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DE29921889U1 - Heat pump heating center - Google Patents

Heat pump heating center

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DE29921889U1
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heat pump
heating
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heat
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Description

Bez.: Wärmepumpenheizzentral€ "I" ' I l „ * * &igr; n : Aktenzeichen: 299 21889.9Ref.: Heat pump heating central€"I"' I l „ * * &igr; n : Reference number: 299 21889.9

Anmelder: GPV managementApplicant: GPV management

Ergänzung zur Beschreibung vom 10.12.99Addition to the description of 10.12.99

Wärmepumpenheizzentralen zur Beheizung von Gebäuden und zur Brauchwassererwärmung
üblicher Bauart, wie sie in den Firmenunterlagen von Siemens, Ochsner und in der
Arbeitsmappe des Initiativkreises Wärmepumpe e.V. beschrieben sind, bestehen neben der
primären Wärmequelle und der Wärmepumpe aus mindestens zwei getrennten Speicherndem
Puffer- bzw. Trennspeicher und dem Speicher zur Brauchwassererwärmung. Hierdurch
entsteht ein erhöhter Platzbedarf und die Gesamtkosten der Anlage steigen.Heat pump heating systems for heating buildings and domestic water
of the usual design, as described in the company documents of Siemens, Ochsner and in the
The workbook of the Heat Pump Initiative Group eV contains the
primary heat source and the heat pump from at least two separate storage
Buffer or separation tank and the tank for domestic water heating. This
This results in an increased space requirement and the overall costs of the system increase.

Die Einzelelemente der Anlage werden für jedes Projekt neu zusammengestellt.The individual elements of the system are reassembled for each project.

Bei der Auslegung von Wärmepumpenheizzentralen üblicher Bauart gemäß den geltenden Vorschriften zur Dimensionierung von Heizungsanlagen ist für Außentemperaturen unterhalb der in o.g. genannten Vorschrift festgelegten Außentemperaturen die Wärmeversorgung zur Gebäudebeheizung und Brauchwassererwärmung nicht mehr vollständig abgesichert. Es müssen die Anlagen zur Absicherung einer ausreichenden Wärmeversorgung bezüglich der Wärmepumpe und der Wärmequelle überdimensioniert werden., Hierdurch entstehen wiederum erhebliche Mehrkosten.When designing heat pump heating centers of the usual type in accordance with the applicable regulations for dimensioning heating systems, the heat supply for heating the building and domestic water heating is no longer fully ensured for outside temperatures below the outside temperatures specified in the above-mentioned regulation. The systems must be oversized to ensure an adequate heat supply with regard to the heat pump and the heat source. This in turn results in considerable additional costs.

Um diese Überdimensionierung zu umgehen werden in o.g. Literatur bivalent arbeitende Wärmepumpenheizzentralen beschrieben, denen unterhalb des Bivalenzpunktes eine weitere Energiequelle wie Gas- oder Öl-Heizungssysteme zugeschalten werden. Dabei ist sowohl ein Prallelbetrieb, als auch der Einzelbetrieb jeder einzelnen Heizanlage möglich. Nachteilig ist bei dieser Art der bivalenten Arbeitsweise, dass zwei Energieträgersysteme für den Betrieb der Heizanlage benötigt werden.In order to avoid this over-dimensioning, bivalent heat pump heating systems are described in the above-mentioned literature, to which an additional energy source such as gas or oil heating systems is connected below the bivalence point. Both parallel operation and individual operation of each heating system are possible. The disadvantage of this type of bivalent operation is that two energy carrier systems are required to operate the heating system.

Übliche Brauchwassererwärmungsanlagen in Wärmepumpenheizungsanlagen arbeiten als Speicher, d.h. das erwärmte Brauchwasser wird in einem speziellen Speicher vorgehalten. Da Wärmepumpenanlagen wegen ihres Wikungsgrades mit möglichst geringen Ausgangstemperaturen von < 600C arbeiten, ist zum Abbau biologischer Verunreinigungen bei Speichersystemen mit Speichervolumina >=300 1 ein gesondertes Brauchwassererwärmungssystem erforderlich, welches in definierten Zeitabständen eine Erwärmung des gespeicherten Brauchwassers über 600C absichert. Die Brauchwasserspeicher müssen aus hochveredelten Materialien bestehen, um eine chemische Verunreinigung des Bauchwassers auszuschließen. Hierdurch entstehen erhebliche Mehrkosten.Conventional domestic water heating systems in heat pump heating systems work as storage tanks, ie the heated domestic water is stored in a special storage tank. Since heat pump systems work with the lowest possible starting temperatures of < 60 0 C due to their efficiency, a separate domestic water heating system is required to break down biological contamination in storage systems with storage volumes >=300 1, which ensures that the stored domestic water is heated to over 60 0 C at defined intervals. The domestic water storage tanks must be made of high-quality materials to prevent chemical contamination of the domestic water. This results in considerable additional costs.

Für den Betrieb von Wärmepumpenheizzentralen zur Gebäudebeheizung und Brauchwassererwärmung in Kombination mit Solarkollektoranlagen wird üblicherweise die mittels der Solarkollektoren gewonnen Wärmeenergie unmittelbar dem Brauchwasserspeicher zur Brauchwassererwärmung oder zur Heizungsunterstützung der primären Wärmequelle für die Wärmepumpe zugeführt. Bei der Kombination der Solarkollektoranlage mit der Brauchwasserwärmung sind niedrige Solarenergiegewinne nicht nutzbar.When operating heat pump heating systems for building heating and domestic water heating in combination with solar collector systems, the heat energy gained by the solar collectors is usually fed directly into the domestic water storage tank for domestic water heating or to support the heating of the primary heat source for the heat pump. When combining the solar collector system with domestic water heating, low solar energy gains cannot be used.

Bei üblichen monovalent arbeitenden Wärmepumpenheizzentralen ist im Havariefall der Wärmepumpe keine Grundversorgung mit Wärmeenergie möglich, d.h. sowohl die Gebäudebeheizung als auch die Brauchwasserwärmung sind nicht arbeitsfähig.In the case of conventional monovalent heat pump heating systems, a basic supply of heat energy is not possible in the event of a heat pump failure, i.e. both the building heating and the domestic water heating are not able to function.

Übliche, wie in o.g. Literatur beschriebene Wärmepumpenheizzentralen sind bei der Sanierung von Gebäuden mit Heizungssytemen mit Vorlauftemperaturen >60°C nicht einsetzbar. Es muss, wenn Wärmepumpenheizentralen zum Einsatz kommen sollen, die gesamte Heizungsanlage auf ein Temperatursystem mit Heizungsvorlauftemperaturen <60°C umgestellt werden. Diese Umstellung ist mit hohen Kosten verbunden und macht somit die Umstellung auf den Einsatz der Wärmepumpenheizung unökonomisch.Conventional heat pump heating systems as described in the above literature cannot be used when renovating buildings with heating systems with flow temperatures >60°C. If heat pump heating systems are to be used, the entire heating system must be converted to a temperature system with heating flow temperatures <60°C. This conversion is associated with high costs and therefore makes the conversion to the use of heat pump heating uneconomical.

Bez.: Wärmepumpenheizzentrald ":* ' : * * * ] '] · Aktenzeichen: 299 21889.9Ref.: Heat pump heating central ":* ' : * * * ] '] · Reference number: 299 21889.9

Anmelder: GPV managementApplicant: GPV management

Die in den Schutzansprüchen 1 bis 19 genannte Erfindung ermöglicht es, die aufgeführten Probleme und Nachteile üblicher Wärmepumpenheizzentralen auszuschließen und somit eine weitestgehend universell einsetzbare und mit optimierten Investitionskosten verbundene ökologische Wärmeenergiequelle für Neubauvorhaben und Altbausanierung zu realisieren.The invention mentioned in claims 1 to 19 makes it possible to exclude the problems and disadvantages of conventional heat pump heating systems and thus to realize an ecological heat energy source for new construction projects and the renovation of old buildings that can be used universally to a large extent and is associated with optimized investment costs.

1. Das gewählte Bausteinprinzip ermöglicht eine Minimierung des Projektierungsaufwandes.1. The selected modular principle enables the project planning effort to be minimized.

2. Es bestehen keine Einschränkungen bezüglich der nutzbaren primären Wärmequellen.2. There are no restrictions on the primary heat sources that can be used.

3. Es wird nur ein Energieträger, die Elektroenergie benötigt.3. Only one energy source is required: electrical energy.

4. der Multifunktionsspeicher (2) vereinigt die üblicherweise getrennten Puffer bzw Trennspeicher und Brauchwasserspeicher zu einem universellen Speicher mit Anschlußmöglichkeit einer Solarkollektoranlage. Hierdurch werden die Kosten und der Raumbedarf optimiert.4. The multifunctional storage tank (2) combines the usually separate buffers or separating storage tanks and domestic hot water storage tanks into a universal storage tank with the option of connecting a solar collector system. This optimizes costs and space requirements.

5. Durch das gewählte Durchlaufverfahren zur Brauchwassererwärmung werden keine gesonderten Systeme zur Überhitzung des Brauchwassers benötigt, um biologische Verunreinigungen abzubauen.5. Due to the flow-through process chosen for domestic water heating, no separate systems are required to superheat the domestic water in order to break down biological contaminants.

6. Durch das gewählte Durchlaufverfahren zur Brauchwassererwärmung werden keine hochveredelten korrosionsbestädigen Behältermaterialien benötigt.6. Due to the selected continuous flow process for domestic water heating, no highly refined corrosion-resistant container materials are required.

7. Durch den Einsatz der integrierten elektrischen Widerstandsheizung (4) wird eine Optimierung der Wärmepumpe (1) und der primären Wärmequelle(4) erreicht.7. By using the integrated electrical resistance heater (4), an optimization of the heat pump (1) and the primary heat source (4) is achieved.

8. Durch den Einsatz der integrierten elektrischen Widerstandsheizung (4) ist auch bei Außentemperaturen unterhalb der in den Auslegungsvorschriften für Heizungsanalgen festgelegten Außentemperaturen eine ausreichende Wärmeenergiebereitstellung abgesichert.8. The use of the integrated electrical resistance heating (4) ensures sufficient heat energy supply even at outside temperatures below those specified in the design regulations for heating systems.

9. Durch den Einsatz der integrierten elektrischen Widerstandsheizung (4) ist im Havariefall der Wärmepumpe (19 eine Grundwärmeenergieversorgung sowohl für die Gebäudebeheizung als auch für die Brauchwassererwärmung abgesichert.9. By using the integrated electrical resistance heating (4), a basic heat energy supply for both building heating and domestic water heating is ensured in the event of a failure of the heat pump (19).

10. Durch den Einsatz der integrierten elektrischen Widerstandsheizung (4) ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizzentrale auch in Heizungssystemen mit Heizkreisvorlauftemperaturen >60°C ökonomisch möglich.10. By using the integrated electrical resistance heating (4), the use of the heat pump heating center according to the invention is also economically possible in heating systems with heating circuit flow temperatures >60°C.

11. In der erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizzentrale ist die Nutzung der Wärmeenergie aus in das System eingebundenen Solarkollektoranlagen sowohl für die Brauchwassererwärmung als auch zur Heizungsunterstützung und Solevorwärmung möglich.11. In the heat pump heating center according to the invention, the use of thermal energy from solar collector systems integrated into the system is possible both for domestic water heating and for heating support and brine preheating.

In der Zeichung 1 ist das Zusammenwirken der Grundelemente der erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizzentrale dargestellt.Drawing 1 shows the interaction of the basic elements of the heat pump heating center according to the invention.

Bez.: Warmepumpenheizzentrale* *-:*'; :. ; * * \\ \ Aktenzeichen: 29921889.9Reference: Heat pump heating center* *-:*';:.; * * \\ \ Reference number: 29921889.9

Anmelder: GPV managementApplicant: GPV management

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 Wärmepumpe1 heat pump

2 Multitunktionsspeicher2 multi-function memories

3 integrierte elektrische Widerstandsheizung3 integrated electrical resistance heating

4 Wärmequelle (dargestellt als Erdkollektor)4 Heat source (shown as ground collector)

5 Heizkreis5 heating circuit

6 Wärmetauschersystem zur Brauchwassererwärmung6 Heat exchanger system for domestic water heating

7 Wärmetauscher zur Brauchwasservorwärmung7 heat exchangers for domestic water preheating

8 Wärmetauscher zum Anschluss einer Solarkollektoranlage8 heat exchangers for connecting a solar collector system

9 Solarkollektor9 Solar collector

Claims (9)

1. Wärmepumpenheizzentrale zur Beheizung von Gebäuden und zur Brauchwassererwärmung dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenheizzentrale aus den Grundelementen - Wärmepumpe (1), - Multifunktionsspeicher (2) und - integrierten elektrischen Widerstandsheizung (3)besteht und - diese Grundelemente durch eine spezielle Hydraulik miteinander verbunden sind; - das Zusammenwirken dieser Grundelemente in Verbindung mit einer primären Wärmequelle (4) und dem Heizkreis (5) durch eine spezielle Regelungstechnik organisiert wird. 1. Heat pump heating plant for heating buildings and for domestic water heating, characterized in that the heat pump heating plant consists of the basic elements - Heat pump (1), - Multifunctional memory (2) and - integrated electrical resistance heating (3) and - these basic elements are connected to each other by a special hydraulic system; - the interaction of these basic elements in connection with a primary heat source (4) and the heating circuit (5) is organised by a special control technology. 2. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1) dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenheizzentrale in einem Bausteinsystem, bestehend aus den drei Grundbausteinen - bivalent monoenergetisch arbeitende Wärmepumpenheizzentrale ohne Brauchwassererwärmung, - bivalent monoenergetisch arbeitende Wärmepumpenheizzentrale mit Brauchwassererwärmung und - bivalent monoenergetisch arbeitende Wärmepumpenheizzentrale mit solarthermischer Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützungmit jeweils drei Leistungsstufen angeboten wird. 2. Heat pump heating plant according to protection claim (1), characterized in that the heat pump heating plant is a modular system consisting of the three basic modules - bivalent mono-energetic heat pump heating centre without domestic water heating, - bivalent mono-energetic heat pump heating centre with domestic water heating and - bivalent mono-energetic heat pump heating center with solar thermal domestic water heating and heating support, each with three performance levels. 3. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 2) dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenheizzentrale sowohl - im Neubau, als auch - bei der Gebäudesanierungeingesetzt werden kann. 3. Heat pump heating plant according to protection claim (1 to 2), characterized in that the heat pump heating plant both - in new buildings, as well as - can be used in building renovation. 4. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 3) dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) als primäre Wärmeenergiequelle (4) gespeicherte Solarenergie nutzt und mit Elektroenergie angetrieben wird. 4. Heat pump heating center according to protection claim (1 to 3), characterized in that the heat pump (1) uses stored solar energy as the primary heat energy source (4) and is driven by electrical energy. 5. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 4) dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenheizzentrale in Heizungsanlagen mit - Fußbodenheizungen mit Heizkreisvorlauftemperaturen bis zu 45°C und - Flächenheizkörpern mit Heizkreisvorlauftemperaturen bis 55°C und in - Flächenheizkörpern mit Heizkreisvorlauftemperaturen bis 70°Cökonomisch eingesetzt werden können. 5. Heat pump heating plant according to protection claim (1 to 4), characterized in that the heat pump heating plant in heating systems with - Underfloor heating with heating circuit flow temperatures up to 45°C and - Surface radiators with heating circuit flow temperatures up to 55°C and in - Surface radiators with heating circuit flow temperatures of up to 70°C can be used economically. 6. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 5) dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Solarenergie in Form sowohl von - Erdwärme - Grundwasser - Oberflächenwasser und - Luftgenutzt werden kann. 6. Heat pump heating system according to claim (1 to 5), characterized in that the stored solar energy in the form of both - Geothermal energy - Groundwater - Surface water and - Air can be used. 7. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 6) dadurch gekennzeichnet, dass die als Erdwärme gespeicherte Solarenergie mittels - vertikalen Sonden und/oder - horizontalen Kollektorendem Erdreich entzogen werden kann. 7. Heat pump heating plant according to claim (1 to 6), characterized in that the solar energy stored as geothermal energy is - vertical probes and/or - horizontal collectors can be extracted from the ground. 8. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 7) dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpenheizzentrale bivalent, monoenergetisch arbeitet. 8. Heat pump heating center according to protection claim (1 to 7), characterized in that the heat pump heating center operates bivalently, monoenergetically. 9. Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 8) dadurch gekennzeichnet, dass der Multifuktionsspeicher (3) die Funktionen - Pufferspeicher bzw. Trennspeicher bzw. Wasserweiche, - Brauchwasseraufbereitung und - Einspeisepunkt für Solarkollektoranlagein sich vereinigt. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 9) dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Wärmeenergiequelle die integrierte elektrische Widerstandsheizung (3) zum Einsatz kommt. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 10) dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) und die integrierte elektrische Widerstandsheizung (3) zur Wärmeenergieerzeugung unterhalb einer definierten Wärmepumpen-Wasserrücklauftemperatur parallel arbeiten. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 11) dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte elektrische Widerstandsheizung (3) sowohl - unterhalb des Bivalenzpunktes zur Heizungsunterstützung als auch im Bedarfsfall - unabhängig von der Außentemperatur zur Brauchwassererwärmung eingesetzt wird. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 12) dadurch gekennzeichnet, dass im Havariefall der Wärmepumpe (1) mittels der integrierten elektrischen Widerstandsheizung (3) eine Grundwärmeenergieversorgung sowohl - zur Gebäudebeheizung als auch - zur Brauchwassererwärmung abgesichert werden kann. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 13) dadurch gekennzeichnet, dass durch den Paralellbetrieb der Wärmepumpe (1) und der integrierten elektrischen Widerstandsheizung (3) durch die sinnvolle hydraulische Verknüpfung zwischen Wärmepumpe (1), Multifunktionsspeicher (2), integrierter elektrischer Widerstandsheizung (3) und dem Heizkreis (5) eine kurzfristige Aufheizung des Brauchwassers und/ oder des Heizkreises ermöglicht wird. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 14) dadurch gekennzeichnet, dass im Multifunktionsspeicher (2) die thermische Wasserschichtung - zur Erwärmung des Brauchwassers und - zur Temperierung des Heizkreisesausgenutzt wird. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 15) dadurch gekennzeichnet, dass das Brauchwasser im Multifunktionsspeicher (2) im Durchlaufverfahren mittels des Wärmetauschersystems (6) im Kopfbereich des Multifunktionsspeichers (2) erwärmt und somit eine biologischen Verunreinigung des Brauchwassers ausgeschlossen wird. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 16) dadurch gekennzeichnet, dass im Bedarfsfall das Brauchwasser in einem zusätzlichen, dem Wärmetauschersystem (6) vorgeschalteten Wärmetauscher (7) im Bodenbereich des Multifunktionsspeichers (2) vorgewärmt wird. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 17) dadurch gekennzeichnet, dass im Bedarfsfall im Bodenbereich des Multifunktionsspeichers (2) ein zusätzlicher Wärmetauscher (8) zum Anschluß einer Solarkollektoranlage (9) angeordnet werden kann. - Wärmepumpenheizzentrale nach Schutzanspruch (1 bis 18) dadurch gekennzeichnet, dass in Verbindung mit einer Solarkollektoranlage (9) durch eine spezielle hydraulische Verknüpfung zwischen der Solarkollektoranlage (9) und der primären Wärmequelle (4) die Soletemperatur und damit der Gesamtwirkungsgrad der Wärmepumpenheizzentrale angehoben werden können. 9. Heat pump heating plant according to protection claim (1 to 8), characterized in that the multi-function storage (3) has the functions - buffer tank or separating tank or water diverter, - Process water treatment and - Feed-in point for solar collector system combined. - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 9), characterized in that the integrated electrical resistance heater (3) is used as the second heat energy source. - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 10), characterized in that the heat pump (1) and the integrated electrical resistance heater (3) operate in parallel to generate heat energy below a defined heat pump water return temperature. - Heat pump heating system according to protection claim (1 to 11), characterized in that the integrated electrical resistance heating (3) both - below the bivalence point for heating support as well as in case of need - is used to heat domestic water regardless of the outside temperature. - Heat pump heating system according to protection claim (1 to 12) characterized in that in the event of an accident of the heat pump (1) by means of the integrated electrical resistance heating (3) a basic heat energy supply is provided both - for heating buildings as well as - can be secured for domestic water heating. - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 13), characterized in that the parallel operation of the heat pump (1) and the integrated electrical resistance heater (3) through the sensible hydraulic connection between the heat pump (1), multifunctional storage tank (2), integrated electrical resistance heater (3) and the heating circuit (5) enables a short-term heating of the domestic water and/or the heating circuit. - Heat pump heating plant according to protection claim (1 to 14), characterized in that in the multifunctional storage tank (2) the thermal water stratification - for heating domestic water and - is used to control the temperature of the heating circuit. - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 15), characterized in that the service water in the multifunctional storage tank (2) is heated in a continuous process by means of the heat exchanger system (6) in the head area of the multifunctional storage tank (2) and thus biological contamination of the service water is excluded. - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 16), characterized in that, if necessary, the service water is preheated in an additional heat exchanger (7) in the base area of the multifunctional storage tank (2) upstream of the heat exchanger system (6). - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 17), characterized in that, if required, an additional heat exchanger (8) for connecting a solar collector system (9) can be arranged in the bottom area of the multifunctional storage tank (2). - Heat pump heating center according to protection claim (1 to 18), characterized in that in connection with a solar collector system (9) by a special hydraulic connection between the solar collector system (9) and the primary heat source (4) the brine temperature and thus the overall efficiency of the heat pump heating center can be increased.
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