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EP-4180739-B1 - BUILDING WITH HEAT PUMP HEATING SYSTEM

EP4180739B1EP 4180739 B1EP4180739 B1EP 4180739B1EP-4180739-B1

Inventors

  • SONNEKALB, MICHAEL
  • SCHMITT, Carl Heinrich

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20221110

Claims (15)

  1. Building (3) with an electrically operable heating system (1) having a refrigerant circuit (5) comprising a compressor (9), a first heat exchanger (11) operable as a condenser/gas cooler in heat pump operation, an expansion device (13), and a second heat exchanger (15) operable as an evaporator in heat pump operation, which is operable in heat pump operation for heating a heat transfer medium of a secondary circuit (17), wherein the second heat exchanger (15) is arranged outside the chimney (31) in the building (3) and an air duct (23, 27, 43, 51) for an air flow is designed such that air of the air flow can be discharged upward through a chimney (31) of the building (3) for release into the outside environment and/or can be supplied from above for heat exchange, characterized - in that the second heat exchanger (15) is designed as a dual-fluid heat exchanger, - in that during operation of the heating system (1) the refrigerant of the refrigerant circuit (5) is in heat exchange connection with air of the air flow via the second heat exchanger (15) in such an indirect arrangement that in the second heat exchanger (15) the refrigerant is in heat exchange connection with a heat transfer medium of a second secondary circuit (53), wherein via a further heat exchanger (57) arranged outside the chimney (31) in the building (3) in the second secondary circuit (53) during operation the heat transfer medium of the second secondary circuit (53) is in heat exchange connection with air of the air flow, and - in that the refrigerant circuit (5) is switchable to operate in cooling operation.
  2. Building (3) according to claim 1, in particular a residential building, characterized in that the heat transfer medium of the secondary circuit (17) is water and the secondary circuit (17) is designed such that during heat pump operation of the refrigerant circuit (5) it is a heating circuit for heating room air of one or more interior rooms of the building (3).
  3. Building (3) according to claim 1 or 2, characterized in that in cooling operation of the refrigerant circuit (5) the first heat exchanger (11) is operable as an evaporator.
  4. Building (3) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in cooling operation of the refrigerant circuit (5) the second heat exchanger (15) is operable as a condenser/gas cooler.
  5. Building (3) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the refrigerant circuit (5) comprises at least one further heat exchanger (63) operable as an evaporator in cooling operation and/or at least one further heat exchanger (61) operable as a condenser/gas cooler in cooling operation.
  6. Building (3) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heating system (1) comprises at least one air conveying device (39) which is arranged such that during operation it contributes to air of the air flow being discharged upward through the chimney (31) and/or being supplied from above through the chimney (31) for heat exchange with refrigerant located in the second heat exchanger (15).
  7. Building (3) according to claim 6, characterized in that at least one of the at least one air conveying device (39) is arranged in the chimney (31) in the region of the upper end of the chimney (31).
  8. Building (3) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the air guidance of air of the air flow in a respective air guide section (35, 45) forming the section for the respective air guidance through the chimney (31) runs through one or more pipes (43, 51) arranged in the chimney (31).
  9. Building (3) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the air duct (23, 43) for supplying outside air in the air flow for heat exchange with refrigerant located in the second heat exchanger (15) is not guided through the chimney (31), but rather along another path.
  10. Building (3) according to claim 9, characterized in that the air supply in the air flow for the heat exchanger is guided through a further chimney.
  11. Building (3) according to claim 8, characterized in that for supplying air of the air flow through the chimney (31) at least one of the pipes (43) is provided and for discharging the air through the chimney (31) at least one other of the pipes (51) is provided.
  12. Building (3) according to one of claims 1 to 11, characterized in that one or more air inlet openings (25) for outside air for supplying air for heat exchange with refrigerant located in the second heat exchanger (15) are arranged at such a large distance from one or more air outlet openings (37) to the outside for discharging air after the heat exchange with refrigerant located in the second heat exchanger (15) that an air short-circuit of supplied and discharged air is avoided.
  13. Building (3) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the heating system (1) is designed such that air not guided through the chimney (31), in particular room air of the building (3), can be mixed into the air flow for heat exchange between air and refrigerant located in the second heat exchanger (15).
  14. Building (3) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the refrigerant circuit (5) with its components is arranged on the ground floor of the building (3).
  15. Building (3) according to one of claims 1 to 13, characterized in that it has a basement in which the refrigerant circuit (5) with its components is arranged.

Description

Gebiet der Technik: Die Erfindung betrifft ein Gebäude mit einer elektrisch betreibbaren Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Heizungsanlage hat einen Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor, einen im Wärmepumpenbetrieb als Kondensator/Gaskühler betreibbaren ersten Wärmetauscher, ein Expansionsorgan und einen im Wärmepumpenbetrieb als Verdampfer betreibbaren zweiten Wärmetauscher umfasst. Der Kältemittelkreislauf ist im Wärmepumpenbetrieb zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums eines Sekundärkreislaufs betreibbar. Die Komponenten des Kältemittelkreislaufs sind mit Kältemittelleitungen zum Strömen des Kältemittels im Kreislauf verbunden. Im Kompressor wird das Kältemittel durch Kompression erwärmt und auf einen hohen Druck gebracht und im Expansionsorgan wieder entspannt, wobei es sich abkühlt. Ein Kondensator/Gaskühler ist entweder als ein Kondensator oder als ein Gaskühler ausgebildet. Sofern das Kältemittel wie beispielsweise CO2 überkritisch im Kondensator/Gaskühler betrieben wird, fungiert dieser als Gaskühler und bei Ausführungen, bei denen das Kältemittel wie beispielsweise R-1234yf nur unterkritisch betrieben wird, fungiert dieser als Kondensator. Als Alternative zu einer mit Brennstoff betreibbaren Heizungsanlage wird insbesondere aus Umwelt- und Klimaschutzgründen nicht selten eine rein elektrisch betreibbare Heizungsanlage mit einem als Wärmepumpe einsetzbaren Kältemittelkreislauf zum Heizen von Raumluft in Gebäuden eingesetzt. Oft wird dabei Erdwärme genutzt, wobei jedoch das Kältemittel im als Verdampfer eingesetzten zweiten Wärmetauscher nicht die Wärme aus Luft eines Luftstroms erhält. Stand der Technik: Bekannt sind Gebäude mit einer Heizungsanlage mit einem als Wärmepumpe betreibbaren Kältemittelkreislauf, bei der das Kältemittel im als Verdampfer eingesetzten zweiten Wärmetauscher die Wärme aus Luft eines Luftstroms aufnimmt. Dabei wird oft Luft des Luftstroms von außen durch eine extra Öffnung in der Gebäudewand zugeführt und auch durch eine zusätzliche Öffnung in der Gebäudewand abgeführt. Dieses hat den Nachteil, dass für diese Luftführung extra Öffnungen durch die Gebäudewand nach außen vorhanden sein müssen. Die Öffnungen für die zugeführte und abgeführte Luft müssen zudem so voneinander getrennt sein, dass die abgeführte Luft nicht wieder angesaugt wird. Insbesondere bei älteren vorher mit Brennstoff beheizten Gebäuden existieren diese Öffnungen noch nicht und sind schwer umsetzbar. Dieses bedeutet einen zusätzlichen Aufwand. Es müssen dabei Luftleitungen verlegt werden, wenn die Heizungsanlagen mit einem als Wärmepumpe betreibbaren Kältemittelkreislauf in einem Heizungsraum anstelle der früheren mit Brennstoff betriebenen Heizungsanlage eingebaut wird. Die für den Luftstrom eingesetzten Luftfördereinrichtungen erzeugen störenden Lärm insbesondere bei der Abführung der Luft nach außen durch die Gebäudewand. Besonders auffallend ist dieser Nachteil bei zweiteiliger Ausführung der Heizungsanlage, bei der der Teil mit dem als Verdampfer betreibbaren zweiten Wärmetauscher außerhalb des Gebäudes angeordnet ist. Eine Anordnung der Heizungsanlage auf dem Gebäudedach ist gerade bei kleineren Gebäuden, die über kein dafür geeignetes Flachdach verfügen, oft nicht möglich oder nicht praktikabel, zumal dabei die erzeugte Wärme entgegen der Konvektionsrichtung nach unten befördert werden muss. In EP 2 336 652 B1 und in DE 10 2014 207 540 A1 ist jeweils eine Heizungsanlage mit einem nur im Wärmepumpenbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf offenbart, bei dem Wärme aus den Abgasen des mit Brennstoff betriebenen Teils der Heizungsanlage genutzt wird. Dabei werden die Abgase nach Abgabe von Wärme an das Kältemittel im als Verdampfer betriebenen zweiten Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufs durch einen Kamin des Gebäudes nach oben abgeführt. Jedoch werden die in EP 2 336 652 B1 und in DE 10 2014 207 540 A1 gezeigten Heizungsanlagen nachteilig für den Umwelt- und Klimaschutz vorwiegend mit Brennstoff betrieben, wobei insbesondere die Wärme aus den Abgasen für die Wärmepumpe genutzt wird. Die in EP 2 336 652 B1 und in DE 10 2014 207 540 A1 offenbarten Heizungsanlagen benötigen also sowohl einen Teil, der mit Brennstoff betrieben wird, als auch einen Teil, der als Wärmepumpe betrieben wird, was einen relativ hohen Materialaufwand und Platzbedarf zur Folge hat. Auch die in EP 1 131 583 B1 offenbarte Heizungsanlage umfasst neben einem als Wärmepumpe betreibbaren Kältemittelkreislauf zusätzlich einen mit Brennstoff betriebenen Teil, der für das Heizen der Raumluft des Gebäudes vorgesehen ist. Der Teil der Heizungsanlage mit der Wärmepumpe wird dabei für die Erwärmung des Brauchwassers eingesetzt. Die Wärme für die Wärmepumpe wird bei EP 1 131 583 B1 über einen zweiten Wärmetauscher im Kamin bezogen, durch den auch die Abgase des mit Brennstoff betriebenen Teils der Heizungsanlage geführt werden. Zusätzlich zu den Nachteilen eines neben der Wärmepumpe auch mit Brennstoff b