DE-102024132017-A1 - Wärmepumpe zur Versorgung eines Gebäudes mit Wärme und Warmwasser, Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe und Computerprogrammprodukt

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Wärmepumpe (1) zur Heizung oder Kühlung eines Gebäudes und zur Versorgung des Gebäudes mit Warmwasser, umfassend einen Kältekreis (8), in dem ein Kältemittel zirkuliert, mit einem ersten Wärmetauscher (2), eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Umgebungsmedium, und einem zweiten Wärmetauscher (3), eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Heizkreis (7), einem dritten Wärmetauscher (4) eingerichtet, Wärme vom Kältekreis (8) auf in einem Warmwasserspeicher (5) enthaltenes Wasser zu übertragen, wobei: - in einem Heizbetrieb der erste Wärmetauscher (2) als Verdampfer wirkt und Wärme vom Umgebungsmedium auf den Kältekreis (8) überträgt und der zweite Wärmetauscher (3) als Verflüssiger wirkt, dem Kältekreis (8) Wärme entzieht und diese auf einen Heizkreis (7) überträgt, und - in einem Kühlbetrieb der zweite Wärmetauscher (3) als Verdampfer wirkt und Wärme vom Heizkreis (7) auf den Kältekreis (8) überträgt und der dritte Wärmetauscher (4) Wärme aus dem Kältekreis (8) auf im Warmwasserspeicher (5) enthaltenes Wasser überträgt, und der dritte Wärmetauscher (4) in einer Bypassleitung (21) des ersten Wärmetauschers (2) angeordnet ist und ein Dreiwegeventil (6) dazu eingerichtet ist, einen Kältemittelstrom vollständig dem ersten Wärmetauscher (2) oder dem dritten Wärmetauscher (4) zuzuleiten, oder auf den ersten Wärmetauscher (2) und den dritten Wärmetauscher (4) aufzuteilen.

Inventors

• Michelle Bernard

Assignees

• VAILLANT GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (6)

1. Wärmepumpe (1) zur Heizung oder Kühlung eines Gebäudes und zur Versorgung des Gebäudes mit Warmwasser, umfassend einen Kältekreis (8), in dem ein Kältemittel zirkuliert, mit einem ersten Wärmetauscher (2), eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Umgebungsmedium, und einem zweiten Wärmetauscher (3), eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Heizkreis (7), einem dritten Wärmetauscher (4) eingerichtet, Wärme vom Kältekreis (8) auf in einem Warmwasserspeicher (5) enthaltenes Wasser zu übertragen, wobei der dritte Wärmetauscher (4) in einer Bypassleitung (21) des Kältekreises (8) des ersten Wärmetauschers (2) angeordnet ist und ein Dreiwegeventil (6), dazu eingerichtet ist, einen Kältemittelstrom vollständig dem ersten Wärmetauscher (2) oder dem dritten Wärmetauscher (4) zuzuleiten, oder auf den ersten Wärmetauscher (2) und den dritten Wärmetauscher (4) aufzuteilen.
2. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 1 , wobei ein erster Temperatursensor (9) in einer Durchströmungsrichtung (20) des Kühlbetriebs des Kältekreises (8) vor einer Verzweigung (22) des Kältekreises zu dem ersten Wärmetauscher (2) und dem dritten Wärmetauscher (4) angeordnet ist.
3. Wärmepumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Wärmetauscher (2) zum Wärmeaustausch mit Umgebungsluft (17) eingerichtet ist.
4. Wärmepumpe (1) nach Anspruch 2 umfassend ein Regel- und Steuergerät (13), das mit dem ersten Wärmetauscher (2), dem zweiten Wärmetauscher (3) und dem dritten Wärmetauscher (4) sowie dem ersten Temperatursensor (9) elektrisch verbunden ist.
5. Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe (1) nach Anspruch 4 , wobei im Kühlbetrieb bedarfsorientiert anhand der vom ersten Temperatursensor (9) erfassten Temperatur des Kältemittels und einer Temperatur des Wassers im Warmwasserspeicher (5) automatisiert mittels des Dreiwegeventils (6) dem Warmwasserspeicher (5) Wärme aus dem Kältekreis (8) über den dritten Wärmetauscher (4) zugeführt wird.
6. Computerprogrammprodukt (14), umfassend Befehle, die eine Wärmepumpe (1) nach Anspruch 4 dazu veranlassen, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe (1) nach Anspruch 5 auszuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe zu Versorgung eines Gebäudes mit Wärme, Kühlung und Warmwasser, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe und ein Computerprogrammprodukt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Heizungssysteme für Gebäude, die Heizungswärme, Kühlung und Warmwasser bereitstellen. Diese sollen mit Blick auf die CO2-Emissionen verbessert werden. Wärmepumpen rücken zunehmen in den Fokus zur Wärmeversorgung von Gebäuden, da diese eine Nutzung von nachhaltigen Energien, insbesondere Solarenergie, ermöglichen. Dabei sind verschiedene Systeme von Wärmepumpen bekannt. Diesen gemein ist ein Kältekreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert und einen Wärmetransport mittels eines Phasenwechsels ermöglicht. Hierzu umfasst der Kältekreis mindestens einen ersten Wärmetauscher, der mit einer Umgebungswärmequelle in Verbindung steht und dieser Wärme entziehen kann. Ein zweiter Wärmetauscher steht mit einem Heizkreis des Gebäudes und/ oder einer Einrichtung zur Bereitstellung von erwärmtem Trink- oder Brauchwasser in Verbindung. In einem Heizbetrieb kann der erste Wärmetauscher nun Wärmeenergie von der Umgebungswärmequelle aufnehmen und in den Kältekreis eintragen und der zweite Wärmetauscher die Wärmeenergie aus dem Kältekreis austragen und auf einen Wärmeträger im Heizkreis oder Trink- oder Brauchwasser übertragen. Insofern ist bei einem Heizbetrieb der erste Wärmetauscher ein Verdampfer, indem das Kältemittel im Kältekreis verdampft und Wärme aufnimmt und der zweite Wärmetauscher ein Verflüssiger (Kondensator), der Wärme aus dem Kältekreis auf einen Heizkreis und/ oder Trink- oder Brauchwasser übertragen und somit nutzbar machen kann. Ein wesentlicher Vorteil von Wärmepumpen kann darin gesehen werden, dass auch ein Kühlbetrieb möglich ist. Hierzu kann der zweite Wärmetauscher zur Aufnahme von Wärme aus dem Heizkreis eingerichtet werden und der erste Wärmetauscher kann diese im Gebäude aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben. Zur Aufnahme von Wärme aus dem Gebäude sind Flächenheizungen (insbesondere Fußboden-. Decken- oder Wandheizungen) besonders geeignet. Für eine Bereitstellung von Warmwasser muss die Wärmepumpe aus dem Kühlbetrieb zurück in den Heizbetrieb schalten, um Umgebungswärme aufzunehmen und auf das Warmwasser zu übertragen. Die EP 2 719 956 A1 beschreibt eine Lösung, bei der Wärme aus dem Kühlbetrieb auf einen Warmwasserspeicher übertragen werden kann. Diese Lösung ist jedoch technisch aufwendig und energetisch ineffizient. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern oder zu lösen. Insbesondere soll eine Wärmepumpe und ein Verfahren zu deren Betreiben angegeben werden, die eine energieeffiziente Bereitstellung von Warmwasser ermöglichen. Zudem soll die Erfindung nur geringe bauliche Veränderungen gegenüber einer Wärmepumpe nach dem Stand der Technik erfordern. Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Hierzu trägt eine Wärmepumpe zur Heizung oder Kühlung eines Gebäudes und zur Versorgung des Gebäudes mit Warmwasser bei. Die Wärmepumpe umfasst einen Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert, mit einem ersten Wärmetauscher, eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Umgebungsmedium, und einem zweiten Wärmetauscher, eingerichtet zum Wärmeaustausch mit einem Heizkreis, einem dritten Wärmetauscher eingerichtet, Wärme vom Kältekreis auf in einem Warmwasserspeicher enthaltenes Wasser zu übertragen. Der dritte Wärmetauscher ist in einer Bypassleitung des Kältekreises des ersten Wärmetauschers angeordnet. Weiter ist ein Dreiwegeventil dazu eingerichtet, (1) einen Kältemittelstrom vollständig dem ersten Wärmetauscher zuzuleiten oder (2) einen Kältemittelstrom vollständig dem dritten Wärmetauscher zuzuleiten, oder (3) einen Kältemittelstrom auf den ersten Wärmetauscher und den dritten Wärmetauscher (mit einem einstellbaren Verhältnis) aufzuteilen. Die Wärmepumpe kann beim Betreiben in einem Heizbetrieb und in einem Kühlbetrieb betrieben werden, wobei:- in einem Heizbetrieb der erste Wärmetauscher als Verdampfer wirkt und Wärme vom Umgebungsmedium auf den Kältekreis überträgt und der zweite Wärmetauscher als Verflüssiger wirkt, dem Kältekreis Wärme entzieht und diese auf einen Heizkreis überträgt, und- in einem Kühlbetrieb der zweite Wärmetauscher als Verdampfer wirkt und Wärme vom Heizkreis auf den Kältekrei