DE102008041715A1

DE102008041715A1 - Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude

Info

Publication number: DE102008041715A1
Application number: DE102008041715A
Authority: DE
Inventors: Silvio Nasdala; Sophie Bendix; Sebastian Bendix
Original assignee: LUEUMEL GmbH
Current assignee: Lueumel GmbH
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energiegewinnung und -umwandlung und betrifft ein Heiz- und/oder Warmwassersystem, durch welches ein über das ganze Jahr effizient arbeitendes System vorhanden ist. Die Aufgabe der vorliegenden Lösung besteht in der Angabe eines Heiz- und Warmwassersystems, welches energiesparsam, wirtschaftlich und effizient arbeitet und den Verbrauch von Hilfsenergien deutlich minimiert. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude, bestehend aus mindestens einer Solaranlage, mindestens zwei Wärmetauschern, die in mindestens zwei Energiespeichern angeordnet sind, wobei mindestens einer davon innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, mindestens einer Wärmepumpe, deren Wärmeaufnahmeteil im mindestens einen Energiespeicher innerhalb des Erdreiches und dessen Wärmeabgabeteil im mindestens anderen Energiespeicher angeordnet sind, und wobei der Energiespeicher innerhalb des Erdreiches nicht oder nur teilweise isoliert und mindestens teilweise mit einem Fluid gefüllt ist, welches in einem Temperaturbereich zwischen - 10 und 100°C eine Phasenumwandlung realisiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energiegewinnung und -umwandlung für Heizzwecke und betrifft ein Heiz- und/oder Warmwassersystem für Gebäude, durch welches unter Ausnutzung von Solarenergiegewinnungsanlagen und Wärmepumpenanlagen ein über das ganze Jahr effizient arbeitendes System zur Gewinnung von Energie für Heizung und/oder Warmwasser vorhanden ist. Damit können Ressourcen geschont werden und die erfindungsgemäße Lösung ist ein Beitrag zum Klimaschutz.
Es sind zahlreiche Lösungen bekannt, die unter Nutzung von Solarenergiegewinnungsanlagen und Wärmepumpenanlagen die Heizung und Warmwasserversorgung für ein Gebäude realisieren.
Aus der DE 103 00 427 B4 ist ein Solarsystem mit Wärmepumpe bekannt, die aus einem Sonnenkollektor und einer Wärmepumpe besteht, wobei das in dem Sonnenkollektor erwärmte Medium einen Wärmetauscher zur Erwärmung des Heizkreises durchströmt oder über einen zweiten Leitungsstrang durch den Verdampfer der Wärmepumpe geleitet wird, und die Solarwärme für die Warmwassergewinnung in einem Wärmespeicher zwischengespeichert wird, der Innenraum des Solarkollektors mit der Außenluft verbindbar ist, und das im Sonnenkollektor erwärmte Medium einen mit Wasser bzw. Eis gefüllten Speicher durchströmt, um in Perioden mit geringem Wärmeangebot durch Phasenwechsel frei werdende Latentwärme zu nutzen, wobei die Solaranlage nur dann den Wärmespeicher direkt erwärmt, wenn dabei der gesamte Wärmebedarf gedeckt werden kann.
Weiterhin ist aus der DE 101 02 041 A1 eine Heizanlage mit Wärmequelle, Wärmespeicher und Wärmepumpe bekannt. Dabei wird die in den Sonnenkollektoren gewonnene Wärme einer Wärmepumpe zugeführt, wobei bei Vorliegen von mehr Wärmemenge ein Teilwärmestrom in einen Erdspeicher geleitet werden kann, der selbst oder auch durch das umliegende Erdreich die Wärmeenergie speichern kann. Diese so gespeicherte Wärmeenergie kann in Zeiten der nicht ausreichenden Versorgung durch Solarenergie allein wieder abgegeben werden und so den Heizbedarf mit decken.
Ebenfalls ist ein Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude unter Nutzung eines solarenergieversorgten Erdwärmespeichers mit oder ohne Infrarotstrahlungselement mit integrierter Sole-Wasser Wärmepumpe aus der DE 20 2006 011 482 U1 bekannt. Dabei wird ein Feststoff-Erdspeicher verwendet, der Wärmeenergie speichern kann, welche aus der thermischen Solaranlage stammt oder durch ein im Erdspeicher angeordnetes Strahlungselement oder durch natürliche und/oder initiierte Erdwärmestrahlung eintragbar ist.
Allen Lösungen nach dem Stand der Technik ist nachteilig gemeinsam, dass sie nicht effizient genug arbeiten und einen hohen Verbrauch an Hilfsenergie aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Lösung besteht in der Angabe eines Heiz- und Warmwassersystems für Gebäude, welches energiesparsam, wirtschaftlich und effizient unter maximaler Ausnutzung der Solarausbeute arbeitet und den Verbrauch von Hilfsenergien deutlich minimiert.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude besteht aus mindestens einer Solaranlage, mindestens zwei Wärmetauschern, die in mindestens zwei Energiespeichern angeordnet sind, wobei mindestens einer davon innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, mindestens einer Wärmepumpe, deren Wärmeaufnahmeteil im mindestens einen Energiespeicher innerhalb des Erdreiches und dessen Wärmeabgabeteil im mindestens anderen Energiespeicher angeordnet sind, und wobei der Energiespeicher innerhalb des Erdreiches nicht oder nur teilweise isoliert und mindestens teilweise mit einem Fluid gefüllt ist, welches in einem Temperaturbereich zwischen –10 und 100°C eine Phasenumwandlung realisiert.
Vorteilhafterweise geben die Solaranlage mit mindestens zwei Wärmetauschern verbunden ist, die gleichzeitig und/oder wechselseitig Energie an die Medien in den mindestens zwei Energiespeichern ab.
Ebenfalls vorteilhafterweise enthält der mindestens eine Energiespeicher, der nicht im Erdreich angeordnet ist, mindestens einen Wärmetauscher der Solaranlage, mindestens den Wärmeabgabeteil der Wärmepumpe und mindestens den Wärmeaufnahmeteil des Verbrauchers.
Weiterhin vorteilhafterweise ist der mindestens zweite Wärmetauscher der Solaranlage im unteren Teil des Energiespeichers, der nicht im Erdreich angeordnet ist, angeordnet.
Und auch vorteilhafterweise ist mindestens eine Pumpe im Medienumlauf der Solaranlage mit den Wärmetauschern angeordnet.
Vorteilhaft ist es auch, wenn mindestens eine Pumpe im Medienumlauf des Verbrauchers angeordnet ist.
Auch vorteilhaft ist es, wenn der Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, nur in den Bereichen gegen Wärmeverluste isoliert ausgeführt ist, die sich an oder nahe der Erdoberfläche befinden.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der mindestens eine Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, mindestens einen Wärmetauscher der Solaranlage und mindestens den Wärmeaufnahmeteil der Wärmepumpe enthält und mindestens mit einem Fluid gefüllt ist, welches in einem Temperaturbereich zwischen –10 und 100°C eine Phasenumwandlung realisiert, wobei noch vorteilhafterweise in dem mindestens einen Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, ein weiterer Wärmetauscher angeordnet ist, der direkt mit dem Verbraucher verbunden ist.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn um den nichtisolierten Teil des Energiespeichers, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, innerhalb des Erdreiches ein weiteres Wärmeaufnahmeteil, welches mit der Wärmepumpe verbunden ist, angeordnet ist.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn das weitere Wärmeaufnahmeteil aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Kupferschlangen besteht, die das Wärmeübertragungsmedium enthalten.
Von Vorteil ist es auch, wenn das Fluid Wasser, Sand, Natriumazetat oder Mischungen davon sind.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, ein Regenwassertank ist.
Auch von Vorteil ist es, wenn der Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn als Wärmequelle mindestens die Sonnenenergie über die Solaranlage und/oder Erdreich über die Wärmepumpe dienen, wobei noch vorteilhafterweise als Wärmequelle Abluft und/oder Abwässer dienen.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der mindestens eine Wärmetauscher und/oder der Wärmeaufnahmeteil der Wärmepumpe, die beide im Energiespeicher, der sich innerhalb des Erdreiches befindet, angeordnet sind, wendelförmig ausgebildet sind, wobei noch vorteilhafterweise die wendelförmigen Wärmetauscher und Wärmaufnahmeteil räumlich ineinander geflochten angeordnet sind, und glatt, profiliert oder strukturierte Oberflächen aufweisen.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine Energiespeicher, der nicht im Erdreich angeordnet ist, den Einlauf des Mediums aus der mindestens einen Wärmepumpe im oberen Teil und den mindestens einen Wärmetauscher, der mit der Solaranlage verbunden ist, im unteren Teil aufweist, wobei noch vorteilhafterweise der mindestens eine Energiespeicher, der nicht im Erdreich angeordnet ist, im oberen Bereich einen Abzug für das mit Wärmeenergie angereicherte Brauchwasser, im mittleren Teil einen Abzug für das mit Wärmeenergie ebenfalls noch angereicherte Wasser für den Vorlauf der Heizung und im unteren Teil einen Einlass für den Rücklauf des abgekühlten Wassers der Heizung und Einlass des kalten Brauchwassers aufweist.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Verbraucher über mindestens einen weiteren Wärmetauscher, der im Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, direkt mit Wasser, welches mit Wärmeenergie angereichert ist, beaufschlagt wird und der Rücklauf wieder über diesen Wärmetauscher erfolgt.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das System ohne eine Zusatzheizung arbeitet.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es möglich, ein Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude anzugeben, welches energiesparsam, wirtschaftlich und effizient unter maximaler Ausnutzung der Solarausbeute arbeitet. Dabei werden insbesondere die täglichen und jahreszeitlichen Schwankungen des Energieeintrages durch Solarenergie und auch die Schwankungen des Verbrauchs durch die Verbraucher ausgeglichen und eine den Anforderungen entsprechende Wärmemenge garantiert zur Verfügung gestellt.
Hinzu kommt noch, dass Hilfsenergien für das Betreiben von Pumpen nur in sehr begrenztem Umfang benötigt werden, nämlich nur für den Kreislauf des Mediums der Solaranlage, für die Wärmepumpe (nur Verdichterenergie) und für den Kreislauf des Verbrauchers, beispielsweise einer Fußbodenheizung.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems ist folgendes.
Das Medium im Kreislauf der Solaranlage wird in den Sonnenkollektoren mit Wärmeenergie aufgeladen, mindestens weitergeführt in einen Wärmetauscher in mindestens einem Energiespeicher, der sich nicht innerhalb des Erdreiches befindet und mit dem oder den Verbrauchern verbunden ist.
Dieser Kreislauf ist allein tätig, wenn mittels der Solaranlage genau soviel Wärmeenergie erzeugt wird, wie als Verbrauch angefordert wird.
Für den Fall, dass mehr Wärmeenergie durch die Solaranlage erzeugt wird, wird der Anteil, der über dem vom Verbraucher geforderten Teil vorhanden ist, in einen mindestens zweiten Wärmetauscher geleitet, der sich in dem mindestens einen Energiespeicher befindet, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist. Mit dieser überschüssigen Wärmeenergie wird das in diesem Energiespeicher vorhandene Fluid erwärmt.
Weiterhin kann das Fluid noch über direkte Sonneneinstrahlung auf das Erdreich und über das Erdreich um den Energiespeicher herum erwärmt werden, und/oder über einen weiteren Wärmetauscher, der sich innerhalb des Energiespeichers befindet und direkt mit dem Verbraucher verbunden ist. Dieser Wärmetauscher würde das Fluid erwärmen, wenn beim Verbraucher zuviel Wärmeenergie eingespeist worden ist.
Durch tägliche und jahreszeitliche Schwankungen der Wärmeenergie, die durch die Solaranlage gewonnen wird, treten auch Zeiten auf, in denen zu wenig oder keine Wärmeenergie durch die Solaranlage geliefert wird. Ist die direkt für Warmwasserbereitstellungs- und Heizzwecke nutzbare Energie der Speicher aufgebraucht, beginnt die mindestens eine Wärmepumpe zu arbeiten.
Der Wärmeaufnahmeteil dieser Wärmepumpe befindet sich in dem mindestens einen Energiespeicher, der innerhalb des Erdreichs angeordnet ist. Aus dem darin befindlichen mit Wärmeenergie angereicherten Fluid wird Wärmeenergie in den Wärmepumpenkreislauf entnommen, das Medium im Wärmepumpenkreislauf komprimiert und in den Wärmeabgabeteil der Wärmepumpe, der sich in dem mindestens anderen Energiespeicher (außerhalb des Erdreiches) befindet, transportiert, wo es die Wärmeenergie an das Medium in den Verbraucherkreisläufen oder an das zu erwärmende Brauchwasser abgibt.
Dabei ist der mindestens andere Energiespeicher so ausgeführt und angeordnet, dass der Einlauf des Mediums im Wärmepumpenkreislauf in den Wärmeabgabeteil sich im oberen Teil des Energiespeichers befindet und dort vorzugsweise das Brauchwasser erwärmt und als erwärmtes Brauchwasser speichert, welches vorteilhafterweise dann auch im oberen Teil des Energiespeichers abgezogen wird (löschen).
Im mittleren Teil des Energiespeichers wird dann das nicht mehr so stark erwärmte Medium des Vorlaufes für den Heizkreis beispielsweise einer Fußbodenheizung abgezogen.
Im unteren Teil des Energiespeichers wird dann das abgekühlte Medium des Rücklaufes des Heizkreises beispielsweise einer Fußbodenheizung wieder in den Energiespeicher eingeleitet.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass zuerst einmal die in Überschusszeiten eingebrachte Wärmeenergie von der Solaranlage wieder dem System zugeführt werden kann. Darüber hinaus kann auch dem umliegenden Erdreich um den Energiespeicher, der sich innerhalb des Erdreiches befindet, Wärmeenergie entzogen werden, was noch durch eine weitere Wärmeaufnahmevorrichtung der Wärmepumpe verbessert werden kann.
Hinzu kommt noch, dass auch durch die Wahl des Fluides in dem Energiespeicher innerhalb des Erdreiches latente Wärme vorhanden ist, da das Fluid immer ein Fluid sein soll, welches in einem Temperaturbereich von –10 bis 100°C eine Phasenumwandlung realisiert. Wird ein Fluid genutzt, bei dem die genutzten Phasen markante Dichteunterschiede aufweisen, kann durch den Wechsel von Energieeintrag durch die Solaranlage und Energieentzug durch die Wärmepumpe nahe dem Temperaturbereich eines Phasenwechsels eine ortsunflexible Phase in einen Bereich transportiert werden, wo der Wärmeübergang durch diese Phase nicht behindert wird (Vermeidung der Selbstisolation von Wärmetauscherflächen). Wird ein Fluid gewählt, bei welchem der Temperaturbereich eines Phasenwechsels nahe der Außentemperatur zu Zeitpunkten verstärkten Heizwärmebedarfes ist, so können Wärmeverluste im Solarkreislauf verringert werden.
Für diesen Fall, dass Teile des Wärmeaufnahmeteils der Wärmepumpe die Phasenänderungstemperatur des Fluids im Energiespeicher im Erdreich aufweisen, kann bei der Nutzung wässriger Fluide auch eine partielle Vereisung der im Energiespeicher befindlichen Teile des Wärmeaufnahmeteils der Wärmepumpe erfolgen. Sobald dann mindestens eine lokale Erwärmung des Fluids um den Wärmeaufnahmeteil der Wärmepumpe erfolgt, kann das Eis von dem Wärmeaufnahmeteil der Wärmepumpe abgelöst werden und kann auf die Oberfläche des Fluids im Energiespeicher aufschwimmen. In diesem Falle weist das Fluid im oberen Teil eine niedrigere Temperatur auf als im mittleren und unteren Teil. Die Temperaturschichtung im Fluid des Energiespeichers dreht sich quasi um.
Ohne Eis könnte die Temperaturverteilung beispielsweise so sein:
Oben = 50°C, Mitte = 30°C, Unten = 4°C
Mit Eis wäre die Temperaturverteilung Oben = 0°C und Mitte und Unten = 4°C. Wird wieder Wärme in das Fluid eingetragen, so schmilzt das Eis auf und die Temperaturverteilung dreht sich wieder um.
Durch diese drei Möglichkeiten der Ausnutzung von Wärmeenergie bei der erfindungsgemäßen Lösung ist gesichert, dass immer die von den Verbrauchern benötigte Wärmeenergie zur Verfügung gestellt werden kann und somit zusätzliche Heizungen nicht benötigt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Solaranlage im Falle der fehlenden Sonneneinstrahlung nicht arbeiten muss und auch bei erneuter Sonneneinstrahlung anfänglich die auftreffende Wärmeenergie für das Auftauen des eventuell gefrorenen Kondenswassers auf den Kollektoren genutzt werden kann, da prinzipiell bei Nichtarbeiten der Solaranlage der benötigte Verbrauch durch die Energiespeicher in Verbindung mit der Wärmepumpe realisiert werden kann.
Außerdem kann dem Energiespeicher innerhalb des Erdreiches über den temperaturmäßig niedrigen Vorlauf zur Solaranlage auch bei geringer Sonneneinstrahlung oder hohen Außentemperaturen Wärme zugeführt werden.
Vorteilhaft ist auch, dass der Energiespeicher innerhalb des Erdreiches verhältnismäßig klein gehalten werden kann, wodurch beiderseitige Wärmetransporte ermöglicht werden und eine Temperaturschichtung des Fluids aufgebaut und eine Schichtungsumkehr realisiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil des anderen Energiespeichers besteht darin, das durch die Temperaturschichtung, die dort durch Energieeintrag oben erreicht wird, erwärmtes Brauch- und Heizwasser realisiert werden kann und mit den im Wesentlichen immer innenliegenden Wärmeeintragselementen und Wärmeentzugselementen für das Brauch- und Heizwasser die Übergabe und Spreizungsverluste minimiert werden können, sowie zusätzliche Hilfsenergien nicht eingesetzt werden brauchen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Wärmepumpe auf der Wärmeabgabeseite das sogenannte Heißgas abgibt, welches gleichzeitig ein Energiereservoir für das Brauchwasser ist, welches sich im oberen Teil des weiteren Energiespeichers befindet und dort erwärmt wird. Weiterhin sorgt das in der Mitte kondensierte Kältemittel im unteren Teil des Energiespeichers für eine maximal mögliche Unterkühlung, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe gesteigert wird.
Auf der Wärmeeintragsseite der Wärmepumpe nutzt die erfindungsgemäße Lösung Wärmeenergie aus dem Fluid im Energiespeicher innerhalb des Erdreiches und kann eben so Wärmeenergie von außerhalb des Energiespeicher innerhalb des Erdreiches nutzen aus einer weiteren Wärmeaufnahmevorrichtung für eine Wärmepumpe.
Da die Wärmepumpe Direktverdampfend/Direktkondensierend arbeiten kann, fallen zusätzliche Wärmeträgersysteme mit Hilfsenergien weg.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Dabei zeigt
1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung.
Beispiel 1
Eine Solaranlage 7 mit 30m² Fläche und einer Vorlauftemperatur von 45°C beheizt über einen Bündelrohrwämetauscher 8 einen Energiespeicher 1 mit einem Volumen von 1000 l. Der Solarkreislauf enthält ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch. Dadurch wird das im Energiespeicher 1 befindlichen Brauch- und Heizwasser auf eine Temperatur von 35°C im mittleren Teil des Energiespeichers 1 bei einer Spreizung von 6 K erwärmt.
Weiterhin wird durch einen weiteren Teil des Solarkreislaufes ein Edelstahlwärmetauscher 9,50 m DN 20 als Wellrohr, in einem Energiespeicher 16, der sich innerhalb des Erdreiches befindet, erwärmt, der wiederum das im Energiespeicher 16 befindliche Wasser auf eine Temperatur von 30°C aufheizt.
Die Aufheizung der beiden Energiespeicher 1 und 16 kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen, wobei im letztern Falle immer der Energiespeicher 1, der sich nicht im Erdreich befindet, zuerst aufgeheizt wird.
Ein witterungsgeführter Wärmepumpencontroller übernimmt die Reglung für die Wärmepumpe 11. Über 2 Speicherfühler (Oben: Brauchwasser 50°C und Mitte: Heizung außentemperaturabhängig zwischen 25–40°C) erfolgt die Zuschaltung der Wärmepumpe 11. Diese Wärmepumpe 11 z. B. ein Scroll Verdichter mit Kältemittel R410a hat eine Leistungsaufnahme von 1,50 kW bei einer Verdampfungstemperatur von 10°C und einer Kondensationstemperatur von 40°C. Die Heizleistung beträgt hierfür 9 kW (10 K Sauggasüberhitzung/0 K Flüssigkeitsunterkühlung ohne Druckverluste). Die Wärmeabgabeseite der Wärmepumpe 11 erfolgt direktverdampfend ohne zusätzliche Hilfsenergie über einen Cu-Wärmetauscher 14 im Energiespeicher 16, der sich innerhalb des Erdreiches befindet. Gleichzeitig kann auch noch Wärmeenergie in das Wasser im Energiespeicher innerhalb des Erdreiches über in einem äußeren Abstand zum Energiespeicher von 0,5–1,5 m angeordneten Cu-Wärmetauscher 15 erfolgen.
Die Wärmeeintragsseite der Wärmepumpe 11 erfolgt direktkondensierend in dem Energiespeicher 1 unter Ausnutzung des Heißgases von 60°C für das Brauchwasser, welches sich im Energiespeicher 1 befindet. Nachfolgend kühlt sich das Heißgas ab und kondensiert bei 40°C im Mittelteil des Energiespeichers 1 über einen Riffelrohr-Wärmetauscher 12. Im unteren Teil des Energiespeichers 1 wird das kondensierte Kältemittel weiter unterkühlt durch Rücklauf des Heizwassers (27°C) und dem kalten Trinkwasservorlauf (15°C).
Das Brauchwasser 2 wird im Durchlaufverfahren mit einem 25 m DN 40 Edelstahlwellrohr von 15°C Eintritt in dem unteren Bereich des Energiespeichers 1 (30°C) über den Kondensationstemperaturbereich (40°C) im mittleren Bereich des Energiespeichers 1 und dem Heißgasbereich (60°C) im oberen Bereich des Energiespeichers 1 mit der Schichtung auf 55°C–60°C erwärmt.
Das Heizungswasser mit Rücklaufmischer 35°C der Fußbodenheizung 4 wird aus dem mittleren Speicherbereich entnommen, in die Heizkreise transportiert und dort auf 27°C abgekühlt. Dieses abgekühlte Heizungswasser kann über eine Differenzsteuerung 5 die im Energiespeicher innerhalb des Erdreiches 16 vorhandene Wärme zur Rücklaufanhebung nutzen, dort über den Wärmetauscher 6 (50 m DN 20) auf eine Temperatur von 33°C erwärmt und wieder in den unteren Bereich des Energiespeichers 1 eingebracht werden.
Im Winter bei geringen solaren Erträgen kann bei Eisbildung eine Schichtungsumkehr im Energiespeicher innerhalb des Erdreiches 16 entstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10300427 B4 [0003]
- DE 10102041 A1 [0004]
- DE 202006011482 U1 [0005]

Claims

Heiz- und Warmwassersystem für Gebäude bestehend aus mindestens einer Solaranlage, mindestens zwei Wärmetauschern, die in mindestens zwei Energiespeichern angeordnet sind, wobei mindestens einer davon innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, mindestens einer Wärmepumpe, deren Wärmeaufnahmeteil im mindestens einen Energiespeicher innerhalb des Erdreiches und dessen Wärmeabgabeteil im mindestens anderen Energiespeicher angeordnet sind, und wobei der Energiespeicher innerhalb des Erdreiches nicht oder nur teilweise isoliert und mindestens teilweise mit einem Fluid gefüllt ist, welches in einem Temperaturbereich zwischen –10 und 100°C eine Phasenumwandlung realisiert.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem die Solaranlage mit mindestens zwei Wärmetauschern verbunden ist, die gleichzeitig und/oder wechselseitig Energie an die Medien in den mindestens zwei Energiespeichern abgeben.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Energiespeicher, der nicht im Erdreich angeordnet ist, mindestens einen Wärmetauscher der Solaranlage, mindestens den Wärmeabgabeteil der Wärmepumpe und mindestens den Wärmeaufnahmeteil des Verbrauchers enthält.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 3, bei dem der mindestens zweite Wärmetauscher der Solaranlage im unteren Teil des Energiespeichers, der nicht im Erdreich angeordnet ist, angeordnet ist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Pumpe im Medienumlauf der Solaranlage mit den Wärmetauschern angeordnet ist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Pumpe im Medienumlauf des Verbrauchers angeordnet ist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, nur in den Bereichen gegen Wärmeverluste isoliert ausgeführt ist, die sich an oder nahe der Erdoberfläche befinden.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, mindestens einen Wärmetauscher der Solaranlage und mindestens den Wärmeaufnahmeteil der Wärmepumpe enthält und mindestens mit einem Fluid gefüllt ist, welches in einem Temperaturbereich zwischen –10 und 100°C eine Phasenumwandlung realisiert.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 8, bei dem in dem mindestens einen Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, ein weiterer Wärmetauscher angeordnet ist, der direkt mit dem Verbraucher verbunden ist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem um den nichtisolierten Teil des Energiespeichers, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, innerhalb des Erdreiches ein weiteres Wärmeaufnahmeteil, welches mit der Wärmepumpe verbunden ist, angeordnet ist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem das weitere Wärmeaufnahmeteil aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Kupferschlangen besteht, die das Wärmeübertragungsmedium enthalten.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem das Fluid Wasser, Sand, Natriumazetat oder Mischungen davon sind.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, ein Regenwassertank ist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem als Wärmequelle mindestens die Sonnenenergie über die Solaranlage und/oder Erdreich über die Wärmepumpe dienen.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 15, bei dem als Wärmequelle Abluft und/oder Abwässer dienen.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Wärmetauscher und/oder der Wärmeaufnahmeteil der Wärmepumpe, die beide im Energiespeicher, der sich innerhalb des Erdreiches befindet, angeordnet sind, wendelförmig ausgebildet sind.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 17, bei dem die wendelförmigen Wärmetauscher und Wärmaufnahmeteil räumlich ineinander geflochten angeordnet sind, und glatt, profiliert oder strukturierte Oberflächen aufweisen.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Energiespeicher, der nicht im Erdreich angeordnet ist, den Einlauf des Mediums aus der mindestens einen Wärmepumpe im oberen Teil und den mindestens einen Wärmetauscher, der mit der Solaranlage verbunden ist, im unteren Teil aufweist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 19, bei dem der mindestens eine Energiespeicher, der nicht im Erdreich angeordnet ist, im oberen Bereich einen Abzug für das mit Wärmeenergie angereicherte Brauchwasser, im mittleren Teil einen Abzug für das mit Wärmeenergie ebenfalls noch angereicherte Wasser für den Vorlauf der Heizung und im unteren Teil einen Einlass für den Rücklauf des abgekühlten Wassers der Heizung und Einlass des kalten Brauchwassers aufweist.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem die Verbraucher über mindestens einen weiteren Wärmetauscher, der im Energiespeicher, der innerhalb des Erdreiches angeordnet ist, direkt mit Wasser, welches mit Wärmeenergie angereichert ist, beaufschlagt wird und der Rücklauf wieder über diesen Wärmetauscher erfolgt.
Heiz- und Warmwassersystem nach Anspruch 1, bei dem das System ohne eine Zusatzheizung arbeitet.