coupling is to one of the heat storage and exchangers 100, 210, in particular the coupling by means of the fluid line 808b to the high-temperature heat storage 210.
  • the fluid lines 808a, 808b couple the electrochemical cell 800 directly to the heat storage and exchanger 100, 210.
  • the coupling takes place either by means of the heat pump 204, that is, the fluid lines 808a, 808b are optionally instead of the heat storage and exchanger 100, 210 is coupled to the cold side 214 of the heat pump 204.
  • the warm side 216 of the heat pump 204 is thermally coupled to the heat storage and exchanger 100, 210.
  • the thermal coupling takes place by means of a heat exchanger 804 that is thermally coupled to the electrochemical cell 800.
  • the heat exchanger 804 is preferably arranged in at least one of the electrochemical half cells.
  • partial heat exchangers are arranged in a plurality of electrochemical half cells, and the partial heat exchangers are interconnected to form the heat exchanger 804, for example in series.
  • the electrochemical cell 800 is arranged spatially separated from the heat storage and exchangers 100, 210.
  • the electrochemical cell 800 is located in the heat storage and exchanger 100 or the heat storage and exchanger 210, providing a highly integrated system for quick and cost-effective assembly.
  • the system 200 Due to the double coupling of at least one of the heat storage and exchangers 100, 210 to the electrochemical cell 800, on the one hand by means of the electrolyte line 802a, 802b, and on the other hand by means of the thermal coupling through the fluid line 808a, 808b, the system 200 uses the electrochemical cell 800 double. On the one hand, it is used to generate electricity using the electrolytes of the heat storage and exchangers 100, 210. On the other hand, the waste heat generated in the electrochemical cell 800 is stored in the heat storage and exchanger 100, 210 for (e.g. later) use.
  • the system uses the heat storage and exchanger 100, 210 or the thermal storage medium contained therein twice, on the one hand as an electrolyte for the electrochemical cell 800, and on the other hand as an energy storage device to absorb the waste heat generated by the electrochemical cell 800.
  • a thermal coupling can also take place between the electrolyte lines and/or the supply lines with heat consumers, such as heating lines, in order to achieve suitable operating temperatures in the electrochemical cell 800 receive.
  • a maximum storage temperature of the storage container can be limited to a compatible temperature of the electrolyte, for example if chemical processes above the maximum storage temperature would prevent effective storage of electrical energy, and the controller can limit the operation of the heat pump accordingly.
  • the above-described heat storage and exchanger or system further comprises a thermoelectrochemical cell which is connected to the (first) heat storage and exchanger 100 and/or the second Heat storage and exchanger 210 can be coupled to generate electrical energy.
  • thermoelectrochemical cell can utilize a temperature difference between two electrodes to convert thermal energy into electrical energy.
  • the thermoelectric cell can be based on a temperature-dependent redox couple, such as a ferric/ferrocyanide couple, so that different temperature levels at the electrodes, such as 20 °C and 60 °C, can be used to generate electricity.
  • thermoelectric cell A corresponding electrolyte solution for operating the thermoelectric cell can be stored in the storage container of the first heat storage and exchanger 100 and/or the second heat storage and exchanger 210, or the thermoelectrochemical cell can be connected to the first heat storage and exchanger 100 via heat exchangers and/or the second heat storage and exchanger 210 can be coupled.
  • the electrodes of the thermoelectrochemical cell may be coupled to the first and second heat storage and exchangers 100, 210, respectively, to create a temperature difference in the thermoelectrochemical cell.
  • the temperature difference can then generate a potential difference that can be tapped at the electrodes.
  • the different temperature levels maintained in the thermoelectrochemical cell by the storage in the heat storage and exchangers 100, 210 can be used to generate electricity.
  • the stored thermal energy in the (first) heat storage and exchanger 100 can also be used to regenerate an electrolyte solution in order to generate electricity, for example according to the operating principle of thermally regenerable electrochemical cycles (TREC) or thermally regenerable batteries (TRB). , to create.
  • the system can include a TREC cell or a thermally regenerable battery and the controller can be set up to optionally connect the TREC cell or the thermally regenerable battery to the heat pump or the (first) depending on the availability of electrical energy.
  • Heat storage and exchanger 100 to be coupled in order to regenerate the TREC cell or the thermally regenerable battery.
  • FIGS. 9a and 9b show local heating networks 610a, 610b and a local heating network system 600 with an electrochemical cell 800 according to two embodiments.
  • the local heating networks 610a, 610b or the local heating network system 600 are similar to the local heating network or local heating network system 600 previously described in connection with FIGS. 9a, Fig. 9b are not shown.
  • the electrochemical cell 800 is similar to that of the exemplary embodiment in FIG.
  • the heat storage and exchangers 100 of the local heating network 610a are fluidly coupled to or through the line(s) 604a, as described in detail in connection with FIGS. 6d, 6e.
  • the heat storage and exchangers 100 of the local heating network 610b are fluidly coupled in a similar manner to or through the line 604b.
  • the thermal storage media of the heat storage and exchanger 100 are electrolytes as described in connection with FIG. 8.
  • the local heating networks 610a, 610b are fluidically decoupled from one another (separated from one another) and preferably also thermally decoupled from one another.
  • An electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the lines 604a, 604b or to the heat storage and exchangers 100 or to the local heating networks 610a, 610b through the valves 612 and the electrolyte lines 802a, 802b.
  • a half cell of the electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the local heating network 610a (or to its line 604a or to its heat storage and exchanger 100).
  • Another half cell of the electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the local heating network 610b (or to its line 604b or to its heat storage and exchanger 100).
  • each of the local heating networks 610a, 610b serves as an electrochemical storage system for one of the half cells, or the local heating networks 610a, 610b as a whole serve as an electrochemical storage system for the electrochemical cell 800.
  • the heat storage and exchangers 100 of the local heating network system 600 are fluidly coupled to or through the line(s) 604, as described in detail in connection with FIGS. 6d, 6e.
  • the corresponding heat storage and exchangers 100 serve as high-temperature heat storage of the local heating network system 600.
  • the heat storage and exchangers 210 of the local heating network system 600 are fluidly coupled to or through the line 606, as in detail in connection with the FIG 6d, 6e described.
  • the corresponding heat storage and exchangers 210 serve as low-temperature heat storage of the local heating network system 600.
  • the heat storage and exchangers 100 serve as low-temperature heat storage and the heat storage and exchangers 210 serve as high-temperature heat storage of the local heating network system 600.
  • An electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the lines 604, 606 or to the heat storage and exchangers 100, 210 through the valves 612 and the electrolyte lines 802a, 802b.
  • a half cell of the electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the heat storage and exchanger 100, and another half cell of the electrochemical cell 800 to the heat storage and exchanger 210.
  • the function and advantages correspond to those described in connection with FIG. 9a, with the two local heating networks of the local heating network system 600 (or their corresponding components) replacing the local heating networks 610a, 610b of FIG. 9a (or their corresponding components). step.
  • the electrochemical cell 800 is preferably connected to a local heating network 610a, 610b or a local heating network of the local heating network system 600 (or to its line 604, 604b, 606, 606b or to its heat storage and exchanger 100, 210) fluid-coupled, which is operated frost-free, for example at a temperature of at least 1 ° C, at least 10 ° C, at least 15 ° C or at least 20 ° C.
  • the two half cells of the electrochemical cell 800 described in connection with FIGS. 9a, 9b are each fluidly coupled to a corresponding local heating network (or a corresponding component thereof).
  • a thermal coupling (not shown) of the electrolyte cell 800 is provided to at least one of the heat storage and exchangers 100, 210 of the local heating network, as described in connection with the exemplary embodiment of FIG.
  • This thermal coupling is spatially separated from the aforementioned fluid coupling, for example using at least one separate fluid line 808a, 808b (as described in Fig. 8, not shown in Fig.
  • the electrolyte cell 800 includes a heat exchanger 804, similar to the heat exchanger 804 described in FIG. . LIST OF REFERENCE SYMBOLS
  • control unit 204 heat pump

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Abstract

A heat storage unit and heat exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container. The heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line. The storage container is designed to receive a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is arranged in the storage container in order to allow heat transfer between the heat exchanger and the thermal storage medium.

Description

Wärme- und Kältespeicher mit Gegenstromwärmetäuscher Heat and cold storage with countercurrent heat exchanger
GEBIET AREA
[01] Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der thermischen Energiespeicherung und insbesondere einen Wärme- oder Kältespeicher mit integriertem Gegenstromwärmetäuscher sowie ein System mit einem Wärmespeicher und einem Kältespeicher. [01] The invention relates to the technical field of thermal energy storage and in particular to a heat or cold storage with an integrated countercurrent heat exchanger and a system with a heat storage and a cold storage.
HINTERGRUND BACKGROUND
[02] Die auf einem Gebäudedach auftreffende Energie ist regelmäßig ausreichend, um zumindest im Jahresmittel den Energiebedarf des Gebäudes zu decken. Dazu kann eine photo- voltaische Anlage mit Photovoltaikmodulen zum Erzeugen von elektrischem Strom und/oder mit einem Photothermiesystem zur Erzeugung von Warmwasser verwendet werden, und die gewonnene Energie kann jeweils Verbrauchern in dem Gebäude zugeführt werden. [02] The energy hitting the roof of a building is regularly sufficient to cover the building's energy needs, at least on an annual average. For this purpose, a photovoltaic system with photovoltaic modules can be used to generate electrical power and/or with a photothermal system to generate hot water, and the energy obtained can be supplied to consumers in the building.
[03] Ferner können zusätzliche variable Energiequellen zur Verwendung in einem Gebäude bereitstehen, wie die Abwärme einer Kältemaschine oder ein erzeugter Strom einer Windkraftanlage. Insbesondere kommen regelmäßig, beispielsweise in Ein- und Mehrfamilienhäusern, Wärmepumpen verschiedener Bauform zum Einsatz, um auch Wärmequellen geringer Temperatur nutzbar zu machen. [03] Furthermore, additional variable energy sources can be available for use in a building, such as the waste heat from a refrigeration machine or the electricity generated by a wind turbine. In particular, heat pumps of various designs are regularly used, for example in single-family homes and apartment buildings, in order to make low-temperature heat sources usable.
[04] Problematisch ist jedoch in allen vorgenannten Fällen, dass eine entsprechende (regenerative) Energieerzeugung und ein Energieverbrauch durch private Haushalte oder industrielle Komplexe zeitlich sowohl kurzfristig als auch saisonal häufig auseinanderfallen. Insbesondere ist ein regeneratives Energieerzeugungspotential im Sommer regelmäßig höher als im Winter, bspw. durch Photovoltaik oder Photothermie, obwohl im Winter ein deutlich erhöhter Energieverbrauch anfällt, insbesondere für die Heiz- und Brauchwasserheizung. [04] However, the problem in all of the above-mentioned cases is that corresponding (renewable) energy production and energy consumption by private households or industrial complexes often differ in time, both in the short term and seasonally. In particular, renewable energy production potential is regularly higher in summer than in winter, for example through photovoltaics or photothermal energy, although there is significantly increased energy consumption in winter, especially for heating and domestic hot water.
[05] Eine Möglichkeit, den Verbrauch und die Erzeugung von Energie zu entkoppeln, stellen thermische Energiespeicher dar. Diese können die erzeugte Energie in Kälte- oder Wärmespeichern kurz- bis langfristig Zwischenspeichern, um unterschiedliche Zeitpunkte von Energieerzeugung und Energieverbrauch auszugleichen. [05] One way to decouple the consumption and production of energy is through thermal energy storage. These can temporarily store the energy generated in cold or heat storage in the short to long term in order to compensate for different times of energy production and energy consumption.
[06] Konventionelle Wärmespeicher (oder Kältespeicher) umfassen Mehrzonenspeicher, durch deren zentralen Bereich sich ein Wärmetauscher zum Einträgen der Wärme (oder Kälte) erstreckt. Davon räumlich getrennt sind im äußeren Bereich auf unterschiedlichen Höhen mehrere Wärmetauscher zum Entnehmen der Wärme (oder Kälte) im Wärmespeicher (oder Kältespeicher) angeordnet. [06] Conventional heat storage (or cold storage) includes multi-zone storage, through the central area of which a heat exchanger for introducing heat (or cold) extends. There are spatially separated areas in the outer area at different heights several heat exchangers for removing the heat (or cold) are arranged in the heat storage (or cold storage).
ÜBERBLICK OVERVIEW
[07] Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmespeicher (oder Kältespeicher) sind nicht für die Verwendung in einem System mit einer photovoltaischen Anlage und/oder einer Wärmepumpe optimiert. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Wärmespeicher (oder Kältespeicher) bereitzustellen, der für die Verwendung in einem System mit einer photovoltaischen Anlage und/oder einer Wärmepumpe optimiert ist. [07] The heat storage (or cold storage) known from the prior art are not optimized for use in a system with a photovoltaic system and/or a heat pump. It is an object of the invention to provide a heat storage (or cold storage) that is optimized for use in a system with a photovoltaic system and/or a heat pump.
[08] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmespeicher und -tauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verwendung des Wärmespeicher und -tauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 11 oder 12, eine System mit den Merkmalen des Anspruchs 13 oder 18, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 oder 25, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 29, ein Nahwärmenetz mit den Merkmalen des Anspruchs 30 und ein Nahwärmenetz-System mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. [08] This object is achieved according to the invention by a heat storage and exchanger with the features of claim 1, a use of the heat storage and exchanger with the features of claim 11 or 12, a system with the features of claim 13 or 18, a method with the features of claim 19 or 25, a computer program with the features of claim 29, a local heating network with the features of claim 30 and a local heating network system with the features of claim 32 solved. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
[09] Gemäß einem ersten Aspekt weist ein Wärmespeicher und -tauscher eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung, einen Wärmetauscher und einen Speicherbehälter auf. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Speicherbehälter ist dazu eingerichtet, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. Zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers ist in dem Speicherbehälter angeordnet, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. [09] According to a first aspect, a heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container. The heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line. The storage container is designed to hold a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is disposed in the storage container to enable transfer of heat between the heat exchanger and the thermal storage medium.
[010] Somit kann ein hochintegrierter Wärmespeicher und -tauscher bereitgestellt werden, der es ermöglicht, Wärme aus einer Solaranlage und, falls diese gerade betrieben wird, einer Wärmepumpe mittels des Wärmetauschers in den Speicherbehälter zu übertragen. Wird die Wärmepumpe gerade nicht betrieben, kann der Wärmespeicher und -tauscher unverändert weiterbetrieben werden, um die Wärme aus der Solaranlage weiterhin in den Wärmespeicher und -tauscher zu übertragen. [010] Thus, a highly integrated heat storage and exchanger can be provided, which makes it possible to transfer heat from a solar system and, if this is currently being operated, a heat pump into the storage container by means of the heat exchanger. If the heat pump is not currently in operation, the heat storage and exchanger can continue to operate unchanged in order to continue to transfer the heat from the solar system to the heat storage and exchanger.
[011] Hierfür können die Solaranlage bzw. die Wärmepumpe an die erste bzw. zweite Fluidleitung angeschlossen werden. Eine Notwendigkeit von weiteren Anpassungen, beispielsweise hinsichtlich elektrischer Anschlüsse, kann so vermieden werden. [oi2] Weiterhin kann der Wärmetauscher als Folge seiner Anordnung in dem Speicherbehälter einen effektiven Wärmeübertrag zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitung ermöglichen, also beispielsweise zwischen der photovoltaischen Anlage und einer kalten Seite der Wärmepumpe. Der effektive Wärmeübertrag ist insbesondere eine Folge des großzügigen Platzangebotes in dem Speicherbehälter, aufgrund dessen der Wärmetauscher, beispielsweise als Doppelrohrwärmetauscher, mit einer großen Kontaktfläche zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitung ausgebildet sein kann. In konventionellen Systemen ist hingegen üblicherweise kein Wärmetauscher vorgesehen, der eine direkten und effektiven Wärmeübertragung zwischen erster und zweiter Fluidleitung bzw. zwischen Wärmepumpe und photovoltai- scher Anlage ermöglichen würde. [011] For this purpose, the solar system or the heat pump can be connected to the first or second fluid line. The need for further adjustments, for example with regard to electrical connections, can thus be avoided. [oi2] Furthermore, as a result of its arrangement in the storage container, the heat exchanger can enable effective heat transfer between the first and the second fluid line, for example between the photovoltaic system and a cold side of the heat pump. The effective heat transfer is in particular a consequence of the generous space available in the storage container, due to which the heat exchanger can be designed, for example as a double-tube heat exchanger, with a large contact area between the first and the second fluid line. In conventional systems, however, there is usually no heat exchanger provided that would enable direct and effective heat transfer between the first and second fluid lines or between the heat pump and the photovoltaic system.
[013] Bei einigen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher zu einem Großteil in dem Speicherbehälter angeordnet. Beispielsweise kann der Wärmetauscher zu mindestens der Hälfte, mindestens zwei Dritteln, oder mindestens drei Vierteln seiner Längenerstreckung in dem Speicherbehälter angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscher zu mindestens der Hälfte, mindestens zwei Dritteln, oder mindestens drei Vierteln seines Volumens in dem Speicherbehälter angeordnet sein. [013] In some embodiments, the heat exchanger is largely arranged in the storage container. For example, the heat exchanger can be arranged in the storage container for at least half, at least two thirds, or at least three quarters of its length. Alternatively or additionally, the heat exchanger can be arranged in the storage container to at least half, at least two-thirds, or at least three-quarters of its volume.
[014] Das thermische Speichermedium kann eine Flüssigkeit umfassen oder sein, insbesondere bei Raumtemperatur. Beispielsweise kann das thermische Speichermedium Wasser umfassen, beispielsweise zu einem Volumenanteil von mindestens der Hälfte, mindestens zwei Dritteln, oder mindestens drei Vierteln. [014] The thermal storage medium can comprise or be a liquid, in particular at room temperature. For example, the thermal storage medium can comprise water, for example in a volume fraction of at least half, at least two-thirds, or at least three-quarters.
[015] Der Fachmann versteht jedoch, dass verschiedene thermische Speichermedien verwendet werden können, welche nicht auf Wärmespeicherung durch Temperaturveränderung des festen/flüssigen Speichermediums beschränkt sein müssen. Zum Beispiel kann in dem Speicherbehälter auch ein Phasenwechselmaterial zum Speichern thermischer Energie als latente Energie, thermochemische Speichermedien, oder ein Salzdehydrations-Speicher zur isolationsfreien Langzeitspeicherung aufgenommen werden. [015] However, those skilled in the art will understand that various thermal storage media can be used, which need not be limited to heat storage by changing the temperature of the solid/liquid storage medium. For example, a phase change material for storing thermal energy as latent energy, thermochemical storage media, or a salt dehydration storage for isolation-free long-term storage can also be accommodated in the storage container.
[016] Bei einigen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetäuscher eingerichtet. [016] In some embodiments, the heat exchanger is set up as a countercurrent heat exchanger.
[017] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann die Effektivität der Wärmeübertragung zwischen erster und zweiter Fluidleitung bzw. zwischen Wärmepumpe und photovoltaischer Anlage weiter verbessert werden. [018] Der Wärmetauscher kann einen Mehrfachrohrwärmetauscher, einen Doppelrohrwärmetauscher, einen Plattenwärmetauscher oder einen Rohrbündelwärmetauscher aufweisen oder als solcher ausgebildet sein. [017] In corresponding embodiments, the effectiveness of the heat transfer between the first and second fluid lines or between the heat pump and the photovoltaic system can be further improved. [018] The heat exchanger can have a multiple-tube heat exchanger, a double-tube heat exchanger, a plate heat exchanger or a tube bundle heat exchanger or can be designed as such.
[019] Die erste Fluidleitung und die zweite Fluidleitung können im Wärmetauscher und/ oder über einen Bereich von mindestens 0,5 m oder von mindestens 1 m oder von mindestens 2 m in direktem Kontakt stehen. [019] The first fluid line and the second fluid line can be in direct contact in the heat exchanger and/or over a range of at least 0.5 m or at least 1 m or at least 2 m.
[020] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann die Effektivität der Wärmeübertragung zwischen erster und zweiter Fluidleitung bzw. zwischen Wärmepumpe und photovoltaischer Anlage weiter verbessert werden. Entsprechende Ausführungsformen können durch die Anordnung des Wärmetauschers im Speicherbehälter ermöglicht werden. [020] In corresponding embodiments, the effectiveness of the heat transfer between the first and second fluid lines or between the heat pump and the photovoltaic system can be further improved. Corresponding embodiments can be made possible by arranging the heat exchanger in the storage container.
[021] Bei einigen Ausführungsformen ist der Speicherbehälter ein Zisternenspeicher. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbehälter ein Volumen für das thermische Speichermedium von mindestens 1 m3 aufweisen oder von mindestens 2 m3 oder von mindestens 3 m3. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbehälter für eine unterirdische Anordnung eingerichtet sein. [021] In some embodiments, the storage container is a cistern storage. Alternatively or additionally, the storage container can have a volume for the thermal storage medium of at least 1 m 3 or at least 2 m 3 or at least 3 m 3 . Alternatively or additionally, the storage container can be set up for an underground arrangement.
[022] Insbesondere kann der Wärmespeicher und -tauscher dazu eingerichet sein, in einem Stück, d. h. mit dem Wärmetauscher darin angeordnet, zumindest teilweise in dem Erdreich angeordnet zu werden. Nach dem teilweisen Einbringen ins Erdreich können Anschlüsse für die erste und die zweite Fluidleitung nach oben aus dem Erdreich herausragen und für das Anschließen von photovoltaischer Anlage und Wärmepumpe bereitstehen, so dass ein Gesamtsystem schnell, effizient und kostengünstig verwirklicht werden kann. [022] In particular, the heat storage and exchanger can be designed to be in one piece, i.e. H. with the heat exchanger arranged therein, to be arranged at least partially in the ground. After being partially inserted into the ground, connections for the first and second fluid lines can protrude upwards from the ground and be available for connecting the photovoltaic system and heat pump, so that an overall system can be implemented quickly, efficiently and cost-effectively.
[023] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann der Speicherbehälter ein hinreichend großes Speichervermögen bereitstellen, um genug Wärme (oder Kälte) zu speichern, um Schwankungen im Bedarf eines Gebäudes über Zeiträume von Monaten, insbesondere jahreszeitliche Schwankungen, abzudecken. [023] In corresponding embodiments, the storage container may provide a sufficiently large storage capacity to store enough heat (or cold) to cover fluctuations in a building's demand over periods of months, particularly seasonal fluctuations.
[024] Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Fluidleitung und/ oder die zweite Fluidleitung dazu eingerichtet, eine obere Oberfläche des thermischen Speichermediums zumindest einmal oder zumindest zweimal zu durchtreten, wenn das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Fluidleitung und/oder die zweite Fluidleitung den Speicherbehälter zumindest einmal oder zumindest zweimal im oberstem Viertel von dessen Höhenerstreckung durchtreten, insbesondere im oberstem Fünftel von dessen Höhenerstreckung oder an seiner Oberseite. [024] In some embodiments, the first fluid line and/or the second fluid line is configured to pass through an upper surface of the thermal storage medium at least once or at least twice when the thermal storage medium is arranged in the storage container. Alternatively or additionally, the first fluid line and/or the second fluid line can contain the storage container at least once or at least pass through twice in the top quarter of its height, especially in the top fifth of its height or on its top.
[025] Entsprechende Ausführungsformen können das Anschließen des Wärmespeicher und -tauschers an andere Komponenten des Systems vereinfachen, insbesondere bei einer Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers im Erdreich, bei der beispielsweise das oberste Viertel, das oberste Fünftel oder die Oberseite des Speicherbehälters aus dem Erdreich ragen. [025] Corresponding embodiments can simplify the connection of the heat storage and exchanger to other components of the system, in particular when the heat storage and exchanger is arranged in the ground, in which, for example, the uppermost quarter, the uppermost fifth or the top of the storage container comes out of the ground protrude.
[026] Bei einigen Ausführungsformen ist der Wärmespeicher und -tauscher in einem Außenbereich (d. h. bezogen auf Gebäude) angeordnet, beispielsweise überirdisch oder unterirdisch in einer Umgebung eines benachbarten Gebäudes. In anderen Worten kann sich der Wärmetauscher nicht in einem Gebäude befinden. [026] In some embodiments, the heat storage and exchanger is located in an outdoor area (i.e., relative to a building), for example above ground or below ground in an area surrounding an adjacent building. In other words, the heat exchanger cannot be located in a building.
[027] Der Wärmespeicher und -tauscher kann an einen zugeordneten Wärmespeicher gekoppelt sein, der in einem Gebäude angeordnet ist. Beispielsweise kann bei Ausführungsformen, bei denen der Wärmespeicher und -tauscher als Eisspeicher oder Latentwärmespeicher eingerichtet ist, der zugeordnete Wärmespeicher ein Kältespeicher sein. Alternativ oder zusätzlich (zusätzlich z. B. bei Ausführungsformen, bei denen der Wärmespeicher und -tauscher einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher bildet) kann der zugeordnete Wärmespeicher ein Mehrzonenspeicher sein. [027] The heat storage and exchanger can be coupled to an associated heat storage that is arranged in a building. For example, in embodiments in which the heat storage and exchanger is set up as an ice storage or latent heat storage, the associated heat storage can be a cold storage. Alternatively or additionally (in addition, for example in embodiments in which the heat storage and exchanger forms a second heat storage and exchanger), the associated heat storage can be a multi-zone storage.
[028] Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Fluidleitung und/ oder die zweite Fluidleitung für ein Verdampfen und/oder ein Kondensieren eines Kältemittels darin ausgelegt. [028] In some embodiments, the first fluid line and/or the second fluid line is configured for evaporation and/or condensation of a refrigerant therein.
[029] Bei einigen Ausführungsformen weist der Wärmespeicher und -tauscher mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher auf. [029] In some embodiments, the heat storage and exchanger has at least one additional heat exchanger.
[030] Der mindestens eine zusätzliche Wärmetauscher kann für eine thermische Kopplung an das thermische Speichermedium eingerichtet sein und/ oder in dem Speicherbehälter angeordnet sein, insbesondere räumlich getrennt von dem Wärmetauscher. [030] The at least one additional heat exchanger can be set up for thermal coupling to the thermal storage medium and/or can be arranged in the storage container, in particular spatially separated from the heat exchanger.
[031] Der zusätzliche Wärmetauscher kann einen Wärmeübertrag zwischen dem Speicherbehälter bzw. dem darin angeordneten thermischen Speichermedium und einem Abnehmer ermöglichen, oder einen Wärmeübertrag zwischen dem Speicherbehälter bzw. dem darin angeordneten thermischen Speichermedium und einer weiteren Wärmequelle oder Wärmespeichereinrichtung wie einem Erdwärmekollektor. [032] Bei einigen Ausführungsformen weist der mindestens eine zusätzliche Wärmetauscher mindestens eine Zu-/Ableitung oder mindestens zwei Zu-/Ableitungen auf. [031] The additional heat exchanger can enable heat transfer between the storage container or the thermal storage medium arranged therein and a consumer, or a heat transfer between the storage container or the thermal storage medium arranged therein and another heat source or heat storage device such as a geothermal collector. [032] In some embodiments, the at least one additional heat exchanger has at least one inlet/outlet line or at least two inlet/outlet lines.
[033] Die mindestens eine Zu-/Ableitung oder die mindestens zwei Zu-/Ableitungen kann oder können dazu eingerichtet sein, eine obere Oberfläche des thermischen Speichermediums zu durchtreten, wenn das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter angeordnet ist. [033] The at least one inlet/outlet line or the at least two inlet/outlet lines may or may be designed to pass through an upper surface of the thermal storage medium when the thermal storage medium is arranged in the storage container.
[034] Die mindestens eine Zu-/Ableitung oder die mindestens zwei Zu-/Ableitungen kann oder können den Speicherbehälter im oberstem Viertel von dessen Höhenerstreckung durchtreten, insbesondere im obersten Fünftel von dessen Höhenerstreckung oder an dessen Oberseite. [034] The at least one inlet/outlet line or the at least two inlet/outlet lines can or can pass through the storage container in the uppermost quarter of its height extent, in particular in the uppermost fifth of its height extent or at its top.
[035] Entsprechende Ausführungsformen können das Anschließen des Wärmespeicher und -tauschers an andere Komponenten des Systems vereinfachen, insbesondere bei einer Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers im Erdreich, bei der beispielsweise das oberste Viertel, das oberste Fünftel oder die Oberseite des Speicherbehälters aus dem Erdreich ragen. [035] Corresponding embodiments can simplify the connection of the heat storage and exchanger to other components of the system, in particular when the heat storage and exchanger is arranged in the ground, in which, for example, the uppermost quarter, the uppermost fifth or the top of the storage container comes out of the ground protrude.
[036] Ein Erdwärmekollektor kann thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt sein. Bei einigen solchen Ausführungsformen kann der Erdwärmekollektor räumlich von dem Wärmespeicher und -tauscher getrennt sein, und beispielsweise durch eine Fluidleitung thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt sein. [036] A geothermal collector can be thermally coupled to the heat storage and exchanger. In some such embodiments, the geothermal collector may be spatially separated from the heat storage and exchanger and, for example, thermally coupled to the heat storage and exchanger by a fluid line.
[037] Insbesondere kann ein zusätzlicher Wärmetauscher der mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher an den Erdwärmekollektor gekoppelt sein, insbesondere um den Erdwärmekollektor thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher zu koppeln. [037] In particular, an additional heat exchanger of the at least one additional heat exchanger can be coupled to the geothermal heat collector, in particular in order to thermally couple the geothermal heat collector to the heat storage and heat exchanger.
[038] Ein Erdwärmekollektor umfasst Wärmeträgerleitungsschleifen, welche üblicherweise im Wesentlichen horizontal im oberflächennahen Erdreich verlaufen, um Wärme zwischen dem angrenzenden Erdreich und einem Wärmeträgermedium auszutauschen. Entsprechend kann durch einen Fluss eines Wärmeträgermediums durch die Wärmeträgerleitungsschleifen in Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen in dem Erdwärmekollektor thermische Energie gespeichert oder diesem entnommen werden. [038] A geothermal collector includes heat transfer line loops, which usually run essentially horizontally in the ground near the surface in order to exchange heat between the adjacent ground and a heat transfer medium. Accordingly, thermal energy can be stored in or taken from the geothermal collector by a flow of a heat transfer medium through the heat transfer line loops depending on the respective temperatures.
[039] Der Erdwärmekollektor kann seitlich zu dem Speicherbehälter angeordnet sein. [040] Der Speicherbehälter kann eine energiespeichernde Komponente mit hoher Energiespeicherdichte darstellen, welche vergleichsweise reaktionsschnell thermisch aufgeladen bzw. entladen werden kann. Wärmeverluste des Speicherbehälters können die Temperatur des umliegenden Erdreiches erhöhen, welches durch den seitlich angeordneten Erdwärmekollektor ebenfalls als Energiequelle genutzt werden kann. Entsprechend kann ein Isolationserfordernis an den Speicherbehälter vergleichsweise niedrig sein, sodass dieser mit baulich einfachen Maßnahmen hergestellt werden kann. Beispielsweise kann der Speicherbehälter durch eine Begrenzung aus Beton bereitgestellt werden, während im umliegenden Erdreich Wärmeträgerschleifen verlegt werden können. [039] The geothermal collector can be arranged laterally to the storage container. [040] The storage container can represent an energy-storing component with a high energy storage density, which can be thermally charged or discharged relatively quickly. Heat losses from the storage container can increase the temperature of the surrounding soil, which can also be used as an energy source by the geothermal collector located on the side. Accordingly, an insulation requirement for the storage container can be comparatively low, so that it can be manufactured with structurally simple measures. For example, the storage container can be provided by a concrete boundary, while heat transfer loops can be laid in the surrounding soil.
[041] In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Wärmespeicher und -tauscher eine Ventilanordnung, um ein Wärmeträgermedium wahlweise in einer ersten Stellung durch den Speicherbehälter zu führen oder in einer zweiten Stellung den Speicherbehälter und den Erdwärmekollektor hintereinanderzuschalten, wobei ein Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Ventilanordnung von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu schalten, wenn eine gespeicherte Energiemenge in dem Speicherbehälter oberhalb eines Energieschwellwertes liegt. [041] In preferred embodiments, the heat storage and exchanger comprises a valve arrangement in order to selectively guide a heat transfer medium through the storage container in a first position or to connect the storage container and the geothermal heat collector in series in a second position, with a control device being set up to control the valve arrangement the first position to switch to the second position when a stored amount of energy in the storage container is above an energy threshold.
[042] Der Wärmespeicher und -tauscher kann mindestens zwei oder mindestens drei zusätzliche Wärmetauscher aufweisen. [042] The heat storage and exchanger can have at least two or at least three additional heat exchangers.
[043] Die mindestens zwei oder mindestens drei zusätzlichen Wärmetauscher können auf unterschiedlichen Höhen im Speicherbehälter angeordnet sein. [043] The at least two or at least three additional heat exchangers can be arranged at different heights in the storage container.
[044] In entsprechenden Ausführungsformen kann der Wärmespeicher und -tauscher einen Mehrzonenwärmespeicher realisieren. In anderen Worten kann durch die mehreren Wärmetauscher auf unterschiedlichen Höhen beispielsweise Heizwasser und Brauchwasser mit unterschiedlichen Temperaturen bereitgestellt werden. [044] In corresponding embodiments, the heat storage and exchanger can implement a multi-zone heat storage. In other words, the multiple heat exchangers at different heights can be used to provide heating water and service water at different temperatures, for example.
[045] Eine Ausführung als Mehrzonenwärmespeicher kann besonders vorteilhaft sein für eine Speicherung von Wärme, die bei hoher Temperatur bereitgestellt wird, d. h. als Hochtemperatur-Wärmespeicher. Die Ausführung als Mehrzonenwärmespeicher kann es zum Beispiel ermöglichen, im oberen Bereich eine Temperatur von mind. 6o°C bereitzustellen, durch die eine Bildung von Legionellen vermieden werden und eine Bereitstellung von Brauchwasser ermöglicht werden kann. [045] An embodiment as a multi-zone heat storage can be particularly advantageous for storing heat that is provided at high temperatures, i.e. H. as a high-temperature heat storage. The design as a multi-zone heat storage can, for example, make it possible to provide a temperature of at least 60°C in the upper area, which prevents the formation of legionella and enables the provision of service water.
[046] Der Speicherbehälter kann als Eisspeicher eingerichtet sein. [047] Beispielsweise kann der Speicherbehälter ein Druckausgleichsgefäß aufweisen. Insbesondere kann ein Gasvolumen des Druckausgleichsgefäßes mindestens 8% eines Volumens des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium betragen, beispielsweise wenn das thermische Speichermedium im flüssigen Aggregatzustand vorliegt. [046] The storage container can be set up as an ice storage. [047] For example, the storage container can have a pressure compensation vessel. In particular, a gas volume of the pressure compensation vessel can be at least 8% of a volume of the storage container for the thermal storage medium, for example if the thermal storage medium is in the liquid state.
[048] Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmespeicher und -tauscher eine Umwälzvorrichtung wie eine Umwälzpumpe und/oder ein Rührwerk aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter umzuwälzen. Die Umwälzvorrichtung kann in dem thermischen Speicherbehälter angeordnet sein. Die Umwälzvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine Strömung zu erzeugen, insbesondere im Bereich des Wärmetauschers. [048] Alternatively or additionally, the heat storage and exchanger can have a circulation device such as a circulation pump and/or an agitator, which is set up to circulate the thermal storage medium in the storage container. The circulation device can be arranged in the thermal storage container. The circulation device can be set up to generate a flow, particularly in the area of the heat exchanger.
[049] Der Wärmespeicher und -tauscher kann einen Strömungskanal aufweisen. Der Strömungskanal kann in dem thermischen Speicherbehälter angeordnet sein. Der Strömungskanal kann so angeordnet sein, dass er der durch die Umwälzvorrichtung erzeugten Strömung eine Richtung zum Wärmetauscher hin vorgibt und/oder sie begrenzt. Der Strömungskanal kann zumindest einen Abschnitt der erzeugten Strömung und/oder des Wärmetauschers und/oder der Umwälzvorrichtung umschließen. [049] The heat storage and exchanger can have a flow channel. The flow channel can be arranged in the thermal storage container. The flow channel can be arranged in such a way that it specifies a direction towards the heat exchanger and/or limits the flow generated by the circulation device. The flow channel can enclose at least a portion of the generated flow and/or the heat exchanger and/or the circulation device.
[050] Der Strömungskanal kann ein erstes Rohr, beispielsweise ein äußeres Rohr, aufweisen. [050] The flow channel can have a first tube, for example an outer tube.
[051] Das erste Rohr kann einen Abschnitt des Wärmetauschers und/oder einen Abschnitt der erzeugten Strömung und/ oder der Umwälzvorrichtung umschließen; insbesondere, um die erzeugte Strömung nach außen zu begrenzen und/ oder ihr die Richtung zum Wärmetauscher hin vorzugeben. Das erste Rohr kann zumindest einen Abschnitt der erzeugten Strömung und/oder des Wärmetauschers und/oder der Umwälzvorrichtung umschließen. Das erste Rohr kann mit dem Doppelrohrwärmetauscher konzentrisch sein. [051] The first tube may enclose a portion of the heat exchanger and/or a portion of the generated flow and/or the circulation device; in particular to limit the flow generated to the outside and/or to specify the direction towards the heat exchanger. The first tube can enclose at least a portion of the generated flow and/or the heat exchanger and/or the circulation device. The first tube may be concentric with the double tube heat exchanger.
[052] Der Strömungskanal kann ein zweites Rohr, z. B. ein inneres Rohr, aufweisen. Das zweite Rohr kann die erzeugte Strömung nach innen begrenzen, insbesondere, um ihr die Richtung zum Wärmetauscher hin vorzugeben. Das zweite Rohr kann von zumindest einem Abschnitt der erzeugten Strömung und/oder des Wärmetauschers umschlossen sein. Das zweite Rohr kann mit dem Wärmetauscher und/ oder mit dem ersten Rohr konzentrisch sein. [052] The flow channel can be a second tube, e.g. B. have an inner tube. The second tube can limit the flow generated inwards, in particular in order to specify the direction towards the heat exchanger. The second tube can be enclosed by at least a portion of the flow generated and/or the heat exchanger. The second tube may be concentric with the heat exchanger and/or with the first tube.
[053] Ausführungsformen für die Nutzung als Eisspeicher, z. B. mit Druckausgleichsgefäß, Umwälzpumpe und/oder Rührwerk, können in besonders vorteilhafter Weise zur Speicherung von thermischer Energie oder Wärme bei niedriger Temperatur verwendet werden, d. h. als Niedrigtemperatur- Wärmespeicher. Entsprechende Ausführungsformen können das Speichervermögen des Wärmespeicher und -tauschers unter Ausnutzung der latenten Wärme beim Phasenübergang des thermischen Speichermediums vom flüssigen Aggregatzustand zum Eis weiter vergrößern. Insbesondere kann das Speichervermögen für Kälte durch das Eis vergrößert werden. Des Weiteren kann der Speicherbehälter im Erdboden angeordnet werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass der Speicherbehälter bei Frost bzw. Eisbildung durch eine Volumenänderung des thermischen Speichermediums beschädigt wird. [053] Embodiments for use as ice storage, e.g. B. with a pressure compensation vessel, circulation pump and / or agitator, can be used in a particularly advantageous manner for storing thermal energy or heat at low temperatures, ie as a low-temperature heat storage. Corresponding embodiments can further increase the storage capacity of the heat storage and exchanger by utilizing the latent heat during the phase transition of the thermal storage medium from the liquid state of aggregation to ice. In particular, the ice can increase the storage capacity for cold. Furthermore, the storage container can be arranged in the ground without there being a risk that the storage container will be damaged by a change in volume of the thermal storage medium in the event of frost or ice formation.
[054] Der Speicherbehälter kann einen oberen Mantelbereich und einen unteren Mantelbereich aufweisen. [054] The storage container may have an upper jacket area and a lower jacket area.
[055] Der obere Mantelbereich kann eine stärkere thermische Isolierung zwischen Innenseite und Außenseite des Speicherbehälters aufweisen als der untere Mantelbereich. [055] The upper jacket area can have stronger thermal insulation between the inside and outside of the storage container than the lower jacket area.
[056] Entsprechende Ausführungsformen können es ermöglichen, den unteren Bereich des Speicherbehälters thermisch an eine Umgebung des Speicherbehälters, insbesondere an das umgebende Erdreich, zu koppeln, während der obere Bereich des Speicherbehälters thermisch isoliert ist. Insbesondere, wenn der Wärmespeicher als Mehrzonenwärmespeicher ausgelegt ist, kann dadurch die Speicherkapazität bei einer niedrigeren Temperatur, die mit dem unteren Bereich des Speicherbehälters assoziiert ist, vergrößert werden, beispielsweise für Heizwasser. Gleichzeitig kann eine höhere Temperatur, die mit dem oberen Bereich assoziiert ist, hoch gehalten werden, beispielsweise für Brauchwasser. Somit können entsprechende Ausführungsformen besonders vorteilhaft sein für die Nutzung als Hochtemperatur- Wärmespeicher. [056] Corresponding embodiments can make it possible to thermally couple the lower region of the storage container to an environment of the storage container, in particular to the surrounding soil, while the upper region of the storage container is thermally insulated. In particular, if the heat storage is designed as a multi-zone heat storage, the storage capacity can be increased at a lower temperature, which is associated with the lower region of the storage container, for example for heating water. At the same time, a higher temperature associated with the upper region can be kept high, for example for domestic water. Corresponding embodiments can therefore be particularly advantageous for use as high-temperature heat storage.
[057] Bei einigen Ausführungsformen weist der obere Mantelbereich eine Höhe auf, die zumindest eine Hälfte einer Höhe des Speicherbehälters beträgt. [057] In some embodiments, the upper shell region has a height that is at least one half of a height of the storage container.
[058] Bei einigen Ausführungen weist der untere Mantelbereich eine Höhe auf, die zumindest ein Fünftel der Höhe des Speicherbehälters beträgt. [058] In some embodiments, the lower jacket region has a height that is at least one-fifth the height of the storage container.
[059] Bei einigen Ausführungsformen ist das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter angeordnet, und das thermische Speichermedium weist einen Gefrierpunkt von höchstens -1°C oder von höchstens -2°C auf, insbesondere bei Ausführungsformen zur Nutzung als Niedertemperatur- Wärmespeicher. [059] In some embodiments, the thermal storage medium is arranged in the storage container, and the thermal storage medium has a freezing point of at most -1 ° C or at most -2 ° C, in particular in embodiments for use as a low-temperature heat storage.
[060] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann sichergestellt werden, dass bei einem Absinken der Temperatur unter o° zunächst Wasser in einer Umgebung des Speicherbehälters, insbesondere im den Speicherbehälter umgebenden Erdreich, gefriert, bevor das thermische Speichermedium gefriert. Somit kann latente Wärme des Wassers in der Umgebung, insbesondere im Erdreich, genutzt werden, um die thermische Speicherkapazität des Wärmespeicher und -tauschers weiter zu vergrößern. Zudem kann die Gefahr reduziert werden, dass der Speicherbehälter bei Frost bzw. Eisbildung durch eine Volumenänderung des thermischen Speichermediums beschädigt wird, insbesondere bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt. Indem das thermische Speichermedium in seinem flüssigen Aggregatszustand gehalten wird, kann zudem die Wärmeleitfähigkeit des thermischen Speichermediums und/oder das Übertragen von Wärme zwischen dem thermischen Speichermedium und dem Wärmetauscher (z. B. durch Konvektion) verbessert werden. [060] In corresponding embodiments, it can be ensured that when the temperature drops below 0°, water initially appears in an environment of the storage container, especially in the soil surrounding the storage container, freezes before the thermal storage medium freezes. Latent heat of the water in the environment, especially in the ground, can therefore be used to further increase the thermal storage capacity of the heat storage and exchanger. In addition, the risk of the storage container being damaged in the event of frost or ice formation due to a change in volume of the thermal storage medium can be reduced, especially at temperatures just below freezing point. By keeping the thermal storage medium in its liquid state, the thermal conductivity of the thermal storage medium and/or the transfer of heat between the thermal storage medium and the heat exchanger (e.g. by convection) can also be improved.
[061] In dem Druckausgleichsgefäß kann eine Ausdehnungsflüssigkeit angeordnet sein. [061] An expansion fluid can be arranged in the pressure compensation vessel.
[062] Die Ausdehnungsflüssigkeit kann einen Gefrierpunkt aufweisen, der niedriger ist als der Gefrierpunkt des thermischen Speichermediums. [062] The expansion fluid may have a freezing point that is lower than the freezing point of the thermal storage medium.
[063] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann sichergestellt werden, dass sich die Ausdehnungsflüssigkeit beim Gefrieren (oder Schmelzen) des thermischen Speichermediums im flüssigen Aggregatzustand befindet und das Druckausgleichsgefäß somit die Volumenänderung beim Gefrieren (oder Schmelzen) des thermischen Speichermediums kompensieren kann. [063] In corresponding embodiments, it can be ensured that the expansion liquid is in the liquid state when the thermal storage medium freezes (or melts) and the pressure compensation vessel can therefore compensate for the change in volume when the thermal storage medium freezes (or melts).
[064] Die Modifikationen, die als besonders vorteilhaft für den Hochtemperatur- Wärmespeicher beschrieben sind, und diejenigen, die als besonders vorteilhaft für den Niedertemperatur- Wärmespeicher beschrieben sind, können an getrennten Wärmespeicher und -tauschern ausgebildet sein, oder an demselben Wärmespeicher und -tauscher. Typischerweise können für ein System mehrere Wärmespeicher und -tauscher bereitgestellt werden, von denen einer für den Einsatz als Hochtemperatur- Wärmespeicher und einer als Niedertemperatur- Wärmespeicher optimiert sein kann. Dies ermöglicht die Optimierung der Wärmespeicher und -tauscher mit Hinblick auf ihre jeweilige Anwendung. Es kann (beispielsweise zwecks Kostenersparnis bei der Entwicklung aber auch) ein einziges Modell Wärmespeicher und -tauscher bereitgestellt werden, das sowohl für den Einsatz als Hochtemperatur- Wärmespeicher als auch als Niedertemperatur-Wärmespeicher eingerichtet ist. [064] The modifications described as particularly advantageous for the high-temperature heat storage and those described as particularly advantageous for the low-temperature heat storage may be formed on separate heat storage and exchangers, or on the same heat storage and exchanger . Typically, several heat storage and exchangers can be provided for a system, one of which can be optimized for use as a high-temperature heat storage and one as a low-temperature heat storage. This enables the optimization of heat storage and exchangers with regard to their respective application. A single model of heat storage and exchanger can be provided (for example in order to save costs during development), which is set up for use both as a high-temperature heat storage and as a low-temperature heat storage.
[065] Ein zweiter Abschnitt des Wärmetauschers kann eine thermische Isolierung gegenüber dem thermischen Speichermedium aufweisen. [o66] Indem der zweite Abschnitt des Wärmetauschers thermisch gegen das thermische Speichermedium isoliert ist, kann er eine stärkere thermische Kopplung zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung bereitstellen als zwischen dem thermischen Speichermedium und irgendeiner der beiden Fluidleitungen. Somit können die Temperaturen von Fluiden in den beiden Fluidleitungen an einem Ende des zweiten Abschnittes stärker aneinander angeglichen sein als jeweils an die Temperatur des thermischen Speichermediums. [065] A second section of the heat exchanger can have thermal insulation from the thermal storage medium. [o66] By being thermally insulated from the thermal storage medium, the second portion of the heat exchanger can provide a stronger thermal coupling between the first fluid line and the second fluid line than between the thermal storage medium and either fluid line. The temperatures of fluids in the two fluid lines at one end of the second section can therefore be more closely aligned with one another than with the temperature of the thermal storage medium.
[067] Beispielsweise kann eine der Fluidleitungen mit einer zu kühlenden Solaranlage gekoppelt sein, und die andere Fluidleitung an eine kalte Seite einer Wärmepumpe, und der zweite Abschnitt kann es ermöglichen, dass die Temperatur des kühlenden Fluids für die Solaranlage unter die Temperatur des thermischen Speichermediums gesenkt wird. [067] For example, one of the fluid lines may be coupled to a solar system to be cooled, and the other fluid line to a cold side of a heat pump, and the second section may allow the temperature of the cooling fluid for the solar system to be below the temperature of the thermal storage medium is lowered.
[068] Der zweite Abschnitt kann an einem Endbereich des Wärmetauschers angeordnet sein. [068] The second section can be arranged at an end region of the heat exchanger.
[069] Der zweite Abschnitt kann insbesondere an einem Endbereich des Wärmetauschers angeordnet sein, aus dem die erste Fluidleitung zu einer Wärmepumpe führt. Durch den entsprechenden zweiten Abschnitt kann das Fluid in der ersten Fluidleitung, bevor es zu der Wärmepumpe geführt wird, stärker erwärmt (oder abgekühlt) werden, als dies sonst (d. h. ohne den entsprechenden zweiten Abschnitt) in dem Wärmespeicher und -tauscher der Fall wäre. Beispielsweise kann die erste Fuidleitung von dem Endbereich des Wärmetauschers zu der kalten Seite der Wärmepumpe führen, und die Temperatur der ersten Fluidleitung (oder des Fluids darin) in dem Endbereich an die Temperatur der zweiten Fluidleitung (oder des Fluids darin) angenähert werden, wobei z. B. die zweite Fluidleitung von einer Solaranlage kommt und eine Temperatur aufweist, die diejenige des thermischen Speichermediums übersteigt. [069] The second section can in particular be arranged at an end region of the heat exchanger, from which the first fluid line leads to a heat pump. The corresponding second section allows the fluid in the first fluid line to be heated (or cooled) to a greater extent than would otherwise be the case (i.e. without the corresponding second section) in the heat storage and exchanger before it is led to the heat pump. For example, the first fluid line can lead from the end region of the heat exchanger to the cold side of the heat pump, and the temperature of the first fluid line (or the fluid therein) in the end region can be approximated to the temperature of the second fluid line (or the fluid therein), e.g . B. the second fluid line comes from a solar system and has a temperature that exceeds that of the thermal storage medium.
[070] Indem das Fluid in der ersten Fluidleitung, bevor es zu der kalten Seite der Wärmepumpe geführt wird, stärker erwärmt (oder, bevor es zu der warmen Seite der Wärmepumpe geführt wird, stärker abgekühlt) werden kann, kann eine Temperaturdifferenz zwischen den Fluiden, die an der warmen bzw. kalten Seite der Wärmepumpe ankommen, d. h. zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung (oder der Fluide darin) an der Wärmepumpe, minimiert werden. Dadurch kann die Effizienz der Wärmepumpe verbessert werden. [070] By allowing the fluid in the first fluid line to be heated to a greater extent before it is led to the cold side of the heat pump (or to be cooled to a greater extent before it is led to the warm side of the heat pump), a temperature difference between the fluids can be achieved , which arrive on the warm or cold side of the heat pump, i.e. H. between the first fluid line and the second fluid line (or the fluids therein) on the heat pump, can be minimized. This can improve the efficiency of the heat pump.
[071] Ein Abschnitt der ersten Fluidleitung kann einen thermischen Kontakt (z. B. einen direkten Kontakt) zu dem thermischen Speichermedium aufweisen, um Wärme zwischen dem Abschnitt der ersten Fluidleitung und dem thermischen Speichermedium zu übertragen. Al- ternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt der ersten Fluidleitung in einem Bereich des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium angeordnet sein, insbesondere in einem obersten Abschnitt des Bereichs des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium. [071] A portion of the first fluid line may have thermal contact (e.g., direct contact) with the thermal storage medium to transfer heat between the portion of the first fluid line and the thermal storage medium. Al- Alternatively or additionally, the section of the first fluid line can be arranged in a region of the storage container for the thermal storage medium, in particular in an uppermost section of the region of the storage container for the thermal storage medium.
[072] Der thermische Kontakt des Abschnitts der ersten Fluidleitung zu dem thermischen Speichermedium kann einen thermischen Kontakt des Abschnitts der ersten Fluidleitung zu der zweiten Fluidleitung überwiegen, beispielsweise dem Betrage nach oder um einen Faktor 2 oder 3 oder 5, beispielsweise hinsichtlich der betreffenden Wärmeleitfähigkeiten. In anderen Worten kann der Abschnitt der ersten Fluidleitung thermisch isoliert sein von der zweiten Flu- idleitung. [072] The thermal contact of the section of the first fluid line to the thermal storage medium can outweigh a thermal contact of the section of the first fluid line to the second fluid line, for example in amount or by a factor of 2 or 3 or 5, for example with regard to the relevant thermal conductivities. In other words, the section of the first fluid line can be thermally insulated from the second fluid line.
[073] Insbesondere kann ein Wärmespeicher und -tauscher zur Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher einen entsprechenden Abschnitt der ersten Fluidleitung aufweisen. [073] In particular, a heat storage and exchanger for use as a high-temperature heat storage can have a corresponding section of the first fluid line.
[074] Entsprechende Ausführungsformen können besonders vorteilhaft den Eintrag von Wärme aus der ersten Fluidleitung direkt in das thermische Speichermedium begünstigen. Dies kann insbesondere für einen Mehrzonenwärmespeicher oder für einen Hochtemperatur- Wärmespeicher vorteilhaft sein, beispielsweise wenn die erste Fluidleitung von einer warmen Seite einer Wärmepumpe kommend dazu eingerichtet ist, die Wärme von der Wärmepumpe (d. h. von ihrer warmen Seite) in den Mehrzonenwärmespeicher oder den Hochtemperatur- Wärmespeicher einzubringen. Beispielsweise kann der entsprechende Abschnitt der ersten Fluidleitung unmittelbar nach dem Eintritt der ersten Fluidleitung in den Speicherbehälter im obersten Bereich des Speicherbehälters angeordnet sein. Somit kann das durch die erste Flu- idleitung von der Wärmepumpe kommende Fluid direkt nach dem Eintritt in den Speicherbehälter, also bei seiner höchstmöglichen Temperatur, Wärme an den obersten Bereich des Speicherbehälters abgeben. Dadurch kann die Temperatur (z. B. des thermischen Speichermediums) im obersten Bereich des Speicherbehälters effektiv maximiert und somit eine Brauchwasserversorgung bei hoher Temperatur sichergestellt werden. [074] Corresponding embodiments can particularly advantageously promote the entry of heat from the first fluid line directly into the thermal storage medium. This can be particularly advantageous for a multi-zone heat storage or for a high-temperature heat storage, for example if the first fluid line coming from a warm side of a heat pump is set up to transfer the heat from the heat pump (i.e. from its warm side) into the multi-zone heat storage or the high-temperature to introduce heat storage. For example, the corresponding section of the first fluid line can be arranged in the uppermost region of the storage container immediately after the first fluid line enters the storage container. Thus, the fluid coming from the heat pump through the first fluid line can release heat to the uppermost region of the storage container immediately after entering the storage container, i.e. at its highest possible temperature. This allows the temperature (e.g. of the thermal storage medium) in the uppermost area of the storage container to be effectively maximized, thus ensuring a supply of domestic water at a high temperature.
[075] Der Abschnitt der ersten Fluidleitung kann zumindest teilweise in dem thermischen Speicherbehälter angeordnet sein. [075] The section of the first fluid line can be at least partially arranged in the thermal storage container.
[076] Der Abschnitt der ersten Fluidleitung kann an einem Endbereich des Wärmetauschers angeordnet sein, sich insbesondere direkt an den Endbereich des Wärmetauschers anschließen. [077] Der Speicherbehälter kann ein geschlossenes Gefäß für das thermische Speichermedium bilden. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbehälter dazu eingerichtet sein, ein flüssiges thermisches Speichermedium aufzunehmen. [076] The section of the first fluid line can be arranged at an end region of the heat exchanger, in particular directly adjoining the end region of the heat exchanger. [077] The storage container can form a closed vessel for the thermal storage medium. Alternatively or additionally, the storage container can be set up to hold a liquid thermal storage medium.
[078] Entsprechende Ausführungsformen können sicherstellen, dass das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter gehalten und somit die in dem thermischen Speichermedium vorhandene Wärme gespeichert werden kann, beispielsweise, um langfristige oder jahreszeitliche Schwankungen im Energiebedarf und/oder -angebot auszugleichen. [078] Corresponding embodiments can ensure that the thermal storage medium is held in the storage container and thus the heat present in the thermal storage medium can be stored, for example to compensate for long-term or seasonal fluctuations in energy demand and/or supply.
[079] Das thermische Speichermedium kann in dem Speicherbehälter angeordnet sein. Das thermische Speichermedium kann dazu eingerichtet sein, ein Elektrolyt für eine elektrochemische Zelle bereitzustellen. Der Wärmespeicher und -tauscher kann dazu eingerichtet sein, das thermische Speichermedium der elektrochemischen Zelle fluidgekoppelt bereitzustellen. [079] The thermal storage medium can be arranged in the storage container. The thermal storage medium can be designed to provide an electrolyte for an electrochemical cell. The heat storage and exchanger can be set up to provide the thermal storage medium of the electrochemical cell in a fluid-coupled manner.
[080] Ein zweiter Aspekt betrifft eine Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher. [080] A second aspect relates to a use of the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage.
[081] Der zweite Aspekt kann die Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher zum Kühlen einer Photovoltaikanlage umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Aspekt die Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher zum Aufnehmen von Wärme während eines Verdampfungsprozesses eines Kühlmittels einer Wärmepumpe umfassen. [081] The second aspect may include the use of the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage for cooling a photovoltaic system. Alternatively or additionally, the second aspect may include the use of the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage for absorbing heat during an evaporation process of a coolant of a heat pump.
[082] Der zweite Aspekt kann die Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher zum Speichern von Kondensationswärme eines Kältemittels einer Wärmepumpe umfassen. [082] The second aspect may include using the heat storage and exchanger described above as an underground heat storage for storing condensation heat of a refrigerant of a heat pump.
[083] Ein dritter Aspekt betrifft eine Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als Gegenstromwärmetäuscher. [083] A third aspect relates to a use of the heat storage and exchanger described above as a countercurrent heat exchanger.
[084] Der Gegenstromwärmetäuscher kann insbesondere zum Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel einer Wärmepumpe und einem flüssigen Wärmeleitmedium verwendet werden, wobei das flüssige Wärmeleitmedium die erste oder die zweite Fluidleitung thermisch mit einer Photovoltaikanlage koppelt. [085] Gemäß einem vierten Aspekt weist ein System einen Wärmespeicher und -tauscher wie oben beschrieben auf, und mindestens ein Steuergerät. Das mindestens eine Steuergerät ist dazu eingerichtet, einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung in Abhängigkeit von einem ersten Parameter zu steuern, wobei der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft ist. [084] The countercurrent heat exchanger can be used in particular for heat exchange between a coolant of a heat pump and a liquid heat-conducting medium, wherein the liquid heat-conducting medium thermally couples the first or the second fluid line to a photovoltaic system. [085] According to a fourth aspect, a system has a heat storage and exchanger as described above, and at least one control device. The at least one control device is set up to control a fluid flow through the first fluid line as a function of a first parameter, the first parameter being linked to the availability of electrical power.
[086] Das mindestens eine Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, ein Steuersignal für eine Wärmepumpe in Abhängigkeit von dem ersten Parameter auszugeben. [086] The at least one control device can be set up to output a control signal for a heat pump depending on the first parameter.
[087] Entsprechende Ausführungsformen können den Betrieb der Wärmepumpe bei hoher Verfügbarkeit von elektrischer Leistung ermöglichen, beispielsweise wenn eine photovoltai- sche Anlage eine hohe elektrischer Leistung, beispielsweise gemessen an ihre Spitzenleistung, produziert, oder wenn die photovoltaische Anlage einen Überschuss an elektrischer Leistung produziert, beispielsweise gegenüber einem Verbrauch, der mit einem Gebäude assoziiert ist. In dieser Situation kann die hohe bzw. überschüssige elektrische Leistung mittels der Wärmepumpe als thermische Energie in den Wärmespeicher und -tauscher eingespeichert werden, um für Zeiten geringer Verfügbarkeit von Wärme bzw. Energie zur Verfügung zu stehen. Somit kann ein Bedarf nach Wärme bzw. Energie in Zeiten geringer Verfügbarkeit gedeckt werden, ohne auf eine zusätzliche (beispielsweise teure oder begrenzt verfügbare) Energiequelle, wie beispielsweise Erdgas, zurückgreifen zu müssen. Insbesondere kann die thermische Energie bei einer geringen Temperatur gespeichert werden, und die Temperatur kann zu einem späteren Zeitpunkt mithilfe einer Wärmepumpe auf ein angefordertes Temperaturniveau angehoben werden. Durch die geringe Speichertemperatur kann Wärme bei entsprechend geringer Temperatur (z. B. aus Photothermie bei sonst ungünstigen Bedingungen) nutzbar gemacht werden. Zudem können Verluste bei der Speicherung reduziert werden. [087] Corresponding embodiments can enable the operation of the heat pump with high availability of electrical power, for example when a photovoltaic system produces a high electrical power, for example measured in terms of its peak power, or when the photovoltaic system produces an excess of electrical power, for example, compared to consumption that is associated with a building. In this situation, the high or excess electrical power can be stored as thermal energy in the heat storage and exchanger using the heat pump in order to be available for times when heat or energy availability is low. This means that a need for heat or energy can be met in times of low availability without having to resort to an additional (for example expensive or limitedly available) energy source, such as natural gas. In particular, the thermal energy can be stored at a low temperature and the temperature can be raised to a requested temperature level at a later time using a heat pump. Due to the low storage temperature, heat can be used at a correspondingly low temperature (e.g. from photothermal energy under otherwise unfavorable conditions). In addition, losses during storage can be reduced.
[088] Der Wärmetauscher kann einen Doppelrohrwärmetauscher aufweisen. [088] The heat exchanger can have a double-tube heat exchanger.
[089] Die erste Fluidleitung kann ein inneres Rohr des Doppelrohrwärmetauschers umfassen. [089] The first fluid line may comprise an inner tube of the double-tube heat exchanger.
[090] Die erste Fluidleitung kann dazu eingerichtet sein, an die Wärmepumpe gekoppelt zu werden, insbesondere kann die erste Fluidleitung an die Wärmepumpe gekoppelt sein. [090] The first fluid line can be designed to be coupled to the heat pump, in particular the first fluid line can be coupled to the heat pump.
[091] Der erste Parameter kann mit einer elektrischen Leistung verknüpft sein, die von einer photovoltaischen Anlage bereitgestellt wird. [092] Das mindestens eine Steuergerät kann mindestens ein elektrisches Steuergerät aufweisen oder sein, insbesondere mindestens ein elektrisches Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, elektrische Steuersignale zu empfangen und/oder auszugeben. [091] The first parameter can be linked to an electrical power provided by a photovoltaic system. [092] The at least one control device can have or be at least one electrical control device, in particular at least one electrical control device, which is set up to receive and/or output electrical control signals.
[093] Bei einigen Ausführungsformen ist das mindestens eine Steuergerät ein rein elektrisches Steuergerät, insbesondere ohne eine mechanische Vorrichtung wie ein Ventil oder eine Pumpe. [093] In some embodiments, the at least one control device is a purely electrical control device, in particular without a mechanical device such as a valve or a pump.
[094] Bei anderen Ausführungsformen weist das mindestens eine Steuergerät mindestens eine mechanische Vorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Fluidstrom zu steuern, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Pumpe. Insbesondere kann das mindestens eine Steuergerät mehrere oder sämtliche mechanische Vorrichtungen zum Steuern des Fluidstroms umfassen. [094] In other embodiments, the at least one control device has at least one mechanical device configured to control a fluid flow, such as a valve or a pump. In particular, the at least one control device can include several or all mechanical devices for controlling the fluid flow.
[095] Das mindestens eine Steuergerät kann weiterhin dazu eingerichtet sein, einen Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter zu steuern. [095] The at least one control device can further be set up to control a fluid flow through the second fluid line depending on a second parameter.
[096] Der zweite Parameter kann mit einer ersten Temperaturdifferenz verknüpft sein. [096] The second parameter can be linked to a first temperature difference.
[097] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann das Steuergerät ein Temperieren (d. h. Heizen oder Kühlen) einer Komponente ermöglichen, die an die zweite Fluidleitung angeschlossen ist. Hierfür kann der Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung eingeschaltet werden, wenn der zweite Parameter eine Temperatur oder eine Temperaturdifferenz innerhalb eines für das Temperieren geeigneten Sollbereichs anzeigt. Der Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung kann abgeschaltet werden, wenn der zweite Parameter außerhalb des Sollbereichs liegt. Bei der zu temperierenden Komponente kann es sich um eine Solaranlage handeln. [097] In corresponding embodiments, the control device can enable temperature control (i.e. heating or cooling) of a component that is connected to the second fluid line. For this purpose, the fluid flow through the second fluid line can be switched on when the second parameter indicates a temperature or a temperature difference within a target range suitable for temperature control. The fluid flow through the second fluid line can be switched off if the second parameter is outside the target range. The component to be tempered can be a solar system.
[098] Im Kontext dieser Beschreibung kann eine Solaranlage eine photovoltaische Anlage und/oder eine photothermische Anlage aufweisen. Insbesondere kann eine Solaranlage eine kombinierte Solar- und photothermische Anlage aufweisen. [098] In the context of this description, a solar system can have a photovoltaic system and/or a photothermal system. In particular, a solar system can have a combined solar and photothermal system.
[099] Eine erste Temperatur der ersten Temperaturdifferenz kann mit dem Speicherbehälter und/ oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein. [oioo] Eine zweite Temperatur der ersten Temperaturdifferenz kann mit einer Solaranlage verknüpft sein und/ oder mit einem Gerät verknüpft sein, dass thermisch an die zweite Fluidleitung gekoppelt ist. Insbesondere kann die Solaranlage die photovoltaische Anlage umfassen. [099] A first temperature of the first temperature difference can be linked to the storage container and/or the thermal storage medium. [oioo] A second temperature of the first temperature difference can be linked to a solar system and/or linked to a device that is thermally coupled to the second fluid line. In particular, the solar system can include the photovoltaic system.
[0101] Das System kann dazu eingerichtet sein, den Speicherbehälter und/oder das thermische Speichermedium wahlweise an einen Erdwärmekollektor zu koppeln. The system can be set up to selectively couple the storage container and/or the thermal storage medium to a geothermal collector.
[0102] Die wahlweise Kopplung kann sich auf eine Kopplung beziehen, deren Kopplungsstärke, insbesondere thermische Kopplungsstärke, steuerbar ist, insbesondere durch Steuern eines Fluidstroms, beispielsweise mittels einer Pumpe oder eines Ventils. The optional coupling can refer to a coupling whose coupling strength, in particular thermal coupling strength, is controllable, in particular by controlling a fluid flow, for example by means of a pump or a valve.
[0103] Das mindestens eine Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, den Speicherbehälter und/oder das thermische Speichermedium in Abhängigkeit von einem dritten Parameter wahlweise an den Erdwärmekollektor zu koppeln. The at least one control device can be set up to selectively couple the storage container and/or the thermal storage medium to the geothermal collector depending on a third parameter.
[0104] Der dritte Parameter kann mit einer zweiten Temperaturdifferenz verknüpft sein. The third parameter can be linked to a second temperature difference.
[0105] Eine erste Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz kann mit dem Speicherbehälter und/oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein. [0105] A first temperature of the second temperature difference may be linked to the storage container and/or the thermal storage medium.
[0106] Eine zweite Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz kann mit dem Erdwärmekollektor verknüpft sein. A second temperature of the second temperature difference can be linked to the geothermal collector.
[0107] Entsprechende Ausführungsformen können es ermöglichen, Wärme aus dem Speicherbehälter bzw. dem thermischen Speichermedium wahlweise in den Erdwärmekollektor zu übertragen oder aus diesem zu entnehmen. Somit kann der Erdwärmekollektor einerseits als Erweiterung des Wärmespeichers verwendet werden. Andererseits kann, gerade bei einer Änderung, insbesondere einem Anstieg, der Außentemperatur die dadurch zur Verfügung stehende Wärme mittels dem Erdwärmekollektor in den Speicherbehälter bzw. das thermische Speichermedium eingebracht und somit genutzt werden. Corresponding embodiments can make it possible to selectively transfer heat from the storage container or the thermal storage medium into the geothermal heat collector or to remove it from it. On the one hand, the geothermal collector can be used as an extension of the heat storage. On the other hand, especially in the event of a change, in particular an increase, in the outside temperature, the resulting heat available can be introduced into the storage container or the thermal storage medium by means of the geothermal heat collector and thus used.
[0108] Das System kann weiterhin einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher aufweisen. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung und einen Speicherbehälter aufweisen. Der Speicherbehälter kann dazu eingerichtet sein, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. [0109] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann dazu eingerichtet sein, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und dem thermischen Speichermedium sowie zwischen der zweiten Fluidleitung und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. The system can further have a second heat storage and exchanger. The second heat storage and exchanger may have a first fluid line, a second fluid line and a storage container. The storage container can be designed to hold a thermal storage medium. The second heat storage and exchanger can be designed to enable heat to be transferred between the first fluid line and the thermal storage medium and between the second fluid line and the thermal storage medium.
[0110] Das mindestens eine Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers gemeinsam mit dem Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers zu steuern. The at least one control device can be set up to control a fluid flow through the first fluid line of the second heat storage and exchanger together with the fluid flow through the first fluid line of the heat storage and exchanger.
[0111] Entsprechende Ausführungsformen können ein optimiertes System zur langfristigen Speicherung von Wärme bzw. Kälte in Kombination mit einer Wärmepumpe bereitstellen. Hierfür kann die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an die eine, z. B. kalte, Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden, und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tausches an die zweite, zum Beispiel warme, Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden. Corresponding embodiments can provide an optimized system for long-term storage of heat or cold in combination with a heat pump. For this purpose, the first fluid line of the heat storage and exchanger can be connected to one, e.g. B. cold, side of the heat pump can be coupled, and the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be coupled to the second, for example warm, side of the heat pump.
[0112] Wärmepumpensysteme erzeugen bei der Wärmegewinnung die gleiche Menge an Kälteenergie. Wärmepumpensysteme erzeugen bei einer Nutzung als Kühlsystem, also bei der Gewinnung von Kälte, die gleiche Menge an Wärmeenergie. Bei konventioneller Wärmegewinnung (konventioneller Nutzung als Klimaanlagensystem) wird die Kälteenergie (Wärmeenergie) als Abfallprodukt an die Umwelt z.B. Luft oder Grundwasser abgegeben. [0112] Heat pump systems generate the same amount of cold energy when generating heat. When used as a cooling system, i.e. when generating cold, heat pump systems generate the same amount of heat energy. With conventional heat generation (conventional use as an air conditioning system), the cold energy (heat energy) is released into the environment as a waste product, e.g. air or groundwater.
[0113] Dabei benötigen viele Gebäude neben der Wärmegewinnung, z. B. für Heizung oder Brauchwasser, auch ein Kühlsystem, z. B. für die Klimaanlage/Gebäudekühlung oder als Pho- tovoltaikkühlung. Oft fällt der Bedarf an Wärme (z. B. im Winter) und Kälte (z. B. zum Kühlen im Sommer) jedoch zeitlich (z. B. jahreszeitlich) auseinander. Durch Verwendung der zwei Wärmespeicher und -tauscher und ihre Kombination in dem System wird die Kälte bei der Wärmegewinnung (bzw. die Wärme bei der Nutzung als Kühlsystem) gespeichert und für eine bedarfsgemäße Nutzung bereitgestellt. [0113] In addition to heat generation, many buildings require, e.g. B. for heating or service water, also a cooling system, e.g. B. for air conditioning/building cooling or as photovoltaic cooling. However, the need for heat (e.g. in winter) and cold (e.g. for cooling in summer) often differs in time (e.g. seasonally). By using the two heat storage and exchangers and their combination in the system, the cold is stored during heat generation (or the heat when used as a cooling system) and made available for use as required.
[0114] Durch die Nutzung der Kälteenergie bei der Wärmegewinnung und der Wärmeenergie bei der Nutzung als Kühlsystem kann die Energieeffizienz gegenüber der konventionellen Lösung verdoppelt werden. Diese Doppelnutzung kann sowohl lokal, durch geeignete Speichermedien als auch quartiersbezogen durch die Einleitung in Wärme- und Kältenetze erfolgen. By using the cold energy for heat generation and the thermal energy for use as a cooling system, the energy efficiency can be doubled compared to the conventional solution. This dual use can take place both locally, through suitable storage media, and on a district-by-district basis through introduction into heating and cooling networks.
[0115] Durch gemeinsames Steuern der Fluidströme durch die beiden ersten Fluidleitungen kann in derartigen Ausführungsformen ein Wärmeübertrag von dem Wärmespeicher und - tauscher auf den zweiten Wärmespeicher und -tauscher ermöglicht werden. In anderen Worten wird das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers abgekühlt, das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers erwärmt (oder umgekehrt). Bei entsprechender Auslegung der Wärmespeicher und -tauscher (beispielsweise ihrer Volumina) kann dies eine Speicherung der Wärme bzw. Kälte über Monate bzw. Jahreszeiten hinweg ermöglichen. By jointly controlling the fluid flows through the two first fluid lines, in such embodiments a heat transfer from the heat storage and - exchanger to the second heat storage and exchanger. In other words, the thermal storage medium of the heat storage and exchanger is cooled and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger is heated (or vice versa). If the heat storage and exchangers are designed accordingly (for example their volumes), this can enable heat or cold to be stored over months or seasons.
[0116] Der Speicherbehälter (oder das darin enthaltene thermische Speichermedium) und/ oder der thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelte Erdwärmekollektor kann als energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers eingerichtet sein oder eine solche bereitstellen oder als solche bezeichnet werden. The storage container (or the thermal storage medium contained therein) and/or the geothermal collector thermally coupled to the heat storage and exchanger can be set up as an energy-storing component of the heat storage and exchanger or can provide one or be referred to as such.
[0117] Mit anderen Worten kann der Wärmespeicher und -tauscher eine energiespeichernde Komponente aufweisen. Die energiespeichernde Komponente kann den Speicherbehälter und/oder den thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelten Erdwärmekollektor aufweisen oder diese(r) sein. [0117] In other words, the heat storage and exchanger can have an energy-storing component. The energy-storing component can have or be the storage container and/or the geothermal collector thermally coupled to the heat storage and exchanger.
[0118] Mit wieder anderen Worten kann der Speicherbehälter die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers sein, oder der thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelte Erdwärmekollektor kann die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers sein, oder beide können (d. h. gemeinsam) die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers sein. [0118] In yet other words, the storage container can be the energy-storing component of the heat storage and exchanger, or the geothermal collector thermally coupled to the heat storage and exchanger can be the energy-storing component of the heat storage and exchanger, or both can (i.e. together). be an energy-storing component of the heat storage and exchanger.
[0119] Ein (bspw. weiterer oder räumlich von dem thermisch an den Wärmespeicher und - tauscher gekoppelten Erdwärmekollektor getrennter) Erdwärmekollektor kann thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt sein. A geothermal collector (e.g. another geothermal collector or spatially separate from the geothermal collector that is thermally coupled to the heat storage and exchanger) can be thermally coupled to the second heat storage and exchanger.
[0120] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eine energiespeichernde Komponente aufweisen, beispielsweise mit Eigenschaften, die den oben beschriebenen Eigenschaften der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers ähneln, allerdings bezogen auf den zweiten Wärmespeicher und -tauscher statt auf den Wärmespeicher und -tauscher. [0120] The second heat storage and exchanger may have an energy-storing component, for example with properties that are similar to the properties of the energy-storing component of the heat storage and exchanger described above, but based on the second heat storage and exchanger rather than on the heat storage and exchanger .
[0121] Bei einigen Ausführungsformen grenzt eine thermisch isolierende Trennwand Erdbereiche, insbesondere aneinander angrenzende Erdbereiche, voneinander ab. Die thermisch isolierende Trennwand kann zumindest teilweise, insbesondere zu einem Großteil (z. B. ent- sprechend ihrer Höhenerstreckung), unterhalb einer Erdoberfläche angeordnet sein. Die voneinander abgegrenzten Erdbereiche können jeweils einem Erdwärmekollektor zugeordnet sein. Insbesondere kann einer der abgegrenzten Erdbereiche dem Erdkollektor zugeordnet sein, der thermisch an den (ersten) Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist, und ein anderer der abgegrenzten Erdbereiche dem Erdkollektor zugeordnet sein, der thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist. [0121] In some embodiments, a thermally insulating partition wall delimits earth areas, in particular adjacent earth areas, from one another. The thermally insulating partition can be at least partially, in particular to a large extent (e.g. speaking of their height extent), be arranged below an earth's surface. The earth areas delimited from one another can each be assigned to a geothermal collector. In particular, one of the delimited earth areas can be assigned to the earth collector, which is thermally coupled to the (first) heat storage and exchanger, and another of the delimited earth areas can be assigned to the earth collector, which is thermally coupled to the second heat storage and exchanger.
[0122] In bevorzugten Ausführungsformen grenzt die energiespeichernde Komponente des ersten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) an die energiespeichernde Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere an deren Erdwärmekollektor) an und ist durch eine in das Erdreich eingelassene thermisch isolierende Trennwand seitlich von der energiespeichernden Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere von deren Erdwärmekollektor) abgegrenzt. [0122] In preferred embodiments, the energy-storing component of the first heat storage and exchanger (in particular its geothermal heat collector) adjoins the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular its geothermal heat collector) and is laterally connected by a thermally insulating partition wall embedded in the ground separated from the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular from its geothermal collector).
[0123] Beispielsweise können benachbarte Bodenabschnitte jeweils mit Erdwärmekollektoren ausgestattet sein, und die thermisch isolierende Trennwand kann zwischen den Wärmeträgerschleifen des Erdwärmekollektors, der thermisch an den ersten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist, und dem Erdwärmekollektor, der thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist, in den Boden eingelassen sein, sodass in der energiespeichernden Komponente des ersten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere in deren Erdwärmekollektor) und der energiespeichernden Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere in deren Erdwärmekollektor) unterschiedliche Temperaturen vorgesehen werden können. [0123] For example, adjacent floor sections can each be equipped with geothermal heat collectors, and the thermally insulating partition can be between the heat transfer loops of the geothermal collector, which is thermally coupled to the first heat storage and exchanger, and the geothermal heat collector, which is thermally connected to the second heat storage and exchanger is coupled, be embedded in the ground, so that different temperatures can be provided in the energy-storing component of the first heat storage and exchanger (in particular in its geothermal collector) and the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular in its geothermal collector).
[0124] In bevorzugten Ausführungsformen wird die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) durch die thermisch isolierende Trennwand seitlich umlaufend von dem umgebenden Erdreich getrennt. [0124] In preferred embodiments, the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular its geothermal collector) is separated laterally from the surrounding soil by the thermally insulating partition wall.
[0125] Eine seitlich umlaufende isolierende Trennwand kann es erlauben, ein höheres Temperaturniveau in der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) länger und/ oder mit niedrigeren Energieverlusten aufrecht zu erhalten und somit eine saisonale Speicherung von thermische Energie in der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere in deren Erdwärmekollektor) bei einer erhöhten Speichertemperatur bereitzustellen. Die thermisch isolierende Trennwand kann sich vertikal über das untere Ende der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere über das untere Ende von dessen Erd- wärmekollektor) nach unten ins Erdreich erstrecken, um einen isolierten Abschnitt der energiespeichernden Komponente (insbesondere von deren Erdwärmekollektor) zu definieren. Der isolierte Abschnitt kann nach unten hin offen sein, um die Wärmekapazität des darunterliegenden Erdreiches zu nutzen. [0125] A laterally circumferential insulating partition can make it possible to maintain a higher temperature level in the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular its geothermal heat collector) for longer and/or with lower energy losses and thus enable seasonal storage of thermal energy in the energy-storing component Component of the heat storage and exchanger (particularly in their geothermal collector) to be provided at an increased storage temperature. The thermally insulating partition can extend vertically over the lower end of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular over the lower end of its ground heat collector) extend down into the ground to define an isolated section of the energy storage component (in particular its geothermal collector). The insulated section can be open at the bottom to utilize the heat capacity of the underlying soil.
[0126] Die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere dessen Erdwärmekollektor) kann an die energiespeichernde Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) angrenzen und durch die thermisch isolierende Trennwand von dieser getrennt sein. Die thermisch isolierende Trennwand sollte eine gegenüber dem Erdreich verringerte thermische Leitfähigkeit aufweisen, insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1 W/ (m*K), vorzugsweise weniger als 0,5 W/(m*K), bevorzugt weniger als 0,2 W/(m*K). Die Dämmung kann eine Perimeterdämmung sein, welche durch Platten im Erdreich, beispielsweise aus Styrodur, bereitgestellt werden kann, und/oder kann Abschnitte von schüttfähigem Dämmmaterial, wie Schaumglas-Granulat, umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die thermisch isolierende Trennwand beidseitig durch das Erdreich von den energiespeichernden Komponenten getrennt. [0126] The energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular its geothermal collector) can adjoin the energy-storing component of the second heat storage and exchanger (in particular its geothermal collector) and be separated from it by the thermally insulating partition. The thermally insulating partition should have a reduced thermal conductivity compared to the ground, in particular a thermal conductivity of less than 1 W/(m*K), preferably less than 0.5 W/(m*K), preferably less than 0.2 W /(m*K). The insulation can be perimeter insulation, which can be provided by panels in the ground, for example made of Styrodur, and/or can include sections of pourable insulation material, such as foam glass granules. In some embodiments, the thermally insulating partition is separated from the energy-storing components on both sides by the soil.
[0127] In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner eine obere Trennwand, welche eine obere Begrenzung der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und - tauschers (insbesondere von dessen Erdwärmekollektor) bildet, um die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere dessen Erdwärmekollektor) in vertikaler Richtung thermisch zu isolieren. Beispielsweise kann die obere Trennwand unterhalb einer Bodenplatte eines Gebäudes angeordnet sein, um Wärmeverluste der energiespeichernden Komponente in das Gebäude zu verringern. [0127] In some embodiments, the system further comprises an upper partition wall, which forms an upper boundary of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) to the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) in vertical Thermally insulate direction. For example, the upper partition wall can be arranged below a floor slab of a building in order to reduce heat losses from the energy-storing component into the building.
[0128] In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das System ferner eine untere Trennwand, welche eine untere Begrenzung der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere von deren Erdwärmekollektor) bildet, um die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) in vertikaler Richtung gegenüber dem darunterliegenden Erdreich thermisch zu isolieren. [0128] In preferred embodiments, the system further comprises a lower partition wall, which forms a lower boundary of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) in order to surround the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal heat collector) in a vertical direction To thermally insulate the direction from the underlying soil.
[0129] Die untere Trennwand kann eine Isolation der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere von dessen Erdwärmekollektor) verbessern, sodass dessen Temperaturniveau länger und/oder mit niedrigeren Energieverlusten aufrechterhalten werden kann. [0130] Das System kann die Wärmepumpe umfassen. The lower partition can improve insulation of the energy-storing component of the heat storage and exchanger (in particular of its geothermal collector), so that its temperature level can be maintained for longer and/or with lower energy losses. The system may include the heat pump.
[0131] Der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers kann dazu eingerichtet sein, den Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine Seite, z. B. an eine warme oder kalte Seite, der Wärmepumpe zu koppeln. The fluid flow through the first fluid line of the heat storage and exchanger can be designed to thermally connect the heat storage and exchanger to one side, e.g. B. to couple to a warm or cold side of the heat pump.
[0132] Der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers kann dazu eingerichtet sein, den zweiten Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine Seite, z. B. an eine komplementäre kalte oder warme Seite, der Wärmepumpe zu koppeln. The fluid flow through the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be designed to thermally connect the second heat storage and exchanger to one side, e.g. B. to couple to a complementary cold or warm side of the heat pump.
[0133] Die Wärmepumpe kann dazu eingerichtet sein, eine Leistung von mindestens 3 kW oder von mindestens 5 kW bereitzustellen. The heat pump can be set up to provide an output of at least 3 kW or at least 5 kW.
[0134] Das System kann eine Solaranlage aufweisen. The system can have a solar system.
[0135] Der Wärmespeicher und -tauscher des Systems kann mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher aufweisen, wobei einer der mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, die Solaranlage thermisch an den Speicherbehälter und/oder das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers zu koppeln, insbesondere in Reihe mit einem Erdwärmekollektor. The heat storage and exchanger of the system can have at least one additional heat exchanger, wherein one of the at least one additional heat exchanger is designed to thermally couple the solar system to the storage container and/or the thermal storage medium of the heat storage and exchanger, in particular in Row with a geothermal collector.
[0136] Ein zusätzlicherWärmetauscher des zweiten Wärmespeicher und -tauschers kann dazu eingerichtet sein, die Solaranlage thermisch an den Speicherbehälter und/ oder das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers zu koppeln. [0136] An additional heat exchanger of the second heat storage and exchanger can be set up to thermally couple the solar system to the storage container and/or the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger.
[0137] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eines oder alle der oben im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher und -tauscher des ersten Aspekts beschriebenen Merkmale aufweisen. The second heat storage and exchanger may have any or all of the features described above in connection with the heat storage and exchanger of the first aspect.
[0138] Bei einem fünften Aspekt weist ein System einen ersten Wärmespeicher und -tauscher, einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher, eine Wärmepumpe und ein Steuergerät auf. Der erste Wärmespeicher und -tauscher weist eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung, einen Wärmetauscher und einen Speicherbehälter auf. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Speicherbehälter ist dazu eingerichtet, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. Zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers ist in dem Speicherbehälter angeordnet, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. Der erste Wärmespeicher und -tauscher weist ein Volumen für sein thermisches Speichermedium von mindestens 2 m3 auf und ist zumindest teilweise unterirdisch angeordnet. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher weist eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung und einen Speicherbehälter, der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen, auf. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher ist dazu eingerichtet, ein Übertragen von Wärme zwischen seiner ersten Fluidleitung und seinem thermischen Speichermedium sowie zwischen seiner zweiten Fluidleitung und seinem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. Die Wärmepumpe ist dazu eingerichtet, eine Leistung von mindestens 5 kW bereitzustellen. Ein Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des ersten Wärmespeicher und -tauschers oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers ist dazu eingerichtet, den ersten Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine kalte Seite der Wärmepumpe zu koppeln. Der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des anderen Wärmespeicher und -tauschers ist dazu eingerichtet, den anderen Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine warme Seite der Wärmepumpe zu koppeln. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, einen Betriebszustand der Wärmepumpe, den Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des ersten Wärmespeichers und den Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeichers gemeinsam in Abhängigkeit von einem ersten Parameter zu steuern, wobei der erste Parameter mit einer elektrischen Leistung verknüpft ist, die von einer photovoltaischen Anlage bereitgestellt wird. Die zweite Fluidleitung des ersten Wärmespeicher und -tauschers und/oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers ist an eine Solaranlage gekoppelt. [0138] In a fifth aspect, a system has a first heat storage and exchanger, a second heat storage and exchanger, a heat pump and a control device. The first heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container. The heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line. The storage container is designed to hold a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is arranged in the storage container to provide a To enable transfer of heat between the heat exchanger and the thermal storage medium. The first heat storage and exchanger has a volume for its thermal storage medium of at least 2 m 3 and is at least partially arranged underground. The second heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line and a storage container that is designed to accommodate a thermal storage medium. The second heat storage and exchanger is designed to enable heat to be transferred between its first fluid line and its thermal storage medium and between its second fluid line and its thermal storage medium. The heat pump is set up to provide an output of at least 5 kW. A fluid flow through the first fluid line of the first heat storage and exchanger or the second heat storage and exchanger is designed to thermally couple the first heat storage and exchanger to a cold side of the heat pump. The fluid flow through the first fluid line of the other heat storage and exchanger is designed to thermally couple the other heat storage and exchanger to a warm side of the heat pump. The control device is set up to control an operating state of the heat pump, the fluid flow through the first fluid line of the first heat storage and the fluid flow through the first fluid line of the second heat storage together as a function of a first parameter, the first parameter being linked to an electrical power , which is provided by a photovoltaic system. The second fluid line of the first heat storage and exchanger and/or the second heat storage and exchanger is coupled to a solar system.
[0139] Der andere Wärmespeicher und -tauscher kann sich auf den Wärmespeicher und -tauscher oder auf den zweiten Wärmespeicher und -tauscher beziehen; insbesondere auf denjenigen der beiden, bei dem der Fluidstrom durch seine erste Fluidleitung nicht dazu eingerichtet ist, ihn thermisch an die kalte Seite der Wärmepumpe zu koppeln. [0139] The other heat storage and exchanger may refer to the heat storage and exchanger or to the second heat storage and exchanger; in particular on that of the two in which the fluid flow through its first fluid line is not designed to thermally couple it to the cold side of the heat pump.
[0140] Das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers kann in dem Speicherbehälter des zweiten Wärmespeicher und -tauschers angeordnet sein. Das in dem Speicherbehälter des zweiten Wärmespeicher und -tauschers angeordnete thermische Speichermedium kann dazu eingerichtet sein, ein zweites Elektrolyt für die elektrochemische Zelle bereitzustellen. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann dazu eingerichtet sein, das thermische Speichermedium der elektrochemischen Zelle fluidgekoppelt bereitzustellen. The thermal storage medium of the second heat storage and exchanger can be arranged in the storage container of the second heat storage and exchanger. The thermal storage medium arranged in the storage container of the second heat storage and exchanger can be designed to provide a second electrolyte for the electrochemical cell. The second heat storage and exchanger can be designed to provide the thermal storage medium of the electrochemical cell in a fluid-coupled manner.
[0141] Das System kann die elektrochemische Zelle umfassen, wobei das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und -tauschers und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die elektrochemische Zelle fluidgekoppelt sind; insbesondere, wobei das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und - tauschers und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an unterschiedliche Halbzellen der elektrochemischen Zelle fluidgekoppelt sind. The system may include the electrochemical cell, wherein the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger are fluidly coupled to the electrochemical cell; in particular, wherein the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger are fluidly coupled to different half cells of the electrochemical cell.
[0142] Gemäß einem sechsten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Erzeugen eines unterirdischen Wärmespeichers ein Anordnen zumindest eines Teils eines Wärmespeicher und -tauschers im Erdreich. Der Wärmespeicher und -tauscher weist eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung, einen Wärmetauscher und einen Speicherbehälter auf. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Speicherbehälter ist dazu eingerichtet, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. Zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers ist in dem Speicherbehälter angeordnet, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. [0142] According to a sixth aspect, a method for producing an underground heat storage comprises arranging at least a portion of a heat storage and exchanger in the ground. The heat storage and exchanger has a first fluid line, a second fluid line, a heat exchanger and a storage container. The heat exchanger is designed to transfer heat between the first fluid line and the second fluid line. The storage container is designed to hold a thermal storage medium. At least a portion of the heat exchanger is disposed in the storage container to enable transfer of heat between the heat exchanger and the thermal storage medium.
[0143] Das Verfahren kann weiterhin ein thermisches Koppeln des Wärmespeicher und -tau- sches an das Erdreich umfassen. The method can further include thermally coupling the heat storage and exchange to the ground.
[0144] Das Verfahren kann weiterhin ein Einrichten des Wärmetauschers als Gegenstromwärmetäuscher umfassen. The method may further include setting up the heat exchanger as a countercurrent heat exchanger.
[0145] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln der ersten Fluidleitung an eine Wärmepumpe umfassen. The method may further include coupling the first fluid line to a heat pump.
[0146] Das Verfahren kann weiterhin ein thermisches Koppeln des Wärmespeicher und -tauschers an ein erstes Wärmenetz, insbesondere an ein erstes Nahwärmenetz umfassen, um Wärme oder Kälte wahlweise aus dem Wärmespeicher und -tauscher in das Nahwärmenetz zu speichern oder aus dem Nahwärmenetz in den Wärmespeicher und -tauscher zu entnehmen. Insbesondere kann der Wärmespeicher und -tauscher in Reihe mit dem Erdwärmekollektor und/oder mit dem Erdreich an das erste Wärmenetz, insbesondere an das erste Nahwärmenetz, gekoppelt werden. [0146] The method can further include a thermal coupling of the heat storage and exchanger to a first heating network, in particular to a first local heating network, in order to store heat or cold either from the heat storage and exchanger into the local heating network or from the local heating network into the heat storage and exchanger. In particular, the heat storage and exchanger can be coupled in series with the geothermal collector and/or with the ground to the first heating network, in particular to the first local heating network.
[0147] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln einer ersten Fluidleitung eines zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die Wärmepumpe umfassen. [0148] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eines oder alle der oben im Zusammenhang mit dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher des vierten Aspekts beschriebenen Merkmale aufweisen. [0147] The method may further include coupling a first fluid line of a second heat storage and exchanger to the heat pump. The second heat storage and exchanger may have any or all of the features described above in connection with the second heat storage and exchanger of the fourth aspect.
[0149] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an ein zweites Wärmenetz, insbesondere an ein zweites Nahwärmenetz umfassen, insbesondere wobei das zweite (Nah)Wärmenetz im Mittel eine geringere Temperatur aufweist als das erste (Nah)Wärmenetz. Insbesondere kann der zweite Wärmespeicher und -tauscher in Reihe mit seinem Erdwärmekollektor und/oder mit dem ihn umgebenden Erdreich an das zweite Wärmenetz, insbesondere an das zweite Nahwärmenetz, gekoppelt werden. [0149] The method can further comprise coupling the second heat storage and exchanger to a second heating network, in particular to a second local heating network, in particular wherein the second (local) heating network has, on average, a lower temperature than the first (local) heating network. In particular, the second heat storage and exchanger can be coupled in series with its geothermal energy collector and/or with the soil surrounding it to the second heating network, in particular to the second local heating network.
[0150] Beispielsweise kann das erste (Nah)Wärmenetz ein Hochtemperatur-(Nah)Wärmenetz sein, und das zweite (Nah)Wärmenetz ein Niedertemperatur-(Nah)Wärmenetz (in anderen Worten, ein (Nah)Kälte-Netz). [0150] For example, the first (local) heating network may be a high-temperature (local) heating network, and the second (local) heating network may be a low-temperature (local) heating network (in other words, a (local) cooling network).
[0151] Eine thermische Isolierung, insbesondere eine thermisch isolierende Trennwand, kann zwischen einem Bereich des ersten (Nah)Wärmenetzes (z. B. des Hochtemperatur-(Nah)Wär- menetzes) und einem Bereich des zweiten (Nah)Wärmenetzes (z. B. des Niedertemperatur- (Nah)Wärmenetzes oder des (Nah)Kälte-Netzes) angeordnet sein. Insbesondere kann die thermische Isolierung zumindest teilweise unterirdisch angeordnet sein oder die thermische isolierende Trennwand kann eine unterirdische thermisch isolierende Trennwand sein. Beispielsweise kann die thermische Isolierung oder die thermisch isolierende Trennwand zwischen einem Erdwärmekollektor (oder einer unterirdischen Fluidleitung) des ersten (Nah) Wärmenetzes (z. B. des Hochtemperatur-(Nah)Wärmenetzes) und einem Erdwärmekollektor (oder einer unterirdischen Fluidleitung) des zweiten (Nah) Wärmenetzes (z. B. des Niedertemperatur- (Nah)Wärmenetzes oder des (Nah)Kälte-Netzes) angeordnet sein. A thermal insulation, in particular a thermally insulating partition, can be between a region of the first (local) heating network (e.g. the high-temperature (local) heating network) and a region of the second (local) heating network (e.g. B. the low-temperature (local) heating network or the (local) cooling network). In particular, the thermal insulation can be arranged at least partially underground or the thermal insulating partition can be an underground thermal insulating partition. For example, the thermal insulation or the thermally insulating partition may be between a geothermal collector (or an underground fluid line) of the first (nearby) heat network (e.g. the high-temperature (near) heat network) and a geothermal collector (or an underground fluid line) of the second ( Near) heating network (e.g. the low-temperature (near) heating network or the (near) cooling network).
[0152] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln der zweiten Fluidleitung an eine Solaranlage umfassen. [0152] The method may further include coupling the second fluid line to a solar system.
[0153] Das Verfahren kann weiterhin ein Einrichten eines Steuergerätes umfassen, um einen ersten Parameter zu empfangen oder zu ermitteln, wobei der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft ist. [0153] The method may further include setting up a control device to receive or determine a first parameter, the first parameter being linked to an availability of electrical power.
[0154] Das Verfahren kann weiterhin ein Einrichten des mindestens einen Steuergeräts umfassen, um einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung in Abhängigkeit von dem ersten Parameter zu steuern. [0155] Der Wärmespeicher und -tauscher kann mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher aufweisen. [0154] The method may further comprise setting up the at least one control device to control a fluid flow through the first fluid line depending on the first parameter. The heat storage and exchanger can have at least one additional heat exchanger.
[0156] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln eines Wärmetauschers des mindestens einen zusätzlichen Wärmetauschers an einen Erdwärmekollektor umfassen. The method may further comprise coupling a heat exchanger of the at least one additional heat exchanger to a geothermal heat collector.
[0157] Der mindestens eine zusätzliche Wärmetauscher kann eines oder alle Merkmale des oben im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher und -tauscher des ersten Aspekts beschriebenen mindestens einen zusätzlichen Wärmetauschers aufweisen. The at least one additional heat exchanger may have one or all of the features of the at least one additional heat exchanger described above in connection with the heat storage and exchanger of the first aspect.
[0158] In Ausführungsformen, bei denen das Verfahren das Koppeln der ersten Fluidleitung an eine Wärmepumpe umfasst, kann das Verfahren weiterhin ein Koppeln einer ersten Fluidleitung eines zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die Wärmepumpe umfassen. Insbesondere kann bei entsprechenden Ausführungsformen die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an eine kalte Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an eine warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden. Alternativ kann die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden und die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden. [0158] In embodiments where the method includes coupling the first fluid line to a heat pump, the method may further include coupling a first fluid line of a second heat storage and exchanger to the heat pump. In particular, in corresponding embodiments, the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to a cold side of the heat pump and the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be coupled to a warm side of the heat pump. Alternatively, the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump and the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump.
[0159] Das Verfahren kann weiterhin das Durchführen eines oder aller Verfahrensschritte, die einen Bezug zu dem Wärmespeicher und -tauscher aufweisen, entsprechend an dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher umfassen. [0159] The method may further comprise carrying out one or all of the method steps that relate to the heat storage and exchanger, correspondingly on the second heat storage and exchanger.
[0160] Gemäß einem siebten Aspekt weist ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aufweisend einen Wärmespeicher und -tauscher mindestens zwei Betriebsmodi auf, und das Verfahren umfasst ein wahlweises Ausführen eines der mindestens zwei Betriebsmodi. Der erste Betriebsmodus umfasst ein Betreiben der Wärmepumpe mit einer ersten Wärmepumpenleistung und ein Erzeugen eines Fluidstroms durch die erste Fluidleitung, um Wärme zwischen der Wärmepumpe und dem thermischen Speichermedium zu übertragen. Der zweite Betriebsmodus umfasst ein Betreiben der Wärmepumpe mit einer zweiten Wärmepumpenleistung, die höchstens ein Viertel der ersten Wärmepumpenleistung beträgt, und ein Erzeugen eines stärkeren Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung als durch die erste Fluidleitung, um Wärme mittels der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Wärmespeicher und -tauscher kann ein oder alle Merkmale des Wärmespeicher und -tauschers des ersten Aspekts aufweisen. [0161] Bei einigen Ausführungsformen wird bei dem wahlweisen Ausführen eines der mindestens zwei Betriebsmodi eine Auswahl zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus automatisch anhand eines ersten Parameters ausgeführt. Insbesondere kann der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft sein. [0160] According to a seventh aspect, a method for operating a system comprising a heat storage and exchanger has at least two operating modes, and the method includes selectively executing one of the at least two operating modes. The first operating mode includes operating the heat pump with a first heat pump output and generating a fluid flow through the first fluid line to transfer heat between the heat pump and the thermal storage medium. The second operating mode includes operating the heat pump with a second heat pump output that is at most a quarter of the first heat pump output, and generating a stronger fluid flow through the second fluid line than through the first fluid line in order to transfer heat via the second fluid line. The heat storage and exchanger may have any or all of the features of the heat storage and exchanger of the first aspect. [0161] In some embodiments, when selectively executing one of the at least two operating modes, a selection between the first and second operating modes is automatically made based on a first parameter. In particular, the first parameter can be linked to the availability of electrical power.
[0162] Das Verfahren kann ein wahlweises Führen des Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung zu einer Solaranlage, zu einem Erdwärmekollektor oder zu der Solaranlage und dem Erdwärmekollektor umfassen. [0162] The method may include selectively guiding the fluid flow through the second fluid line to a solar system, to a geothermal collector or to the solar system and the geothermal collector.
[0163] Das Verfahren kann weiterhin im ersten und/ oder im zweiten Betriebsmodus ein Steuern einer Stärke des Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung in Abhängigkeit von einer ersten Temperaturdifferenz umfassen. Insbesondere kann eine erste Temperatur der ersten Temperaturdifferenz mit dem Speicherbehälter und/oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein. Insbesondere kann eine zweite Temperatur der ersten Temperaturdifferenz mit einer Solaranlage verknüpft sein. [0163] The method can further comprise controlling a strength of the fluid flow through the second fluid line as a function of a first temperature difference in the first and/or second operating mode. In particular, a first temperature of the first temperature difference can be linked to the storage container and/or the thermal storage medium. In particular, a second temperature of the first temperature difference can be linked to a solar system.
[0164] Das Verfahren kann weiterhin ein wahlweises Entnehmen von Wärme aus dem Wärmespeicher und -tauscher oder einem an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelten Erdwärmekollektor umfassen, insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur, die mit dem Speicherbehälter und/ oder dem thermischen Speichermedium verknüpft ist; und/ oder in Abhängigkeit von einer Temperatur, die mit dem Erdwärmekollektor verknüpft ist. [0164] The method can further comprise selectively removing heat from the heat storage and exchanger or a geothermal collector coupled to the heat storage and exchanger, in particular depending on a temperature that is linked to the storage container and/or the thermal storage medium; and/or depending on a temperature that is linked to the geothermal collector.
[0165] Das Verfahren kann weiterhin ein Steuern einer thermischen Kopplung zwischen dem Erdwärmekollektor und dem Speicherbehälter und/ oder dem thermischen Speichermedium in Abhängigkeit von einer zweiten Temperaturdifferenz umfassen. Insbesondere kann eine erste Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz mit dem Speicherbehälter und/oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein; und/ oder eine zweite Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz mit dem Erdwärmekollektor verknüpft sein. [0165] The method may further include controlling a thermal coupling between the geothermal collector and the storage container and/or the thermal storage medium depending on a second temperature difference. In particular, a first temperature of the second temperature difference can be linked to the storage container and/or the thermal storage medium; and/or a second temperature of the second temperature difference can be linked to the geothermal collector.
[0166] Das System kann einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher aufweisen. [0166] The system may have a second heat storage and exchanger.
[0167] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eines oder alle der oben im Zusammenhang mit dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher des vierten Aspekts beschriebenen Merkmale aufweisen. [0168] Das Verfahren kann weiterhin ein Durchführen der Verfahrensschritte, die einen Bezug zu dem Wärmespeicher und -tauscher aufweisen, entsprechend an dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher umfassen. Insbesondere kann bei entsprechenden Ausführungsformen die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an eine kalte Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein; und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an eine warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein. Alternativ kann die erste Fluidleitung des ersten Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein. [0167] The second heat storage and exchanger may have any or all of the features described above in connection with the second heat storage and exchanger of the fourth aspect. [0168] The method can further comprise carrying out the method steps that relate to the heat storage and exchanger accordingly on the second heat storage and exchanger. In particular, in corresponding embodiments, the first fluid line of the heat storage and exchanger can be coupled to a cold side of the heat pump; and the first fluid line of the second heat storage and exchanger may be coupled to a warm side of the heat pump. Alternatively, the first fluid line of the first heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump and the first fluid line of the second heat storage and exchanger can be coupled to the warm side of the heat pump.
[0169] Gemäß einem achten Aspekt ist ein Computerprogramm dazu eingerichtet, ein elektronisches Steuersystem dazu zu veranlassen, das Verfahren gemäß dem siebten Aspekt auszuführen. [0169] According to an eighth aspect, a computer program is configured to cause an electronic control system to carry out the method according to the seventh aspect.
[0170] Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Nahwärmenetz einen ersten Wärmespeicher und -tauscher, einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher und einen Erdwärmekollektor auf. [0170] According to a further aspect, a local heating network has a first heat storage and exchanger, a second heat storage and exchanger and a geothermal heat collector.
[0171] Der erste Wärmespeicher und -tauscher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Wärmespeicher und - tauscher ist der Wärmespeicher und -tauscher des Systems. The first heat storage and exchanger is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect. Alternatively, the local heating network has a system as described above, and the first heat storage and exchanger is the heat storage and exchanger of the system.
[0172] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Wärmespeicher und - tauscher ist der Wärmespeicher und -tauscher des Systems. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher ist von dem ersten Wärmespeicher und -tauscher räumlich getrennt, beispielsweise um mindestens 50 m oder um mindestens 100 m oder um mindestens 200 m. The second heat storage and exchanger is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect. Alternatively, the local heating network has a system as described above, and the first heat storage and exchanger is the heat storage and exchanger of the system. The second heat storage and exchanger is spatially separated from the first heat storage and exchanger, for example by at least 50 m or by at least 100 m or by at least 200 m.
[0173] Der Erdwärmekollektor ist thermisch an den ersten Wärmespeicher und - tauscher und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt, und dazu eingerichtet, Wärme oder Kälte in ein umgebendes Erdreich einzuspeichern und zumindest einen Teil der eingespeicherten Wärme oder Kälte dem Erdreich zu einem späteren Zeitpunkt zu entnehmen. [0173] The geothermal heat collector is thermally coupled to the first heat storage and exchanger and the second heat storage and exchanger, and is designed to store heat or cold in a surrounding soil and at least part of the stored heat or cold to the soil at a later point in time refer to.
[0174] Das nach Wärmenetz kann weiterhin eine Leitung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den ersten Wärmespeicher und -tauscher und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher thermisch aneinander zu koppeln. Ein erster Bereich der Leitung kann eine thermische Isolierung aufweisen. Ein zweiter Bereich der Leitung kann eine geringere oder keine thermische Isolierung aufweisen, um den Erdwärmekollektor zu formen. [0175] Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Nahwärmenetz-System ein Nahwärmenetz wie oben beschrieben auf, und weiterhin ein zweites Nahwärmenetz. The heat network can further have a line that is designed to thermally couple the first heat storage and exchanger and the second heat storage and exchanger to one another. A first area of the line can have thermal insulation. A second portion of the conduit may have less or no thermal insulation to form the geothermal collector. [0175] According to a further aspect, a local heating network system has a local heating network as described above, and further a second local heating network.
[0176] Das zweite Nahwärmenetz weist Folgendes auf: Einen ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher, einen zweiten Niedertemperatur- Wärmespeicher und einen zweiten Erdwärmekollektor. The second local heating network has the following: a first low-temperature heat storage, a second low-temperature heat storage and a second geothermal collector.
[0177] Der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher des Systems. The first low-temperature heat storage is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect. Alternatively, the local heating network has a system as described above, and the first low-temperature heat storage is the second heat storage and exchanger of the system.
[0178] Das thermische Speichermedium des ersten Niedertemperatur- Wärmespeichers weist eine geringere Temperatur aufweist als das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und -tauschers. The thermal storage medium of the first low-temperature heat storage has a lower temperature than the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger.
[0179] Der zweite Niedertemperatur-Wärmespeicher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher des Systems. The second low-temperature heat storage is a heat storage and exchanger as described above in connection with the first aspect. Alternatively, the local heating network has a system as described above, and the first low-temperature heat storage is the second heat storage and exchanger of the system.
[0180] Der zweite Niedertemperatur- Wärmespeicher ist dem ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher räumlich getrennt, beispielsweise um mindestens 50 m oder um mindestens 100 m oder um mindestens 200 m. The second low-temperature heat storage is spatially separated from the first low-temperature heat storage, for example by at least 50 m or by at least 100 m or by at least 200 m.
[0181] Das thermische Speichermedium des zweiten Niedertemperatur-Wärmespeichers weist eine geringere Temperatur aufweist als das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers. [0181] The thermal storage medium of the second low-temperature heat storage has a lower temperature than the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger.
[0182] Der zweiten Erdwärmekollektor ist thermisch an den ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher und den zweiten Niedertemperatur-Wärmespeicher gekoppelt, und dazu eingerichtet, zweite Wärme oder Kälte in ein umgebendes Erdreich einzuspeichern und zumindest einen Teil der eingespeicherten zweiten Wärme oder Kälte dem Erdreich zu einem späteren Zeitpunkt zu entnehmen. [0182] The second geothermal collector is thermally coupled to the first low-temperature heat storage and the second low-temperature heat storage, and is designed to store second heat or cold in a surrounding soil and at least a portion of the stored second heat or cold to the ground at a later time point in time.
[0183] Bei einigen Ausführungsformen weist das Nahwärmenetz- System weiterhin eine thermisch isolierende Trennwand auf, die dazu eingerichtet ist, einen Bereich des Nahwärmenetzes von einem Bereich des zweiten Nahwärmenetzes thermisch zu isolieren. Insbesondere kann die thermisch isolierende Trennwand zumindest teilweise unterirdisch angeordnet sein. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN [0183] In some embodiments, the local heating network system further comprises a thermally insulating partition that is designed to thermally isolate a region of the local heating network from a region of the second local heating network. In particular, the thermally insulating partition can be arranged at least partially underground. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0184] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausfiihrungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The figures show in a schematic representation:
[0185] Fig. 1: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem Beispiel; 1: a heat storage and exchanger according to an example;
[0186] Fig. 2a: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 2a: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0187] Fig. 2b: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 2b: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0188] Fig. 3: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 3: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0189] Fig. 4: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem Beispiel; 4: a system with a heat storage and exchanger according to an example;
[0190] Fig. 5a: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel; 5a: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to an example;
[0191] Fig. 5b: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5b: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0192] Fig. 5c: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5c: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0193] Fig. 5d: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5d: a system with a heat storage and heat exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0194] Fig. 5e: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5e: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0195] Fig. 5f: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; [0196] Fig. 5g: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5f: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example; 5g: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0197] Fig. 5h: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5h: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0198] Fig. 5i: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; 5i: a system with a heat storage and exchanger and an operating mode of a method for operating the system according to a further example;
[0199] Fig. 6a - Fig. 6e: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher, das an ein Nahwärmenetz gekoppelt ist; 6a - 6e: a system with a heat storage and exchanger that is coupled to a local heating network;
[0200] Fig 7a: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 7a: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0201] Fig 7b: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 7b: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0202] Fig 7c: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 7c: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0203] Fig 7d: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 7d: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0204] Fig 7e: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 7e: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0205] Fig 8: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel; 8: a heat storage and exchanger according to a further example;
[0206] Fig. 9a: ein Nahwärmenetz mit einer elektrochemischen Zelle gemäß einem Beispiel; und 9a: a local heating network with an electrochemical cell according to an example; and
[0207] Fig. 9b: ein Nahwärmenetz-System mit einer elektrochemischen Zelle gemäß einem9b: a local heating network system with an electrochemical cell according to one
Beispiel. Example.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0208] Fig. 1 zeigt einen Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. [0209] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 weist einen Speicherbehälter 106 für ein thermisches Speichermedium 108 auf, sowie einen Wärmetauscher 104, der teilweise in dem Speicherbehälter 106 angeordnet ist. 1 shows a heat storage and exchanger 100 according to a first exemplary embodiment. [0209] The heat storage and exchanger 100 has a storage container 106 for a thermal storage medium 108, as well as a heat exchanger 104, which is partially arranged in the storage container 106.
[0210] Durch den integrierten Wärmetauscher 104 ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 insbesondere auch für das Nachrüsten bestehender Systeme geeignet. [0210] Due to the integrated heat exchanger 104, the heat storage and exchanger 100 is particularly suitable for retrofitting existing systems.
[0211] Der Speicherbehälter 106 ist hinreichend groß dimensioniert, um eine solch große Menge (z. B. Volumen) des thermischen Speichermediums 108 aufzunehmen, dass dieses eine Wärmekapazität bereitstellt, um damit einen Wärmebedarf eines Gebäudes über einen längeren Zeitraum, wie mehrere Tage, Wochen oder Monate, hinweg zu decken. Beispielsweise kann der Speicherbehälter 106 auf den Wärmebedarf eines Einfamilienhauses ausgelegt sein, und sein Volumen je nach Größe des Einfamilienhauses ca. 2 m3, 5 m3, 10 m3, 15 m3 oder 20 m3 betragen. In alternativen Ausführungsformen wird für ein größeres Einzelgebäude oder einen Gebäudekomplex ein größerer Speicherbehälter 106 oder eine Mehrzahl von Speicherbehältern 106 bereitgestellt. [0211] The storage container 106 is dimensioned sufficiently large to accommodate such a large amount (e.g. volume) of the thermal storage medium 108 that it provides a heat capacity in order to meet the heat requirement of a building over a longer period of time, such as several days. Weeks or months to cover. For example, the storage container 106 can be designed for the heat requirements of a single-family home and its volume can be approximately 2 m 3 , 5 m 3 , 10 m 3 , 15 m 3 or 20 m 3 , depending on the size of the single-family home. In alternative embodiments, a larger storage container 106 or a plurality of storage containers 106 is provided for a larger individual building or a building complex.
[0212] Somit ermöglicht der Speicherbehälter 106 mit dem damit enthaltenen thermischen Speichermedium 108, mithilfe von Energie in Form von Wärme, die in Zeiten guter Verfügbarkeit (bei Tag, im Sommer, oder in Perioden warmen und/oder sonnigen Wetters) eingespeichert wird, den Bedarf eines Gebäudes nach Wärme in einem Zeitraum schlechter Verfügbarkeit (bei Nacht, im Winter, oder in Perioden kalten und/oder sonnenarmen Wetters) ganz oder teilweise zu decken. [0212] Thus, the storage container 106 with the thermal storage medium 108 contained therewith enables the use of energy in the form of heat that is stored during times of good availability (during the day, in summer, or in periods of warm and/or sunny weather). To fully or partially meet a building's need for heat during a period of poor availability (at night, in winter, or during periods of cold and/or sunny weather).
[0213] Der Speicherbehälter 106 ist dafür ausgelegt, in das Erdreich eingebracht zu werden. Entsprechend besteht seine Wandung aus einem undurchsichtigen, flüssigkeitsdichten und bevorzugt korrosionsbeständigen Material wie Stahl. Alternativ oder zusätzlich ist eine Wandung aus Beton vorgesehen, um die Wandung mechanisch zu verstärken. [0213] The storage container 106 is designed to be placed in the ground. Accordingly, its wall consists of an opaque, liquid-tight and preferably corrosion-resistant material such as steel. Alternatively or additionally, a wall made of concrete is provided to mechanically reinforce the wall.
[0214] Der Speicherbehälter 106 stellt einen Bereich für das thermische Speichermedium 108 bereit. Beispielsweise stellt der Speicherbehälter 106 eine Sollfüllhöhe 116 für das thermische Speichermedium 108 bereit. [0214] The storage container 106 provides an area for the thermal storage medium 108. For example, the storage container 106 provides a target filling level 116 for the thermal storage medium 108.
[0215] Fluidleitungen 102a, 102b erstrecken sich bis oberhalb des Bereichs des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108, d. h. bis oberhalb der Sollfüllhöhe 116. Mit anderen Worten liegen Bereiche der Fluidleitungen 102a, 102b, die außerhalb des Speicherbe- hälters 106 angeordnet sind (z. B. Zu-/Ableitungen oder Anschlusselemente der Fluidleitungen 102a, 102b), in vertikaler Richtung höher als der Bereich des Speicherbehälters 106 für das Speichermedium 108 bzw. höher als die Sollfüllhöhe 116. Somit sind die Fluidleitungen 102a, 102b von oben und auch dann oberirdisch zugänglich, wenn der Speicherbehälter 106 unterirdisch angeordnet ist. [0215] Fluid lines 102a, 102b extend above the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108, ie above the target filling level 116. In other words, areas of the fluid lines 102a, 102b lie outside the storage area. holder 106 are arranged (e.g. inlets/outlets or connecting elements of the fluid lines 102a, 102b), higher in the vertical direction than the area of the storage container 106 for the storage medium 108 or higher than the target filling level 116. Thus, the fluid lines 102a, 102b accessible from above and also above ground if the storage container 106 is arranged underground.
[0216] Die unterirdische Anordnung bedeutet nicht zwangsläufig, dass der gesamte Speicherbehälter 106 unterhalb der Erdoberfläche angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen ist lediglich der untere Bereich des Speicherbehälters 106 unterhalb der Erdoberfläche angeordnet, beispielsweise die untersten 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 % seiner Höhenerstreckung. Bevorzugt schließt die Oberseite des Speicherbehälters 106 mit der Erdoberfläche ab oder ist leicht oberhalb der Erdoberfläche angeordnet, sodass die Zu-/ Ableitungen oder Anschlusselemente der Fluidleitungen 102a, 102b oberirdisch zugängig sind. [0216] The underground arrangement does not necessarily mean that the entire storage container 106 is arranged below the surface of the earth. In some embodiments, only the lower region of the storage container 106 is located below the earth's surface, for example the lowest 60%, 70%, 80%, 90% or 95% of its height extent. The top of the storage container 106 preferably closes with the surface of the earth or is arranged slightly above the surface of the earth, so that the inlet/outlet lines or connection elements of the fluid lines 102a, 102b are accessible above ground.
[0217] In der gezeigten Ausführungsform liegen die Bereiche der Fluidleitungen 102a, 102b, die außerhalb des Speicherbehälters 106 angeordnet sind (z. B. Zu-/Ableitungen oder Anschlusselemente der Fluidleitungen 102a, 102b), in vertikaler Richtung höher als der gesamte Speicherbehälter 106. [0217] In the embodiment shown, the areas of the fluid lines 102a, 102b that are arranged outside the storage container 106 (e.g. inlets/outlets or connection elements of the fluid lines 102a, 102b) are higher in the vertical direction than the entire storage container 106 .
[0218] Der Speicherbehälter 106 wird aufgrund seiner Dimensionierung (mind. 1 m3, insbesondere 2 m3 für das thermische Speichermedium) und Materialzusammensetzung (undurchsichtig, flüssigkeitsdicht und bevorzugt korrosionsbeständig) im Folgenden auch als Zisternenspeicher 106 bezeichnet. [0218] The storage container 106 is also referred to below as cistern storage 106 due to its dimensions (at least 1 m 3 , in particular 2 m 3 for the thermal storage medium) and material composition (opaque, liquid-tight and preferably corrosion-resistant).
[0219] Bei dem Speicherbehälter 106 der Fig. 1 ist die Querschnittsfläche in horizontalen Ebenen auf unterschiedlichen Höhen stets (d. h. über die gesamte Höhenerstreckung des Speicherbehälters 106 hinweg) die gleiche. Bei alternativen Ausführungsformen nimmt die Querschnittsfläche nach oben hin ab. Jedenfalls nimmt die Querschnittsfläche nach oben hin nicht nennenswert zu. [0219] In the storage container 106 of FIG. 1, the cross-sectional area is always the same in horizontal planes at different heights (i.e. over the entire height extent of the storage container 106). In alternative embodiments, the cross-sectional area decreases towards the top. In any case, the cross-sectional area does not increase significantly towards the top.
[0220] Dadurch kann der Wärmespeicher und -tauscher 100 bequem in eine Grube hinabgelassen werden, insbesondere für eine unterirdische Anordnung. [0220] This allows the heat storage and exchanger 100 to be conveniently lowered into a pit, particularly for an underground arrangement.
[0221] Bei dem dargestellten Speicherbehälter ist die Querschnittsfläche rund, bei alternativen Ausführungsformen elliptisch. Das Nichtvorhandensein von Ecken, Vorsprüngen oder Ausbuchtungen in der Querschnittsfläche erleichtert das Hinablassen in die Grube weiter. [0222] Durch die unterirdische Anordnung minimiert der Wärmespeicher und -tauscher 100 seinen Platzbedarf (d. h. den Bedarf an Grundfläche) in dem mit Wärme zu versorgenden Gebäude bzw. auf dem Grundstück, in dem er installiert wird. Der Wärmespeicher und -tauscher too kann als unterirdischer Wärmespeicher und -tauscher 100 beispielsweise eine Nachrüstkomponente für ein bestehendes System bilden. [0221] In the storage container shown, the cross-sectional area is round, and in alternative embodiments it is elliptical. The absence of corners, projections or bulges in the cross-sectional area further facilitates descent into the pit. [0222] Due to the underground arrangement, the heat storage and exchanger 100 minimizes its space requirement (ie the need for floor space) in the building to be supplied with heat or on the property in which it is installed. The heat storage and exchanger too can be used as an underground heat storage and exchanger 100, for example, as a retrofit component for an existing system.
[0223] Der Wärmetauscher 104 der Ausführungsform der Fig. 1 ist als Doppelrohrwärmetauscher ausgelegt. Dabei ist die zweite Fluidleitung 102b koaxial um die erste Fluidleitung 102a angeordnet. Die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b stehen somit über eine gemeinsame Wandung in thermischen Kontakt. In alternativen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher 104 ein Plattenwärmetauscher oder ein Rohrbündelwärmetauscher oder ein Mehrfachrohrwärmetauscher mit mehr als zwei koaxialen Leitungen, wobei die äußersten beiden Leitungen als erste Fluidleitung 102a und zweite Fluidleitung 102b dienen. [0223] The heat exchanger 104 of the embodiment of FIG. 1 is designed as a double-tube heat exchanger. The second fluid line 102b is arranged coaxially around the first fluid line 102a. The first fluid line 102a and the second fluid line 102b are thus in thermal contact via a common wall. In alternative embodiments, the heat exchanger 104 is a plate heat exchanger or a shell-and-tube heat exchanger or a multiple-tube heat exchanger with more than two coaxial lines, with the outermost two lines serving as the first fluid line 102a and second fluid line 102b.
[0224] Die Anordnung des Wärmetauschers 104 in dem Speicherbehälter 106 ermöglicht eine große Rohrlänge des (insbes. Doppelrohr- )Wärmetauschers, und somit einen effektiven Wärmeübertrag zwischen der ersten und zweiten Fluidleitung 102, 102b. Insbesondere ist das Raumangebot im Speicherbehälter 106 größer als bei einer konventionellen Anordnung eines Wärmetauschers in einer Wärmepumpe. Anstelle eines Doppelrohrwärmetauschers kann ein Mehrfachrohrwärmetauscher (d. h., mit mehr als zwei Leitungen, die koaxial in thermischem Kontakt miteinander angeordnet sind), ein Plattenwärmetauscher oder ein Rohrbündelwärmetauscher verbaut sein, um ebenso von dem größeren Platzangebot zu profitieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Doppelrohrwärmetauscher 104 spiralförmig mit einer Höhe von 2 m und einem Durchmesser von 0,5 m, es sind aber (angepasst an den jährlichen Energiebedarf des zu versorgenden Gebäudes) Durchmesser von 1 m, 2 m, 3 m oder 4 m möglich. [0224] The arrangement of the heat exchanger 104 in the storage container 106 enables a large tube length of the (particularly double-tube) heat exchanger, and thus an effective heat transfer between the first and second fluid lines 102, 102b. In particular, the space available in the storage container 106 is larger than in a conventional arrangement of a heat exchanger in a heat pump. Instead of a double-tube heat exchanger, a multiple-tube heat exchanger (i.e. with more than two lines that are arranged coaxially in thermal contact with one another), a plate heat exchanger or a tube bundle heat exchanger can be installed in order to also benefit from the larger space available. In the exemplary embodiment shown, the double-tube heat exchanger 104 is spiral-shaped with a height of 2 m and a diameter of 0.5 m, but there are diameters of 1 m, 2 m, 3 m or 4 (adapted to the annual energy requirements of the building to be supplied). m possible.
[0225] Ein erster Abschnitt 144 des Wärmetauschers 104 ist unterhalb der Sollfüllhöhe 116 angeordnet (d. h. ist in dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 angeordnet) und steht über seine äußere Wandung, die zugleich die äußere Wandung der zweiten Fluidleitung 102b bildet, in thermischem Kontakt mit dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108. Der Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 umgibt die zweite Fluidleitung 102b, und bei Ausführungsformen mit einem Doppelrohrwärmetauscher die erste Fluidleitung 102a. In anderen Worten ist durch die Anordnung des Wärmetauschers 104 (insbes. seines ersten Abschnitts 144) in dem Speicherbehälter 106 (insbes. in dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108) ein Dreifachwärmetauscher aus erster Fluidleitung 102a, zweiter Fluidleitung 102b und Speicherbehälter 106 (insbes. dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 bzw. unterhalb der Sollfüllhöhe 116) gebildet. Diese Anordnung ermöglicht den Austausch von Wärme zwischen einem Fluid in der ersten Fluidleitung 102a, einem Fluid in der zweiten Fluidleitung 102b und dem thermischen Speichermedium 108. [0225] A first section 144 of the heat exchanger 104 is arranged below the target filling level 116 (ie is arranged in the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108) and protrudes above its outer wall, which at the same time forms the outer wall of the second fluid line 102b, in thermal contact with the region of the storage container 106 for the thermal storage medium 108. The region of the storage container 106 for the thermal storage medium 108 surrounds the second fluid line 102b, and in embodiments with a double-tube heat exchanger, the first fluid line 102a. In other words, the arrangement of the heat exchanger 104 (particularly its first section 144) in the storage container 106 (particularly in the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108) results in a triple heat exchanger consisting of the first fluid line 102a, second fluid line 102b and storage container 106 (in particular the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108 or below the target filling level 116). This arrangement enables the exchange of heat between a fluid in the first fluid line 102a, a fluid in the second fluid line 102b and the thermal storage medium 108.
[0226] Auch beim Wärmeübertrag zwischen der zweiten Fluidleitung 102b (und mittelbar der ersten Fluidleitung 102a) und dem thermischen Speichermedium 108 ermöglicht die Anordnung des Wärmetauschers 104 im Speicherbehälter 106 einen effektiven Wärmeübertrag, wie oben im Zusammenhang mit dem Wärmeübertrag zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b beschrieben. [0226] When it comes to heat transfer between the second fluid line 102b (and indirectly the first fluid line 102a) and the thermal storage medium 108, the arrangement of the heat exchanger 104 in the storage container 106 also enables effective heat transfer, as described above in connection with the heat transfer between the first fluid line 102a and the second fluid line 102b described.
[0227] Der Wärmetauscher 104 erstreckt sich nach oben durch den Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 bis oberhalb der Sollfüllhöhe 116 des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108. Somit steht ein erster Bereich 144 (z. B. unterhalb der Sollfüllhöhe 116 des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108) des Wärmetauschers 104 in thermischem Kontakt mit dem thermischen Speichermedium 108, während ein zweiter Bereich 138 (z. B. oberhalb der Sollfüllhöhe 116 des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108) des Wärmetauschers 104 nicht mit dem thermischen Speichermedium 108 (oder dem dafür vorgesehenen Bereich des Speicherbehälters 106) in thermischem Kontakt steht, d. h. davon beabstandet bzw. durch Luft davon isoliert ist. Der erste Abschnitt 144 entspricht dem Mittelbereich des Wärmetauschers 144, der zweite Bereich 138 entspricht den beiden Endbereichen 138 des Wärmetauschers 104. [0227] The heat exchanger 104 extends upwards through the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108 to above the target filling level 116 of the storage container 106 for the thermal storage medium 108. A first area 144 is therefore (e.g. below the target filling level 116 the storage container 106 for the thermal storage medium 108) of the heat exchanger 104 is in thermal contact with the thermal storage medium 108, while a second region 138 (e.g. above the target filling height 116 of the storage container 106 for the thermal storage medium 108) of the heat exchanger 104 is not in contact with the thermal storage medium 108 (or the area of the storage container 106 intended for this purpose) is in thermal contact, i.e. H. spaced from it or insulated from it by air. The first section 144 corresponds to the middle region of the heat exchanger 144, the second region 138 corresponds to the two end regions 138 of the heat exchanger 104.
[0228] Als Referenzgröße für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des thermischen Kontakts zwischen einem Abschnitt des Wärmetauschers 104 und dem thermischen Speichermedium 108 kann die Wärmeleitfähigkeit zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b betrachtet werden. Ist die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Abschnitt des Wärmetauschers 104 und dem thermischen Speichermedium 108 (z. B. pro Länge) geringer (z. B. einfach geringer, oder um einen Faktor 2, 3, 5 oder 10 geringer) als die Wärmeleitfähigkeit zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b, so ist ein thermischer Kontakt nicht vorhanden. Dies führt dazu, dass sich die Temperaturen von Fluiden in der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b stärker aneinander angleichen als (z. B. jeweils) an die Temperatur des thermischen Speichermediums 108. [0228] The thermal conductivity between the first fluid line 102a and the second fluid line 102b can be considered as a reference variable for the presence or absence of thermal contact between a section of the heat exchanger 104 and the thermal storage medium 108. Is the thermal conductivity between the section of the heat exchanger 104 and the thermal storage medium 108 (e.g. per length) lower (e.g. simply lower, or lower by a factor of 2, 3, 5 or 10) than the thermal conductivity between the first Fluid line 102a and the second fluid line 102b, there is no thermal contact. This results in the temperatures of fluids in the first fluid line 102a and the second fluid line 102b becoming more similar to each other than (e.g. each) to the temperature of the thermal storage medium 108.
[0229] Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmetauscher 104 in seinem Mitelbereich 144 (d. h. in seinem ersten Abschnitt 144) mit dem thermischen Speichermedium io8 im thermischen Kontakt steht, gleicht sich die Temperatur von Fluiden, die die Fluidleitungen 102a, 102b durchströmen, dort weitgehend an die Temperatur des thermischen Speichermediums 108 an. In zumindest einem Endbereich 138 (d. h. in seinem zweiten Abschnitt 138) steht der Wärmetauscher 104 hingegen nicht in thermischem Kontakt mit dem thermischen Speichermedium 108. Folglich nähert sich die Temperatur eines Fluids, das eine der Fluidleitungen 102a, 102b durchströmt, nach dem Durchströmen des Mittelbereichs 144 des Wärmetauschers 104, in diesem Endbereich 138 an die Temperatur des Fluids in der anderen Fluidleitung 102a, 102b an. [0229] Since in the illustrated embodiment the heat exchanger 104 is connected to the thermal storage medium in its central region 144 (ie in its first section 144). io8 is in thermal contact, the temperature of fluids that flow through the fluid lines 102a, 102b largely equalizes to the temperature of the thermal storage medium 108. In at least one end region 138 (ie in its second section 138), however, the heat exchanger 104 is not in thermal contact with the thermal storage medium 108. Consequently, the temperature of a fluid that flows through one of the fluid lines 102a, 102b approaches after flowing through the central region 144 of the heat exchanger 104, in this end region 138, to the temperature of the fluid in the other fluid line 102a, 102b.
[0230] Bevorzugt wird der Wärmetauscher 104 als Gegenstromwärmetäuscher betrieben. Somit gleicht sich in dem Endbereich 138 die Temperatur des ausströmenden Fluids in der einen Fluidleitung 102a, 102b an die Temperatur des einströmenden Fluids in der anderen Fluidleitung 102a, 102b an. Typischerweise ist die Temperaturspreizung zwischen diesen Fluiden größer als die Temperaturdifferenz des ausströmenden Fluids zu dem thermischen Speichermedium 108. Somit wird das ausströmende Fluid in dem Endbereich 138 des Wärmetauschers 104 ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108 stärker gekühlt oder erhitzt als dies der Fall wäre, wenn der thermische Kontakt des Wärmetauschers 104 zu dem thermischen Speichermedium 108 über die gesamte Länge des Wärmetauschers 104 hinweg bestünde. Bei beispielhaften Ausführungsformen wird das ausströmende Fluid aus der zweiten Fluidleitung 102b zum Kühlen an eine photovoltaische Anlage geleitet, während das einströmende Fluid in die erste Fluidleitung 102a von einer kalten Seite einer Wärmepumpe kommend die benötigte Kälte bereitstellt. Bei solchen Ausführungsformen wird durch den Endbereich 138 des Wärmetauschers 104 eine geringere Temperatur des ausströmenden Fluids aus der zweiten Fluidleitung 102b und somit eine verbesserte Kühlung der photovoltaischen Anlage erreicht. [0230] The heat exchanger 104 is preferably operated as a countercurrent heat exchanger. Thus, in the end region 138, the temperature of the outflowing fluid in one fluid line 102a, 102b equalizes to the temperature of the inflowing fluid in the other fluid line 102a, 102b. Typically, the temperature spread between these fluids is greater than the temperature difference of the outflowing fluid to the thermal storage medium 108. Thus, the outflowing fluid in the end region 138 of the heat exchanger 104 is cooled or heated to a greater extent than would be the case without thermal contact with the thermal storage medium 108. if the thermal contact of the heat exchanger 104 to the thermal storage medium 108 existed over the entire length of the heat exchanger 104. In exemplary embodiments, the outflowing fluid from the second fluid line 102b is directed to a photovoltaic system for cooling, while the inflowing fluid into the first fluid line 102a from a cold side of a heat pump provides the required cold. In such embodiments, the end region 138 of the heat exchanger 104 achieves a lower temperature of the fluid flowing out of the second fluid line 102b and thus improved cooling of the photovoltaic system.
[0231] Das Ausmaß der Temperaturangleichung der Fluidleitungen 102a, 102b (bzw. der darin enthaltenen Fluide) in dem Endbereich 138 des Wärmetauschers kann durch Steuern der Strömungsgeschwindigkeit zumindest eines der Fluide (insbesondere beider Fluide) in seiner Fluidleitung 102a, 102b (insbesondere in den beiden Fluidleitungen 102a, 102b) gesteuert werden. Durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit wird eine nennenswerte Temperaturangleichung zwischen den Fluidleitungen 102a, 102b (bzw. den darin enthaltenen Fluiden) vermieden. Das ausströmende Fluid weist im Wesentlichen die Temperatur des thermischen Speichermediums 108 auf. Durch eine geringe Strömungsgeschwindigkeit wird eine starke Temperaturangleichung zwischen den Fluidleitungen 102a, 102b (bzw. den darin enthaltenen Fluiden) bewirkt, und das ausströmende Fluid weist im Wesentlichen die Temperatur der anderen Fluidleitung (bzw. des darin enthaltenen Fluids) auf. Bevorzugt wird ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des ausströmenden Fluids bereitgestellt, und die Strömungsgeschwindigkeit eines der Fluide (oder der beiden Fluide) durch die zugehörige(n) Fluidlei- tung(en) 102a, 102b wird bezüglich der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur (insbesondere zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Temperatur) geregelt. [0231] The extent of temperature equalization of the fluid lines 102a, 102b (or the fluids contained therein) in the end region 138 of the heat exchanger can be controlled by controlling the flow velocity of at least one of the fluids (in particular both fluids) in its fluid line 102a, 102b (in particular in the both fluid lines 102a, 102b). A high flow velocity prevents any significant temperature adjustment between the fluid lines 102a, 102b (or the fluids contained therein). The outflowing fluid essentially has the temperature of the thermal storage medium 108. A low flow velocity causes a strong temperature adjustment between the fluid lines 102a, 102b (or the fluids contained therein), and the outflowing fluid essentially has the temperature of the other fluid line (or the fluid contained therein). A temperature sensor is preferred for detecting the temperature of the outflowing fluid, and the flow velocity of one of the fluids (or the two fluids) through the associated fluid line(s) 102a, 102b is relative to the temperature detected by the temperature sensor (in particular to achieve a predetermined one target temperature).
[0232] Das thermische Speichermedium 108 besteht zu einem Großteil (beispielsweise hinsichtlich seines Volumens) aus Wasser. Zudem ist ein Frostschutzmittel enthalten, sodass der Gefrierpunkt des thermischen Speichermediums 108 unterhalb demjenigen von Wasser liegt, beispielsweise bei höchstens -1° oder höchstens -20, für Tieftemperaturanwendungen auch unterhalb von -20°C oder -35°C. Bei alternativen Ausführungsformen, insbesondere für die Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher, finden thermische Speichermedien 108 Anwendung, die einen Schmelzpunkt im Bereich von io°C bis 7O°C haben (z. B. io°C, 20°C oder 3O°C), wie beispielsweise Paraffine. Dadurch kann auch bei der Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher die Wärmekapazität des Speichermediums 108 durch Ausnutzung seiner latenten Wärme am Phasenübergang vergrößert werden. [0232] The thermal storage medium 108 consists largely (for example in terms of its volume) of water. In addition, an antifreeze is included, so that the freezing point of the thermal storage medium 108 is below that of water, for example at a maximum of -1° or a maximum of -2 0 , and for low-temperature applications also below -20° C. or -35° C. In alternative embodiments, in particular for use as high-temperature heat storage, thermal storage media 108 are used that have a melting point in the range from 10°C to 70°C (e.g. 10°C, 20°C or 30°C) , such as paraffins. This means that even when used as a high-temperature heat storage medium, the heat capacity of the storage medium 108 can be increased by utilizing its latent heat at the phase transition.
[0233] Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht die Wandung des Speicherbehälters 106 eine thermische Kopplung des thermischen Speichermediums 108 an ein den thermischen Speicherbehälter 106 umgebendes Medium. Konkret wird der Speicherbehälter 106 im Erdreich angeordnet, dass das umgebende Medium bildet. [0233] In some embodiments, the wall of the storage container 106 enables thermal coupling of the thermal storage medium 108 to a medium surrounding the thermal storage container 106. Specifically, the storage container 106 is arranged in the ground that forms the surrounding medium.
[0234] Durch das in dem thermischen Speichermedium 108 enthaltene Frostschutzmittel und seinen Gefrierpunkt unterhalb desjenigen von Wasser ist sichergestellt, dass bei einem Absinken der Temperatur (insbesondere unter den Gefrierpunkt von Wasser) zunächst Wasser im umgebenden Medium gefriert, bevor das thermische Speichermedium 108 gefriert. Somit ist das thermische Speichermedium 108 effektiv vor dem Gefrieren geschützt, bzw. der Speicherbehälter 106 ist durch Frostschäden aufgrund einer Volumenausdehnung des thermischen Speichermediums 108 beim Gefrieren geschützt. [0234] The antifreeze contained in the thermal storage medium 108 and its freezing point below that of water ensure that when the temperature drops (in particular below the freezing point of water), water in the surrounding medium first freezes before the thermal storage medium 108 freezes. The thermal storage medium 108 is thus effectively protected from freezing, or the storage container 106 is protected from frost damage due to a volume expansion of the thermal storage medium 108 when freezing.
[0235] Um einen noch stärkeren Frostschutz zu gewährleisten, ist bei einigen Ausführungsformen in dem thermische Speichermedium 108 ein Frostschutzmittel wie Glykol in einer Konzentration von bis zu 50% enthalten, um den Gefrierpunkt des thermische Speichermedium 108 weiter abzusenken, wie beispielsweise auf -20°C oder -35°C. [0235] In order to ensure even greater frost protection, in some embodiments, an antifreeze such as glycol is contained in the thermal storage medium 108 in a concentration of up to 50% in order to further lower the freezing point of the thermal storage medium 108, for example to -20° C or -35°C.
[0236] Bevorzugt wird der Wärmespeicher und -tauscher 100 (bzw. der Wärmetauscher 104) als Gegenstromwärmetäuscher verwendet, d. h. ein Fluidstrom durch die erste Fluidleitung 102a ist entgegengesetzt zu einem Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung 102b gerichtet. Dies verbessert die Effektivität des Wärmeübertragens zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b weiter. [0236] Preferably, the heat storage and exchanger 100 (or the heat exchanger 104) is used as a countercurrent heat exchanger, that is, a fluid flow through the first fluid line 102a is directed in the opposite direction to a fluid flow through the second fluid line 102b. This further improves the effectiveness of heat transfer between the first fluid line 102a and the second fluid line 102b.
[0237] Fig. 2a zeigt einen Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 1 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a ist mit einer Reihe von Modifikationen gebildet. Entsprechend unterschiedlichen Ausführungsformen ist ein Wärmespeicher und -tauscher 100 mit nur einer oder einer Kombination der beschriebenen Modifikationen gebildet. 2a shows a heat storage and exchanger 100 according to a second exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 1. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. The heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a is formed with a number of modifications. According to different embodiments, a heat storage and exchanger 100 is formed with only one or a combination of the modifications described.
[0238] Die Höhe h des für das thermische Speichermedium (nicht dargestellten) vorgesehenen Bereichs des Speicherbehälters 106 ähnelt der entsprechenden Höhe bei dem Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 1 und beträgt etwa 2 m. Zusätzlich weist der Speicherbehälter 106 der Fig. 2a oberhalb des für das thermische Speichermedium vorgesehenen Bereichs einen Bereich 142 (im Kontext dieser Offenbarung als Dom 142 bezeichnet) auf, der nicht für das thermische Speichermedium vorgesehen ist, sondern Raum für andere Elemente, insbesondere die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b bereitstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel durchlaufen die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b den Dom 142 geradlinig in vertikaler Richtung. Die Zu-/Ableitungen 112, 114 sind somit oberhalb des Doms 142 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen biegen die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b in dem Dom von unten kommend zur Seite (in die horizontale Richtung) ab. Bei entsprechenden Ausführungsformen sind die Zu-/ Ableitungen 112, 114 seitlich von dem Dom 142 angeordnet. [0238] The height h of the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium (not shown) is similar to the corresponding height in the heat storage and exchanger 100 of FIG. 1 and is approximately 2 m. In addition, the storage container 106 of FIG. 2a Above the area provided for the thermal storage medium, there is an area 142 (referred to as dome 142 in the context of this disclosure), which is not intended for the thermal storage medium, but rather provides space for other elements, in particular the first fluid line 102a and the second fluid line 102b. In the illustrated embodiment, the first fluid line 102a and the second fluid line 102b pass through the dome 142 in a straight line in the vertical direction. The supply/discharge lines 112, 114 are thus arranged above the dome 142. In alternative embodiments, the first fluid line 102a and the second fluid line 102b in the dome bend to the side (in the horizontal direction) coming from below. In corresponding embodiments, the supply/discharge lines 112, 114 are arranged laterally from the dome 142.
[0239] Zur Verwendung des Wärmespeicher und -tauschers 100 als unterirdischer Wärmespeicher wird der für das thermische Speichermedium vorgesehene Bereich des Speicherbehälters 106 im Erdreich angeordnet, während der Dom 142 zumindest teilweise oberirdisch angeordnet ist. Somit sind die Fluidleitung 102a, 102b zum Verbinden oberirdisch zugängig. [0239] To use the heat storage and exchanger 100 as an underground heat storage, the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium is arranged in the ground, while the dome 142 is at least partially arranged above ground. The fluid lines 102a, 102b are therefore accessible above ground for connection.
[0240] In dem Speicherbehälter 106 der Fig. 2a ist ein zusätzlicher Wärmetauscher 118 mit Zu- / Ableitungen 120 für ein Fluid angeordnet. An additional heat exchanger 118 with supply/discharge lines 120 for a fluid is arranged in the storage container 106 of FIG. 2a.
[0241] Der zusätzliche Wärmetauscher 118 ermöglicht eine effektive und steuerbare thermische Kopplung des Wärmespeicher und -tauschers 100 bzw. des darin angeordneten thermischen Speichermediums an ein den Speicherbehälter 106 umgebendes Medium, konkret an das Erdreich bei unterirdischer Anordnung des Speicherbehälters 106. Hierfür ist ein Erdwärmekollektor in dem Erdreich angeordnet, und eine Fluidleitung des Erdwärmekollektors ist mit den Zu-/Ableitungen 120 verbunden. Über ein Ventil und/oder eine Umwälzpumpe wird der Strom eines Fluids (beispielsweise einer Sole) durch den zusätzlichen Wärmetauscher 118 und seriell durch die Fluidleitung des Erdwärmekollektors gesteuert, und somit die thermische Kopplung des Wärmespeicher und -tauschers 100 an das Erdreich. [0241] The additional heat exchanger 118 enables an effective and controllable thermal coupling of the heat storage and exchanger 100 or the thermal storage medium arranged therein to a medium surrounding the storage container 106, specifically to the ground when the storage container 106 is arranged underground. A geothermal heat collector is used for this arranged in the ground, and is a fluid line of the geothermal collector connected to the supply/discharge lines 120. The flow of a fluid (for example a brine) through the additional heat exchanger 118 and serially through the fluid line of the geothermal heat collector is controlled via a valve and/or a circulation pump, and thus the thermal coupling of the heat storage and exchanger 100 to the ground.
[0242] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel tritt die Fluidleitung des zusätzlichen Wärmetauschers 118 seitlich durch den Speicherbehälter 106. In anderen Worten sind die Zu-/Ab- leitungen 120 seitlich von dem Speicherbehälter 106 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen tritt die Fluidleitung des zusätzlichen Wärmetauschers 118 nach oben (wie die Fluidleitungen 102a, 102b) durch den Speicherbehälter 106. In solchen Ausführungsformen sind die Zu-/Ableitungen 120 oberhalb des für das thermische Speichermedium 108 vorgesehenen Bereichs des Speicherbehälters 106 angeordnet. Entsprechend den oben beschriebenen Zu- / Ableitungen 112, 114 können sie dabei oberhalb des Speichermediums 108 teilweise horizontal verlaufen. Eine entsprechende Anordnung kann das Anschließen der Zu-/Ableitungen 120 an den Erdwärmekollektor erleichtern. [0242] In the exemplary embodiment shown, the fluid line of the additional heat exchanger 118 passes laterally through the storage container 106. In other words, the supply/discharge lines 120 are arranged laterally from the storage container 106. In alternative embodiments, the fluid line of the additional heat exchanger 118 passes upward (like the fluid lines 102a, 102b) through the storage container 106. In such embodiments, the inlet/outlet lines 120 are arranged above the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium 108. In accordance with the supply/discharge lines 112, 114 described above, they can run partially horizontally above the storage medium 108. A corresponding arrangement can make it easier to connect the supply/discharge lines 120 to the geothermal collector.
[0243] Der Wärmetauscher 104 der Fig. 2a weist in einem seiner Endabschnitte 138 eine thermische Isolierung 140 auf. Diese ist als Ummantelung zumindest einer der Fluidleitungen 102a, 102b mit einem thermisch isolierenden Material, insbesondere einem porösen Material und/ oder einem solchen mit einem vakuumierten Bereich, ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Doppelrohrwärmetauscher 104 sind die beiden Fluidleitungen 102a, 102b ummantelt. [0243] The heat exchanger 104 of FIG. 2a has thermal insulation 140 in one of its end sections 138. This is designed as a casing of at least one of the fluid lines 102a, 102b with a thermally insulating material, in particular a porous material and/or one with a vacuumed area. In the illustrated embodiment with the double-tube heat exchanger 104, the two fluid lines 102a, 102b are encased.
[0244] Die thermische Isolierung 140 definiert somit den Endbereich 138 des Wärmetauschers 104 ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108, mit den im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschriebenen Effekten und Vorteilen. Ein Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, dass bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Endbereich 138 des Wärmetauschers ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108 durch denjenigen Bereich des Wärmetauschers 104 definiert wird, der außerhalb des Bereichs des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 (z. B. oberhalb der Sollfüllhöhe 116) angeordnet ist. [0244] The thermal insulation 140 thus defines the end region 138 of the heat exchanger 104 without thermal contact with the thermal storage medium 108, with the effects and advantages described in connection with the exemplary embodiment of FIG. 1. A difference between the two embodiments is that in the exemplary embodiment of FIG 108 (e.g. above the target filling level 116) is arranged.
[0245] Durch das Vorsehen der thermischen Isolierung 140 kann somit Ausmaß und Position des Endbereichs 138 des Wärmetauschers 104 ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108 (und somit die Temperaturangleichung der Fluidleitungen 102a, 102b bzw. der darin enthaltenen Fluide) gezielt und unabhängig vom Verlauf der Fluidleitungen 102a, 102b eingestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Endbereich 138 des Wärmetauschers die thermische Isolierung 140 auf. Bei alternativen Ausführungsformen sind beide Endbereiche 138 mit der thermischen Isolierung ausgestattet. [0245] By providing the thermal insulation 140, the extent and position of the end region 138 of the heat exchanger 104 can be controlled in a targeted and independent manner without thermal contact with the thermal storage medium 108 (and thus the temperature adjustment of the fluid lines 102a, 102b or the fluids contained therein). Course of the fluid lines 102a, 102b can be adjusted. In the exemplary embodiment shown, an end region 138 of the heat exchanger the thermal insulation 140. In alternative embodiments, both end regions 138 are equipped with thermal insulation.
[0246] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a umfasst zudem ein Druckausgleichsgefäß 130a, 130b, 130c. [0246] The heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a also includes a pressure compensation vessel 130a, 130b, 130c.
[0247] Das Druckausgleichsgefäß 130a, 130b, 130c weist einen Druckausgleichsack 130a für eine Ausdehnungsflüssigkeit 136 auf, ein Steigrohr 130b und ein Druckausgleichbehälter 130c. [0247] The pressure compensation vessel 130a, 130b, 130c has a pressure compensation bag 130a for an expansion fluid 136, a riser pipe 130b and a pressure compensation container 130c.
[0248] Im Betrieb ist der Druckausgleichsack 130a mit der Ausdehnungsflüssigkeit 136 gefüllt, wenn sich das thermische Speichermedium im flüssigen Aggregatzustand befindet. Der Druckausgleichbehälter 130c stellt in diesem Zustand ein Gasvolumen bereit, das der Volumenzunahme des thermischen Speichermediums beim Gefrieren (z. B. 8% im Falle von Wasser) zumindest entspricht. [0248] During operation, the pressure compensation bag 130a is filled with the expansion liquid 136 when the thermal storage medium is in the liquid state. In this state, the pressure compensation container 130c provides a gas volume that at least corresponds to the increase in volume of the thermal storage medium upon freezing (e.g. 8% in the case of water).
[0249] Gefriert im Betrieb das thermische Speichermedium, so nimmt sein Volumen zu, im Falle von Wasser um etwa 8%. Dabei drückt das thermische Speichermedium den Druckausgleichsack 130a zusammen und einen Teil der zuvor darin enthaltenen Ausdehnungsflüssigkeit 136 durch das Steigrohr 130b in den Druckausgleichbehälter 130c. Die Ausdehnungsflüssigkeit 136 verdrängt dort das Gas des Gasvolumens. Im Ergebnis kann sich das thermische Speichermedium ausdehnen, ohne dass eine Gefahr besteht, dass der Speicherbehälter 106 dadurch beschädigt wird. [0249] If the thermal storage medium freezes during operation, its volume increases, in the case of water by approximately 8%. The thermal storage medium compresses the pressure compensation bag 130a and part of the expansion liquid 136 previously contained therein through the riser pipe 130b into the pressure compensation container 130c. The expansion fluid 136 displaces the gas in the gas volume there. As a result, the thermal storage medium can expand without any risk of damage to the storage container 106.
[0250] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a eignet sich somit besonders gut für die Verwendung als Niedertemperatur- Wärmespeicher bzw. als Kältespeicher. The heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a is therefore particularly suitable for use as a low-temperature heat storage or as a cold storage.
[0251] Wie in Fig. 2b illustriert, weist der Wärmespeicher und -tauscher 100 (insbesondere für die Verwendung als Niedertemperatur- Wärmespeicher bzw. als Kältespeicher) bei einigen Ausführungsformen eine Umwälzvorrichtung 150 auf, beispielsweise eine Umwälzpumpe 150 oder ein Rührwerk 150. Diese wälzt das Speichermedium 108 in dem Speicherbehälter 106 um, wenn die Temperatur des Speichermediums 108 dessen Gefrierpunkt erreicht oder unterschreitet. Bei einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) weist der Wärmespeicher und - tauscher 100 die Umwälzvorrichtung 150 zusätzlich zu dem Druckausgleichsgefäß 130a, 130b, 130c auf. [0252] Durch die Umwälzvorrichtung 150 wird Eisbildung verringert und die Wärmeleitung in dem Speicherbehälter 106 verbessert. Die Umwälzvorrichtung 150 verzögert eine Schichtungsumkehr, die sonst auftritt, wenn bei Verwendung eines Wasser umfassenden (d. h. wässrigen) thermischen Speichermediums dessen Temperatur 4°C durchläuft. Da die Dichte des wässrigen thermischen Speichermediums um 4°C ihr Maximum erreicht, befindet sich bei einer (z. B. mittleren) Temperatur des Speicherbehälters (oder des darin enthaltenen thermischen Speichermediums) bei Temperaturen oberhalb bzw. unterhalb von 4°C wärmeres bzw. kälteres thermisches Speichermedium im oberen Bereich des thermischen Speicherbehälters. Im unteren Bereich des thermischen Speicherbehälters befindet sich hingegen kälteres bzw. wärmeres thermisches Speichermedium. Beim Durchlaufen der Temperatur von 4°C findet die Schichtungsumkehr statt. Durch die Umwälzvorrichtung 150 wird eine Schichtbildung des thermischen Speichermediums reduziert, und somit die Schichtungsumkehr verzögert und letztlich die Eisbildung verringert. [0251] As illustrated in Fig. 2b, the heat storage and exchanger 100 (in particular for use as a low-temperature heat storage or as a cold storage) in some embodiments has a circulation device 150, for example a circulation pump 150 or an agitator 150. This circulates the storage medium 108 in the storage container 106 when the temperature of the storage medium 108 reaches or falls below its freezing point. In some embodiments (not shown), the heat storage and exchanger 100 includes the circulation device 150 in addition to the pressure compensation vessel 130a, 130b, 130c. [0252] The circulation device 150 reduces ice formation and improves heat conduction in the storage container 106. The circulation device 150 delays stratification reversal that would otherwise occur when using a thermal storage medium comprising water (ie, aqueous) whose temperature passes through 4°C. Since the density of the aqueous thermal storage medium reaches its maximum at around 4°C, at a (e.g. average) temperature of the storage container (or the thermal storage medium contained therein) there is warmer or warmer water at temperatures above or below 4°C. colder thermal storage medium in the upper area of the thermal storage container. In the lower area of the thermal storage container, however, there is colder or warmer thermal storage medium. When passing through the temperature of 4°C, the stratification reversal occurs. The circulation device 150 reduces stratification of the thermal storage medium, thus delaying the reversal of stratification and ultimately reducing ice formation.
[0253] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2b weist zudem einen Strömungskanal 146, 148 auf, der in dem thermischen Speicherbehälter 106 angeordnet ist. Der Strömungskanal 146, 148 ist so angeordnet, dass er der durch die Umwälzvorrichtung 150 erzeugten Strömung 152 eine Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vorgibt und/ oder sie begrenzt; dafür umschließt er zumindest einen Abschnitt der erzeugten Strömung 152. [0253] The heat storage and exchanger 100 of FIG. 2b also has a flow channel 146, 148 which is arranged in the thermal storage container 106. The flow channel 146, 148 is arranged in such a way that it specifies and/or limits the direction of the flow 152 generated by the circulation device 150 towards the heat exchanger 104; for this purpose it encloses at least a section of the flow 152 generated.
[0254] In der dargestellten Ausführungsform wird der Strömungskanal 146, 148 von zwei zueinander konzentrischen Rohren 146, 148 gebildet. [0254] In the illustrated embodiment, the flow channel 146, 148 is formed by two mutually concentric tubes 146, 148.
[0255] Das äußere Rohr 148 umschließt einen Abschnitt des Wärmetauschers 104, sowie einen Abschnitt der erzeugten Strömung 152 und die Umwälzvorrichtung 150 selbst. Somit begrenzt es die erzeugte Strömung 152 nach außen und gibt ihr eine Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vor, indem es verhindert, dass die Strömung 152 sich allzu weit vom Wärmetauscher 104 entfernt. Das äußere Rohr 148 ist mit dem Doppelrohrwärmetauscher 104 konzentrisch. [0255] The outer tube 148 encloses a section of the heat exchanger 104, as well as a section of the generated flow 152 and the circulation device 150 itself. It thus limits the generated flow 152 to the outside and gives it a direction towards the heat exchanger 104 by preventing it that the flow 152 moves too far away from the heat exchanger 104. The outer tube 148 is concentric with the double tube heat exchanger 104.
[0256] In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Strömungskanal 146, 148 zudem ein inneres Rohr 146, dieses ist jedoch optional und entfällt bei einigen Ausführungsformen. Das innere Rohr 146 begrenzt die erzeugte Strömung 152 weiter, nämlich nach innen, und gibt ihr somit ebenfalls eine Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vor. Das innere Rohr 146 ist mit dem Doppelrohrwärmetauscher 104 konzentrisch und zudem mit dem äußeren Rohr 148. [0257] Der Strömungskanal 146, 148 verbessert die Effektivität der Umwälzvorrichtung 150, indem es die von ihr erzeugte Strömung 152 auf den Wärmetauscher 104 richtet, d. h. sie begrenzt und ihr die Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vorgibt. Dadurch wird in sämtlichen Ausführungsformen der Wärmeübertrag zwischen Wärmetauscher 104 und Speicherbehälter bzw. thermischem Speichermedium verbessert; entsprechend kann die Umwälzvorrichtung 150 und optional der Strömungskanal 146, 148 im Zusammenhang mit sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein. [0256] In the illustrated embodiment, the flow channel 146, 148 also includes an inner tube 146, but this is optional and is omitted in some embodiments. The inner tube 146 further limits the flow 152 generated, namely inwards, and thus also gives it a direction towards the heat exchanger 104. The inner tube 146 is concentric with the double tube heat exchanger 104 and also with the outer tube 148. [0257] The flow channel 146, 148 improves the effectiveness of the circulation device 150 by directing the flow 152 generated by it towards the heat exchanger 104, ie limiting it and giving it the direction towards the heat exchanger 104. This improves the heat transfer between heat exchanger 104 and storage container or thermal storage medium in all embodiments; Accordingly, the circulation device 150 and optionally the flow channel 146, 148 can be provided in connection with all of the described embodiments.
[0258] Zudem kann die Umwälzvorrichtung besonders effektiv Eisbildung am Wärmetauscher 104 verzögern bzw. vermeiden. Eisbildung ist am Wärmetauscher 104 besonders unerwünscht, da sie zu einem reduzierten Wärmeleitung (insbesondere zwischen Wärmetauscher 104 und thermischem Speicherbehälter 106 bzw. dem thermischen Speichermedium) führen kann oder gar zu Frostschäden an dem Wärmetauscher 104. [0258] In addition, the circulation device can delay or avoid ice formation on the heat exchanger 104 particularly effectively. Ice formation is particularly undesirable on the heat exchanger 104, since it can lead to reduced heat conduction (in particular between the heat exchanger 104 and the thermal storage container 106 or the thermal storage medium) or even to frost damage to the heat exchanger 104.
[0259] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2b ist somit, wie auch der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a, besonders gut an eine Verwendung als Latentwärmespeicher bzw. als Eisspeicher sowie an eine Verwendung bei Temperaturen um den Gefrierpunkt angepasst. Um die Eignung des Wärmespeicher und -tauschers 100 der Fig. 2b weiter zu verbessern, kann optional eines oder alle der im Zusammenhang mit der Fig. 2a beschriebenen Merkmale vorgesehen sein. [0259] The heat storage and exchanger 100 of FIG. 2b, like the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2a, is therefore particularly well adapted to use as a latent heat storage or as an ice storage as well as to use at temperatures around freezing point . In order to further improve the suitability of the heat storage and exchanger 100 of FIG. 2b, one or all of the features described in connection with FIG. 2a can optionally be provided.
[0260] Fig.3 zeigt einen Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 1, der Fig. 2a und dem der Fig. 2b ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 ist mit einer Reihe von Modifikationen gebildet. Entsprechend unterschiedlichen Ausführungsformen ist ein Wärmespeicher und -tauscher 100 mit nur einer oder einer Kombination der beschriebenen Modifikationen gebildet. 3 shows a heat storage and exchanger 100 according to a third exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 1, FIG. 2a and that of FIG. 2b. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. The heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 is formed with a number of modifications. According to different embodiments, a heat storage and exchanger 100 is formed with only one or a combination of the modifications described.
[0261] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 ist als Mehrzonenwärmespeicher ausgelegt. [0261] The heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 is designed as a multi-zone heat storage.
[0262] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 weist drei zusätzliche Wärmetauscher 118, 122, 126 auf, die auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. [0262] The heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 has three additional heat exchangers 118, 122, 126, which are arranged at different heights.
[0263] Das thermische Speichermedium 108 im Speicherbehälter 106 des Wärmespeicher und -tauschers 100 weist einen Temperaturverlauf auf, bei dem die Temperatur von unten nach oben zunimmt (Temperaturschichtung). Somit entsprechen die unterschiedlichen Höhen, auf denen die zusätzlichen Wärmetauscher 118, 122, 126 im Speicherbehälter 106 angeordnet sind, unterschiedlichen Temperaturen des thermischen Speichermediums 108 im Speicherbehälter 106. [0263] The thermal storage medium 108 in the storage container 106 of the heat storage and exchanger 100 has a temperature curve in which the temperature goes from below increases at the top (temperature stratification). Thus, the different heights at which the additional heat exchangers 118, 122, 126 are arranged in the storage container 106 correspond to different temperatures of the thermal storage medium 108 in the storage container 106.
[0264] Der unterste zusätzliche Wärmetauscher 118 dient der thermischen Kopplung an einen Erdwärmekollektor oder an das umgebende Erdreich. [0264] The lowest additional heat exchanger 118 serves for thermal coupling to a geothermal heat collector or to the surrounding soil.
[0265] Der mittlere zusätzliche Wärmetauscher 122 dient der Entnahme von Wärme bei einer ersten, geringeren Temperatur, beispielsweise für ein Heizungssystem. [0265] The middle additional heat exchanger 122 serves to remove heat at a first, lower temperature, for example for a heating system.
[0266] Der obere zusätzliche Wärmetauscher 126 dient der Entnahme von Wärme bei einer zweiten, höheren Temperatur, beispielsweise für Brauchwasser. [0266] The upper additional heat exchanger 126 serves to extract heat at a second, higher temperature, for example for process water.
[0267] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Wärmetauscher 118, 122, 126 bzw. ihre Zu-/Ableitungen 120, 124, 128 seitlich aus dem Speicherbehälter 106 geführt. Bei alternativen Ausführungsformen sind die zusätzlichen Wärmetauscher 118, 122, 126 bzw. ihre Zu-/ Ableitungen 120, 124, 128 nach oben aus dem Speicherbehälter 106 geführt, wie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen von Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b für die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b beschrieben. Dies kann das Anschließen weiterer Elemente an die Zu-/ Ableitungen 120, 124, 128 vereinfachen, insbesondere, wenn der Speicherbehälter 106 größtenteils (beispielsweise hinsichtlich seiner Höhenerstreckung) unterirdisch angeordnet ist, seine Oberseite jedoch aus dem Erdreich ragt. [0267] In the exemplary embodiment shown, the additional heat exchangers 118, 122, 126 or their supply/discharge lines 120, 124, 128 are led laterally out of the storage container 106. In alternative embodiments, the additional heat exchangers 118, 122, 126 or their supply/discharge lines 120, 124, 128 are led upwards out of the storage container 106, as in connection with the exemplary embodiments of FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b for the first fluid line 102a and the second fluid line 102b. This can simplify the connection of further elements to the supply/discharge lines 120, 124, 128, especially if the storage container 106 is largely arranged underground (for example in terms of its height), but its top protrudes from the ground.
[0268] Bei einigen Ausführungsformen weist der Endbereich 138 des Wärmetauschers eine thermische Isolierung 140 auf, wie oben beschrieben. Im Betrieb strömt ein Fluid in der ersten Fluidleitung 102a durch diesen Endbereich 138 zu der Zu-/Ableitung 114 aus dem Speicherbehälter 106 (in der Fig. 3 nach oben) aus, beispielsweise zur warmen Seite einer Wärmepumpe. Dabei wird seine Temperatur angeglichen an diejenige eines Fluids, das in der zweiten Fluidleitung 112b in dem Endbereich 138 von der Zuleitung 112 in den Speicherbehälter 106 (in der Fig. 3 nach unten) einströmt, beispielsweise von einem Erdwärmekollektor kommend. Liegt die Temperatur des ausströmenden Fluids in der ersten Fluidleitung 102a über derjenigen des einströmenden Fluids in der zweiten Fluidleitung 102b, wird das ausströmende Fluid in der ersten Fluidleitung 102a weiter abgekühlt (ihm Wärme entnommen), das einströmende Fluid in der zweiten Fluidleitung 102b wird erwärmt (nimmt Wärme auf). Dadurch kann der Wär- meübertrag in dem Wärmespeicher und -tauscher 100 weiter verbessert werden, und der Wirkungsgrad (z. B. eine Arbeitszahl wie die Jahresarbeitszahl) der Wärmepumpe kann weiter verbessert werden. [0268] In some embodiments, the end portion 138 of the heat exchanger includes thermal insulation 140 as described above. During operation, a fluid in the first fluid line 102a flows out through this end region 138 to the inlet/outlet line 114 from the storage container 106 (upwards in FIG. 3), for example to the warm side of a heat pump. Its temperature is adjusted to that of a fluid that flows into the second fluid line 112b in the end region 138 from the supply line 112 into the storage container 106 (downward in FIG. 3), for example coming from a geothermal collector. If the temperature of the outflowing fluid in the first fluid line 102a is above that of the inflowing fluid in the second fluid line 102b, the outflowing fluid in the first fluid line 102a is further cooled (heat is removed from it), the inflowing fluid in the second fluid line 102b is heated ( absorbs heat). This allows the heat transfer in the heat storage and exchanger 100 can be further improved, and the efficiency (e.g. a performance factor such as the annual performance factor) of the heat pump can be further improved.
[0269] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 weist zudem im obersten Abschnitt des Speicherbehälters 106 einen Abschnitt 138' der ersten Fluidleitung 102a auf (nicht dargestellt), der thermisch an den Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 gekoppelt, jedoch von der zweiten Fluidleitung 102b thermisch isoliert ist. In diesem Bereich ist der Doppelrohrwärmetauscher 104 nicht ausgebildet. Vielmehr steht die erste Fluidleitung 102a mit dem thermischen Speichermedium 108 im direkten thermischen Kontakt und bildet mit diesem einen Wärmetauscher, ist jedoch von der zweiten Fluidleitung 102b thermisch isoliert. Dafür sind die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b in diesem Abschnitt 138' voneinander beabstandet (z. B. durch ein Isoliermaterial oder durch das thermische Speichermedium 108). Bevorzugt sind die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b in dem Abschnitt 138' getrennt voneinander von jeweils einer ihrer Zu-/Ableitun- gen 112, 114 in den Speicherbehälter geführt, und erst in dem Speicherbehälter 106 zu dem Wärmetauscher 104 zusammengeführt. [0269] The heat storage and exchanger 100 also has in the uppermost section of the storage container 106 a section 138 'of the first fluid line 102a (not shown), which is thermally coupled to the area of the storage container 106 for the thermal storage medium 108, but from the second Fluid line 102b is thermally insulated. The double-tube heat exchanger 104 is not designed in this area. Rather, the first fluid line 102a is in direct thermal contact with the thermal storage medium 108 and forms a heat exchanger with it, but is thermally insulated from the second fluid line 102b. For this purpose, the first fluid line 102a and the second fluid line 102b are spaced apart from one another in this section 138' (e.g. by an insulating material or by the thermal storage medium 108). Preferably, the first fluid line 102a and the second fluid line 102b in the section 138' are guided into the storage container separately from each other by one of their inlet/outlet lines 112, 114, and are only brought together in the storage container 106 to form the heat exchanger 104.
[0270] Entsprechend überträgt die erste Fluidleitung 102a die darin (oder in dem von ihr geführten Fluid) enthaltene Wärme direkt nach ihrem Eintritt in den Speicherbehälter 106 an das thermische Speichermedium 108 im obersten Bereich des Speicherbehälters 106. Typischerweise führt dabei die erste Fluidleitung 102a in diesem Bereich 138' ein Fluid, das von der warmen Seite einer Wärmepumpe kommend in den Speicherbehälter 106 einströmt. Somit findet der Wärmeübertrag bei maximaler Temperatur statt, d. h. im Wesentlichen bei der Temperatur der warmen Seite der Wärmepumpe bzw. bei der Temperatur, mit der das Fluid von der Wärmepumpe kommend in den Speicherbehälter einströmt; insbesondere ohne einen nennenswerten Temperaturverlust durch Wärmeübertrag von der ersten Fluidleitung 102a an die zweite Fluidleitung 102b. [0270] Accordingly, the first fluid line 102a transfers the heat contained therein (or in the fluid it carries) directly after it enters the storage container 106 to the thermal storage medium 108 in the uppermost region of the storage container 106. Typically, the first fluid line 102a leads in In this area 138 ', a fluid flows into the storage container 106 from the warm side of a heat pump. The heat transfer therefore takes place at maximum temperature, i.e. H. essentially at the temperature of the warm side of the heat pump or at the temperature at which the fluid coming from the heat pump flows into the storage container; in particular without a significant temperature loss due to heat transfer from the first fluid line 102a to the second fluid line 102b.
[0271] Ein oberer Bereich 132a der Mantelfläche (oberer Mantelbereich) des Speicherbehälters 106 weist eine thermische Isolierung 134 auf. In einem unteren Bereich 132b der Mantelfläche (unterer Mantelbereich) des Speicherbehälters 106 ist die thermische Isolierung nicht vorhanden. In anderen Worten ist der obere Mantelbereich 132a gegenüber einem den Speicherbehälter 106 umgebenen Medium stärker thermisch isoliert als der untere Mantelbereich 134a, typischerweise mindestens dreimal stärker (d. h. mit einem mindestens dreifach geringerem thermischen Leitwert). [0272] Die Höhenerstreckung hi des oberen Mantelbereichs 132a ist etwa doppelt so groß wie die Höhenerstreckung h2 des unteren Mantelbereichs 132b. In anderen Worten beträgt die Höhenerstreckung hi (I12) des oberen (bzw. unteren) Mantelbereichs 132a (132b) etwa zwei Drittel (etwa ein Drittel) der Höhenerstreckung h des für das thermische Speichermedium vorgesehenen Bereichs des Speicherbehälters 106. [0271] An upper region 132a of the lateral surface (upper lateral region) of the storage container 106 has thermal insulation 134. Thermal insulation is not present in a lower region 132b of the lateral surface (lower lateral region) of the storage container 106. In other words, the upper jacket region 132a is more thermally insulated from a medium surrounding the storage container 106 than the lower jacket region 134a, typically at least three times more (ie with a thermal conductance at least three times lower). [0272] The height extent hi of the upper jacket region 132a is approximately twice as large as the height extent h2 of the lower jacket region 132b. In other words, the height extension hi (I12) of the upper (or lower) jacket area 132a (132b) is approximately two thirds (approximately one third) of the height extension h of the area of the storage container 106 intended for the thermal storage medium.
[0273] Die schwächere oder im Wesentlichen nicht vorhandene thermische Isolierung des unteren Mantelbereichs 132b führt zu einer thermischen Kopplung des unteren Mantelbereichs 132b an das den Speicherbehälter 106 umgebende Medium, typischerweise an das den Speicherbehälter 106 umgebende Erdreich. [0273] The weaker or substantially non-existent thermal insulation of the lower jacket region 132b results in a thermal coupling of the lower jacket region 132b to the medium surrounding the storage container 106, typically to the soil surrounding the storage container 106.
[0274] Somit wird das den Speicherbehälter 106 umgebende Medium bzw. Erdreich als zusätzliches thermische Speichermedium für Wärme bei geringer Temperatur nutzbar gemacht. [0274] Thus, the medium or soil surrounding the storage container 106 is made usable as an additional thermal storage medium for heat at low temperatures.
[0275] Der obere Bereich des Speicherbehälters 106, in dem das thermische Speichermedium eine höhere Temperatur aufweist, ist jedoch durch den oberen Mantelbereich 132a und die Isolierung 134 thermisch isoliert, um eine hinreichend hohe Temperatur im oberen Bereich des Speicherbehälters 106 beispielsweise für Brauchwasser sicherzustellen. [0275] However, the upper region of the storage container 106, in which the thermal storage medium has a higher temperature, is thermally insulated by the upper jacket region 132a and the insulation 134 in order to ensure a sufficiently high temperature in the upper region of the storage container 106, for example for process water.
[0276] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 eignet sich (z. B. aufgrund seines Aufbaus als Mehrzonenwärmespeicher) besonders gut für die Verwendung als Hochtemperatur- Wärmespeicher. [0276] The heat storage and exchanger 100 of FIG. 3 is particularly suitable (e.g. due to its structure as a multi-zone heat storage) for use as a high-temperature heat storage.
[0277] Fig. 4 zeigt ein System 200 mit einem Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 4 shows a system 200 with a heat storage and exchanger 100 according to a first exemplary embodiment.
[0278] Das System 200 umfasst den Wärmespeicher und -tauscher 100, einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210, ein Steuergerät 202, eine Wärmepumpe 204, eine Solaranlage 206, 208. [0278] The system 200 includes the heat storage and exchanger 100, a second heat storage and exchanger 210, a control device 202, a heat pump 204, a solar system 206, 208.
[0279] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ähnelt demjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder der Fig. 3. [0279] The heat storage and exchanger 100 is similar to that of FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b or FIG. 3.
[0280] Gemäß der Darstellung der Fig. 4 ähnelt der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 ebenfalls demjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder der Fig. 3. Bei anderen Ausführungsformen ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 jedoch anders oder einfacher aufgebaut. Verschiedene Ausführungsformen sind möglich, solange der zweite Wärmespeicher und -tau- scher 210 einen Speicherbehälter 220, eine erste Fluidleitung 212a und eine zweite Fluidleitung 212b aufweist, und dazu eingerichtet ist, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung 212a und dem Speicherbehälter 220 (bzw. einem darin angeordneten thermischen Speichermedium) sowie zwischen der zweiten Fluidleitung 212b und dem Speicherbehälter 220 (bzw. dem darin angeordneten thermischen Speichermedium) zu ermöglichen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das durch einen einzigen Wärmetauscher 222 erreicht, in alternativen Ausführungsformen können jedoch mehrere Wärmetauscher vorgesehen sein. 4, the second heat storage and exchanger 210 is also similar to that of FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b or FIG. 3. However, in other embodiments, the second heat storage and exchanger 210 is different or simpler structure. Various embodiments are possible as long as the second heat storage and exchanger 210 has a storage container 220, a first fluid line 212a and a second fluid line 212b, and is designed to transfer heat between the first fluid line 212a and the storage container 220 (or . a thermal storage medium arranged therein) and between the second fluid line 212b and the storage container 220 (or the thermal storage medium arranged therein). In the illustrated embodiment this is achieved by a single heat exchanger 222, but in alternative embodiments multiple heat exchangers may be provided.
[0281] Bei alternativen Ausführungsformen ähnelt der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 zumindest einem der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder der Fig. 3,. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 4 kann einfacher aufgebaut sein, solange er die oben im Zusammenhang mit den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 beschriebenen Merkmale aufweist. [0281] In alternative embodiments, the second heat storage and exchanger 210 is similar to at least one of the heat storage and exchangers 100 of FIGS. 1, 2a, 2b or FIG. 3. The heat storage and exchanger 100 of FIG. 4 can be constructed more simply as long as it has the features described above in connection with the second heat storage and exchanger 210.
[0282] Das System 200 wird zumindest zeitweise (z. B. während Sommer bzw. Winter) derart betrieben, dass einer der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 als Niedertemperatur- Wärmespeicher (d. h. als Kältespeicher) betrieben wird, und der andere Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 als Hochtemperatur-Wärmespeicher. Bei einer derartigen Nutzung wird die Temperaturspreizung zwischen Kältespeicher und Hochtemperatur-Wärmespeicher möglichst groß gehalten, z. B. indem bei Betrieb der Wärmepumpe 204 von dieser Wärme in den Hochtemperatur- Wärmespeicher und Kälte in den Kältespeicher abgegeben wird. Durch die Verwendung der beiden Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 in dem System 200 als Wärme- und Kältespeicher ist, wie oben beschrieben, der Wirkungsgrad des Systems 200 verbessert gegenüber einem konventionellen System zur Wärmegewinnung, bei dem die von der Wärmepumpe abgegebene Kälteenergie als Abfallprodukt an die Umwelt, z.B. Luft oder Grundwasser, abgegeben wird. Ebenso ist der Wirkungsgrad des Systems 200 verbessert gegenüber einem konventionellen Klimaanlagensystem, bei dem die von der Wärmepumpe abgegebene Wärmeenergie als Abfallprodukt an die Umwelt abgegeben wird. [0282] The system 200 is operated at least temporarily (e.g. during summer or winter) in such a way that one of the heat storage and exchangers 100, 210 is operated as a low-temperature heat storage (i.e. as a cold storage), and the other heat storage and -exchanger 100, 210 as high-temperature heat storage. When used in this way, the temperature spread between the cold storage and the high-temperature heat storage is kept as large as possible, e.g. B. by releasing heat into the high-temperature heat storage and cold into the cold storage when the heat pump 204 is in operation. By using the two heat storage and exchangers 100, 210 in the system 200 as heat and cold storage, as described above, the efficiency of the system 200 is improved compared to a conventional heat recovery system in which the cold energy released by the heat pump is used as a waste product is released into the environment, e.g. air or groundwater. Likewise, the efficiency of the system 200 is improved compared to a conventional air conditioning system in which the thermal energy released by the heat pump is released into the environment as a waste product.
[0283] Das System 200 ermöglicht zudem eine zeitweise, insbesondere am Übergang von Winter zu Sommer bzw. von Sommer zu Winter, Nutzung beider Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 als Kältespeicher bzw. (Hochtemperatur- )Wärmespeicher. Dabei wird gegen Ende des Winters möglichst viel Kälte in beide Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 eingebracht, um im Sommer zum Kühlen bereitzustehen. Gegen Ende des Sommers wird möglichst viel Wärme in beide Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 eingebracht, um während des Winters für das Heizen zur Verfügung zu stehen. [0283] The system 200 also enables temporary use of both heat storage and exchangers 100, 210 as cold storage or (high-temperature) heat storage, in particular at the transition from winter to summer or from summer to winter. Towards the end of winter, as much cold as possible is introduced into both heat storage and exchangers 100, 210 in order to be available for cooling in the summer. Towards the end of summer there will be as much as possible Heat is introduced into both heat storage and exchangers 100, 210 to be available for heating during the winter.
[0284] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist mittels der ersten Fluidleitung 102a thermisch an eine kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 gekoppelt. [0284] The heat storage and exchanger 100 is thermally coupled to a cold side 214 of the heat pump 204 by means of the first fluid line 102a.
[0285] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist mittels der zweiten Fluidleitung 102b thermisch an die Solaranlage 206, 208 gekoppelt. [0285] The heat storage and exchanger 100 is thermally coupled to the solar system 206, 208 by means of the second fluid line 102b.
[0286] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist mittels des zusätzlichen Wärmetauschers 118 thermisch an einen Erdwärmekollektor 224 im Erdreich 230 gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Kopplung zwischen dem Wärmespeicher und -tauscher 100 und dem Erdreich 230 durch die Wandung des Wärmespeicher und -tauschers 100 bewirkt. [0286] The heat storage and exchanger 100 is thermally coupled to a geothermal collector 224 in the ground 230 by means of the additional heat exchanger 118. Alternatively or additionally, the thermal coupling between the heat storage and exchanger 100 and the soil 230 is effected by the wall of the heat storage and exchanger 100.
[0287] Alternativ oder zusätzlich zur thermischen Kopplung des Wärmespeicher und -tauschers 100 an Erdwärmekollektor 224 und/ oder Erdreich 230 koppelt der zusätzliche Wärmetauscher 118 bei einigen Ausführungsformen den Wärmespeicher und -tauscher 100 an ein (insbesondere Nah-) Wärmenetz. Dafür ist der zusätzliche Wärmetauscher 118 direkt an das (Nah-) Wärmenetz gekoppelt (d. h. statt an den Erdwärmekollektor 224 und/oder das Erdreich 230), oder in Reihe mit dem Erdwärmekollektor 224 und/oder dem Erdreich 230. Letztere Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft zur Verwirklichung eines (Nah-)Wärmenet- zes über mehrere Gebäude oder Grundstücke hinweg, die in Umgebung zueinander, d. h. in einem Quartier, angeordnet sind. Dabei wird in jedem Gebäude bzw. auf jedem Grundstück ein System 200 zu dessen Versorgung installiert. Die Wärmespeicher und -tauscher 100 der Systeme werden mittels der (z. B. in Reihe mit den) zugeordneten Erdwärmekollektoren 224 miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Wärmespeicher (insbesondere einen Niedertemperatur-Wärmespeicher bzw. Kältespeicher) großer Kapazität zu realisieren. Entsprechend werden die Wärmespeicher und -tauscher 210 der Systeme 200 mittels der zugeordneten Erdwärmekollektoren 228 miteinander verbunden, um einen weiteren gemeinsamen Wärmespeicher (insbesondere einen Hochtemperatur- Wärmespeicher) großer Kapazität zu realisieren. [0287] Alternatively or in addition to the thermal coupling of the heat storage and exchanger 100 to the geothermal heat collector 224 and/or soil 230, in some embodiments the additional heat exchanger 118 couples the heat storage and exchanger 100 to a (in particular local) heating network. For this purpose, the additional heat exchanger 118 is coupled directly to the (local) heating network (i.e. instead of to the geothermal collector 224 and/or the soil 230), or in series with the geothermal collector 224 and/or the soil 230. The latter embodiment is particularly advantageous Implementation of a (local) heating network across several buildings or properties that are in proximity to one another, i.e. H. in a quarter, are arranged. A system 200 is installed in every building or on every property to supply it. The heat storage and exchangers 100 of the systems are connected to one another by means of the associated geothermal heat collectors 224 (e.g. in series with the) in order to realize a common heat storage (in particular a low-temperature heat storage or cold storage) of large capacity. Accordingly, the heat storage and exchangers 210 of the systems 200 are connected to one another by means of the associated geothermal heat collectors 228 in order to realize a further common heat storage (in particular a high-temperature heat storage) of large capacity.
[0288] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 ist mittels seiner ersten Fluidleitung 212a thermisch an eine warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 gekoppelt. [0288] The second heat storage and exchanger 210 is thermally coupled to a warm side 216 of the heat pump 204 by means of its first fluid line 212a.
[0289] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 ist mittels seiner zweiten Fluidleitung 212b thermisch an die Solaranlage 206, 208 gekoppelt. [0290]Die dargestellte Solaranlage 206, 208 besteht aus einer photovoltaischen Anlage 206 und einer photothermischen Anlage 208. In alternativen Ausführungsbeispielen weist die Solaranlage keine photovoltaische Anlage 206 oder photothermische Anlage 208 auf, oder sie weist mehrere photovoltaische Anlagen 206 oder photothermische Anlagen 208 auf. Die photovoltaischen Anlage 206 und die photothermischen Anlage 208 können als monolithische Einheit miteinander integriert sein (z. B. kann eine einzige Anlage die Funktion als photovoltaische Anlage 206 und photothermische Anlage 208 übernehmen) oder räumlich voneinander getrennt sein. [0289] The second heat storage and exchanger 210 is thermally coupled to the solar system 206, 208 by means of its second fluid line 212b. [0290]The solar system 206, 208 shown consists of a photovoltaic system 206 and a photothermal system 208. In alternative exemplary embodiments, the solar system has no photovoltaic system 206 or photothermal system 208, or it has several photovoltaic systems 206 or photothermal systems 208. The photovoltaic system 206 and the photothermal system 208 can be integrated with one another as a monolithic unit (e.g. a single system can take on the function of a photovoltaic system 206 and a photothermal system 208) or be spatially separated from one another.
[0291] Optional ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 mittels des zusätzlichen Wärmetauschers 218 thermisch an einen Erdwärmekollektor 228 im Erdreich 232 gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Kopplung zwischen dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 und dem Erdreich 232 durch die Wandung des Wärmespeicher und -tau- schers 100 bewirkt, bevorzugt durch einen unteren Mantelbereich des Speicherbehälters 220, wie entsprechend im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben. [0291] Optionally, the second heat storage and exchanger 210 is thermally coupled to a geothermal collector 228 in the ground 232 by means of the additional heat exchanger 218. Alternatively or additionally, the thermal coupling between the second heat storage and exchanger 210 and the soil 232 is effected through the wall of the heat storage and exchanger 100, preferably through a lower jacket area of the storage container 220, as corresponding in connection with FIG. 3 described.
[0292] Zusätzlich zu den als durchgezogene Linie dargestellten Fluidleitungen weist das System 200 Steuerungsleitungen auf, die das Steuergerät 202 mit den anderen Komponenten verbinden. Die Steuerungsleitungen sind als gestrichelte Linien dargestellt. Die Steuerungsleitungen sind dazu eingerichtet, elektrische Signale zu übertragen und dadurch das Steuern der mit dem Steuergerät 202 verbundenen Komponenten durch das Steuergerät 202 zu ermöglichen. [0292] In addition to the fluid lines shown as a solid line, the system 200 has control lines that connect the controller 202 to the other components. The control lines are shown as dashed lines. The control lines are designed to transmit electrical signals and thereby enable the control device 202 to control the components connected to the control device 202.
[0293] Insbesondere ist das Steuergerät 202 mit der photovoltaischen Anlage 206 und der Wärmepumpe 204 verbunden. [0293] In particular, the control device 202 is connected to the photovoltaic system 206 and the heat pump 204.
[0294] Durch seine Verbindung mit der photovoltaischen Anlage 206 empfängt das Steuergerät 202 Informationen hinsichtlich der aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 produzierten elektrischen Leistung. [0294] Through its connection to the photovoltaic system 206, the control device 202 receives information regarding the electrical power currently produced by the photovoltaic system 206.
[0295] Durch seine Verbindung mit der Wärmepumpe 204 steuert das Steuergerät 202 den Betriebszustand der Wärmepumpe 204, d. h. die aktuelle Leistung der Wärmepumpe. Insbesondere kann das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 204 aus- oder einschalten. [0295] Through its connection to the heat pump 204, the control device 202 controls the operating state of the heat pump 204, i.e. H. the current performance of the heat pump. In particular, the control device 202 can switch the heat pump 204 off or on.
[0296] Das Steuergerät 202 stellt zudem einen Eingang bereit, um zusätzlich zu der aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 produzierten elektrischen Leistung weitere Informationen hinsichtlich der Verfügbarkeit von elektrischer Leistung zu erhalten. Diese Informationen beziehen sich unter anderem auf die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung aus Windkraft. [0297] Optional beziehen sich die Informationen auf einen Verbrauch von elektrischer Leistung, beispielsweise in einem dem System 200 zugeordneten Gebäude. In derartigen Ausführungsformen bezieht sich die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung auf die Differenz zwischen bereitgestellter elektrischer Leistung, beispielsweise von der photovoltaischen Anlage 206 und/oder einer Windkraftanlage, und dem Verbrauch von elektrischer Leistung. [0296] The control device 202 also provides an input in order to obtain further information regarding the availability of electrical power in addition to the electrical power currently produced by the photovoltaic system 206. This information relates, among other things, to the availability of electrical power from wind power. [0297] Optionally, the information relates to a consumption of electrical power, for example in a building assigned to the system 200. In such embodiments, the availability of electrical power refers to the difference between provided electrical power, for example from the photovoltaic system 206 and/or a wind turbine, and the consumption of electrical power.
[0298] Das Steuergerät 202 stellt zudem einen Eingang bereit, um Information hinsichtlich eines Wärmebedarfs zu erhalten, beispielsweise hinsichtlich eines mit Wärme zu versorgenden Gebäudes oder Gebäudekomplexes. [0298] The control device 202 also provides an input to receive information regarding a heat requirement, for example regarding a building or building complex to be supplied with heat.
[0299] Zudem ist das Steuergerät 202 mit Temperatursensoren verbunden, die die Temperatur der photovoltaischen Anlage 206, der photothermischen Anlage 208, des Erdreichs 230, des Erdreichs 232, des (insbes. thermischen Speichermedium des) Wärmespeicher und -tau- schers 100 und des (insbes. thermischen Speichermediums des) zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 ermitteln und an das Steuergerät 202 übermitteln. Ist ein Wärmespeicher und -tauscher als Mehrzonenwärmetauscher ausgelegt, weist er mehrere Temperatursensoren auf, die dazu eingerichtet sind, die Temperatur auf unterschiedlichen Höhen seines Speicherbehälter zu ermitteln und an das Steuergerät 202 zu übermitteln. [0299] In addition, the control device 202 is connected to temperature sensors, which determine the temperature of the photovoltaic system 206, the photothermal system 208, the soil 230, the soil 232, the heat storage and exchanger 100 (in particular the thermal storage medium of the) and the (especially the thermal storage medium of the) second heat storage and exchanger 210 and transmit it to the control unit 202. If a heat storage and exchanger is designed as a multi-zone heat exchanger, it has several temperature sensors that are set up to determine the temperature at different heights of its storage container and to transmit it to the control unit 202.
[0300] Zudem ist das Steuergerät 202 mit Ventilen und Flussreglern verbunden, die als Kreise an Verbindungspunkten zwischen Fluidleitung dargestellt sind. Das Steuergerät regelt mittels der Ventile und Flussregler Richtung und Fluss der Fluidströmung durch die jeweilige Fluidleitung. Zudem steuert das Steuergerät 202 Umwälzpumpen (nicht dargestellt) und auch dadurch die Flüsse der Fluidströmungen durch die Fluidleitungen. [0300] In addition, the control device 202 is connected to valves and flow regulators, which are shown as circles at connection points between fluid lines. The control device uses the valves and flow regulators to regulate the direction and flow of the fluid flow through the respective fluid line. In addition, the control device 202 controls circulation pumps (not shown) and thereby the flows of the fluid flows through the fluid lines.
[0301] Insbesondere steuert das Steuergerät 220 den Fluss (beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit) durch zumindest eine der Fluidleitungen 102a, 102b, um die Temperatur eines Fluids beim Ausströmen aus einer der beiden Fluidleitungen 102a, 102b zu steuern, beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Endbereich 138 der Fig. 1, Fig. 2a und der Fig. 2b beschrieben. In gleicher Weise steuert das Steuergerät 220 den Fluss (beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit) durch zumindest eine der Fluidleitungen 212a, 212b, um die Temperatur eines Fluids beim Ausströmen aus einer der beiden Fluidleitungen 212a, 212b zu steuern. [0301] In particular, the control device 220 controls the flow (e.g. the flow rate) through at least one of the fluid lines 102a, 102b in order to control the temperature of a fluid as it flows out of one of the two fluid lines 102a, 102b, for example as in connection with the end region 138 1, 2a and 2b. Likewise, the controller 220 controls the flow (e.g., flow rate) through at least one of the fluid lines 212a, 212b to control the temperature of a fluid as it flows out of one of the two fluid lines 212a, 212b.
[0302] Fig. 5a zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5a einen ersten Betriebsmodus 500a eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel. [0303] Bei dem ersten Betriebsmodus 500a der Fig. 5a steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 104 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch die Solaranlage 206, 208, die zweite Fluidleitung 102b und den Wärmetauscher 104 erzeugt wird; dass die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist; dass ein geschlossener Fluidstrom durch die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 102a erzeugt wird; und dass ein geschlossener Fluidstrom durch die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 212a erzeugt wird. 5a shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5a also illustrates a first operating mode 500a of a method for operating the system according to an example. [0303] In the first operating mode 500a of FIG. 5a, the control device 202 controls the heat pump 104 and the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the solar system 206, 208, the second fluid line 102b and the heat exchanger 104; that the heat pump 204 is in the switched-on operating state; that a closed fluid flow is generated through the cold side 214 of the heat pump 204 and the first fluid line 102a; and that a closed fluid flow is generated through the warm side 216 of the heat pump 204 and the first fluid line 212a.
[0304] Dieser erste Betriebsmodus ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Solaranlage 206, 208 eine höhere Temperatur aufweist als der Wärmespeicher und -tauscher 100 bzw. sein thermisches Speichermedium. In diesem Falle wird Wärme aus der Solaranlage 206, 208 in den Wärmespeicher und -tauscher 100 übertragen. Die Solaranlage dient somit als photothermische Anlage 208. Zudem kühlt der Wärmespeicher und -tauscher 100 die Solaranlage 206, 208, was den Wirkungsgrad der photovoltaischen Anlage 206 erhöht. [0304] This first operating mode is particularly advantageous when the solar system 206, 208 has a higher temperature than the heat storage and exchanger 100 or its thermal storage medium. In this case, heat is transferred from the solar system 206, 208 into the heat storage and exchanger 100. The solar system thus serves as a photothermal system 208. In addition, the heat storage and exchanger 100 cools the solar system 206, 208, which increases the efficiency of the photovoltaic system 206.
[0305] Das Kühlen der photovoltaischen Anlage 206 wird dabei weiter verbessert, indem das Fluid, das durch die zweite Fluidleitung 102b zu der photovoltaischen Anlage 206 gelangt, in dem Wärmetauscher 104 in effektivem Wärmeaustausch mit dem kalten Fluid von der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 steht, das die erste Fluidleitung 102a durchströmt. The cooling of the photovoltaic system 206 is further improved in that the fluid that reaches the photovoltaic system 206 through the second fluid line 102b is in the heat exchanger 104 in effective heat exchange with the cold fluid from the cold side 214 of the heat pump 204 stands that flows through the first fluid line 102a.
[0306] Da der Wärmetauscher 104 an seinem Ende (aus Sicht des Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung 102b) einen Bereich aufweist, der thermisch von dem thermischen Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 isoliert ist, wird der Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung 102b unter die Temperatur des (insbesondere thermischen Speichermediums des) Wärmespeicher und -tauschers 100 gekühlt, was die Kühlung der photovoltaischen Anlage 206 weiter verbessert. [0306] Since the heat exchanger 104 has an area at its end (from the perspective of the fluid flow through the second fluid line 102b) that is thermally insulated from the thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100, the fluid flow through the second fluid line 102b is below the Temperature of the (in particular thermal storage medium of) heat storage and exchanger 100 is cooled, which further improves the cooling of the photovoltaic system 206.
[0307] Bei der dargestellten Ausführungsform ist die warme Seite 216 der Wärmepumpe thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210, insbesondere an seine erste Fluidleitung 212a, gekoppelt. Somit wird die Wärme von der warmen Seite 216 der Wärmepumpe 204 in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 eingespeichert und für Zeiten schlechter Verfügbarkeit nutzbar gemacht. [0308] Somit ist dieser erste Betriebsmodus insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe 204 gut ist, insbesondere also dann, wenn die aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 bereitgestellte elektrische Leistung einen vordefinierten kritischen Wert übersteigt oder elektrische Leistung nach einem anderen der oben beschriebenen Kriterien gut verfügbar ist. [0307] In the illustrated embodiment, the warm side 216 of the heat pump is thermally coupled to the second heat storage and exchanger 210, in particular to its first fluid line 212a. The heat from the warm side 216 of the heat pump 204 is thus stored in the second heat storage and exchanger 210 and made usable for times of poor availability. [0308] This first operating mode is therefore particularly advantageous when the availability of electrical power for operating the heat pump 204 is good, in particular when the electrical power currently provided by the photovoltaic system 206 exceeds a predefined critical value or electrical Performance is readily available according to another of the criteria described above.
[0309] Hier und im Folgenden werden Betriebsmodi, bei denen die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist, als aktiv bezeichnet. Aktive Betriebsmodi zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass die Wärmepumpe mit einer Leistung von mindestens 10%, mindestens 20% oder mindestens 30 % ihrer Maximalleistung betrieben wird, oder dadurch, dass die Wärmepumpe mit einer Leistung von mindestens 10%, mindestens 20% oder mindestens 30 % einer Peakleistung der photovoltaischen Anlage 206 betrieben wird. [0309] Here and below, operating modes in which the heat pump 204 is in the switched-on operating state are referred to as active. Active operating modes are characterized, for example, by the fact that the heat pump is operated with an output of at least 10%, at least 20% or at least 30% of its maximum output, or in that the heat pump is operated with an output of at least 10%, at least 20% or at least 30% of a peak power of the photovoltaic system 206 is operated.
[0310] Bei sämtlichen Betriebsmodi wird, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe 204 gut ist (wie oben für den ersten Betriebsmodus dargestellt) stets ein aktiver Betriebsmodus gewählt, insbesondere also dann, wenn die aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 bereitgestellte elektrische Leistung einen aktuellen Verbrauch elektrischer Energie und/oder einen vordefinierten kritischen Wert übersteigt. Somit wird dann Energie als Wärme in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 eingespeichert, wenn sie als elektrische Leistung besonders gut oder gar im Überschuss verfügbar ist. Alternativ wird der aktive Betriebsmodus gewählt, wenn elektrische Leistung nach einem anderen der oben beschriebenen Kriterien gut verfügbar ist. [0310] In all operating modes, if the availability of electrical power for operating the heat pump 204 is good (as shown above for the first operating mode), an active operating mode is always selected, in particular if the power currently provided by the photovoltaic system 206 electrical power exceeds a current consumption of electrical energy and/or a predefined critical value. Energy is therefore stored as heat in the second heat storage and exchanger 210 when it is available particularly well or even in excess as electrical power. Alternatively, the active operating mode is selected if electrical power is readily available according to another of the criteria described above.
[0311] Fig. 5b zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5b einen zweiten Betriebsmodus 500p eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel. [0311] Fig. 5b shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of Fig. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5b also illustrates a second operating mode 500p of a method for operating the system according to an example.
[0312] Bei dem zweiten Betriebsmodus 500p der Fig. 5b steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 104 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch die Solaranlage 206, 208, die zweite Fluidleitung 102b und den Wärmetauscher 104 erzeugt wird; und dass die Wärmepumpe 204 im ausgeschalteten Betriebszustand ist. [0312] In the second operating mode 500p of FIG. 5b, the control device 202 controls the heat pump 104 and the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the solar system 206, 208, the second fluid line 102b and the heat exchanger 104; and that the heat pump 204 is in the switched off operating state.
[0313] In anderen Worten entspricht der geschlossene Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung 102b bei dem zweiten Betriebsmodus demjenigen bei dem ersten Betriebsmodus, aller- dings bei abgeschalteter Wärmepumpe 204. In anderen Worten entspricht der zweite Betriebsmodus 500p als passiver Betriebsmodus dem ersten Betriebsmodus 500a als aktivem Betriebsmodus. [0313] In other words, the closed fluid flow through the second fluid line 102b in the second operating mode corresponds to that in the first operating mode, except However, when the heat pump 204 is switched off. In other words, the second operating mode 500p as a passive operating mode corresponds to the first operating mode 500a as an active operating mode.
[0314] Alternativ zu dargestellten Ausführungsform, bei der der Fluidstrom durch den ersten Wärmespeicher und -tauscher 100 gelenkt wird, wird der Fluidstrom bei einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) durch den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 gelenkt. Dies lässt sich durch Umstellen der Ventile 508a, 508b erreichen. [0314] As an alternative to the illustrated embodiment, in which the fluid flow is directed through the first heat storage and exchanger 100, in a further embodiment (not shown) the fluid flow is directed through the second heat storage and exchanger 210. This can be achieved by changing the valves 508a, 508b.
[0315] Hier und im Folgenden werden Betriebsmodi, bei denen die Wärmepumpe 204 im ausgeschalteten Betriebszustand ist, als passiv bezeichnet. Passive Betriebsmodi zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass die Wärmepumpe mit einer Leistung betrieben wird, die höchstens der Hälfte, höchstens einem Drittel, höchstens einem Viertel, oder höchstens einem Fünftel der Leistung im entsprechenden aktiven Betriebsmodus entspricht. Beispielsweise wird die Wärmepumpe mit einer Leistung von höchstens 9%, höchstens 6% oder höchstens 3 % ihrer Maximalleistung betrieben, oder mit einer Leistung von höchstens 9%, höchstens 6% oder höchstens 3 % einer Peakleistung der photovoltaischen Anlage 206. [0315] Here and below, operating modes in which the heat pump 204 is in the switched off operating state are referred to as passive. Passive operating modes are characterized, for example, by the fact that the heat pump is operated with an output that corresponds to at most half, at most a third, at most a quarter, or at most a fifth of the output in the corresponding active operating mode. For example, the heat pump is operated with an output of a maximum of 9%, a maximum of 6% or a maximum of 3% of its maximum output, or with an output of a maximum of 9%, a maximum of 6% or a maximum of 3% of a peak output of the photovoltaic system 206.
[0316] Beim zweiten Betriebsmodus sowie bei sämtlichen anderen Betriebsmodi wird ein passiver Betriebsmodus immer dann gewählt, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe 204 schlecht ist, insbesondere also dann, wenn die aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 bereitgestellte elektrische Leistung einen aktuellen Verbrauch elektrischer Energie und/oder einen zweiten vordefinierten kritischen Wert unterschreitet. Somit wird eine Leistungsaufnahme durch die Wärmepumpe 204 gering gehalten, wenn elektrische Leistung schlecht verfügbar ist. [0316] In the second operating mode and in all other operating modes, a passive operating mode is always selected when the availability of electrical power for operating the heat pump 204 is poor, in particular when the electrical power currently provided by the photovoltaic system 206 is poor current consumption of electrical energy and/or falls below a second predefined critical value. This means that power consumption by the heat pump 204 is kept low when electrical power is poorly available.
[0317] Wie der erste Betriebsmodus 500a ist dieser zweite Betriebsmodus 500p insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Solaranlage 206, 208 eine höhere Temperatur aufweist als der Wärmespeicher und -tauscher 100 bzw. sein thermisches Speichermedium, um die oben in Zusammenhang mit dem ersten Betriebsmodus beschriebenen Vorteile zu erzielen. [0317] Like the first operating mode 500a, this second operating mode 500p is particularly advantageous when the solar system 206, 208 has a higher temperature than the heat storage and exchanger 100 or its thermal storage medium, in order to be that described above in connection with the first operating mode to achieve advantages.
[0318] Darüber hinaus ist der zweite Betriebsmodus dann vorteilhaft, wenn die Temperatur der Solaranlage 206, 208 dem Gefrierpunkt von Wasser entspricht oder darunter liegt, während die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100 bzw. seines thermisches Speichermediums darüber liegt. Bei entsprechenden Temperaturen kann sich Schnee oder Eis auf der Solaranlage 206, 208 bilden. Durch Betrieb des Systems im zweiten Betriebsmodus, beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, können Schnee oder Eis abgetaut werden. Dadurch kann mehr Licht auf die Solaranlage 206, 208 gelangen, und sie kann mehr elektrische Leistung und/oder Wärme bereitstellen. [0318] In addition, the second operating mode is advantageous if the temperature of the solar system 206, 208 corresponds to or is below the freezing point of water, while the temperature of the heat storage and exchanger 100 or its thermal storage medium is above this. At appropriate temperatures, snow or ice can form on the solar system 206, 208. By operating the system in the second operating mode, for example at regular intervals, snow or ice can be defrosted. This allows more light to reach the solar system 206, 208 and it can provide more electrical power and/or heat.
[0319] Fig. 5c zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5c den ersten Betriebsmodus 5ooa‘ des Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel. [0319] Fig. 5c shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of Fig. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5c also illustrates the first operating mode 5ooa' of the method for operating the system according to a further example.
[0320] Der erste Betriebsmodus 5ooa‘ nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5c ähnelt dem ersten Betriebsmodus 500a nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5a. Allerdings regelt das Steuergerät 202 derart, dass der geschlossene Fluidstrom durch die photovoltaische Anlage 206, die photothermische Anlage 208, die zweite Fluidleitung 102b und den Wärmetauscher 104 zudem in Reihe den Erdwärmekollektor 224 durchläuft. [0320] The first operating mode 5ooa' according to the exemplary embodiment of FIG. 5c is similar to the first operating mode 500a according to the exemplary embodiment of FIG. 5a. However, the control unit 202 regulates in such a way that the closed fluid flow through the photovoltaic system 206, the photothermal system 208, the second fluid line 102b and the heat exchanger 104 also passes through the geothermal collector 224 in series.
[0321] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann somit der Erdwärmekollektor 224 bzw. das Erdreich 230 als zusätzlicher Wärmespeicher genutzt werden. [0321] In corresponding embodiments, the geothermal collector 224 or the soil 230 can thus be used as an additional heat storage.
[0322] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durchläuft das Fluid den Erdwärmekollektor 224, bevor es den oberen Bereich des Speicherbehälters 106 durchläuft. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Temperatur des Fluids beim Einspeisen in den Erdwärmekollektor 224 bzw. nach Durchlaufen der Solaranlage 206, 208 (Vorlauftemperatur) die Temperatur im (insbes. oberen Bereich des) Speicherbehälter 106 übersteigt. Entsprechend erhält das Steuergerät 202 Informationen über die Vorlauftemperatur und die Temperatur im (oberen Bereich des) Speicherbehälter 106. Übersteigt die Vorlauftemperatur die Temperatur im (oberen Bereich des) Speicherbehälter 106, wählt das Steuergerät 202 den Betriebsmodus 5ooa‘ und dieser wird ausgeführt. [0322] In the illustrated embodiment, the fluid passes through the geothermal collector 224 before passing through the upper region of the storage container 106. This is particularly advantageous if the temperature of the fluid when fed into the geothermal collector 224 or after passing through the solar system 206, 208 (flow temperature) exceeds the temperature in the (particularly upper region of) the storage container 106. Accordingly, the control unit 202 receives information about the flow temperature and the temperature in the (upper area of) the storage container 106. If the flow temperature exceeds the temperature in the (upper area of the) storage container 106, the control device 202 selects the operating mode 5ooa' and this is executed.
[0323] Bei alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt) durchläuft das Fluid den Erdwärmekollektor 224, nachdem es den unteren Bereich des Speicherbehälters 106 durchlaufen hat. Entsprechende Ausführungsformen sind dann vorteilhaft, wenn die Temperatur des Erdwärmespeichers unterhalb der Temperatur des (insbes. unteren Bereichs des) Speicherbehälters 106 liegt. Das Steuergerät 202 wählt einen solchen Betriebsmodus, und er wird ausgeführt, wenn die Vorlauftemperatur unterhalb der Temperatur im (insbes. unteren Bereich des) Speicherbehälters 106 liegt. [0323] In alternative embodiments (not shown), the fluid passes through the geothermal collector 224 after passing through the lower portion of the storage container 106. Corresponding embodiments are advantageous if the temperature of the geothermal storage is below the temperature of the (particularly lower region of the) storage container 106. The control unit 202 selects such an operating mode and it is carried out when the flow temperature is below the temperature in (particularly the lower region of) the storage container 106.
[0324] Fig. 5d zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5d einen dritten Betriebsmodus 530 eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel. 5d shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals a further description is omitted. 5d also illustrates a third operating mode 530 of a method for operating the system according to an example.
[0325] Bei dem dritten Betriebsmodus 530 steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 204 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist; dass ein geschlossener Fluidstrom durch die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 102a erzeugt wird; und dass ein geschlossener Fluidstrom durch die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 212a erzeugt wird. [0325] In the third operating mode 530, the control device 202 controls the heat pump 204 and the fluid flows through the fluid lines such that the heat pump 204 is in the switched-on operating state; that a closed fluid flow is generated through the cold side 214 of the heat pump 204 and the first fluid line 102a; and that a closed fluid flow is generated through the warm side 216 of the heat pump 204 and the first fluid line 212a.
[0326] Der dritte Betriebsmodus 510 erlaubt somit, Wärme von dem Wärmespeicher und - tauscher 100 in den Wärmespeicher und -tauscher 210 zu übertragen. Somit kann eine hinreichend hohe Temperatur des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 bzw. seines thermisches Speichermediums sichergestellt werden, insbesondere in dessen oberen Bereich, in dem der Wärmetauscher 126 Wärme für Brauchwasser entnimmt. Die Temperatur für Brauchwasser ist somit regelmäßig hinreichend hoch, um eine Bildung von Legionellen zu vermeiden. [0326] The third operating mode 510 thus allows heat to be transferred from the heat storage and exchanger 100 into the heat storage and exchanger 210. A sufficiently high temperature of the second heat storage and exchanger 210 or its thermal storage medium can thus be ensured, particularly in its upper region, in which the heat exchanger 126 extracts heat for process water. The temperature for process water is therefore regularly high enough to avoid the formation of legionella.
[0327] Bei der dargestellten Ausführungsform wird zudem Wärme von der warmen Seite 216 der Wärmepumpe 204 oder Kälte von der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 mittels der Fluidleitung in 506b auf ein Gebäude 502 übertragen, um dieses zu heizen oder zu kühlen. Bei alternativen Ausführungsformen wird auf den Wärmeübertrag oder Kälteübertrag an das Gebäude 502 verzichtet. Ob Wärme oder Kälte oder keines von beidem an das Gebäude 502 übertragen werden soll, wird von dem Steuergerät 202 anhand einer Ist-Temperatur des Gebäudes 502 und einer Soll-Temperatur für das Gebäude 502, die ein Nutzer einstellt, bestimmt. Mit anderen Worten dient das System je nach Soll-Temperatur und Ist-Temperatur des Gebäudes zum Heizen oder Kühlen. Das Steuergerät 202 steuert die Ausführung des Betriebsmodus entsprechend. [0327] In the illustrated embodiment, heat from the warm side 216 of the heat pump 204 or cold from the cold side 214 of the heat pump 204 is also transferred to a building 502 by means of the fluid line in 506b in order to heat or cool it. In alternative embodiments, heat transfer or cold transfer to the building 502 is dispensed with. Whether heat or cold or neither should be transferred to the building 502 is determined by the control device 202 based on an actual temperature of the building 502 and a target temperature for the building 502 that a user sets. In other words, the system is used for heating or cooling depending on the target temperature and actual temperature of the building. The control unit 202 controls the execution of the operating mode accordingly.
[0328] Ein entsprechender Wärme- oder Kälteübertrag an das Gebäude 502 ist optional bei allen anderen aktiven Betriebsmodi, beispielsweise bei den vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 5a und Fig. 5c beschriebenen Betriebsmodi, möglich. [0328] A corresponding heat or cold transfer to the building 502 is optionally possible in all other active operating modes, for example in the operating modes described above in connection with FIGS. 5a and 5c.
[0329] Bei dem dritten Betriebsmodus handelt es sich um einen aktiven Betriebsmodus, der dann ausgeführt wird, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung zum Betreiben der Wärmepumpe 204 gut ist. Die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung wird wie oben beschrieben von dem Steuergerät 202 bestimmt. [0330] Fig. 5e zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5e einen vierten Betriebsmodus 520 eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel. [0329] The third operating mode is an active operating mode that is carried out when the availability of electrical power to operate the heat pump 204 is good. The availability of electrical power is determined by the control unit 202 as described above. 5e shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of FIG. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5e also illustrates a fourth operating mode 520 of a method for operating the system according to an example.
[0331] Bei dem vierten Betriebsmodus 520 steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 204 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch die Solaranlage 206, 208 und die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 erzeugt wird; dass die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist; und dass ein geschlossener Fluidstrom durch die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 212a erzeugt wird. [0331] In the fourth operating mode 520, the control device 202 controls the heat pump 204 and the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the solar system 206, 208 and the cold side 214 of the heat pump 204; that the heat pump 204 is in the switched-on operating state; and that a closed fluid flow is generated through the warm side 216 of the heat pump 204 and the first fluid line 212a.
[0332] Auch bei diesem Betriebsmodus wird optional Wärme oder Kälte an das Gebäude 502 übertragen, wie oben im Zusammenhang mit dem Betriebsmodus der Fig. 5d beschrieben. [0332] In this operating mode too, heat or cold is optionally transferred to the building 502, as described above in connection with the operating mode of FIG. 5d.
[0333] Der vierte Betriebsmodus 520 ermöglicht das Bereitstellen von Wärme aus der Solaranlage 206, 208 zum Heizen des Gebäudes 502 oder zum Einspeichern in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210. Alternativ zum Einspeichern in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 kann die Wärme in den Wärmespeicher und -tauscher 100 eingespeichert werden. [0333] The fourth operating mode 520 enables the provision of heat from the solar system 206, 208 for heating the building 502 or for storing it in the second heat storage and exchanger 210. As an alternative to storing it in the second heat storage and exchanger 210, the heat can be in the heat storage and exchanger 100 are stored.
[0334] Alternativ zum (insbesondere ausschließlichen) Einspeichern der Wärme in das Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 kann der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 mit dem Erdwärmekollektor 228 in Reihe geschaltet werden, sodass die Wärme in den Erdwärmekollektor 228 und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 eingespeichert wird. [0334] As an alternative to (in particular exclusively) storing the heat in the storage medium of the second heat storage and exchanger 210, the second heat storage and exchanger 210 can be connected in series with the geothermal collector 228, so that the heat in the geothermal collector 228 and the second heat storage and exchanger 210 is stored.
[0335] Entsprechend kann beim Einspeichern in den Wärmespeicher und -tauscher 100 der Erdwärmekollektor 224 in Reihe geschaltet werden. [0335] Accordingly, the geothermal collector 224 can be connected in series when storing in the heat storage and exchanger 100.
[0336] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des vierten Betriebsmodus 520 wird die Wärme der Solaranlage 206, 208 als Wärmequelle entnommen. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Wärme einem der Erdwärmekollektoren 224, 228 als Wärmequelle entnommen. Bei solchen Ausführungsformen wird ein geschlossener Fluidstrom durch den Erdwärmekollektor 224 oder 228 und die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 erzeugt, anstelle des geschlossenen Fluidstroms durch die Solaranlage 206, 208 und die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204. Bevorzugt wird wahlweise Erdwärmekollektor 224, Erdwärmekollektor 228 oder Solaranlage 206, 208 als Wärmequelle verwendet, je nachdem, welches dieser Elemente die höchste Temperatur aufweist. Die Auswahl wird automatisiert von dem Steuergerät 202 anhand von mit diesen Elementen verknüpften Temperatursensoren vorgenommen. [0336] In the illustrated embodiment of the fourth operating mode 520, the heat from the solar system 206, 208 is taken as a heat source. In alternative embodiments, the heat is taken from one of the geothermal collectors 224, 228 as a heat source. In such embodiments, a closed fluid flow is created through the geothermal collector 224 or 228 and the cold side 214 of the heat pump 204, instead of closed fluid flow through the solar system 206, 208 and the cold side 214 of the heat pump 204. Preferably, either geothermal collector 224, geothermal collector 228 or solar system 206, 208 is used as a heat source, depending on which of these elements has the highest temperature. The selection is made automatically by the control unit 202 based on temperature sensors linked to these elements.
[0337] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Wärme durch die Fluidleitung 506a mittels der Wärmepumpe 204 und die Fluidleitung 506b dem Gebäude 502 zugeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird stattdessen die Wärme durch die Fluidleitung 504 dem Gebäude 502 zugeführt, d. h. ohne Verwendung der Wärmepumpe 204 (und der Fluidleitungen 506a, 506b). Derartige alternative Ausführungsformen stellen einen passiven Betriebsmodus bereit, der dem dargestellten aktiven Betriebsmodus ansonsten entspricht. Der passive Betriebsmodus ist vorteilhaft, wenn die Temperatur der Solaranlage 206, 208 (oder die Temperatur eines der Erdwärmekollektor in 224, 228) die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100, bzw. seines Speichermediums, übersteigt und/oder wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung schlecht ist. [0337] In the illustrated embodiment, the heat is supplied to the building 502 through the fluid line 506a by means of the heat pump 204 and the fluid line 506b. In alternative embodiments, the heat is instead supplied to the building 502 through the fluid line 504, i.e. H. without using the heat pump 204 (and the fluid lines 506a, 506b). Such alternative embodiments provide a passive mode of operation that otherwise corresponds to the active mode of operation shown. The passive operating mode is advantageous if the temperature of the solar system 206, 208 (or the temperature of one of the geothermal collectors in 224, 228) exceeds the temperature of the heat storage and exchanger 100, or its storage medium, and/or if the availability of electrical power bad is.
[0338] Fig. 5f zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5t einen fünften Betriebsmodus 530 eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel. [0338] Fig. 5f shows a system according to a further exemplary embodiment, which is similar to that of Fig. 4. Corresponding elements are designated with the same reference numerals; a further description is omitted. 5t also illustrates a fifth operating mode 530 of a method for operating the system according to an example.
[0339] Bei dem fünften Betriebsmodus 530 steuert das Steuergerät 202 die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch den Wärmetauscher 126 und das Gebäude 502 erzeugt wird. [0339] In the fifth operating mode 530, the controller 202 controls the fluid flows through the fluid lines such that a closed fluid flow is generated through the heat exchanger 126 and the building 502.
[0340] Entsprechend kann Wärme für das Gebäude 502, beispielsweise für Brauchwasser, aus dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 entnommen werden. [0340] Accordingly, heat for the building 502, for example for process water, can be taken from the second heat storage and exchanger 210.
[0341] Bei alternativen Ausführungsformen des fünften Betriebsmodus 530 wird die Wärme für das Gebäude 502 mittels des Wärmetauschers 122 dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 oder mittels des Wärmetauschers 118 dem Wärmespeicher und -tauscher 100 oder mittels des Erdwärmekollektors 224 oder mittels des Erdwärmekollektors 228 dem Erdreich 230 oder 232 entnommen. [0342] Welcher Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228 verwendet wird, wird durch das Steuergerät 202 auf Grundlage von Temperaturen an den jeweiligen Wärmetauschern 118, 122, 126 und anhand einer angefragten Temperatur bestimmt, sowie anhand der Wahl eines aktiven oder passiven Betriebsmodus. [0341] In alternative embodiments of the fifth operating mode 530, the heat for the building 502 is supplied to the second heat storage and exchanger 210 by means of the heat exchanger 122 or to the heat storage and exchanger 100 by means of the heat exchanger 118 or by means of the geothermal heat collector 224 or by means of the geothermal heat collector 228 Soil 230 or 232 taken. [0342] Which heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 is used is determined by the control unit 202 based on temperatures at the respective heat exchangers 118, 122, 126 and based on a requested temperature, as well as based on the selection of an active or passive operating mode.
[0343] Zunächst bestimmt das Steuergerät 202 anhand der Verfügbarkeit elektrischer Leistung, ob ein aktiver oder passiver Betriebsmodus gewählt werden soll. [0343] First, the control device 202 determines whether an active or passive operating mode should be selected based on the availability of electrical power.
[0344] Bei Wahl eines passiven Betriebsmodus bzw. bei schlechter Verfügbarkeit von elektrischer Leistung, wählt das Steuergerät 202 den Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228, dessen Temperatur die angefragte Temperatur um den geringsten Betrag übersteigt. Findet sich kein Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228, dessen Temperatur die angefragte Temperatur übersteigt, so wählt das Steuergerät 202 den Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228 mit der höchsten Temperatur oder wechselt in einen aktiven Betriebsmodus. [0344] If a passive operating mode is selected or if there is poor availability of electrical power, the control unit 202 selects the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228, the temperature of which exceeds the requested temperature by the smallest amount. If there is no heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 whose temperature exceeds the requested temperature, the control unit 202 selects the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 with the highest temperature or switches to an active operating mode.
[0345] Bei Wahl eines aktiven Betriebsmodus bzw. bei guter Verfügbarkeit von elektrischer Leistung wählt das Steuergerät 202 den Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228, und koppelt ihn an die kalte Seite der Wärmepumpe 204, bei dem die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 im Betrieb (insbesondere mit der günstig zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung) die angefragte Temperatur um den geringsten Betrag übersteigt. [0345] When selecting an active operating mode or when there is good availability of electrical power, the control unit 202 selects the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 and couples it to the cold side of the heat pump 204, in which the warm side 216 the heat pump 204 exceeds the requested temperature by the smallest amount during operation (particularly with the inexpensive electrical power available).
[0346] Dieses Vorgehen stellt sicher, dass Wärme aus dem Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228 mit der geringsten möglichen Temperatur entnommen wird und verbessert somit die Energieeffizienz des Systems. [0346] This procedure ensures that heat is removed from the heat exchanger 118, 122, 126 or geothermal collector 224, 228 at the lowest possible temperature and thus improves the energy efficiency of the system.
[0347] Beispiele für entsprechende Varianten 530“, 530“, 530'“ des fünften Betriebsmodus 530 sind in der Fig. 5g, der Fig. 5h und der Fig. 5! dargestellt. [0347] Examples of corresponding variants 530", 530", 530'" of the fifth operating mode 530 are in FIG. 5g, FIG. 5h and FIG. 5! shown.
[0348] Bei dem Beispiel 530' der Fig. 5g ist elektrische Leistung aufgrund intensiver Sonneneinstrahlung auf die photovoltaische Anlage 206 gut verfügbar. Das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 hat eine Temperatur um -20 entsprechend seinem Gefrierpunkt, und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und - tauschers 210 hat im oberen Bereich eine Temperatur von 6o° und im unteren Bereich von 20°. Das Erdreich 230 bzw. 232 hat eine Temperatur von 50 bzw. 6°. Eine solche Situation kann während des Tages am Ende des Winters bzw. zu Beginn des Frühlings auftreten. [0349] Eine Fußbodenheizung im Gebäude fragt aufgrund einer Benutzerauswahl eine Temperatur von 35° bei dem Steuergerät 202 an. [0348] In example 530' of FIG. 5g, electrical power is readily available due to intensive solar radiation on the photovoltaic system 206. The thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100 has a temperature of around -2 0 corresponding to its freezing point, and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger 210 has a temperature of 6o ° in the upper region and 20 ° in the lower region. The soil 230 or 232 has a temperature of 5 0 or 6 °. Such a situation can occur during the day at the end of winter or at the beginning of spring. [0349] An underfloor heating system in the building requests a temperature of 35° from the control device 202 based on a user selection.
[0350] Bei dem Beispiel 530' wird aufgrund der guten Verfügbarkeit elektrischer Leistung ein aktiver Betriebsmodus gewählt. [0350] In example 530', an active operating mode is selected due to the good availability of electrical power.
[0351] Bei dem dargestellten Beispiel ist die von der photovoltaischen Anlage 206 günstig zur Verfügung gestellte elektrische Leistung nicht ausreichend, um bei Betrieb der Wärmepumpe 204 mit dieser Leistung und einem Fluid aus dem Speicherbehälter 106 mit einer Temperatur von -20 an der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 die warme Seite 216 auf die Solltemperatur von 350 zu erhitzen. Allerdings ist die von der photovoltaischen Anlage 206 günstig zur Verfügung gestellte elektrische Leistung ausreichend, um bei Betrieb der Wärmepumpe 204 mit dieser Leistung und einem Fluid aus dem Erdreich 230 mit einer Temperatur von 50 an der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 die warme Seite 216 auf die Solltemperatur von 350 zu erhitzen. [0351] In the example shown, the electrical power cheaply provided by the photovoltaic system 206 is not sufficient to operate the heat pump 204 with this power and a fluid from the storage container 106 with a temperature of -2 0 on the cold side 214 of the heat pump 204 to heat the warm side 216 to the target temperature of 35 0 . However, the electrical power cheaply provided by the photovoltaic system 206 is sufficient to provide the warm side 216 on the cold side 214 of the heat pump 204 when the heat pump 204 is operated with this power and a fluid from the ground 230 with a temperature of 50 to heat to the target temperature of 35 0 .
[0352] Somit wählt das Steuergerät 202 den Erdwärmekollektor 224 und koppelt ihn an die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204. Aus der warmen Seite 216 der Wärmepumpe 204 wird das Gebäude 502 beheizt. [0352] The control unit 202 thus selects the geothermal collector 224 and couples it to the cold side 214 of the heat pump 204. The building 502 is heated from the warm side 216 of the heat pump 204.
[0353] Bei dem Beispiel 530“ der Fig. 5h ist elektrische Leistung aufgrund geringer Sonneneinstrahlung auf die photovoltaische Anlage 206 schlecht verfügbar. Das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 hat eine Temperatur von 110, und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 hat im oberen Bereich eine Temperatur von 750 und im unteren Bereich von 40°. Das Erdreich 230 bzw. 232 hat eine Temperatur von 130 bzw. 18°. Eine solche Situation kann in einer Nacht im Sommer auftreten. [0353] In the example 530" of FIG. 5h, electrical power is poorly available due to low solar radiation on the photovoltaic system 206. The thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100 has a temperature of 11 0 , and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger 210 has a temperature of 75 0 in the upper region and 40 ° in the lower region. The soil 230 or 232 has a temperature of 13 0 or 18°. Such a situation can occur on a night in summer.
[0354] Eine Fußbodenheizung im Gebäude fragt aufgrund einer Benutzerauswahl eine Temperatur von 18° bei dem Steuergerät 202 an. [0354] An underfloor heating system in the building requests a temperature of 18° from the control device 202 based on a user selection.
[0355] Bei dem Beispiel 530“ wird aufgrund der schlechten Verfügbarkeit elektrischer Leistung ein passiver Betriebsmodus gewählt. [0355] In example 530″, a passive operating mode is selected due to the poor availability of electrical power.
[0356] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weder die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100 noch die Temperatur des Erdreichs 230 ausreichend, um die Soll- Temperatur von 18° bereitzustellen. Allerdings ist die Temperatur des Erdreichs 232 ausreichend, um die Soll-Temperatur von 18° bereitzustellen. [0357] Somit wählt das Steuergerät 202 den Erdwärmekollektor 228 und koppelt ihn zum Heizen an das Gebäude 502. [0356] In the exemplary embodiment shown, neither the temperature of the heat storage and exchanger 100 nor the temperature of the soil 230 is sufficient to provide the target temperature of 18°. However, the temperature of the soil 232 is sufficient to provide the target temperature of 18°. [0357] Thus, the control unit 202 selects the geothermal collector 228 and couples it to the building 502 for heating.
[0358] Bei dem Beispiel 530‘“ der Fig. 5! ist elektrische Leistung aufgrund geringer Sonneneinstrahlung auf die photovoltaische Anlage 206 schlecht verfügbar. Das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 hat eine Temperatur von 8°, und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 hat im oberen Bereich eine Temperatur von 70° und im unteren Bereich von 40°. Das Erdreich 230 bzw. 232 hat eine Temperatur von 70 bzw. 140. Eine solche Situation kann in einer Nacht im Spätsommer oder Herbst auftreten, nachdem die Außentemperatur jahreszeitlich bedingt gegenüber derjenigen des Beispiels der Fig. 5h abgefallen ist. [0358] In the example 530'" of FIG. 5! Electrical power is poorly available due to low solar radiation on the photovoltaic system 206. The thermal storage medium of the heat storage and exchanger 100 has a temperature of 8°, and the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger 210 has a temperature of 70° in the upper region and 40° in the lower region. The soil 230 and 232 has a temperature of 7 0 and 14 0 , respectively. Such a situation can occur on a night in late summer or autumn after the outside temperature has fallen seasonally compared to that of the example in FIG. 5h.
[0359] Eine Fußbodenheizung im Gebäude fragt aufgrund einer Benutzerauswahl eine Temperatur von 250 bei dem Steuergerät 202 an. [0359] An underfloor heating system in the building requests a temperature of 25 0 from the control device 202 based on a user selection.
[0360] Bei dem Beispiel 530“ wird aufgrund der schlechten Verfügbarkeit elektrischer Leistung ein passiver Betriebsmodus gewählt. [0360] In example 530″, a passive operating mode is selected due to the poor availability of electrical power.
[0361] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weder die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100 noch die Temperatur des Erdreichs 230, 232 ausreichend, um die Soll-Temperatur von 250 bereitzustellen. Allerdings ist die Temperatur des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 ausreichend, um die Soll-Temperatur von 250 bereitzustellen. [0361] In the exemplary embodiment shown, neither the temperature of the heat storage and exchanger 100 nor the temperature of the soil 230, 232 is sufficient to provide the target temperature of 25 0 . However, the temperature of the second heat storage and exchanger 210 is sufficient to provide the target temperature of 25 ° .
[0362] Somit wählt das Steuergerät 202 den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 und koppelt ihn zum Heizen an das Gebäude 502. [0362] Thus, the control device 202 selects the second heat storage and exchanger 210 and couples it to the building 502 for heating.
[0363] Bevorzugt wird beim Heizen in einem passiven Betriebsmodus aus einem der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 der dem Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 zugeordnete Erdwärmekollektor 224, 228 dem Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 vorgeschaltet, insbesondere dann, wenn die Temperatur des zugeordneten Erdwärmekollektors 224, 228 oberhalb der Rücklauftemperatur des Fluids aus dem Gebäude 502 liegt. [0363] When heating in a passive operating mode, the geothermal collector 224, 228 assigned to the heat storage and exchanger 100, 210 is preferably connected upstream of the heat storage and exchanger 100, 210 from one of the heat storage and exchangers 100, 210, in particular if the Temperature of the associated geothermal collector 224, 228 is above the return temperature of the fluid from the building 502.
[0364] Entsprechend wird im dargestellten Beispiel der Erdwärmekollektor 228 dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 vorgeschaltet. Dies resultiert in einem Vorheizen des Fluids aus dem Gebäude, bevor es durch den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 geleitet wird. Das Fluid entnimmt somit einen Teil der Wärme zum Heizen des Gebäudes 502 dem System bei niedrigerer Temperatur (aus dem Erdwärmekollektor 228) statt bei höherer Temperatur (aus dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210). Die Wärmeentnahme bei geringerer Temperatur verbessert die Energieeffizienz des Systems weiter. [0364] Accordingly, in the example shown, the geothermal collector 228 is connected upstream of the second heat storage and exchanger 210. This results in preheating the fluid from the building before it is passed through the second heat storage and exchanger 210. The fluid thus removes some of the heat for heating the building 502 from the system at a lower temperature (from the geothermal collector 228) rather than at a higher temperature (from the second heat storage and exchanger 210). Heat extraction at a lower temperature further improves the energy efficiency of the system.
[0365] Der Fachmann versteht, dass die vorstehenden Beispiele lediglich verschiedene Betriebsweisen des Systems veranschaulichen sollen, ohne dass dabei eine Einschränkung der Lehre beabsichtigt ist. Beispielsweise können in Ausführungsbeispielen unterschiedliche thermische Speicher kombiniert werden, bspw. durch Mischen von flüssigen Wärmeleitmedien, welche mit unterschiedlichen thermischen Speichern thermisch gekoppelt sind, insbesondere mittels eines Mischventils, um eine angefragte Temperatur bereitzustellen. [0365] Those skilled in the art will understand that the foregoing examples are intended merely to illustrate various modes of operation of the system, without intending to limit the teachings. For example, in exemplary embodiments, different thermal stores can be combined, for example by mixing liquid heat-conducting media that are thermally coupled to different thermal stores, in particular by means of a mixing valve, in order to provide a requested temperature.
[0366] Fig. 6a zeigt ein Nahwärmenetz-System 600 mit einem Nahwärmenetz und einem zweiten Nahwärmenetz. Das Nahwärmenetz und das zweite Nahwärmenetz basieren jeweils auf Wärmespeicher und -tauschern 100 bzw. Systemen 200. Die Wärmespeicher und -tauscher 100 können denjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 ähneln. Die Systeme 200 können denjenigen der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. sd, Fig. se, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5i ähneln. 6a shows a local heating network system 600 with a local heating network and a second local heating network. The local heating network and the second local heating network are each based on heat storage and exchangers 100 or systems 200. The heat storage and exchangers 100 can be similar to those in FIG. 1, FIG. 2a, FIG. 2b or FIG. 3. The systems 200 may be similar to those of Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. sd, Fig. se, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5i.
[0367] Das Nahwärmenetz (bzw. das zweite Nahwärmenetz) dient zum Speichern von Wärme oder Kälte mit einer größeren Wärmekapazität als derjenigen, die ein einziger Wärmespeicher und -tauscher 100 oder ein einziges System 200 bereitstellen würde. Das Nahwärmenetz (bzw. das zweite Nahwärmenetz) werden daher im Folgenden auch als Speichersystem (bzw. komplementäres Speichersystem) bezeichnet. [0367] The local heating network (or the second local heating network) serves to store heat or cold with a greater heat capacity than that which a single heat storage and exchanger 100 or a single system 200 would provide. The local heating network (or the second local heating network) is therefore also referred to below as a storage system (or complementary storage system).
[0368] Das Nahwärmenetz (d. h. Speichersystem) umfasst eine Mehrzahl der Systeme 200. Jedes der Systeme 200 ist einem Gebäude oder Grundstück 602 zugeordnet, z. B. darin oder darauf angeordnet. [0368] The local heating network (i.e. storage system) comprises a plurality of systems 200. Each of the systems 200 is assigned to a building or property 602, e.g. B. arranged in or on it.
[0369] Die Systeme 200 umfassen einen Wärmespeicher und -tauscher 100 sowie optional einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210, z. B. einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben. [0369] The systems 200 include a heat storage and exchanger 100 and optionally a second heat storage and exchanger 210, e.g. B. a second heat storage and exchanger 210 as described above in connection with FIG.
[0370] Optional umfassen die Systeme 200 Erdwärmekollektoren 224, die einem der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 zugeordnet sind oder zwei Erdwärmekollektoren 224, 228 die den beiden Wärmespeicher und -tauschern 100, 210 zugeordnet sind. [0370] Optionally, the systems 200 include geothermal heat collectors 224, which are assigned to one of the heat storage and exchangers 100, 210, or two geothermal heat collectors 224, 228, which are assigned to the two heat storage and exchangers 100, 210.
[0371] Die Wärmespeicher und -tauscher 100 sind mittels der Leitungen 604, optional in Reihe mit den Erdwärmekollektoren 224, zu einem Speichersystem verbunden. Somit ist die Wärmespeicherkapazität des Speichersystems gegenüber derjenigen der einzelnen Systeme 200 erhöht. Je nach Ausführungsformen ist das Speichersystem ein Niedertemperatur-Speichersystem (Kälte-Speichersystem) aus Niedertemperatur- Wärmespeichern 100 (Kältespeichern 100), beispielsweise entsprechend der Fig. 2a oder Fig. 2b, oder ein Hochtemperatur- Speichersystem aus Hochtemperatur- Wärmespeichern too, beispielsweise entsprechend der Fig. 3- [0371] The heat storage and exchangers 100 are connected to a storage system by means of the lines 604, optionally in series with the geothermal collectors 224. So that's it Heat storage capacity of the storage system is increased compared to that of the individual systems 200. Depending on the embodiments, the storage system is a low-temperature storage system (cold storage system) made of low-temperature heat storage 100 (cold storage 100), for example according to Fig. 2a or Fig. 2b, or a high-temperature storage system made of high-temperature heat storage too, for example according to Fig. 3-
[0372] Ein entsprechendes Hochtemperatur-Speichersystem wird, bei einigen Ausführungsformen, als Anergienetz oder als kaltes Wärmenetz betrieben, d.h. bei Temperaturen des thermischen Speichermediums im Bereich von 1°C bis 40°C, bevorzugt im Bereich von io°C bis 25°C. [0372] A corresponding high-temperature storage system is, in some embodiments, operated as an anergy network or as a cold heat network, i.e. at temperatures of the thermal storage medium in the range from 1 ° C to 40 ° C, preferably in the range from 10 ° C to 25 ° C .
[0373] Jedes der Systeme 200 weist eine Pumpe (nicht dargestellt) auf, die dazu eingerichtet ist, einen Fluidstrom in den Leitungen 604 und/oder in den Leitungen 606 anzutreiben, beispielsweise eine hydraulische Pumpe. Bevorzugt wird die Pumpe von dem oben beschriebenen Steuergerät 200 gesteuert, d.h. bei Bedarf ein- oder abgeschaltet. Alternativ kann ein separates Steuergerät vorgesehen sein, das an das Steuergerät 200 gekoppelt ist. Das Vorsehen der Pumpen für den Fluidstrom in den Leitungen 604 und/ oder in den Leitungen 606 dezentral in den Systemen 200 ermöglicht die Verwendung vergleichsweise leistungsschwacher, kostengünstiger Pumpen, im Vergleich zu einem konventionellen System, bei dem eine zentrale Pumpstation vorgesehen ist oder einige wenige Pumpstationen vorgesehen sind. Zudem kann die Druckverteilung in dem Nahwärmenetz flächendeckend kontrolliert werden, indem beispielsweise die aktuelle Pumpleistung einer der Pumpen erhöht wird, um einen lokalen Druckabfall in dem Nahwärmenetz (z.B. aufgrund einer lokalen Engstelle, beispielsweise in einer der Leitungen 604, 604) zu kompensieren. [0373] Each of the systems 200 includes a pump (not shown) configured to drive a fluid flow in the lines 604 and/or in the lines 606, for example a hydraulic pump. The pump is preferably controlled by the control device 200 described above, i.e. switched on or off when necessary. Alternatively, a separate control device can be provided, which is coupled to the control device 200. Providing the pumps for the fluid flow in the lines 604 and/or in the lines 606 decentrally in the systems 200 enables the use of comparatively low-performance, cost-effective pumps, compared to a conventional system in which a central pumping station is provided or a few pumping stations are provided. In addition, the pressure distribution in the local heating network can be controlled across the board, for example by increasing the current pump output of one of the pumps in order to compensate for a local pressure drop in the local heating network (e.g. due to a local bottleneck, for example in one of the lines 604, 604).
[0374] Somit kann jedes der Grundstücke 602 auch dann mit Wärme (bzw. Kälte) aus dem Nahwärmenetz versorgt werden, wenn aufgrund eines zeitweise auf dem Grundstück 602 erhöhten Wärmebedarfs (bzw. Kältebedarfs) oder aufgrund einer reduzierten Energie- oder Wärmegewinnung (z. B. eines Ausfalls der Solaranlage) auf dem Grundstück 602, die Kapazität des lokalen, auf dem Grundstück 602 angeordneten Wärmespeicher und -tauschers 100 bereits erschöpft wäre. [0374] Thus, each of the properties 602 can also be supplied with heat (or cold) from the local heating network if due to a temporary increased heat requirement (or cooling requirement) on the property 602 or due to reduced energy or heat production (e.g. B. a failure of the solar system) on property 602, the capacity of the local heat storage and exchanger 100 located on property 602 would already be exhausted.
[0375] Die Erdwärmekollektoren 224, die in der Umgebung der Wärmespeicher und -tauscher 100 angeordnet und thermisch an diese gekoppelt sind, erhöhen die Wärmespeicherkapazität des Speichersystems weiter. Bei einigen Ausführungsformen sind zusätzliche Erdwärmekollektoren 224 , 224“ beabstandet von den Wärmespeicher und -tauschern 100 angeordnet, z. B. zwischen den Grundstücken 602 oder abseits der Grundstücke 602, und mittels der Leitungen 604 an das Speichersystem angekoppelt. [0375] The geothermal collectors 224, which are arranged in the surroundings of the heat storage and exchanger 100 and are thermally coupled to them, further increase the heat storage capacity of the storage system. In some embodiments, additional geothermal collectors 224, 224" are spaced apart from the heat storage and exchangers 100, e.g. b. between the properties 602 or away from the properties 602, and coupled to the storage system by means of the lines 604.
[0376] Der zusätzliche Erdwärmekollektor 224' ist als Abschnitt der Leitung 604 mit reduzierter thermischer Isolierung implementiert, verglichen mit anderen Bereichen der Leitung 604, die mit voller thermischer Isolierung ausgebildet sind, um einen möglichst verlustfreien Transport von Wärme bzw. Kälte zu ermöglichen. Durch die reduzierte thermische Isolierung ist die Leitung 224', 604 thermisch an das umgebende Erdreich gekoppelt und implementiert so den Erdwärmekollektor 224'. [0376] The additional geothermal collector 224' is implemented as a section of the line 604 with reduced thermal insulation, compared to other areas of the line 604, which are designed with full thermal insulation in order to enable the transport of heat or cold with as little loss as possible. Due to the reduced thermal insulation, the line 224', 604 is thermally coupled to the surrounding soil and thus implements the geothermal collector 224'.
[0377] Der zusätzliche Erdwärmekollektor 224“ ähnelt den im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Erdwärmekollektoren 224, 228. Mithilfe von Ventilen wird er wahlweise an die Leitung 604 gekoppelt, und somit wahlweise an das Speichersystem gekoppelt. [0377] The additional geothermal collector 224" is similar to the geothermal collectors 224, 228 described in connection with FIG. 4. Using valves, it is selectively coupled to the line 604, and thus selectively coupled to the storage system.
[0378] Entsprechend dem beschriebenen (d. h. Niedertemperatur- oder Hochtemperatur- )Speichersystem sind die zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 mittels der Leitungen 606 zu einem zweiten Nahwärmenetz, d. h. zu einem komplementären (d. h. Hochtemperatur- oder Niedertemperatur-)Speichersystem verbunden, um ein komplementäres Speichersystem mit erhöhter Wärmespeicherkapazität zu verwirklichen. Die zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 können den Wärmespeicher und -tauschern 100 der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 ähneln. Alternativ kann anstelle der zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 jeweils ein System 200 vorgesehen sein, das einem der Systeme 200 der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. sd, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! ähnelt. [0378] According to the described (i.e. low-temperature or high-temperature) storage system, the second heat storage and exchangers 210 are connected via the lines 606 to a second local heating network, i.e. H. connected to a complementary (i.e. high temperature or low temperature) storage system to realize a complementary storage system with increased heat storage capacity. The second heat storage and exchangers 210 may be similar to the heat storage and exchangers 100 of FIGS. 1, 2a, 2b or 3. Alternatively, instead of the second heat storage and exchanger 210, a system 200 can be provided, which is one of the systems 200 of FIGS. 4, 5a, 5b, 5c, sd, 5e, 5t , Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5! resembles.
[0379] Wie für den Wärmespeicher und -tauscher 100 und den Erdwärmekollektor 224 beschrieben, ist bei einigen Ausführungsformen der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 an einen Erdwärmekollektor 228 gekoppelt. In der Figur 6 ist der Erdwärmekollektor 228 für das Grundstück unten links gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen sind zudem zusätzliche Erdwärmekollektoren (nicht gezeigt) mit dem komplementären Speichersystem verbunden. Dafür sind diese zusätzlichen Erdwärmekollektoren an die Leitungen 606 gekoppelt, entsprechend der oben beschriebenen Kopplung der zusätzlichen Erdwärmekollektoren 224', 224“ an die Leitungen 604. [0379] As described for the heat storage and exchanger 100 and the geothermal collector 224, in some embodiments, the second heat storage and exchanger 210 is coupled to a geothermal collector 228. In Figure 6, the geothermal collector 228 is shown for the property at the bottom left. In some embodiments, additional geothermal collectors (not shown) are also connected to the complementary storage system. For this purpose, these additional geothermal collectors are coupled to the lines 606, corresponding to the coupling of the additional geothermal collectors 224 ', 224" to the lines 604 described above.
[0380] Bei einigen Ausführungsformen sind zudem thermisch isolierende Trennwände 608 vorgesehen, um den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 von dem Wärmespeicher und -tauscher 100 und/oder dem Erdwärmekollektor 224 thermisch zu isolieren, wie für das Grundstück oben rechts in Fig. 6a dargestellt. Alternativ oder zusätzlich sind bei einigen Ausführungsformen zudem thermisch isolierende Trennwände 608 vorgesehen, um den Erdwärmekollektor 228 von dem Wärmespeicher und -tauscher 100 und/ oder dem Erdwärmekollektor 224 thermisch zu isolieren, wie für das Grundstück unten links in Fig. 6a dargestellt. Weitere thermisch isolierende Trennwände 608 isolieren Leitungen 604, 606 der des Nahwärmenetzes und des zweiten Nahwärmenetzes thermisch voneinander, wie in der Fig. 6a für die Leitungen 604, 606 zwischen den beiden linken Grundstücken 602 gezeigt. Bevorzugt sind die thermisch isolierenden Trennwände 608 zumindest teilweise unterirdisch angeordnet, insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 zumindest teilweise unterirdisch angeordnet sind. [0380] In some embodiments, thermally insulating partitions 608 are also provided to thermally isolate the second heat storage and exchanger 210 from the heat storage and exchanger 100 and/or the geothermal collector 224, as required Property shown at top right in Fig. 6a. Alternatively or additionally, in some embodiments, thermally insulating partitions 608 are also provided to thermally isolate the geothermal collector 228 from the heat storage and exchanger 100 and/or the geothermal collector 224, as shown for the property at the bottom left in Fig. 6a. Further thermally insulating partitions 608 thermally insulate lines 604, 606 of the local heating network and the second local heating network from each other, as shown in FIG. 6a for the lines 604, 606 between the two left-hand properties 602. The thermally insulating partitions 608 are preferably arranged at least partially underground, particularly in embodiments in which the heat storage and exchangers 100, 210 are at least partially arranged underground.
[0381] Bei bevorzugten Ausführungsformen werden entsprechende thermisch isolierende Trennwände verwendet, um den Erdwärmekollektor 224 oder den Erdwärmekollektor 228 zu definieren. Bei derartigen Ausführungsformen begrenzt eine seitlich umlaufende thermisch isolierende Trennwand den Erdwärmekollektor 224 (oder den Erdwärmekollektor 228) seitlich. Optional begrenzt eine obere und/ oder untere thermisch isolierende Trennwand den Erdwärmekollektor 224 (oder den Erdwärmekollektor 228) in seiner vertikalen Erstreckung. [0381] In preferred embodiments, corresponding thermally insulating partitions are used to define the geothermal collector 224 or the geothermal collector 228. In such embodiments, a laterally circumferential thermally insulating partition wall delimits the geothermal collector 224 (or the geothermal collector 228) laterally. Optionally, an upper and/or lower thermally insulating partition limits the geothermal collector 224 (or the geothermal collector 228) in its vertical extent.
[0382] In bevorzugten Ausführungsformen des Systems 200 der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! und des Nahwärmenetz-Systems 600 der Fig. 6a grenzt der Erdwärmekollektor 224 an den Erdwärmekollektor 228 an und ist durch eine in das Erdreich eingelassene thermisch isolierende Trennwand seitlich von dem Erdwärmekollektor 228 abgegrenzt. [0382] In preferred embodiments of the system 200 of FIGS. 4, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5t, 5g, 5h or 5! and the local heating network system 600 of FIG. 6a, the geothermal collector 224 adjoins the geothermal collector 228 and is laterally separated from the geothermal collector 228 by a thermally insulating partition wall embedded in the ground.
[0383] Bei bevorzugten Ausführungsformen weist zumindest eines der Systeme 200 eine Solaranlage 206, 208 auf. Bei einigen Ausführungsformen ist eine lokal begrenzte (z. B. auf einem der Grundstücke 602 oder abseits der Grundstücke 602) Solaranlage 206, 208 vorgesehen, die eine hinreichende Peak- Leistung bereitstellt, um mehrere Grundstücke 602 zu versorgen. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Solaranlagen 206, 208 verteilt, d. h jedes der Systeme 200 weist jeweils eine Solaranlage 206, 208 auf. [0383] In preferred embodiments, at least one of the systems 200 has a solar system 206, 208. In some embodiments, a locally limited (e.g., on one of the properties 602 or off of the properties 602) solar system 206, 208 is provided that provides sufficient peak power to power multiple properties 602. In alternative embodiments, the solar systems 206, 208 are distributed, i.e. h each of the systems 200 has a solar system 206, 208.
[0384] Fig. 6b, Fig. 6c, Fig. 6d und Fig. 6e zeigen die Kopplung eines Wärmespeichers 100 an ein Speichersystem 600 entsprechend verschiedenen Ausführungsformen. Der Wärmespeicher ist bevorzugt ein Wärmespeicher 100 wie zuvor im Zusammenhang mit Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 oder dem System 200 von Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! beschrieben. Das Speichersystem ähnelt demjenigen von Fig. 6a. Der Wärmespeicher 100 kann ein Hochtemperatur- Wärmespeicher 100 oder ein Niedertemperatur-Wärmespeicher too sein; insbesondere ein Hochtemperatur- Wärmespeicher 100, der an ein Hochtemperatur-Speichersystem gekoppelt ist oder ein Niedertemperatur- Wärmespeicher too, der an ein Niedertemperatur -Speichersystem gekoppelt ist. 6b, 6c, 6d and 6e show the coupling of a heat storage 100 to a storage system 600 according to various embodiments. The heat storage is preferably a heat storage 100 as previously in connection with Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b or Fig. 3 or the system 200 of Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5! described. The storage system is similar to that of Fig. 6a. The heat storage 100 can be a high-temperature heat storage 100 or a low-temperature heat storage too; in particular a high-temperature heat storage 100, which is coupled to a high-temperature storage system or a low-temperature heat storage too, which is coupled to a low-temperature storage system.
[0385] In Fig. 6b, Fig. 6c ist der Wärmespeicher 100 rein thermisch an das Speichersystem gekoppelt. Bei einer derartigen Kopplung findet kein Materialaustausch zwischen dem thermischen Speichermedium 108 im Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder einem Medium in der Leitung 604 des Speichersystems) statt. Mit anderen Worten besteht keine Fluidkopplung zwischen dem Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder einer Leitung 604 des Speichersystems). Entsprechende Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die jeweiligen Fluidkreisläufe getrennt sind und in ihrer Zusammensetzung individuell kontrolliert werden können. Eine Verunreinigung eines der Fluidkreisläufe wirkt sich nicht auf den anderen Fluidkreislauf aus. [0385] In Fig. 6b, Fig. 6c, the heat storage 100 is purely thermally coupled to the storage system. With such a coupling, no exchange of material takes place between the thermal storage medium 108 in the storage container 106 and the storage system (or a medium in the line 604 of the storage system). In other words, there is no fluid coupling between the storage container 106 and the storage system (or a line 604 of the storage system). Corresponding embodiments have the advantage that the respective fluid circuits are separate and their composition can be individually controlled. Contamination of one of the fluid circuits does not affect the other fluid circuit.
[0386] Bei einigen Ausführungsformen wird der Erdwärmekollektor 230 selektiv thermisch an das Speichersystem gekoppelt, wie in Fig. 6b, Fig. 6c dargestellt. Die selektive thermische Kopplung zwischen Speichersystem und Erdwärmekollektor 230 kann ebenfalls rein thermisch sein im oben beschriebenen Sinne, insbesondere, wenn die thermische Kopplung zwischen dem Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem rein thermisch ist. Sie ist bei einigen Ausführungsformen in Reihe mit dem Speichersystem und dem Erdwärmekollektor 230 ausgebildet. [0386] In some embodiments, the geothermal collector 230 is selectively thermally coupled to the storage system, as shown in Figures 6b, 6c. The selective thermal coupling between the storage system and the geothermal collector 230 can also be purely thermal in the sense described above, in particular if the thermal coupling between the storage container 106 and the storage system is purely thermal. In some embodiments, it is designed in series with the storage system and the geothermal collector 230.
[0387] In Fig. 6d, Fig. 6e ist der Wärmespeicher 100 an das Speichersystem fluidgekoppelt. Bei einer derartigen Kopplung findet ein Materialaustausch zwischen dem thermischen Speichermedium 108 im Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder einem Medium in der Leitung 604 des Speichersystems) statt. Mit anderen Worten wird ein Fluid im Betrieb durch den Speicherbehälter 106 und die Leitung 604 geströmt. Mit anderen Worten besteht eine Fluidkopplung zwischen dem Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder der Leitung 604 des Speichersystems). Entsprechende Ausführungsformen haben den Vorteil, dass das gesamte Speichersystem nicht nur als thermisches Speichersystem, sondern auch als elektrochemisches Speichersystem operieren kann. Dies wird durch den Austausch des Speichermediums 108 und den darin enthaltenen Elektrolyten im Speichersystem ermöglicht. [0387] In Fig. 6d, Fig. 6e, the heat storage 100 is fluidly coupled to the storage system. With such a coupling, an exchange of material takes place between the thermal storage medium 108 in the storage container 106 and the storage system (or a medium in the line 604 of the storage system). In other words, fluid is flowed through storage container 106 and line 604 during operation. In other words, there is fluid coupling between the storage container 106 and the storage system (or the storage system line 604). Corresponding embodiments have the advantage that the entire storage system can operate not only as a thermal storage system, but also as an electrochemical storage system. This is made possible by replacing the storage medium 108 and the electrolyte contained therein in the storage system.
[0388] Bei einigen Ausführungsformen wird der Erdwärmekollektor 230 selektiv an das Speichersystem fluidgekoppelt, wie in Fig. 6d, Fig. 6e dargestellt. Die selektive Fluidkopplung zwischen Speichersystem und Erdwärmekollektor 230 kann insbesondere ausgebildet sein, wenn der Speicherbehälter 106 und das Speichersystem fluidgekoppelt sind. Sie ist bei einigen Ausführungsformen in Reihe mit dem Speichersystem und dem Erdwärmekollektor 230 ausgebildet. [0388] In some embodiments, the geothermal collector 230 is selectively fluidly coupled to the storage system, as shown in Figures 6d, 6e. The selective fluid coupling between the storage system and the geothermal collector 230 can be designed in particular if the storage container 106 and the storage system are fluidly coupled. In some embodiments, it is designed in series with the storage system and the geothermal collector 230.
[0389] Fig. 7a, Fig. 7b, Fig. 7c, Fig. d und Fig. e zeigen mögliche Anordnungen eines Wärmespeicher und -tauschers 100 relativ zu einem Gebäude 700, dem der Wärmespeicher und - tauscher 100 zugeordnet ist. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 kann denjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 ähneln. 7a, 7b, 7c, d and e show possible arrangements of a heat storage and exchanger 100 relative to a building 700 to which the heat storage and exchanger 100 is assigned. The heat storage and exchanger 100 can be similar to those of FIGS. 1, 2a, 2b or 3.
[0390] In Fig. 7a ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 in dem Gebäude 700 angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Installation. Zudem ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 vor Wettereinflüssen geschützt und seine Lebensdauer verbessert. [0390] In Fig. 7a, the heat storage and exchanger 100 is arranged in the building 700. This allows for easy and cost-effective installation. In addition, the heat storage and exchanger 100 is protected from the effects of the weather and its service life is improved.
[0391] In Fig. 7b ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 außerhalb des Gebäudes 700 angeordnet. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher 104 ein Kältemittel enthält, das leicht brennbar oder giftig ist. Die Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers 100 außerhalb des Gebäudes 700 reduziert resultierende Gefahren für die Bewohner des Gebäudes 700. [0391] In Fig. 7b, the heat storage and exchanger 100 is arranged outside the building 700. Such an arrangement is particularly advantageous if the heat exchanger 104 contains a refrigerant that is highly flammable or toxic. The arrangement of the heat storage and exchanger 100 outside the building 700 reduces resulting dangers for the residents of the building 700.
[0392] In Fig. 7c ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 außerhalb des Gebäudes 700 unterirdisch angeordnet. Durch die unterirdische Anordnung wird der Bereich oberhalb des Wärmespeicher und -tauschers 100 nutzbar gemacht. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 vor Wettereinflüssen geschützt. Zudem kann der Wärmespeicher und -tauscher 100 effektiv thermisch an das umgebende Erdreich gekoppelt und ein Erdwärmekollektor realisiert werden. Eine (zumindest teilweise) unterirdische Anordnung ist auch unterhalb des Gebäudes 700 möglich. [0392] In Fig. 7c, the heat storage and exchanger 100 is arranged underground outside the building 700. The underground arrangement makes the area above the heat storage and exchanger 100 usable. The heat storage and exchanger 100 is protected from the effects of the weather. In addition, the heat storage and exchanger 100 can be effectively thermally coupled to the surrounding soil and a geothermal heat collector can be realized. An (at least partially) underground arrangement is also possible below building 700.
[0393] Die Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers 100 in der Fig. d entspricht derjenigen in der Fig. 7c. Alternativ ist eine oberirdische Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers 100 möglich, wie in der Fig. 7b dargestellt. The arrangement of the heat storage and exchanger 100 in FIG. d corresponds to that in FIG. 7c. Alternatively, an above-ground arrangement of the heat storage and exchanger 100 is possible, as shown in FIG. 7b.
[0394] Dem Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. d ist ein Wärmespeicher 702 zugeordnet, an den der Wärmespeicher und -tauscher 100 (z. B. mittels eines der Wärmetauscher 104, 118, 122, 126) thermisch gekoppelt ist. Der zugeordnete Wärmespeicher 702 ist in dem Gebäude 700 angeordnet. [0395] Fig- 7e zeigt eine besonders vorteilhafte bevorzugte Anordnung mit zwei Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b, die jeweils unterirdisch angeordnet sind. Einer der beiden Wärmespeicher- und tauscher 100a, 100b ist als Niedertemperatur- Wärmespeicher (d. h. Kältespeicher) ausgelegt, beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher- und tauscher 100 der Fig. 2a oder Fig. 2b beschrieben, der andere als Hochtemperatur- Wärmespeichern 100, beispielsweise entsprechend dem Wärmespeicher- und tauscher 100 der Fig. 3. A heat storage 702 is assigned to the heat storage and exchanger 100 of FIG. The associated heat storage 702 is arranged in the building 700. 7e shows a particularly advantageous preferred arrangement with two heat storage and exchangers 100a, 100b, each of which is arranged underground. One of the two heat storage and exchangers 100a, 100b is designed as a low-temperature heat storage (ie cold storage), for example as described in connection with the heat storage and exchanger 100 of Fig. 2a or Fig. 2b, the other as a high-temperature heat storage 100, for example, corresponding to the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3.
[0396] Einer der Wärmespeicher- und tauscher 100a ist an den zugeordnete Wärmespeicher 702 gekoppelt, wie oben beschrieben. Insbesondere ist der Hochtemperatur- Wärmespeicher (bzw. der Niedertemperatur- Wärmespeicher) an den zugeordneten Wärmespeicher 702 gekoppelt, um eine Optimierung für das Heizen (bzw. das Kühlen) des Gebäudes 700 zu gewährleisten. [0396] One of the heat storage and exchangers 100a is coupled to the associated heat storage 702, as described above. In particular, the high-temperature heat storage (or the low-temperature heat storage) is coupled to the associated heat storage 702 in order to ensure optimization for the heating (or cooling) of the building 700.
[0397] Der zugeordnete Wärmespeicher 702 ist in dem Gebäude 700 angeordnet und bevorzugt als Mehrzonen- Wärmespeicher ausgelegt. [0397] The associated heat storage 702 is arranged in the building 700 and is preferably designed as a multi-zone heat storage.
[0398] Zwischen den Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b, insbesondere zwischen deren Speicherbehältern 106, ist eine thermisch isolierende Trennwand 608 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die thermisch isolierende Trennwand 608 zwischen den Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b ebenfalls unterirdisch im Erdreich angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt) sind die Wärmespeicher- und tauscher 100a, 100b aneinander anliegend und/ oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, ohne Erdreich zwischen ihnen. Bei entsprechenden Ausführungsformen ist die thermisch isolierende Trennwand 608 ebenfalls in dem gemeinsamen Gehäuse und somit bevorzugt zumindest teilweise unterirdisch angeordnet. Bei Ausführungsformen, bei denen das System die mit den Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b assoziierten Erdwärmekollektoren 224, 228 aufweist, wie beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben, ist alternativ zu der dargestellten Trennwand 608 oder zusätzlich dazu eine thermisch isolierende Trennwand 608 zwischen den Erdwärmekollektoren 224, 228 angeordnet. [0398] A thermally insulating partition 608 is arranged between the heat storage and exchangers 100a, 100b, in particular between their storage containers 106. In the embodiment shown, the thermally insulating partition 608 between the heat storage and exchangers 100a, 100b is also arranged underground in the ground. In alternative embodiments (not shown), the heat storage and exchangers 100a, 100b are arranged adjacent to one another and/or in a common housing, without soil between them. In corresponding embodiments, the thermally insulating partition 608 is also arranged in the common housing and thus preferably at least partially underground. In embodiments in which the system has the geothermal collectors 224, 228 associated with the heat storage and exchangers 100a, 100b, as described for example in connection with FIG. 4, as an alternative to the partition 608 shown or in addition thereto, a thermally insulating partition 608 is between the geothermal heat collectors 224, 228 arranged.
[0399] Die thermisch isolierende Trennwand 608 ermöglicht eine effektive thermische Isolierung der Wärmespeicher- und tauscher 100a, 100b und/ oder der Erdwärmekollektoren 224, 228, selbst bei einem knappen Platzangebot. Dies ist insbesondere in Wohngebieten mit hohen Grundstückspreisen vorteilhaft, zum Beispiel für Einfamilien- oder Reihenhäuser, oder auch im Umfeld kleiner oder mittlerer Gewerbe, da das System mit der thermisch isolierten Trennwand 608 z. B. auch in einem kleineren Hof untergebracht werden kann. [0400]Die Kombination des Wärmespeicher und -tauschers 100 mit dem zugeordneten Wärmetauscher 702 verbessert beispielsweise die abwechselnde Nutzung des Wärmespeicher und -tauschers 100 als Wärmespeicher (z. B. während des Winters) und als Kältespeicher (z. B. am Übergang von Winter zu Sommer), wie oben beschrieben. Im Winter können Wärmespeicher und -tauscher 100 und zugeordneter Wärmetauscher 702 bei einer höchstmöglichen Temperatur gehalten werden. Am Übergang von Winter zu Sommer kann der Wärmespeicher und - tauscher 100 bei einer geringstmöglichen Temperatur gehalten werden, und beispielsweise auch einfrieren (d. h. als Eisspeicher genutzt werden), während der zugeordnete Wärmetauscher 702 bei einer höheren Temperatur gehalten wird, beispielsweise für Brauchwasser und/oder Heizwasser für das Gebäude 700. Bei entsprechenden Ausführungsformen ist die Speicherung von Kälte in dem Wärmespeicher und -tauscher 100 durch die Ausnutzung der latenten Wärme am Phasenübergang verbessert. [0399] The thermally insulating partition 608 enables effective thermal insulation of the heat storage and exchangers 100a, 100b and/or the geothermal collectors 224, 228, even when space is limited. This is particularly advantageous in residential areas with high property prices, for example for single-family or terraced houses, or in the environment of small or medium-sized businesses, since the system with the thermally insulated partition 608 e.g. B. can also be accommodated in a smaller yard. [0400]The combination of the heat storage and exchanger 100 with the associated heat exchanger 702 improves, for example, the alternating use of the heat storage and exchanger 100 as a heat storage (e.g. during winter) and as a cold storage (e.g. at the transition from winter to summer), as described above. In winter, heat storage and exchanger 100 and associated heat exchanger 702 can be kept at the highest possible temperature. At the transition from winter to summer, the heat storage and exchanger 100 can be kept at the lowest possible temperature and, for example, also freeze (ie used as ice storage), while the associated heat exchanger 702 is kept at a higher temperature, for example for service water and/or Heating water for the building 700. In corresponding embodiments, the storage of cold in the heat storage and exchanger 100 is improved by utilizing the latent heat at the phase transition.
[0401] Bei alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) sind der Wärmespeicher und - tauscher 100 und der zugeordnete Wärmespeicher 702 der Fig. d vertauscht, d. h. der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist in dem Gebäude 700 angeordnet und der zugeordnete Wärmespeicher 702 außerhalb des Gebäudes 700. Bei entsprechenden Ausführungsformen lässt sich ebenfalls die verbesserte Kältespeicherung, wie oben beschrieben, erzielen, wobei der zugeordnete Wärmespeicher 702 einfrieren (d. h. als Eisspeicher genutzt werden) kann. In alternative embodiments (not shown), the heat storage and exchanger 100 and the associated heat storage 702 of FIG. d are swapped, i.e. H. the heat storage and exchanger 100 is arranged in the building 700 and the associated heat storage 702 outside the building 700. In corresponding embodiments, the improved cold storage as described above can also be achieved, with the associated heat storage 702 freezing (i.e. being used as ice storage ) can.
[0402] Fig. 8 zeigt ein System 200 mit einem Wärmespeicher- und tauscher 100 und einem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 210. Das System 200 ähnelt demjenigen der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! und kann eines oder alle der dort beschriebenen Elemente aufweisen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich entsprechend auf zusätzliche Elemente. 8 shows a system 200 with a heat storage and exchanger 100 and a second heat storage and exchanger 210. The system 200 is similar to that of Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h or Fig. 5! and may include any or all of the elements described therein. The following description is limited to additional elements.
[0403] Bei einigen Ausführungsformen ähnelt der Wärmespeicher- und tauscher 100 demjenigen der Fig. 2a oder der Fig. 2b, und der zweite Wärmespeicher- und tauscher 210 dem Wärmespeicher- und tauscher 100 der Fig. 3. [0403] In some embodiments, the heat storage and exchanger 100 is similar to that of FIG. 2a or FIG. 2b, and the second heat storage and exchanger 210 is similar to the heat storage and exchanger 100 of FIG. 3.
[0404] Bei dem System 200 der Fig. 8 handelt es sich bei den thermischen Speichermedien der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 um Elektrolyte für eine Redox-Flow-Batterie, und das System 200 umfasst weiterhin eine elektrochemische Zelle 800. 8, the thermal storage media of the heat storage and exchangers 100, 210 are electrolytes for a redox flow battery, and the system 200 further comprises an electrochemical cell 800.
[0405] Vorzugsweise umfasst das Elektrolyt redox-aktive chemische Verbindungen, insbesondere Ionen einer Metallverbindung, vorzugsweise Ionen einer Vanadium-, Natrium-, Zink-, oder Eisenverbindung, und/oder redox-aktive organische Verbindungen, vorzugsweise Violo- gene, Chinonen, Lignine oder Ligninsulfate. [0405] Preferably, the electrolyte comprises redox-active chemical compounds, in particular ions of a metal compound, preferably ions of a vanadium, sodium, zinc, or iron compound, and/or redox-active organic compounds, preferably viologes, quinones, lignins or lignin sulfates.
[0406] Beispielsweise können die Elektrolyte durch in Wasser gelöste Vanadium(oxid)-Ionen oder durch eine Kochsalzlösung in Verbindung mit Aminoxyl-Radikalen, wie 2,2,6,6-Tetrame- thylpiperidinyloxyl (TEMPO), und einem Viologen bereitgestellt werden. Der Fachmann versteht jedoch, dass die vorgenannten Beispiele lediglich exemplarisch sind und grundsätzlich andere Elektrolyte verwendet werden können. [0406] For example, the electrolytes can be provided by vanadium (oxide) ions dissolved in water or by a saline solution in combination with aminoxyl radicals, such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO), and a viologen. However, the person skilled in the art understands that the aforementioned examples are merely exemplary and that fundamentally other electrolytes can be used.
[0407] Pumpen, die in den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210, der elektrochemischen Zelle 800, oder in Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b dazwischen angeordnet sind, strömen die Elektrolyte aus den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210 durch die Elektrolyt- Leitungen 802a, 802b zu der elektrochemischen Zelle 800. Der innere Aufbau (nicht gezeigt) der elektrochemischen Zelle 800 umfasst mehrere elektrochemische Halbzellen, eine Membran dazwischen und den elektrochemischen Halbzellen zugeordnete Elektroden. Die Elektrolytleitungen 802a, 802b führen zu unterschiedlichen elektrochemischen Halbzellen, die durch die Membran getrennt sind, d. h. die Elektrolyte werden mittels der Elektrolytleitungen 802a, 802b durch diese unterschiedlichen elektrochemischen Halbzellen geströmt. Erzeugter Strom kann an den zugeordneten Elektroden entnommen werden. [0407] Pumps, which are arranged in the heat storage and exchangers 100, 210, the electrochemical cell 800, or in electrolyte lines 802a, 802b between them, flow the electrolytes from the heat storage and exchangers 100, 210 through the electrolyte lines 802a, 802b to the electrochemical cell 800. The internal structure (not shown) of the electrochemical cell 800 includes a plurality of electrochemical half-cells, a membrane therebetween, and electrodes associated with the electrochemical half-cells. The electrolyte lines 802a, 802b lead to different electrochemical half cells that are separated by the membrane, i.e. H. the electrolytes are flowed through these different electrochemical half-cells by means of the electrolyte lines 802a, 802b. Electricity generated can be taken from the assigned electrodes.
[0408] Die elektrochemische Zelle 800 ist thermisch an zumindest einen der Wärmespeicherund tauscher 100, 210 gekoppelt. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Kopplung wahlweise mittels der Ventile 806 an die Fluidleitungen 808a, 808b und somit wahlweise an die Wärmespeicher- und tauscher 100, 210. Bei alternativen Ausführungsformen ist jedoch lediglich die Kopplung an einen der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210, insbesondere die Kopplung mittels der Fluidleitung 808b an den Hochtemperatur- Wärmespeicher 210, vorhanden. [0408] The electrochemical cell 800 is thermally coupled to at least one of the heat storage and exchangers 100, 210. In the illustrated embodiment, the coupling takes place either by means of the valves 806 to the fluid lines 808a, 808b and thus optionally to the heat storage and exchangers 100, 210. In alternative embodiments, however, only the coupling is to one of the heat storage and exchangers 100, 210, in particular the coupling by means of the fluid line 808b to the high-temperature heat storage 210.
[0409] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel koppeln die Fluidleitungen 808a, 808b die elektrochemische Zelle 800 unmittelbar an den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210. Bei alternativen Ausführungsformen erfolgt die Kopplung wahlweise mittels der Wärmepumpe 204, d. h. die Fluidleitungen 808a, 808b werden wahlweise anstatt an den Wärmespeicherundtauscher 100, 210 an die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 gekoppelt. Bei Auswahl der Kopplung an die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 wird die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 thermisch an den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 gekoppelt. [0410] Im Detail erfolgt die thermische Kopplung mittels eines an die elektrochemische Zelle 800 thermisch angekoppelten Wärmetauschers 804. Dieser kann außenseitig an zumindest eine der elektrochemischen Halbzellen thermisch angekoppelt sein. Bevorzugt ist der Wärmetauscher 804 jedoch in mindestens einer der elektrochemischen Halbzellen angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen sind Teil-Wärmetauscher in mehreren elektrochemischen Halbzellen angeordnet, und die Teil-Wärmetauscher sind zu dem Wärmetauscher 804 zusammen- geschalten, beispielsweise in Reihe. [0409] In the illustrated embodiment, the fluid lines 808a, 808b couple the electrochemical cell 800 directly to the heat storage and exchanger 100, 210. In alternative embodiments, the coupling takes place either by means of the heat pump 204, that is, the fluid lines 808a, 808b are optionally instead of the heat storage and exchanger 100, 210 is coupled to the cold side 214 of the heat pump 204. When coupling to the cold side 214 of the heat pump 204 is selected, the warm side 216 of the heat pump 204 is thermally coupled to the heat storage and exchanger 100, 210. [0410] In detail, the thermal coupling takes place by means of a heat exchanger 804 that is thermally coupled to the electrochemical cell 800. This can be thermally coupled to at least one of the electrochemical half cells on the outside. However, the heat exchanger 804 is preferably arranged in at least one of the electrochemical half cells. In some embodiments, partial heat exchangers are arranged in a plurality of electrochemical half cells, and the partial heat exchangers are interconnected to form the heat exchanger 804, for example in series.
[0411] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrochemische Zelle 800 räumlich getrennt von den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) ist jedoch die elektrochemische Zelle 800 in dem Wärmespeicher- und tauscher 100 oder dem Wärmespeicher- und tauscher 210 angeordnet, so dass ein hochintegriertes System für eine schnelle und kostengünstige Montage bereitgestellt wird. [0411] In the exemplary embodiment shown, the electrochemical cell 800 is arranged spatially separated from the heat storage and exchangers 100, 210. However, in alternative embodiments (not shown), the electrochemical cell 800 is located in the heat storage and exchanger 100 or the heat storage and exchanger 210, providing a highly integrated system for quick and cost-effective assembly.
[0412] Durch die doppelte Kopplung zumindest eines der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 an die elektrochemische Zelle 800, einerseits mittels der Elektrolytleitung 802a, 802b, andererseits mittels der thermischen Kopplung durch die Fluidleitung 808a, 808b, nutzt das System 200 die elektrochemische Zelle 800 doppelt. Einerseits dient sie zur Stromgewinnung mithilfe der Elektrolyte der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210. Andererseits wird die in der elektrochemischen Zelle 800 anfallende Abwärme in den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 zur (z. B. späteren) Nutzung eingespeichert. Umgekehrt nutzt das System den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 bzw. das darin enthaltene thermische Speichermedium doppelt, einerseits als Elektrolyt für die elektrochemische Zelle 800, andererseits als Energiespeicher zur Aufnahme der durch die elektrochemische Zelle 800 erzeugten Abwärme. [0412] Due to the double coupling of at least one of the heat storage and exchangers 100, 210 to the electrochemical cell 800, on the one hand by means of the electrolyte line 802a, 802b, and on the other hand by means of the thermal coupling through the fluid line 808a, 808b, the system 200 uses the electrochemical cell 800 double. On the one hand, it is used to generate electricity using the electrolytes of the heat storage and exchangers 100, 210. On the other hand, the waste heat generated in the electrochemical cell 800 is stored in the heat storage and exchanger 100, 210 for (e.g. later) use. Conversely, the system uses the heat storage and exchanger 100, 210 or the thermal storage medium contained therein twice, on the one hand as an electrolyte for the electrochemical cell 800, and on the other hand as an energy storage device to absorb the waste heat generated by the electrochemical cell 800.
[0413] Sollte eine Temperatur des Elektrolyts im Speicherbehälter erwartungsgemäß Temperaturwerte außerhalb optimaler Betriebstemperaturen der elektrochemischen Zelle 800 erreichen, kann auch eine Wärmekopplung zwischen den Elektrolytleitungen und/ oder der Zufuhrleitungen mit Wärmeverbrauchern, wie Heizungsleitungen, erfolgen, um in der elektrochemischen Zelle 800 geeignete Betriebstemperaturen zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich kann eine maximale Speichertemperatur des Speicherbehälters auf eine kompatible Temperatur des Elektrolyts begrenzt werden, beispielsweise falls oberhalb der maximalen Speichertemperatur chemische Prozesse eine effektive Speicherung elektrischer Energie verhindern würden, und die Steuerung kann den Betrieb der Wärmepumpe entsprechend begrenzen. [0414] Alternativ zur elektrolytischen Zelle oder zusätzlich dazu umfasst der oben beschriebene Wärmespeicher- undtauscher oder das oben beschriebe System bei einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt) ferner eine thermoelektrochemische Zelle, welche mit dem (ersten) Wärmespeicher- und tauscher 100 und/oder dem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 210 zur Erzeugung von elektrischer Energie koppelbar ist. [0413] If, as expected, a temperature of the electrolyte in the storage container reaches temperature values outside the optimal operating temperatures of the electrochemical cell 800, a thermal coupling can also take place between the electrolyte lines and/or the supply lines with heat consumers, such as heating lines, in order to achieve suitable operating temperatures in the electrochemical cell 800 receive. Alternatively or additionally, a maximum storage temperature of the storage container can be limited to a compatible temperature of the electrolyte, for example if chemical processes above the maximum storage temperature would prevent effective storage of electrical energy, and the controller can limit the operation of the heat pump accordingly. [0414] Alternatively to the electrolytic cell or in addition thereto, in some embodiments (not shown) the above-described heat storage and exchanger or system further comprises a thermoelectrochemical cell which is connected to the (first) heat storage and exchanger 100 and/or the second Heat storage and exchanger 210 can be coupled to generate electrical energy.
[0415] Eine thermoelektrochemische Zelle kann eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Elektroden nutzen, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Zum Beispiel kann die thermoelektrische Zelle auf einem temperaturabhängigen Redox-Paar basieren, wie auf einem Ferri-/Ferrocyanid Paar, sodass unterschiedliche Temperaturniveaus an den Elektroden, wie 20 °C und 60 °C, zur Stromerzeugung genutzt werden können. [0415] A thermoelectrochemical cell can utilize a temperature difference between two electrodes to convert thermal energy into electrical energy. For example, the thermoelectric cell can be based on a temperature-dependent redox couple, such as a ferric/ferrocyanide couple, so that different temperature levels at the electrodes, such as 20 °C and 60 °C, can be used to generate electricity.
[0416] Eine entsprechende Elektrolytlösung zum Betrieb der thermoelektrischen Zelle kann in dem Speicherbehälter des ersten Wärmespeicher- und tauschers 100 und/oder des zweiten Wärmespeicher- und tauschers 210 gespeichert werden, oder die thermoelektrochemische Zelle kann über Wärmetauscher mit dem ersten Wärmespeicher- und tauscher 100 und/ oder dem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 210 koppelbar sein. [0416] A corresponding electrolyte solution for operating the thermoelectric cell can be stored in the storage container of the first heat storage and exchanger 100 and/or the second heat storage and exchanger 210, or the thermoelectrochemical cell can be connected to the first heat storage and exchanger 100 via heat exchangers and/or the second heat storage and exchanger 210 can be coupled.
[0417] Zum Beispiel können die Elektroden der thermoelektrochemischen Zelle jeweils mit dem ersten und dem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 gekoppelt werden, um eine Temperaturdifferenz in der thermoelektrochemischen Zelle zu erzeugen. Die Temperaturdifferenz kann anschließend eine Potentialdifferenz erzeugen, die an den Elektroden abgegriffen werden kann. Somit können die durch das Umspeichern in den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210 vorgehaltenen unterschiedlichen Temperaturniveaus in der thermoelektrochemischen Zelle zur Stromerzeugung genutzt werden. [0417] For example, the electrodes of the thermoelectrochemical cell may be coupled to the first and second heat storage and exchangers 100, 210, respectively, to create a temperature difference in the thermoelectrochemical cell. The temperature difference can then generate a potential difference that can be tapped at the electrodes. Thus, the different temperature levels maintained in the thermoelectrochemical cell by the storage in the heat storage and exchangers 100, 210 can be used to generate electricity.
[0418] Ferner kann die gespeicherte thermische Energie in dem (ersten) Wärmespeicher- und tauscher 100 auch zur Regeneration einer Elektrolytlösung genutzt werden, um Strom, bspw. gemäß dem Wirkprinzip von thermisch regenerierbaren elektrochemischen Zyklen (TREC) oder thermisch regenerierbaren Batterien (TRB), zu erzeugen. In anderen Worten kann das System eine TREC-Zelle oder eine thermisch regenerierbare Batterie umfassen und die Steuerung kann eingerichtet sein, um abhängig von einer Verfügbarkeit von elektrischer Energie, die TREC-Zelle oder die thermisch regenerierbare Batterie wahlweise mit der Wärmepumpe oder dem (ersten) Wärmespeicher- und tauscher 100 zu koppeln, um die TREC-Zelle oder die thermisch regenerierbare Batterie zu regenerieren. [0419] Fig- 9a und Fig. 9b zeigen Nahwärmenetze 610a, 610b bzw. ein Nahwärmenetzsystem 600 mit einer elektrochemischen Zelle 800 gemäß zweier Ausführungsformen. Die Nahwärmenetze 610a, 610b bzw. das Nahwärmenetzsystem 600 ähneln dem zuvor in Zusammenhang mit Fig. 6a - Fig. 6e beschriebenen Nahwärmenetz bzw. Nahwärmenetzsystem 600, und können mit weiteren der dort beschriebenen Elemente ausgebildet sein, obgleich diese zur Vermeidung von Wiederholungen in Fig. 9a, Fig. 9b nicht dargestellt sind. Die elektrochemische Zelle 800 ähnelt derjenigen des Ausführungsbeispiels der Fig. 8. [0418] Furthermore, the stored thermal energy in the (first) heat storage and exchanger 100 can also be used to regenerate an electrolyte solution in order to generate electricity, for example according to the operating principle of thermally regenerable electrochemical cycles (TREC) or thermally regenerable batteries (TRB). , to create. In other words, the system can include a TREC cell or a thermally regenerable battery and the controller can be set up to optionally connect the TREC cell or the thermally regenerable battery to the heat pump or the (first) depending on the availability of electrical energy. Heat storage and exchanger 100 to be coupled in order to regenerate the TREC cell or the thermally regenerable battery. 9a and 9b show local heating networks 610a, 610b and a local heating network system 600 with an electrochemical cell 800 according to two embodiments. The local heating networks 610a, 610b or the local heating network system 600 are similar to the local heating network or local heating network system 600 previously described in connection with FIGS. 9a, Fig. 9b are not shown. The electrochemical cell 800 is similar to that of the exemplary embodiment in FIG.
[0420] Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9a sind die Wärmespeicher und -tauscher 100 des Nahwärmenetzes 610a an bzw. durch die Leitung(en) 604a fluidgekoppelt, wie im Detail im Zusammenhang mit den Fig. 6d, Fig. 6e beschrieben. Die Wärmespeicher und -tauscher 100 des Nahwärmenetzes 610b sind in ähnlicher Weise an bzw. durch die Leitung 604b fluidgekoppelt. Die thermischen Speichermedien der Wärmespeicher und -tauscher 100 sind Elekt- rolyte wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben. Die Nahwärmenetze 610a, 610b sind fluidisch voneinander entkoppelt (voneinander separiert) und bevorzugt auch thermisch voneinander entkoppelt. [0420] In the exemplary embodiment of FIG. 9a, the heat storage and exchangers 100 of the local heating network 610a are fluidly coupled to or through the line(s) 604a, as described in detail in connection with FIGS. 6d, 6e. The heat storage and exchangers 100 of the local heating network 610b are fluidly coupled in a similar manner to or through the line 604b. The thermal storage media of the heat storage and exchanger 100 are electrolytes as described in connection with FIG. 8. The local heating networks 610a, 610b are fluidically decoupled from one another (separated from one another) and preferably also thermally decoupled from one another.
[0421] Eine elektrochemische Zelle 800 ist durch die Ventile 612 und die Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b selektiv fluidisch an die Leitungen 604a, 604b bzw. an die Wärmespeicher und - tauscher 100 bzw. an die Nahwärmenetze 610a, 610b gekoppelt. Insbesondere ist eine Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 an das Nahwärmenetz 610a (oder an dessen Leitung 604a oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100) selektiv fluidgekoppelt. Eine weitere Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 ist an das Nahwärmenetz 610b (oder an dessen Leitung 604b oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100) selektiv fluidgekoppelt. [0421] An electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the lines 604a, 604b or to the heat storage and exchangers 100 or to the local heating networks 610a, 610b through the valves 612 and the electrolyte lines 802a, 802b. In particular, a half cell of the electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the local heating network 610a (or to its line 604a or to its heat storage and exchanger 100). Another half cell of the electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the local heating network 610b (or to its line 604b or to its heat storage and exchanger 100).
[0422] Somit dient jedes der Nahwärmenetze 610a, 610b als elektrochemisches Speichersystem für jeweils eine der Halbzellen, bzw. die Nahwärmenetze 610a, 610b dienen in ihrer Gesamtheit als elektrochemisches Speichersystem für die elektrochemische Zelle 800. [0422] Thus, each of the local heating networks 610a, 610b serves as an electrochemical storage system for one of the half cells, or the local heating networks 610a, 610b as a whole serve as an electrochemical storage system for the electrochemical cell 800.
[0423] Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9b sind die Wärmespeicher und -tauscher 100 des Nahwärmenetz-Systems 600 an bzw. durch die Leitung(en) 604 fluidgekoppelt, wie im Detail im Zusammenhang mit den Fig. 6d, Fig. 6e beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen dienen die entsprechenden Wärmespeicher und -tauscher 100 als Hochtemperatur- Wärmespeicher des Nahwärmenetz-Systems 600. Die Wärmespeicher und -tauscher 210 des Nahwärmenetz-Systems 600 sind an bzw. durch die Leitung 606 fluidgekoppelt, wie im Detail im Zusammenhang mit der Fig. 6d, Fig. 6e beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen dienen die entsprechenden Wärmespeicher und -tauscher 210 als Niedertemperatur- Wärmespeicher des Nahwärmenetz- Systems 600. Alternativ dienen die Wärmespeicher und -tauscher 100 als Niedertemperatur- Wärmespeicher und die Wärmespeicher und -tauscher 210 als Hochtemperatur-Wärmespeicher des Nahwärmenetz-Systems 600. [0423] In the exemplary embodiment of FIG. 9b, the heat storage and exchangers 100 of the local heating network system 600 are fluidly coupled to or through the line(s) 604, as described in detail in connection with FIGS. 6d, 6e. In some embodiments, the corresponding heat storage and exchangers 100 serve as high-temperature heat storage of the local heating network system 600. The heat storage and exchangers 210 of the local heating network system 600 are fluidly coupled to or through the line 606, as in detail in connection with the FIG 6d, 6e described. In some embodiments, the corresponding heat storage and exchangers 210 serve as low-temperature heat storage of the local heating network system 600. Alternatively, the heat storage and exchangers 100 serve as low-temperature heat storage and the heat storage and exchangers 210 serve as high-temperature heat storage of the local heating network system 600.
[0424] Eine elektrochemische Zelle 800 ist durch die Ventile 612 und die Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b selektiv fluidisch an die Leitungen 604, 606 bzw. an die Wärmespeicher und - tauscher 100, 210 gekoppelt. Dabei ist eine Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 an die Wärmespeicher und -tauscher 100, eine weitere Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 an die Wärmespeicher und -tauscher 210 selektiv fluidgekoppelt. Im Weiteren entsprechen Funktion und Vorteile den im Zusammenhang mit Fig. 9a beschriebenen, wobei die beiden Nahwärmenetze des Nahwärmenetz-Systems 600 (bzw. ihre entsprechenden Komponenten) an die Stelle der Nahwärmenetze 610a, 610b der Fig. 9a (bzw. ihrer entsprechenden Komponenten) treten. [0424] An electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the lines 604, 606 or to the heat storage and exchangers 100, 210 through the valves 612 and the electrolyte lines 802a, 802b. A half cell of the electrochemical cell 800 is selectively fluidly coupled to the heat storage and exchanger 100, and another half cell of the electrochemical cell 800 to the heat storage and exchanger 210. Furthermore, the function and advantages correspond to those described in connection with FIG. 9a, with the two local heating networks of the local heating network system 600 (or their corresponding components) replacing the local heating networks 610a, 610b of FIG. 9a (or their corresponding components). step.
[0425] Bei den Ausführungsformen der Fig. 9a, Fig. 9b ist die elektrochemische Zelle 800 bevorzugt an ein Nahwärmenetz 610a, 610b oder ein Nahwärmenetz des Nahwärmenetz-Systems 600 (oder an dessen Leitung 604, 604b, 606, 606b oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100, 210) fluidgekoppelt, das frostfrei betrieben wird, beispielsweise bei einer Temperatur von mindestens 1°C, mindestens io°C, mindestens 15°C oder mindestens 20°C. Bei einigen Ausführungsformen sind die beiden im Zusammenhang mit den Fig. 9a, Fig. 9b beschriebenen Halbzellen der elektrochemischen Zelle 800 jeweils an ein entsprechendes Nahwärmenetz (oder eine entsprechende Komponente davon) fluidgekoppelt. 9a, 9b, the electrochemical cell 800 is preferably connected to a local heating network 610a, 610b or a local heating network of the local heating network system 600 (or to its line 604, 604b, 606, 606b or to its heat storage and exchanger 100, 210) fluid-coupled, which is operated frost-free, for example at a temperature of at least 1 ° C, at least 10 ° C, at least 15 ° C or at least 20 ° C. In some embodiments, the two half cells of the electrochemical cell 800 described in connection with FIGS. 9a, 9b are each fluidly coupled to a corresponding local heating network (or a corresponding component thereof).
[0426] Bei den Ausführungsformen der Fig. 9a, Fig. 9b ist neben der Fluidkopplung der Elektrolytzelle 800 an zumindest eines der Nahwärmenetze 610a, 610b oder der Nahwärmenetze des Nahwärmenetz-Systems 600 (oder an dessen Leitung 604, 604b, 606, 606b oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100, 210) optional eine thermische Kopplung (nicht dargestellt) der Elektrolytzelle 800 an zumindest einen der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 des Nahwärmenetzes vorgesehen, wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 beschrieben ist. Diese thermische Kopplung ist räumlich getrennt von der vorgenannten Fluidkopplung, beispielsweise unter Verwendung von mindestens einer gesonderten Fluidleitung 808a, 808b (wie in Fig. 8 beschrieben, in Fig. 9a, 9b nicht dargestellt) die von den Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b fluidisch getrennt ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Elektrolytzelle 800 einen Wärmetauscher 804 auf, ähnlich dem in Fig. 8 beschriebenen Wärmetauscher 804, und dieser Wärmetauscher 804 ist thermisch an mindestens einen der Speicherbehälter 100, 210 gekoppelt, und bei einigen Ausführungsformen rein thermisch gekoppelt (d.h. fluidisch getrennt). LISTE DER BEZUGSZEICHEN 9a, 9b, in addition to the fluid coupling of the electrolyte cell 800 to at least one of the local heating networks 610a, 610b or the local heating networks of the local heating network system 600 (or to its line 604, 604b, 606, 606b or on its heat storage and exchanger 100, 210) optionally a thermal coupling (not shown) of the electrolyte cell 800 is provided to at least one of the heat storage and exchangers 100, 210 of the local heating network, as described in connection with the exemplary embodiment of FIG. This thermal coupling is spatially separated from the aforementioned fluid coupling, for example using at least one separate fluid line 808a, 808b (as described in Fig. 8, not shown in Fig. 9a, 9b) which is fluidically separated from the electrolyte lines 802a, 802b is. In some embodiments, the electrolyte cell 800 includes a heat exchanger 804, similar to the heat exchanger 804 described in FIG. . LIST OF REFERENCE SYMBOLS
100, 100a, 100b Wärmespeicher und -tauscher 100, 100a, 100b heat storage and exchanger
102a, 102b erste, zweite Fluidleitung 102a, 102b first, second fluid line
104 Wärmetauscher 104 heat exchangers
106 Speicherbehälter 106 storage containers
108 thermisches Speichermedium 108 thermal storage medium
110 gestrichelt hervorgehobener Bereich (mit innerer Struktur des Wärmetauschers) 110 area highlighted with dashed lines (with internal structure of the heat exchanger)
112 Zu-/Ableitung der ersten Fluidleitung 112 supply/discharge of the first fluid line
114 Zu-/Ableitung der zweiten Fluidleitung 114 supply/discharge of the second fluid line
116 Sollfüllhöhe des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium116 Target filling level of the storage container for the thermal storage medium
118, 122, 126 zusätzlicher Wärmetauscher 118, 122, 126 additional heat exchangers
120, 124, 128 Zu-/Ableitung des zusätzlichen Wärmetauschers 120, 124, 128 Inlet/outlet line of the additional heat exchanger
130a, 130b, 130c Druckausgleichsbehälter obere Mantelbereich 130a, 130b, 130c pressure compensation tank upper jacket area
132b unterer Mantelbereich 132b lower jacket area
134, 140 thermische Isolierung 134, 140 thermal insulation
138 zweiter Bereich des Wärmetauschers, Endbereich des Wärmetauschers138 second area of the heat exchanger, end area of the heat exchanger
142 Dom 142 Cathedral
144 erster Bereich des Wärmetauschers 144 first area of the heat exchanger
146, 148 Strömungskanal, Rohre 146, 148 flow channel, pipes
150 Umwälzvorrichtung 150 circulation device
152 von der Umwälzvorrichtung erzeugte Strömung 152 flow generated by the circulation device
200 System 200 system
202 Steuergerät 204 Wärmepumpe 202 control unit 204 heat pump
206 photovoltaische Anlage (Solaranlage) 206 photovoltaic system (solar system)
208 solarthermische Anlage (Solaranlage) 208 solar thermal system (solar system)
210 zweiter Wärmespeicher 210 second heat storage
212a erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeichers 212a first fluid line of the second heat storage
212b zweite Fluidleitung des zweiten Wärmespeichers212b second fluid line of the second heat storage
214 kalte Seite der Wärmepumpe 214 cold side of the heat pump
216 warme Seite der Wärmepumpe 216 warm side of the heat pump
218 zusätzlicher Wärmetauscher des zweiten Wärmespeichers218 additional heat exchanger of the second heat storage
220 Speicherbehälter des zweiten Wärmespeichers 220 storage containers of the second heat storage
222 Wärmetauscher des zweiten Wärmespeichers 222 heat exchanger of the second heat storage
224, 228 Erdwärmekollektor 224, 228 geothermal collector
230, 232 Erdreich 230, 232 soil
500a, 500a‘ erster Betriebsmodus 500a, 500a' first operating mode
502 Gebäude 502 buildings
504 Fluidleitungen zu/von Gebäude 504 fluid lines to/from building
506a Fluidleitungen zu/von Wärmepumpe 506a Fluid lines to/from heat pump
508a, 508b Ventile 508a, 508b valves
500p zweiter Betriebsmodus 500p second operating mode
512 Ventile 512 valves
510 dritter Betriebsmodus 510 third operating mode
520 vierter Betriebsmodus 520 fourth operating mode
530, 530‘, 530“, 53o“‘fünfter Betriebsmodus 530, 530', 530", 53o"' fifth operating mode
600 Nahwärmenetz 600 local heating network
602 Gebäude, Grundstück 604, 606 Leitungen 602 buildings, land 604, 606 lines
6o8 thermisch isolierende Trennwand6o8 thermal insulating partition
224', 224“ zusätzlicher Erdwärmekollektor 700 Gebäude 224', 224" additional geothermal collector 700 buildings
702 zugeordneter Wärmespeicher 702 assigned heat storage
800 elektrochemische Zelle 800 electrochemical cell
802a, 80b Elektrolytleitung 804 Wärmetauscher der elektrochemischen Zelle802a, 80b Electrolyte line 804 Heat exchanger of the electrochemical cell
806 Flusssteuerung (Ventil oder Umwälzpumpe)806 flow control (valve or circulation pump)
808a, 808b Fluidleitung 808a, 808b fluid line
610a, 610b Nahwärmenetz, weiteres Nahwärmenetz 612 Ventil 610a, 610b local heating network, further local heating network 612 valve

Claims

Ansprüche Expectations
1. Wärmespeicher und -tauscher (100), aufweisend: eine erste Fluidleitung (102a) und eine zweite Fluidleitung (102b); einen Wärmetauscher (104), der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (102a) und der zweiten Fluidleitung (102b) zu übertragen; und einen Speicherbehälter (106), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers (104) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher (104) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen. 1. Heat storage and exchanger (100), comprising: a first fluid line (102a) and a second fluid line (102b); a heat exchanger (104) configured to transfer heat between the first fluid line (102a) and the second fluid line (102b); and a storage container (106) adapted to receive a thermal storage medium (108); wherein at least a portion of the heat exchanger (104) is disposed in the storage container (106) to enable heat to be transferred between the heat exchanger (104) and the thermal storage medium (108).
2. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fluidleitung (102a) und die zweite Fluidleitung (102b) im Wärmetauscher (104) und/ oder über einen Bereich von mindestens 0,5 m oder von mindestens 1 m oder von mindestens 2 m in direktem Kontakt stehen. 2. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the first fluid line (102a) and the second fluid line (102b) in the heat exchanger (104) and / or over a range of at least 0.5 m or at least 1 m or at least 2 m in direct contact.
3. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Fluidleitung (102b) thermisch an eine Solaranlage (206, 208) gekoppelt ist; und/oder wobei die erste Fluidleitung (102a) thermisch an eine kalte Seite (214) einer Wärmepumpe (204) gekoppelt ist. 3. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the second fluid line (102b) is thermally coupled to a solar system (206, 208); and/or wherein the first fluid line (102a) is thermally coupled to a cold side (214) of a heat pump (204).
4. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (104) einen Doppelrohrwärmetauscher aufweist. 4. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the heat exchanger (104) has a double-tube heat exchanger.
5. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach Anspruch 4, wobei die erste Fluidleitung (102a) ein inneres Rohr des Doppelrohrwärmetauschers umfasst, und wobei die erste Fluidleitung (102a) an eine Wärmepumpe (204) gekoppelt ist oder an die kalte Seite (214) der Wärmepumpe (204) gekoppelt ist. 5. Heat storage and exchanger (100) according to claim 4, wherein the first fluid line (102a) comprises an inner tube of the double-tube heat exchanger, and wherein the first fluid line (102a) is coupled to a heat pump (204) or is coupled to the cold side (214) of the heat pump (204).
6. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicherbehälter (106) ein Zisternenspeicher ist und/oder für eine unterirdische Anordnung eingerichtet ist und/oder ein Volumen für das thermische Speichermedium (108) von mindestens 1 m3 aufweist oder von mindestens 2 m3 oder von mindestens 3 m3. 6. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the storage container (106) is a cistern storage and / or is set up for an underground arrangement and / or a volume for the thermal storage medium (108) of at least 1 m 3 or of at least 2 m 3 or at least 3 m 3 .
7. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fluidleitung (102a) und/ oder die zweite Fluidleitung (102b) dazu eingerichtet ist, eine obere Oberfläche (116) des thermischen Speichermediums (108) zumindest einmal oder zumindest zweimal zu durchtreten, wenn das thermische Speichermedium (108) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist; und/oder die erste Fluidleitung (102a) und/oder die zweite Fluidleitung (102b) den Speicherbehälter (106) zumindest einmal oder zumindest zweimal im obersten Fünftel von dessen Höhenerstreckung durchtritt. 7. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the first fluid line (102a) and / or the second fluid line (102b) is designed to cover an upper surface (116) of the thermal storage medium (108) at least once or to pass at least twice when the thermal storage medium (108) is arranged in the storage container (106); and/or the first fluid line (102a) and/or the second fluid line (102b) passes through the storage container (106) at least once or at least twice in the top fifth of its height.
8. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens zwei oder mindestens drei zusätzliche Wärmetauscher (118, 122, 126) aufweist, wobei die mindestens zwei oder mindestens drei zusätzlichen Wärmetauscher (118, 122, 126) auf unterschiedlichen Höhen im Speicherbehälter (106) angeordnet sind. 8. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, which has at least two or at least three additional heat exchangers (118, 122, 126), the at least two or at least three additional heat exchangers (118, 122, 126) being on different Heights are arranged in the storage container (106).
9. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicherbehälter (106) als Eisspeicher eingerichtet ist; und/oder der Speicherbehälter (106) eine Umwälzvorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter umzuwälzen, insbesondere, wobei der Speicherbehälter (106) weiterhin einen Strömungskanal aufweist, der in dem thermischen Speicherbehälter (106) angeordnet ist, so dass er der durch die Umwälzvorrichtung erzeugten Strömung eine Richtung zum Wärmetauscher hin vorgibt und/oder sie begrenzt; und/oder der Speicherbehälter (106) ein Druckausgleichsgefäß (130a, 130b, 130c) aufweist, wobei ein Gasvolumen (130c) des Druckausgleichsgefäßes mindestens 8% eines Volumens des Speicherbehälters (106) für das thermische Speichermedium (108) beträgt, insbesondere wenn das thermische Speichermedium (108) im flüssigen Aggregatzustand vorliegt. 9. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the storage container (106) is set up as an ice storage; and/or the storage container (106) has a circulation device which is designed to circulate the thermal storage medium in the storage container, in particular, wherein the storage container (106) further has a flow channel which is arranged in the thermal storage container (106), so that it specifies a direction towards the heat exchanger and/or limits the flow generated by the circulation device; and or the storage container (106) has a pressure compensation vessel (130a, 130b, 130c), wherein a gas volume (130c) of the pressure compensation vessel is at least 8% of a volume of the storage container (106) for the thermal storage medium (108), in particular if the thermal storage medium (108 ) is in the liquid state.
10. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicherbehälter (106) einen oberen Mantelbereich (132a) und einen unteren Mantelbereich (132b) aufweist, und wobei der obere Mantelbereich (132a) eine stärkere thermische Isolierung (134) zwischen Innenseite und Außenseite des Speicherbehälters (106) aufweist als der untere Mantelbereich (132b), insbesondere, wobei der untere Bereich des Speicherbehälters thermisch an ein umgebendes Erdreich gekoppelt ist. 10. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the storage container (106) has an upper jacket region (132a) and a lower jacket region (132b), and wherein the upper jacket region (132a) has a stronger thermal insulation (134 ) between the inside and outside of the storage container (106) than the lower jacket area (132b), in particular, the lower area of the storage container being thermally coupled to a surrounding soil.
11. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Speichermedium (108) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist, und wobei das thermische Speichermedium (108) einen Gefrierpunkt von höchstens -i°C oder von höchstens -2°C aufweist oder von höchstens -20°C, insbesondere, wobei der Speicherbehälter thermisch an ein umgebendes Erdreich gekoppelt ist. 11. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the thermal storage medium (108) is arranged in the storage container (106), and wherein the thermal storage medium (108) has a freezing point of at most -i ° C or at most -2°C or at most -20°C, in particular, the storage container being thermally coupled to a surrounding soil.
12. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Speichermedium (108) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist und wobei das thermische Speichermedium (108) dazu eingerichtet ist, ein Elektrolyt für eine elektrochemische Zelle (800) bereitzustellen, insbesondere, wobei der Wärmespeicher und - tauscher (100) dazu eingerichtet ist, das thermische Speichermedium (108) der elektrochemischen Zelle (800) fluidgekoppelt bereitzustellen. 12. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein the thermal storage medium (108) is arranged in the storage container (106) and wherein the thermal storage medium (108) is designed to provide an electrolyte for an electrochemical cell (800 ), in particular, wherein the heat storage and exchanger (100) is designed to provide the thermal storage medium (108) of the electrochemical cell (800) in a fluid-coupled manner.
13. Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zweiter Abschnitt (138) des Wärmetauschers (104) keinen thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium (108) aufweist und/oder eine thermische Isolierung (140) gegenüber dem thermischen Speichermedium (108) aufweist und/oder oberhalb einer Sollfüllhöhe (116) des Speicherbehälters (106) für das thermische Speichermedium (108) angeordnet ist. 13. Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, wherein a second section (138) of the heat exchanger (104) has no thermal contact with the thermal storage medium (108) and / or a thermal insulation (140) with respect to the thermal Storage medium (108) and / or is arranged above a target filling level (116) of the storage container (106) for the thermal storage medium (108).
14- Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der für eine Fluidkopplung des Speicherbehälters (106) und/oder des thermischen Speichermediums (108) an eine bezogen auf den Speicherbehälter (106) externe Leitung (604, 606) eingerichtet ist. 14- Heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims, which is set up for a fluid coupling of the storage container (106) and / or the thermal storage medium (108) to a line (604, 606) external to the storage container (106). is.
15. Verwendung eines Wärmespeicher und -tauschers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als unterirdischer Wärmespeicher. 15. Use of a heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims as an underground heat storage.
16. Verwendung eines Wärmespeicher und -tauschers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Gegenstromwärmetäuscher. 16. Use of a heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims as a countercurrent heat exchanger.
17. System (200) aufweisend einen Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens ein Steuergerät (202), wobei das mindestens eine Steuergerät (202) dazu eingerichtet ist, einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (102a) in Abhängigkeit von einem ersten Parameter zu steuern, wobei der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft ist und/ oder mit einer elektrischen Leistung verknüpft ist, die von einer photovoltaischen Anlage (206) bereitgestellt wird. 17. System (200) comprising a heat storage and exchanger (100) according to one of the preceding claims and at least one control device (202), wherein the at least one control device (202) is set up to generate a fluid flow through the first fluid line (102a). To control dependence on a first parameter, wherein the first parameter is linked to an availability of electrical power and / or is linked to an electrical power provided by a photovoltaic system (206).
18. System nach Anspruch 17, wobei das mindestens eine Steuergerät (202) weiterhin dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal für eine Wärmepumpe (204) in Abhängigkeit von dem ersten Parameter auszugeben, wobei der Wärmetauscher (104) einen Doppelrohrwärmetauscher aufweist, wobei die erste Fluidleitung (102a) ein inneres Rohr des Doppelrohrwärmetauschers umfasst, und wobei die erste Fluidleitung (102a) dazu eingerichtet ist, an die Wärmepumpe (204) gekoppelt zu werden oder an die Wärmepumpe (204) gekoppelt ist. 18. The system according to claim 17, wherein the at least one control device (202) is further configured to output a control signal for a heat pump (204) depending on the first parameter, the heat exchanger (104) having a double-tube heat exchanger, the first fluid line (102a) comprises an inner tube of the double-tube heat exchanger, and wherein the first fluid line (102a) is designed to be coupled to the heat pump (204) or is coupled to the heat pump (204).
19. System nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die zweite Fluidleitung (102b) thermisch an eine Solaranlage (206, 208) gekoppelt ist und/oder wobei das System die Solaranlage (206, 208) umfasst. 19. System according to one of claims 17 to 18, wherein the second fluid line (102b) is thermally coupled to a solar system (206, 208) and / or wherein the system includes the solar system (206, 208).
20. System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, das weiterhin einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher (210) aufweist, wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (210) Folgendes aufweist: eine erste Fluidleitung (212a) und eine zweite Fluidleitung (212b); und einen Speicherbehälter (210), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (210) dazu eingerichtet ist, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (212a) und dem thermischen Speichermedium (108) sowie zwischen der zweiten Fluidleitung (212b) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen; wobei das mindestens eine Steuergerät (202) dazu eingerichtet ist, einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (212a) des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (210) gemeinsam mit dem Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (102a) des Wärmespeicher und - tauschers (100) zu steuern. 20. The system according to any one of claims 17 to 19, further comprising a second heat storage and exchanger (210), the second heat storage and exchanger (210) comprising: a first fluid line (212a) and a second fluid line (212b); and a storage container (210) adapted to receive a thermal storage medium (108); wherein the second heat storage and exchanger (210) is designed to enable heat to be transferred between the first fluid line (212a) and the thermal storage medium (108) and between the second fluid line (212b) and the thermal storage medium (108); wherein the at least one control device (202) is set up to supply a fluid flow through the first fluid line (212a) of the second heat storage and exchanger (210) together with the fluid flow through the first fluid line (102a) of the heat storage and exchanger (100). steer.
21. System nach Anspruch 20 in Kombination mit Anspruch 18, wobei das System die Wärmepumpe (204) umfasst, und wobei der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (102a, 212a) des Wärmespeicher und - tauschers (100) oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (210) dazu eingerichtet ist, diesen Wärmespeicher und -tauscher (100, 210) thermisch an eine kalte Seite (214) der Wärmepumpe (204) zu koppeln, und der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (102a, 212a) des anderen Wärmespeicher und -tauscher (100, 210) dazu eingerichtet ist, den anderen Wärmespeicher und -tauscher (100, 210) thermisch an eine warme Seite (216) der Wärmepumpe (204) zu koppeln. 21. The system according to claim 20 in combination with claim 18, wherein the system comprises the heat pump (204), and wherein the fluid flow through the first fluid line (102a, 212a) of the heat storage and exchanger (100) or the second heat storage and exchanger (210) is designed to thermally couple this heat storage and exchanger (100, 210) to a cold side (214) of the heat pump (204), and the fluid flow through the first fluid line (102a, 212a) of the other heat storage and - exchanger (100, 210) is designed to thermally couple the other heat storage and exchanger (100, 210) to a warm side (216) of the heat pump (204).
22. System nach Anspruch 21, wobei die Wärmepumpe (204) dazu eingerichtet ist, eine Leistung von mindestens 3 kW oder von mindestens 5 kW bereitzustellen. 22. System according to claim 21, wherein the heat pump (204) is designed to provide a power of at least 3 kW or at least 5 kW.
23. System umfassend: einen ersten Wärmespeicher und -tauscher (100) und einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher (210), wobei der erste Wärmespeicher und -tauscher (100) Folgendes aufweist: eine erste Fluidleitung (102a) und eine zweite Fluidleitung (102b); einen Wärmetauscher (104), der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (102a) und der zweiten Fluidleitung (102b) zu übertragen; und einen Speicherbehälter (106), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers (104) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher (104) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen; und wobei der erste Wärmespeicher und -tauscher (100) ein Volumen für sein thermisches Speichermedium (108) von mindestens 2 m3 aufweist und zumindest teilweise unterirdisch angeordnet ist; und wobei der zweite Wärmespeicher und - tauscher (210) Folgendes aufweist: eine erste Fluidleitung (212a) und eine zweite Fluidleitung (212b); und einen Speicherbehälter (210), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (210) dazu eingerichtet ist, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (212a) und dem thermischen Speichermedium (108) sowie zwischen der zweiten Fluidleitung (212b) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen; eine Wärmepumpe (204), die dazu eingerichtet ist, eine Leistung von mindestens 5 kW bereitzustellen, wobei ein Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (102a) des ersten oder zweiten Wärmespeicher und -tauschers (100, 210) dazu eingerichtet ist, diesen Wärmespeicher und -tauscher (100, 210) thermisch an eine kalte Seite (214) der Wärmepumpe (204) zu koppeln, und ein Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (212a) des anderen der ersten und zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100, 210) dazu eingerichtet ist, den anderen Wärmespeicher und -tauscher (100, 210) thermisch an eine warme Seite (216) der Wärmepumpe (204) zu koppeln; und ein Steuergerät (202), das dazu eingerichtet ist, einen Betriebszustand der Wärmepumpe (204), den Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (102a) des ersten Wärmespeichers (100) und den Fluidstrom durch die erste Fluidleitung (212a) des zweiten Wärmespeichers (210) gemeinsam in Abhängigkeit von einem ersten Parameter zu steuern, wobei der erste Parameter mit einer elektrischen Leistung verknüpft ist, die von einer photovoltaischen Anlage (206) bereitgestellt wird; wobei die zweite Fluidleitung (102b) des ersten Wärmespeicher und -tauschers (100) und/oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (210) an eine Solaranlage (208) gekoppelt ist. 23. System comprising: a first heat storage and exchanger (100) and a second heat storage and exchanger (210), the first heat storage and exchanger (100) comprising: a first fluid line (102a) and a second fluid line (102b ); a heat exchanger (104) configured to transfer heat between the first fluid line (102a) and the second fluid line (102b); and a storage container (106) adapted to hold a thermal storage medium (108); wherein at least a portion of the heat exchanger (104) is disposed in the storage container (106) to enable heat to be transferred between the heat exchanger (104) and the thermal storage medium (108); and wherein the first heat storage and exchanger (100) has a volume for its thermal storage medium (108) of at least 2 m 3 and is at least partially arranged underground; and wherein the second heat storage and exchanger (210) comprises: a first fluid line (212a) and a second fluid line (212b); and a storage container (210) adapted to receive a thermal storage medium (108); wherein the second heat storage and exchanger (210) is designed to enable heat to be transferred between the first fluid line (212a) and the thermal storage medium (108) and between the second fluid line (212b) and the thermal storage medium (108); a heat pump (204) which is set up to provide a power of at least 5 kW, a fluid flow through the first fluid line (102a) of the first or second heat storage and exchanger (100, 210) being set up to supply this heat storage and - exchanger (100, 210) to be thermally coupled to a cold side (214) of the heat pump (204), and a fluid flow through the first fluid line (212a) of the other of the first and second heat storage and exchangers (100, 210) is set up for this purpose to thermally couple the other heat storage and exchanger (100, 210) to a warm side (216) of the heat pump (204); and a control device (202) which is set up to monitor an operating state of the heat pump (204), the fluid flow through the first fluid line (102a) of the first heat storage (100) and the fluid flow through the first fluid line (212a) of the second heat storage (210 ) to be controlled jointly depending on a first parameter, the first parameter being linked to an electrical power provided by a photovoltaic system (206); wherein the second fluid line (102b) of the first heat storage and exchanger (100) and/or the second heat storage and exchanger (210) is coupled to a solar system (208).
24. Verfahren zum Erzeugen eines unterirdischen Wärmespeichers, das Verfahren umfassend: 24. Method for producing an underground heat storage, the method comprising:
Anordnen zumindest eines Teils eines Wärmespeicher und -tauschers (100) im Erdreich (230), wobei der Wärmespeicher und -tauscher (100) Folgendes aufweist: eine erste Fluidleitung (102a) und eine zweite Fluidleitung (102b); einen Wärmetauscher (104), der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (102a) und der zweiten Fluidleitung (102b) zu übertragen; und einen Speicherbehälter (106), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers (104) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher (104) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen. Arranging at least a portion of a heat storage and exchanger (100) in the ground (230), the heat storage and exchanger (100) comprising: a first fluid line (102a) and a second fluid line (102b); a heat exchanger (104) configured to transfer heat between the first fluid line (102a) and the second fluid line (102b); and a storage container (106) adapted to receive a thermal storage medium (108); wherein at least a portion of the heat exchanger (104) is disposed in the storage container (106) to enable heat to be transferred between the heat exchanger (104) and the thermal storage medium (108).
25. Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin umfasst: thermisches Koppeln des Wärmespeicher und -tauschers (100) an einen Erdwärmekollektor (224) und/oder an das Erdreich (230). 25. The method according to claim 24, further comprising: thermally coupling the heat storage and exchanger (100) to a geothermal collector (224) and / or to the ground (230).
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, das weiterhin umfasst: thermisches Koppeln des Wärmespeicher und -tauschers (100) an ein Nahwärmenetz (600), um Wärme oder Kälte wahlweise aus dem Wärmespeicher und -tauscher (100) in das Nahwärmenetz (600) zu speichern oder aus dem Nahwärmenetz (600) in den Wärmespeicher und -tauscher (100) zu entnehmen; insbesondere in Reihe mit dem Erdwärmekollektor (224) und/ oder mit dem Erdreich (230); insbesondere, wobei der Erdwärmekollektor (224) an einen weiteren Wärmespeicher und -tauscher (100) gekoppelt ist. 26. The method according to any one of claims 24 or 25, further comprising: thermally coupling the heat storage and exchanger (100) to a local heating network (600) in order to selectively transfer heat or cold from the heat storage and exchanger (100) into the local heating network ( 600) or removed from the local heating network (600) into the heat storage and exchanger (100); in particular in series with the geothermal collector (224) and/or with the ground (230); in particular, wherein the geothermal collector (224) is coupled to a further heat storage and exchanger (100).
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, das weiterhin umfasst: Einrichten des Wärmetauschers (104) als Gegenstromwärmetäuscher. 27. The method according to any one of claims 24 to 26, further comprising: Setting up the heat exchanger (104) as a countercurrent heat exchanger.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, das weiterhin umfasst: 28. The method according to any one of claims 24 to 27, further comprising:
Koppeln der ersten Fluidleitung (102a) an eine Wärmepumpe (204). Coupling the first fluid line (102a) to a heat pump (204).
29. Verfahren nach Anspruch 28, das weiterhin umfasst: 29. The method of claim 28, further comprising:
Koppeln einer ersten Fluidleitung (212a) eines zweiten Wärmespeicher und -tauschers (210) an die Wärmepumpe (204), wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (210) Folgendes aufweist: eine erste Fluidleitung (212a) und eine zweite Fluidleitung (212b); und einen Speicherbehälter (210), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (210) dazu eingerichtet ist, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (212a) und dem thermischen Speichermedium (108) sowie zwischen der zweiten Fluidleitung (212b) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen; wobei die erste Fluidleitung (102a, 212a) des Wärmespeicher und -tauschers (100) oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (210) an eine kalte Seite der Wärmepumpe (204) gekoppelt wird; und wobei die erste Fluidleitung (102a, 212a) des anderen Wärmespeicher und -tauschers (100, 210) an eine warme Seite der Wärmepumpe (204) gekoppelt wird. coupling a first fluid line (212a) of a second heat storage and exchanger (210) to the heat pump (204), the second heat storage and exchanger (210) comprising: a first fluid line (212a) and a second fluid line (212b); and a storage container (210) adapted to receive a thermal storage medium (108); wherein the second heat storage and exchanger (210) is designed to enable heat to be transferred between the first fluid line (212a) and the thermal storage medium (108) and between the second fluid line (212b) and the thermal storage medium (108); wherein the first fluid line (102a, 212a) of the heat storage and exchanger (100) or the second heat storage and exchanger (210) is coupled to a cold side of the heat pump (204); and wherein the first fluid line (102a, 212a) of the other heat storage and exchanger (100, 210) is coupled to a warm side of the heat pump (204).
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, das weiterhin umfasst: 30. The method according to any one of claims 24 to 29, further comprising:
Fluidkoppeln des Speicherbehälters (106) und/oder des thermischen Speichermediums (108) an eine bezogen auf den Speicherbehälter (106) externe Leitung (604, 606) und/oder an ein Nahwärmenetz. Fluid coupling of the storage container (106) and/or the thermal storage medium (108) to a line (604, 606) external to the storage container (106) and/or to a local heating network.
31. Verfahren zum Betreiben eines Systems (200) aufweisend einen Wärmespeicher und -tauscher (100), wobei der Wärmespeicher und -tauscher (100) Folgendes aufweist: eine erste Fluidleitung (102a) und eine zweite Fluidleitung (102b), wobei die erste Fluidleitung (102a) an eine Wärmepumpe (204) gekoppelt ist; einen Wärmetauscher (104), der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (102a) und der zweiten Fluidleitung (102b) zu übertragen; und einen Speicherbehälter (106), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; wobei zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers (104) in dem Speicherbehälter (106) angeordnet ist, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher (104) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen; wobei das Verfahren mindestens zwei Betriebsmodi aufweist, das Verfahren umfassend: wahlweises Ausführen eines der mindestens zwei Betriebsmodi; wobei der erste Betriebsmodus umfasst: 31. Method for operating a system (200) comprising a heat storage and exchanger (100), the heat storage and exchanger (100) having the following: a first fluid line (102a) and a second fluid line (102b), the first fluid line (102a) being coupled to a heat pump (204); a heat exchanger (104) configured to transfer heat between the first fluid line (102a) and the second fluid line (102b); and a storage container (106) adapted to receive a thermal storage medium (108); wherein at least a portion of the heat exchanger (104) is disposed in the storage container (106) to enable heat to be transferred between the heat exchanger (104) and the thermal storage medium (108); wherein the method has at least two operating modes, the method comprising: selectively executing one of the at least two operating modes; wherein the first operating mode includes:
Betreiben der Wärmepumpe (204) mit einer ersten Wärmepumpenleistung; und Operating the heat pump (204) with a first heat pump output; and
Erzeugen eines Fluidstroms durch die erste Fluidleitung (102a), um Wärme zwischen der Wärmepumpe (204) und dem thermischen Speichermedium (108) zu übertragen; und wobei der zweite Betriebsmodus umfasst: generating a fluid flow through the first fluid line (102a) to transfer heat between the heat pump (204) and the thermal storage medium (108); and wherein the second operating mode comprises:
Betreiben der Wärmepumpe (204) mit einer zweiten Wärmepumpenleistung, die höchstens ein Viertel der ersten Wärmepumpenleistung beträgt; und Operating the heat pump (204) with a second heat pump output that is at most a quarter of the first heat pump output; and
Erzeugen eines stärkeren Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung (102b) als durch die erste Fluidleitung (102a), um Wärme mittels der zweiten Fluidleitung (102b) zu übertragen. Generating a stronger fluid flow through the second fluid line (102b) than through the first fluid line (102a) to transfer heat via the second fluid line (102b).
32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei bei dem wahlweisen Ausführen eines der mindestens zwei Betriebsmodi eine Auswahl zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus automatisch anhand eines ersten Parameters ausgeführt wird, wobei der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft ist. 32. The method according to claim 31, wherein when selectively executing one of the at least two operating modes, a selection between the first and the second operating mode is automatically carried out based on a first parameter, the first parameter being linked to an availability of electrical power.
33- Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, wobei die zweite Fluidleitung (102b) thermisch an eine Solaranlage (206, 208) gekoppelt ist und das Verfahren weiterhin umfasst: 33- Method according to one of claims 31 or 32, wherein the second fluid line (102b) is thermally coupled to a solar system (206, 208) and the method further comprises:
Betreiben des Systems (200) im zweiten Betriebsmodus, wenn die Temperatur der Solaranlage (206, 208) dem Gefrierpunkt von Wasser entspricht oder darunter liegt, während die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers (100) oder seines thermisches Speichermediums über dem Gefrierpunkt von Wasser liegt. Operating the system (200) in the second operating mode when the temperature of the solar system (206, 208) corresponds to or is below the freezing point of water, while the temperature of the heat storage and exchanger (100) or its thermal storage medium is above the freezing point of water .
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, das weiterhin umfasst: 34. The method according to any one of claims 31 to 33, further comprising:
Steuern eines Flusses eines Fluids durch die erste Fluidleitung 102a oder die zweite Fluidleitung 102b; um eine Temperaturdifferenz zwischen einem ersten Fluid, das aus einer der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b ausströmt, und einem zweiten Fluid, das in die andere der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b einströmt, zu verringern; und um eine weitere Temperaturdifferenz zwischen dem ausströmenden ersten Fluid und dem thermischen Speichermedium 108 zu erhöhen. controlling a flow of fluid through the first fluid line 102a or the second fluid line 102b; to reduce a temperature difference between a first fluid flowing out of one of the first fluid line 102a and the second fluid line 102b and a second fluid flowing into the other of the first fluid line 102a and the second fluid line 102b; and to increase a further temperature difference between the outflowing first fluid and the thermal storage medium 108.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wobei der Wärmespeicher und -tauscher (100) eine Fluidkopplung des Speicherbehälters (106) und/oder des thermischen Speichermediums (108) an eine bezogen auf den Speicherbehälter (106) externe Leitung (604, 606) und/oder an ein Nahwärmenetz aufweist, und wobei das Verfahren weiterhin umfasst: 35. The method according to any one of claims 31 to 34, wherein the heat storage and exchanger (100) provides a fluid coupling of the storage container (106) and / or the thermal storage medium (108) to a line (604) external to the storage container (106), 606) and/or to a local heating network, and wherein the method further comprises:
Transport von Elektrolyt durch besagte Fluidkopplung. Transport of electrolyte through said fluid coupling.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 35, wobei das System weiterhin einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher (210) aufweist, wobei der zweite Wärmespeicher und - tauscher (210) Folgendes aufweist: einen Speicherbehälter (210), der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium (108) aufzunehmen; und eine erste Fluidleitung (212a) und eine zweite Fluidleitung (212b); wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (210) dazu eingerichtet ist, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung (212a) und dem thermischen Speichermedium (108) sowie zwischen der zweiten Fluidleitung (212b) und dem thermischen Speichermedium (108) zu ermöglichen; wobei das Verfahren weiterhin umfasst: 36. The method according to any one of claims 31 to 35, wherein the system further comprises a second heat storage and exchanger (210), the second heat storage and exchanger (210) comprising: a storage container (210) which is adapted to: to accommodate a thermal storage medium (108); and a first fluid line (212a) and a second fluid line (212b); wherein the second heat storage and exchanger (210) is designed to transfer heat between the first fluid line (212a) and the thermal storage medium (108) and between the second fluid line (212b) and the thermal storage medium (108); the method further comprising:
Durchführen der Verfahrensschritte, die einen Bezug zu dem Wärmespeicher und -tauscher (100) aufweisen, entsprechend an dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher (216); wobei die erste Fluidleitung (102a, 212a) des ersten oder zweiten Wärmespeicher und -tauschers (100, 214) an eine kalte Seite der Wärmepumpe (204) gekoppelt ist; und wobei die erste Fluidleitung (102a, 212a) des anderen der ersten und zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100, 216) an eine warme Seite der Wärmepumpe (204) gekoppelt ist. Carrying out the method steps that relate to the heat storage and exchanger (100) accordingly on the second heat storage and exchanger (216); wherein the first fluid line (102a, 212a) of the first or second heat storage and exchanger (100, 214) is coupled to a cold side of the heat pump (204); and wherein the first fluid line (102a, 212a) of the other of the first and second heat storage and exchangers (100, 216) is coupled to a warm side of the heat pump (204).
37. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, ein elektronisches Steuersystem dazu zu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28 auszuführen. 37. Computer program designed to cause an electronic control system to carry out a method according to one of claims 25 to 28.
38. Nahwärmenetz, aufweisend: einen ersten Wärmespeicher und -tauscher (100), wobei der erste Wärmespeicher und -tauscher (100) ein Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist; oder ein System nach einem der Ansprüche 13-18, wobei der erste Wärmespeicher und - tauscher (100) der Wärmespeicher und -tauscher (100) des Systems nach einem der Ansprüche 13-18 ist; einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100), wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (100) ein Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist; oder ein weiteres System nach einem der Ansprüche 13-18, wobei der zweite Wärmespeicher und - tauscher (100) der Wärmespeicher und -tauscher (100) des weiteren Systems ist; wobei der zweite Wärmespeicher und -tauscher (100) von dem ersten Wärmespeicher und -tauscher (100) räumlich getrennt ist, beispielsweise um mindestens 50 m oder um mindestens 100 m oder um mindestens 200 m; und einen Erdwärmekollektor (224), der thermisch an den ersten Wärmespeicher und - tauscher (100) und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100) gekoppelt ist, und der dazu eingerichtet ist, Wärme oder Kälte in ein umgebendes Erdreich (230) einzuspeichern und zumindest einen Teil der eingespeicherten Wärme oder Kälte dem Erdreich (230) zu einem späteren Zeitpunkt zu entnehmen. 38. Local heating network, comprising: a first heat storage and exchanger (100), the first heat storage and exchanger (100) being a heat storage and exchanger (100) according to one of claims 1 to 10; or a system according to any one of claims 13-18, wherein the first heat storage and exchanger (100) is the heat storage and exchanger (100) of the system according to any of claims 13-18; a second heat storage and exchanger (100), the second heat storage and exchanger (100) being a heat storage and exchanger (100) according to one of claims 1 to 10; or a further system according to any one of claims 13-18, wherein the second heat storage and exchanger (100) is the heat storage and exchanger (100) of the further system; wherein the second heat storage and exchanger (100) is spatially separated from the first heat storage and exchanger (100), for example by at least 50 m or by at least 100 m or by at least 200 m; and a geothermal collector (224), which is thermally coupled to the first heat storage and exchanger (100) and the second heat storage and exchanger (100), and which is designed to store heat or cold in a surrounding soil (230) and to remove at least part of the stored heat or cold from the ground (230) at a later point in time.
39. Nahwärmenetz nach Anspruch 38, das weiterhin Folgendes aufweist: eine Leitung (604, 606), die dazu eingerichtet ist, den ersten Wärmespeicher und - tauscher (100) und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100) thermisch aneinander zu koppeln; wobei ein erster Bereich der Leitung (604, 606) eine thermische Isolierung aufweist, und wobei ein zweiter Bereich der Leitung (604, 606) eine geringere oder keine thermische Isolierung aufweist, um den Erdwärmekollektor (224) zu formen. 39. Local heating network according to claim 38, further comprising: a line (604, 606) which is designed to thermally couple the first heat storage and exchanger (100) and the second heat storage and exchanger (100) to one another; wherein a first portion of the conduit (604, 606) has thermal insulation, and wherein a second portion of the conduit (604, 606) has less or no thermal insulation to form the geothermal collector (224).
40. Nahwärmenetz nach Anspruch 38 oder 39, das weiterhin eine elektrochemische Zelle (800) aufweist, die an den ersten Wärmespeicher und -tauscher (100) und an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100) fluidgekoppelt ist. 40. Local heating network according to claim 38 or 39, further comprising an electrochemical cell (800) which is fluidly coupled to the first heat storage and exchanger (100) and to the second heat storage and exchanger (100).
41. Nahwärmenetz nach Anspruch 40, wobei der erste Wärmespeicher und -tauscher (100) und der zweite Wärmespeicher und -tauscher (100) an eine Halbzelle der elektrochemischen Zelle (800) fluidgekoppelt sind, und wobei eine andere Halbzelle der elektrochemischen Zelle (800) an ein weiteres Nahwärmenetz (610b) nach einem der Ansprüche 38 bis 40 fluidgekoppelt ist, wobei das weitere Nahwärmenetz (610b) von dem Nahwärmenetz (610a) thermisch und/oder fluidisch entkoppelt ist. 41. Local heating network according to claim 40, wherein the first heat storage and exchanger (100) and the second heat storage and exchanger (100) are fluidly coupled to a half cell of the electrochemical cell (800), and wherein another half cell of the electrochemical cell (800) is fluidly coupled to a further local heating network (610b) according to one of claims 38 to 40, wherein the further local heating network (610b) is thermally and / or fluidly decoupled from the local heating network (610a).
42. Nahwärmenetz nach einem der Ansprüche 38 bis 41, das weiterhin Folgendes aufweist: eine Fluidkopplung zwischen dem ersten Wärmespeicher und -tauscher (100) und dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100), und/oder eine Fluidkopplung zwischen dem ersten Wärmespeicher und -tauscher (100) und dem Erdwärmekollektor (224), und/oder eine Fluidkopplung zwischen dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher (100) und dem Erdwärmekollektor (224). 42. Local heating network according to one of claims 38 to 41, further comprising: a fluid coupling between the first heat storage and exchanger (100) and the second heat storage and exchanger (100), and / or a fluid coupling between the first heat storage and - exchanger (100) and the geothermal collector (224), and / or a fluid coupling between the second heat storage and exchanger (100) and the geothermal collector (224).
43. Nahwärmenetz nach Anspruch 42, wobei die besagte(n) Fluidkopplung(en) dazu eingerichtet ist oder sind, Elektrolyt zu transportieren. 43. Local heating network according to claim 42, wherein said fluid coupling (s) is or are designed to transport electrolyte.
44- Nahwärmenetz-System (600), das ein Nahwärmenetz nach einem der Ansprüche 38 bis 43 aufweist, und das weiterhin ein zweites Nahwärmenetz aufweist, wobei das zweite Nahwärmenetz Folgendes aufweist: einen ersten Niedertemperatur-Wärmespeicher, wobei der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ein Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist; oder ein System nach einem der Ansprüche 15 oder 18, wobei der zweite Niedertemperatur- Wärmespeicher der zweite Wärmespeicher und -tauscher (100) des Systems ist; und wobei das thermische Speichermedium des ersten Niedertemperatur-Wärmespeichers eine geringere Temperatur aufweist als das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und - tauschers (100); einen zweiten Niedertemperatur- Wärmespeicher, wobei der zweite Niedertemperatur- Wärmespeicher ein Wärmespeicher und -tauscher (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist; oder ein weiteres System nach einem der Ansprüche 15 oder 18, wobei der zweite Niedertemperatur-Wärmespeicher der zweite Wärmespeicher und -tauscher (100) des weiteren Systems ist; wobei der zweite Niedertemperatur-Wärmespeicher von dem ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher räumlich getrennt ist, beispielsweise um mindestens 50 m oder um mindestens 100 m oder um mindestens 200 m; und wobei das thermische Speichermedium des zweiten Niedertemperatur- Wärmespeichers eine geringere Temperatur aufweist als das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (100); einen zweiten Erdwärmekollektor (228), der thermisch an den ersten Niedertemperatur-Wärmespeicher und den zweiten Niedertemperatur-Wärmespeicher gekoppelt ist, und der dazu eingerichtet ist, zweite Wärme oder Kälte in ein umgebendes Erdreich (232) einzuspeichern und zumindest einen Teil der eingespeicherten zweiten Wärme oder Kälte dem Erdreich (232) zu einem späteren Zeitpunkt zu entnehmen; und optional eine thermisch isolierende Trennwand (608), die dazu eingerichtet ist, einen Bereich des Nahwärmenetzes von einem Bereich des zweiten Nahwärmenetzes thermisch zu isolieren, insbesondere wobei die thermisch isolierende Trennwand (608) zumindest teilweise unterirdisch angeordnet ist. 44- Local heating network system (600), which has a local heating network according to one of claims 38 to 43, and which further comprises a second local heating network, the second local heating network comprising: a first low-temperature heat storage, the first low-temperature heat storage being a heat storage and exchanger (100) according to one of claims 1 to 10; or a system according to any one of claims 15 or 18, wherein the second low temperature heat storage is the second heat storage and exchanger (100) of the system; and wherein the thermal storage medium of the first low-temperature heat storage has a lower temperature than the thermal storage medium of the first heat storage and exchanger (100); a second low-temperature heat storage, the second low-temperature heat storage being a heat storage and exchanger (100) according to any one of claims 1 to 10; or a further system according to one of claims 15 or 18, wherein the second low-temperature heat storage is the second heat storage and exchanger (100) of the further system; wherein the second low-temperature heat storage is spatially separated from the first low-temperature heat storage, for example by at least 50 m or by at least 100 m or by at least 200 m; and wherein the thermal storage medium of the second low-temperature heat storage has a lower temperature than the thermal storage medium of the second heat storage and exchanger (100); a second geothermal collector (228), which is thermally coupled to the first low-temperature heat storage and the second low-temperature heat storage, and which is designed to store second heat or cold in a surrounding soil (232) and at least part of the stored second heat or to remove cold from the soil (232) at a later time; and optionally a thermally insulating partition (608) which is designed to thermally insulate a region of the local heating network from a region of the second local heating network, in particular wherein the thermally insulating partition (608) is at least partially arranged underground.
45. Nahwärmenetz-System (600) nach Anspruch 44, das eine elektrochemische Zelle (800) aufweist, wobei eine Halbzelle der elektrochemischen Zelle (800) an den ersten Wärmespeicher und -tauscher (100) und/oder an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher (loo) fluidgekoppelt ist, und wobei eine andere Halbzelle der elektrochemischen Zelle (800) an den ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher und/ oder an den zweiten Niedertemperatur- Wärmespeicher fluidgekoppelt ist. 45. Local heating network system (600) according to claim 44, which has an electrochemical cell (800), wherein a half cell of the electrochemical cell (800) is connected to the first heat storage and exchanger (100) and / or to the second heat storage and exchanger (loo) is fluidly coupled, and wherein another half cell of the electrochemical cell (800) is fluidly coupled to the first low-temperature heat storage and / or to the second low-temperature heat storage.
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