WÄRMEÜBERTRAGUNGSKREIS UND VERFAHREN ZUR ÜBERTRAGUNG VON WÄRME AUS EINEM LUFTSTROM AUF DAS WASSER EINES BECKENS

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertragungskreis (1) und ein Verfahren zur Übertragung von Wärme aus einem Luftstrom (C), insbesondere aus Raumluft (C) einer Halle (6), auf das Wasser eines Beckens (5) oder Warmwasserspeichers, insbesondere eines Schwimmbeckens. Der Wärmeübertragungskreis (1) umfasst einen ersten, mit dem Luftstrom (C) beaufschlagbaren Wärmeübertrager (2, 2a), einen zweiten, mit einem Luftstrom (A), insbesondere mit Frischluft (A), beaufschlagbaren Wärmeübertrager (3, 3a), einen den ersten und zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) miteinander koppelnden Kreis, in dem ein Wärmeträgermedium zirkulierbar ist, einen das Wärmeträgermedium in seiner gasförmigen Phase verdichtenden Kompressor (7), der stromaufwärts zwischen dem ersten und zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) angeordnet ist, weiter umfassend einen dritten Wärmeübertrager (4), der sekundärseitig mit dem Wasser beaufschlagbar ist. Der dritte Wärmeübertrager (4) ist mit seiner Primärseite hydraulisch parallel zum zweiten Wärmeübertrager (3, 3a) geschaltet, wobei ausgehend von einer den Kompressor (7) umfassenden zentralen Vorlaufleitung (22) je eine lokale Zulaufleitung (24, 25) zu dem zweiten und dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) führt, und zwischen der zentralen Vorlaufleitung und den lokalen Zulaufleitungen ein steuerbares 3-Wege-Ventil oder in jeder der beiden Zulaufleitungen (24, 25) ein steuerbares Stellventil (9, 10) angeordnet ist, um den Massenstrom des Wärmeträgermediums durch den entsprechenden Wärmeübertrager (3, 3a, 4) einzustellen. Wärmeenergie kann somit wahlweise und gemäß einem gewünschten einstellbaren Verhältnis zum zweiten oder dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) geleitet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertragungskreis zur Übertragung von Wärme aus einem Luftstrom, insbesondere aus Raumluft einer Halle, auf das Wasser eines Beckens oder Warmwasserspeichers, insbesondere eines Schwimmbeckens, umfassend einen ersten, mit dem Luftstrom beaufschlagbaren Wärmeübertrager, einen zweiten, mit einem Luftstrom, insbesondere mit Frischluft, beaufschlagbaren Wärmeübertrager, einen den ersten und zweiten Wärmeübertrager miteinander koppelnden Kreis, in dem ein Wärmeträgermedium zirkulierbar ist, einen das Wärmeträgermedium in seiner gasförmigen Phase verdichtenden Kompressor, der stromaufwärts zwischen dem ersten und zweiten Wärmeübertrager angeordnet ist, und weiter umfassend einen dritten Wärmeübertrager, der sekundärseitig mit dem Wasser beaufschlagbar ist.

[0002] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Wärme aus einem Luftstrom, insbesondere aus Raumluft einer Halle, auf das Wasser eines Beckens, insbesondere eines Schwimmbeckens, in einem Wärmeübertragungskreis, indem ein erster Wärmeübertrager mit dem Luftstrom beaufschlagt wird, der die Wärme an ein Wärmeträgermedium überträgt, das in einem den ersten mit einem zweiten Wärmeübertrager gekoppelten Kreis unter Verwendung eines das Wärmeträgermedium in seiner gasförmigen Phase verdichtenden Kompressors, der stromaufwärts zwischen dem ersten und zweiten Wärmeübertrager angeordnet ist, zirkuliert und die Wärme im zweiten Wärmeübertrager auf einen weiteren Luftstrom, insbesondere Frischluft, überträgt, mit dem der zweite Wärmeübertrager beaufschlagt wird, wobei ein dritter Wärmeübertrager vorgesehen ist, der sekundärseitig mit dem Wasser beaufschlagt wird.

[0003] Im Bereich der Raumluftentfeuchtung, insbesondere der Schwimmbadentfeuchtung werden Zentrallüftungsgeräte eingesetzt, die die Raumluft bzw. Hallenluft der Schwimmhalle über eine Wärmepumpenschaltung entfeuchten. Es gibt aber auch Geräte, die nicht mit einer Wärmepumpenschaltung ausgestattet sind und die Entfeuchten dann über die Außenluft erreichen. Bei der Verwendung einer Wärmepumpenschaltung erfolgt die Entfeuchtung durch starkes Abkühlen der Luft im ersten Wärmeübertrager, bzw. Übertragen der Wärme auf ein Kältemittel, das im ersten Wärmeübertrager verdampft, wodurch eine Kondensation der Luftfeuchtigkeit in der Luft erfolgt, die dann abgeschieden wird. Anschließend wird ein Teil der entfeuchteten Raumluft einem Frischluftstrom zugeführt, der über den zweiten, als Kondensator (Luftkondensator) arbeitenden Wärmeübertrager geleitet und infolge der Kondensation des Kältemittels s erwärmt und in den Raum respektive die Schwimmhalle geführt wird. Figur 1 zeigt ein solches Zentrallüftungsgeräte nach dem Stand der Technik. Da je nach Wärmebedarf in der Schwimmhalle am Kondensator zu viel Wärme zur Verfügung stehen kann, hat sich der Einsatz eines weiteren Wärmeübertragers am Markt etabliert, dem die überschüssige Wärme zugeführt wird und der das Wasser eines Schwimmbeckens erwärmt. Der weitere Wärmeübertrager arbeitet ebenfalls als Kondensator und kann deshalb als "Beckenwasserkondensators (BWK)" bezeichnet werden. Durch ihn kann also ein Teil der Wärme der Wärmepumpe an das Beckenwasser abgeführt werden.

[0004] Unter der Bezeichnung CAIRpool wird des Weiteren von der Anmelderin ein Anlagenkonzept angeboten, das nicht über eine Wärmepumpe entfeuchtet, sondern über Außenluftzumischung (Frischluft), indem feuchte Luft abtransportiert und durch trockenere Frischluft ersetzt wird. Je nach Feuchte der Abluft (aus der Halle kommend) wird ein größerer oder kleinerer Anteil rezirkuliert und der Rest an die Umgebung abgegeben und durch die trockenere Frisch- bzw. Außenluft ersetzt. Eine Wärmepumpe ist hier ebenfalls bzw. primär zur Lufttemperierung vorgesehen und kann als zweite Stufe einer Wärmerückgewinnung betrachtet werden.

[0005] Der Stand der Technik verwendet eine Reihenschaltung der Kondensatoren, bei der der Beckenwasserkondensator dem standardmäßigen Luftkondensator vorgeschaltet ist und als Enthitzer arbeitet. Dieses Konzept hat jedoch einige Nachteile. So können beispielsweise nur etwa 30% der Kondensationsleistung der Wärmepumpenschaltung an das Beckenwasser im Beckenwasserkondensator (Enthitzer) abgegeben werden. Ferner ist bei der Beckenwassererwärmung nur ein Ein-/Aus-Betrieb möglich. Eine Regelung kann allenfalls über einen variablen Wassermassenstrom zwischen Becken und BWK realisiert werden, wobei dies nur eine sehr limitierte Regelung der Wärmeleistungsübertragung ermöglicht. Ferner ist der BWK-Betrieb vom Entfeuchtungsbetrieb abhängig. Der Nutzungsgrad der Wärmepumpenschaltung ist eingeschränkt und eine bedarfsgerechte Wärmebereitstellung im BWK-Betrieb an das Wasser ist nicht möglich. Zudem besteht kältemittelseitig ein hoher innerer Druckverlust, der zu einer geringeren Effizienz der Wärmepumpe führt.

[0006] Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertragungskreis und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, dass zumindest einen Teil der vorgenannten Nachteile überwindet, insbesondere eine vom Entfeuchtungsbetrieb unabhängigen Wärmeübertragung auf das Wasser ermöglicht und außerdem eine bedarfsgerechte Wärmebereitstellung an das Wasser ermöglicht.

[0007] Diese Aufgabe wird durch einen Wärmeübertragungskreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.

[0008] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den gattungsgemäßen Wärmeübertragungskreis derart weiterzubilden, dass der dritte Wärmeübertrager mit seiner Primärseite hydraulisch parallel zum zweiten Wärmeübertrager geschaltet ist, wobei ausgehend von einer den Kompressor umfassenden zentralen Vorlaufleitung je eine lokale Zulaufleitung zu dem zweiten und dritten Wärmeübertrager führt, und zwischen der zentralen Vorlaufleitung und den lokalen Zulaufleitungen ein steuerbares 3-Wege-Ventil oder in jeder der beiden Zulaufleitungen ein steuerbares Stellventil angeordnet ist, um den Massenstrom des Wärmeträgermediums durch den entsprechenden Wärmeübertrager einzustellen. Ferner ist vorgesehen, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass der dritte Wärmeübertrager mit seiner Primärseite hydraulisch parallel zum zweiten Wärmeübertrager betrieben und das Wärmeträgermedium durch das Ansteuern zumindest eines Stellventils, beispielsweise eines 3-Wege-Ventils, in den lokalen Zulaufleitungen zu dem zweiten und dritten Wärmeübertrager wahlweise dem zweiten oder dritten Wärmeübertrager zugeleitet wird. Dieses Zuleiten kann insbesondere stufenlos oder durch die Verwendung einer sehr großen Anzahl an einstellbaren Stufen, z.B. 4800 Stufen, quasi stufenlos erfolgen.

[0009] Die Parallelschaltung der Wärmeübertrager verringert die internen Druckverluste des Wärmeübertragungskreises und ermöglicht es gegenüber dem Stand der Technik, Wärme unabhängig von einer etwaigen Entfeuchtung des Luftstroms am ersten Wärmeübertrager, wahlweise, vor allem bedarfsabhängig dem zweiten oder dritten Wärmeübertrager zuzuleiten. Infolge der durch die Parallelschaltung erreichte Unabhängigkeit des Wasser-Wärmeübertragers kann dessen Funktion, das Beckenwasser zu erwärmen, losgelöst von saisonalen Einflussfaktoren eingesetzt werden.

[0010] Das 3-Wege-Ventil hat den Vorteil, dass nur eine Steuerleitung benötigt wird, um die Aufteilung des Wärmeträgermediums zu steuern. 3-Wege-Ventile sind jedoch für Anwendungen in Wärmepumpen aufgrund der Anforderungen vergleichsweise teuer, weshalb sich zwei einzelne Stellventile in den lokalen Zulaufleitungen anbieten. Die Verwendung von zwei Stellventilen hat ferner den Vorteil, dass der Massenstrom zum zweiten und dritten Wärmeübertrager individuell eingestellt werden kann und die Auswahl von am Markt erhältlichen Stellventilen für die hier benötigte Drucklage und das zu verwendende Kältemittel größer ist. Die Stellventile können allerdings mit einer Steuereinheit verbunden sein und von dieser komplementär angesteuert werden. Das bedeutet, dass ein Öffnen des einen Stellventils um x% gleichzeitig ein Schließen des anderen Stellventils um x% bedingt, so dass das Verhalten der beiden Stellventile dem eines 3-Wege-Ventils entspricht. Der Regelbereich der Stellventile liegt dadurch außerdem bei annährend 0 bis 100%. Dies erlaubt ein stetiges Aufteilen des Massenstroms des Wärmeträgermediums bzw. ein Verschieben der Heizleistung zwischen dem zweiten und dem dritten Wärmeübertrager. Ein "Abschalten" des zweiten oder dritten Wärmeübertragers ist ebenfalls möglich, indem das Stellventil in der entsprechenden lokalen Zulaufleitung geschlossen wird. Bei den Stellventilen kann es beispielsweise um elektrisch ansteuerbare Nadelventile handeln.

[0011] Das Wärmeträgermedium kann ein klassisches Kältemittel sein, wie es in einem Kreisprozess mit Phasenwechsel (gasförmig/flüssig) zum Einsatz kommt.

[0012] In einer Ausführungsvariante kann der erste Wärmeübertrager ein Verdampfer und der zweite und dritte Wärmeübertrager je ein Kondensator sein. Das Wärmeträgermedium verdampft infolge der Aufnahme der Wärme aus dem Luftstrom im ersten Wärmeübertrager und kondensiert wieder infolge der Wärmeabgabe im zweiten und/ oder dritten Wärmeübertrager. Handelt es sich bei dem Luftstrom, mit dem der erste Wärmeübertrager beaufschlagt wird, um warme, gegebenenfalls feuchte Raumluft des Raumes bzw. der Halle, fungiert dieser als Verdampfer, indem er der Raumluft Wärme unter Verdampfung des Wärmeträgermediums entnimmt. Der zweite Wärmeübertrager kann dann mit einem Frischluftstrom in den Raum beaufschlagt werden, der durch die Abgabe eines Teils der Wärme beim Kondensieren des Wärmeträgermediums im zweiten Wärmeübertrager erwärmt wird. Gleichzeitig wird das Wasser durch Abgabe eines Teils der Wärme beim Kondensieren des Wärmeträgermediums im dritten Wärmeübertrager erwärmt.

[0013] Alternativ ist es möglich, dass der zweite Wärmeübertrager ein Verdampfer und der erste und dritte Wärmeübertrager je ein Kondensator ist. Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, die Frischluft zu kühlen. Dabei wird ihr am zweiten Wärmeübertrager Wärme entzogen und abgekühlt dem Raum zugeführt, während ein Teil der Wärme am ersten Wärmeübertrager an die aus dem Raum herausgesaugte Raumluft übergeben und nach außen abgeführt werden kann und/ oder ein Teil oder sogar die gesamte Wärme am dritten Wärmeübertrager an das Beckenwasser abgegeben wird. Das Beckenwasser dient hier folglich zur Kühlung des Frischluftstroms.

[0014] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante können der erste und zweite Wärmeübertrager reversibel sein, nämlich derart, dass sie jeweils eingerichtet sind, wahlweise in einem ersten Betriebsmodus als Verdampfer und in einem zweiten Betriebsmodus als Kondensator zu arbeiten. Dies erweitert den Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Wärmeübertragungskreises, in dem der erste und zweite Wärmeübertrager dann komplementär betrieben werden, d.h. der eine im ersten und der andere im zweiten Betriebsmodus. So kann im einen Betrieb dem Raum zuzuführende Frischluft unter Nutzung der Raumluftwärme aufgewärmt, im anderen Betrieb unter Nutzung des Beckenwassers als Wärmesenke gekühlt werden.

[0015] In einer vorteilhaften Anwendung können der erste und zweite Wärmeübertrager Teil eines Zentrallüftungsgeräts zur Er- oder Entwärmung des Luftstroms oder eines Teils davon sein, wobei das Zentrallüftungsgerat einen ersten Luftkanal zur Zuführung von Frischluft in einen Raum und einen zweiten Luftkanal zur Abführung von Raumluft aus dem Raum umfasst. Vorzugsweise ist in dieser Anwendung der erste Wärmeübertrager im zweiten Luftkanal und der zweite Wärmeübertrager im ersten Luftkanal angeordnet ist, um von dem Luftstrom in dem jeweiligen Luftkanal beaufschlagt zu werden.

[0016] Geeigneterweise kann von dem ersten und/ oder zweiten Wärmeübertrager sowie dem dritten Wärmeübertrager je eine lokale Rücklaufleitung zu einer Rücklaufsammelleitung führen und in jeder der beiden lokalen Rücklaufleitungen jeweils ein Rückschlagventil angeordnet sein. Die Rückschlagventile verhindern eine Akkumulierung flüssigen Wärmeträgermediums in dem entsprechenden Wärmeübertrager, wenn dieser abgeschaltet ist.

[0017] Es kann ferner vorgesehen sein, dass von dem ersten und/ oder zweiten Wärmeübertrager sowie dem dritten Wärmeübertrager je eine lokale Rücklaufleitung zu einer Rücklaufsammelleitung führt, in der ein in Abhängigkeit des Drucks in der Rücklaufsammelleitung geregeltes Stellventil angeordnet ist, das den Kondensationsdruck einstellt. Dieses Stellventil kann zusammen mit einem Regler, dem der mittels Drucksensor gemessene Druck in der Rücklaufsammelleitung zugeführt wird, als elektronisch gesteuerter Kondensationsdruckregler wirken. Alternativ kann das Stellventil ein (druck-)mechanischer Kondensationsdruckregler sein. Das Stellventil sorgt dafür, dass ein vorgebbarer Kondensationsdruck nicht unterschritten wird und verhindert dadurch ein Kollabieren des Kreisprozesses, d.h. des kontinuierlichen Verdampfungs- und Kondensierungsprozesses in den Wärmeübertragern, wenn der zweite und dritte Wärmeübertrager mit kaltem Wärmeträgermedium beaufschlagt werden oder der Kompressor bei sehr geringer Drehzahl läuft. Denn in diesen Fällen sinkt der Kondensationsdruck ab und der Kältekreis droht zu kollabieren. Das Stellventil kann technisch als Nadelventil ausgebildet sein.

[0018] Ferner ist es von Vorteil, wenn eine Bypassleitung parallel zum zweiten und dritten Wärmeübertrager angeordnet ist, die diese überbrückend in Strömungsrichtung hinter dem Stellventil der Rücklaufsammelleitung in diese mündet und einen Sammlerdruckregler aufweist. Er gewährleistet im Fall eines fast geschlossenen Stellventils in der Rücklaufsammelleitung, dass für den ersten Wärmeübertrager stets genug Wärmeträgermedium vorhanden ist, um den Kreisprozess stabil am Laufen zu halten.

[0019] Durch einen angemessen ausgelegten Sammler, in den die Rücklaufsammelleitung mündet und aus dem der erste oder zweite Wärmeübertrager, je nachdem, welcher dieser Wärmeübertrager als Verdampfer arbeitet, versorgt wird, wird sichergestellt, dass zu jeder Zeit eine ausreichende Füllmenge an Wärmeträgermedium im Kreisprozess zur Verfügung steht.

[0020] Im Falle reversibler Wärmeübertrager ist es von besonderem Vorteil, wenn der erste und zweite Wärmeübertrager über ein Umschaltventil wahlweise mit der zentralen Vorlaufleitung verbindbar ist. Somit ist auf einfache Weise ein Umschalten der Betriebsweise des Wärmeübertragungskreises möglich, ohne dessen Struktur zu ändern.

[0021] Einen konstruktiv einfachen Übertragungskreis erhält man, wenn das Umschaltventil ein 4-Wege-Ventil ist, an das auch die zum zweiten Wärmeübertrager führende, erste lokale Zulaufleitung anschließt, und wenn das Umschaltventil eingerichtet ist, bei der Verbindung des ersten Wärmeübertragers mit der zentralen Vorlaufleitung in einer ersten Stellung gleichzeitig den zweiten Wärmeübertrager mit der ersten lokalen Zulaufleitung zu verbinden, und, alternativ hierzu, in einer zweiten Stellung, den zweiten Wärmeübertrager mit der zentralen Vorlaufleitung und gleichzeitig den ersten Wärmeübertrager mit der ersten lokalen Zulaufleitung zu verbinden.

[0022] Idealerweise erfolgt die Ansteuerung des oder der Stellventile bedarfsgerecht, indem ein Stellsignal für die Stellventile von einer Temperaturregelung vorgegeben wird, die dazu bestimmt ist, sekundärseitig des dritten Wärmeübertragers eine vorgebbare Soll-Temperatur des Wassers im Vor- oder Rücklauf und/ oder eine Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf einzustellen. Hierzu ist im Vor- und/ oder Rücklauf ein Temperatursensor angeordnet, dessen Temperatursignal einer Steuereinheit zugeführt wird. Diese kann die Stellsignale erzeugen und an Stellventile geben, oder alternativ ein Steuersignal erzeugen und an eine untergeordnete Steuereinheit geben, welche dann ihrerseits die Stellsignale erzeugt und die Stellventile ansteuert. Die Ansteuerung der Stellventile erfolgt dann derart, dass die Aufteilung des Wärmeträgermediums zwischen dem zweiten und dritten Wärmeübertrager zugunsten des dritten Wärmeübertragers verschoben wird, wenn die Ist-Temperatur gegenüber der Soll-Temperatur zu gering ist, und zu Ungunsten des dritten Wärmeübertragers verschoben wird, wenn die Ist-Temperatur gegenüber der Soll-Temperatur zu hoch ist. Durch die Verschiebung der Aufteilung zugunsten des dritten Wärmeübertragers erhält dieser einen erhöhten Wärmeträgermassenstrom und dadurch eine größere Wärmemenge. Umgekehrt erhält er eine geringere Wärmemenge.

[0023] Zusätzlich kann ein variabler Wasservolumenstrom in dem Kreis vorgesehen sein, der die Sekundärseite des dritten Wärmeübertragers mit dem Becken verbindet. Eine drehzahlgeregelte Pumpe kann in diesem Kreis angeordnet sein, um den variablen Volumenstrom entsprechend zu erzeugen und einzustellen. Vorzugsweise ist eine übergeordnete Regelung, z.B. in der Steuereinheit, vorgesehen, die die Pumpe so ansteuert, dass eine vorgegebene Temperaturspreizung über dem dritten Wärmeübertrager erreicht wird. Hierdurch kann der Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung auf das Wasser optimiert werden.

[0024] Eine dynamische bedarfsgesteuerte Regelung ist über eine entsprechende Software auch möglich. So kann in einer Ausführungsvariante die Ansteuerung des oder der Stellventile zweistufig erfolgen, indem von einer übergeordneten Steuerung zunächst eine dieser vorgebbare Verteilung der Wärmeleistungen zum zweiten und dritten Wärmeübertrager eingestellt wird, die anschließend von einer nachgeordneten Steuerung im laufenden Betrieb temperaturabhängig bedarfsgerecht ausgeregelt wird, um sowohl eine Solltemperatur des Wassers, als auch eine Solltemperatur des weiteren Luftstroms einzustellen. Hierdurch wird eine temperaturgeführte Steuerung des oder der Stellventile erreicht.

[0025] Mit anderen Worten können an einer Steuereinheit von einem Anwender gewisse (Vor-) Einstellungen zum Verhältnis der zu verteilenden Wärmeleistung getätigt werden. Der Anlage wird dabei zunächst vorgegeben, wieviel Prozent (0-100%) der Kondensationsleistung an das Wasser abgegeben werden soll. Beispielsweise kann die Anlage auf eine Verteilung der Wärmeleistungen von 50% zu dem dritten Wärmeübertrager bzw. zum Wasser und 50% zu dem zweiten Wärmeübertrager bzw. Luft eingestellt werden. Die Rücklauftemperatur im Sekundärkreis des dritten Wärmeübertragers dient dann anschließend als Sollwert und kann als solcher ebenfalls durch den Anwender an der Steuereinheit eingegeben werden. Damit ist sichergestellt, dass die Anlage über einen realistischen Wert bzgl. der Wassertemperatur, insbesondere im Schwimmbecken verfügt. Hat die Rücklauftemperatur, mit anderen Worten das Wasser, den eingestellten Sollwert (Temperatur) erreicht, und liegt luftseitig nach wie vor voller Bedarf an, dann kann die nachgeordnete Steuerung, z.B. ein PID-Regler, den zuvor eingestellten Anteil von 50% der in das Wasser abgegeben Wärmeleistung auf einen geringeren Wert, beispielsweise auf 35% zur Temperaturerhaltung reduzieren. In diesem Fall kann die nachgeordnete Steuerung die "freiwerdenden" 15% Wärmeleistung dem zweiten Wärmeübertrager bzw. der von ihm erwärmten Luft zuschlagen, indem das die Leitung zu dem zweiten Wärmeübertrager bedienenden Stellventil weiter geöffnet und das die Leitung zu dem dritten Wärmeübertrager bedienenden Stellventil weiter geschlossen wird. Sinkt die Temperatur des Wassers wieder ab, dann regelt die übergeordnete Steuerung das oder die Stellventile wieder auf das ursprünglich eingestellte Verhältnis, z.B. auf 50/50.

[0026] Erreicht im umgekehrten Fall die von dem zweiten Wärmeübertrager erwärmte Luft ihren Sollwert, der ebenfalls durch den Anwender an der Steuereinheit eingegeben werden kann, kann die nachgeordnete Steuerung, insbesondere der PID Regler, "freiwerdende" Leistungsressourcen dem dritten Wärmeübertrager bzw. dem von ihm erwärmten Wasser zufügen, indem das die Leitung zu dem zweiten Wärmeübertrager bedienenden Stellventil weiter geschlossen und das die Leitung zu dem dritten Wärmeübertrager bedienenden Stellventil weiter geöffnet wird, und zwar solange, bis die Luft wieder mehr Leistung benötigt, d.h. die Temperatur der von dem zweiten Wärmeübertrager erwärmten Luft bzw. der Raumluft unter den Sollwert sinkt.

[0027] Sofern beide vom zweiten und dritten Wärmeübertrager erwärmten Medien (Luft/ Wasser) ihren Sollwert erreicht haben, kann die Kompressordrehzahl reduziert werden. Wird einer dieser Sollwerte wieder unterschritten, kann die Kompressordrehzahl wieder erhöht werden. Auf diese Weise ist ein maximaler Nutzungsgrad der Wärmepumpe gewährleistet.

[0028] Es kann ferner vorgesehen sein, die Erwärmung des Wassers durch den dritten Wärmeübertrager oder die Erwärmung des zweiten Luftstroms durch den zweiten Wärmeübertrager zu priorisieren. Dies kann derart erfolgen, dass die Steuereinheit das oder die Stellventile zunächst so ansteuert, dass im Betrieb erstmal der Wärmebedarf des prioritären Mediums gedeckt wird und eventuell freie Kapazitäten in das nicht-priorisierte Medium übertragen werden.

[0029] Es ist des Weiteren möglich, dass eine Einstellung und/ oder Überwachung des erfindungsgemäßen Wärmeübertragungskreises und des Verfahrens über die Steuereinheit, insbesondere über ein HMI (Human-Machine-Interface) mit einer Anzeige und Eingabemitteln oder ein Touchscreen der Steuereinheit, und/ oder von einer Leitwarte aus entfernt erfolgt, so dass der Wärmeübertragungskreis bzw. das Verfahren fernbedient werden.

[0030] Weitere Merkmale, Eigenschaften, Wirkungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert. Die in den Figuren enthaltenen Bezugszeichen behalten von Figur zu Figur ihre Bedeutung, soweit nichts anderes angegeben ist. So bezeichnen Bezugszeichen stets dieselben oder äquivalente Komponenten, Bereiche, Richtungs- oder Ortsangaben.

[0031] Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe "aufweisen", "umfassen" oder "beinhalten" keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus. Es zeigen:

Fig. 1:

ein Zentrallüftungsgerät für eine Halle

Fig. 2:

einen Wärmeübertragungskreis gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung

Fig. 3:

einen Wärmeübertragungskreis gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung mit reversiblen Wärmeübertragern

[0032] Figur 1 zeigt ein Zentrallüftungsgerät 50 nach dem Stand der Technik umfassend einen ersten Luftkanal 41 zur Zuführung von Frischluft A in einen Raum 6 und einen zweiten Luftkanal 44 zur Abführung von Raumluft C aus dem Raum. Der Raum 6 ist eine Halle wie beispielsweise eine Schwimmbadhalle. Die beiden Luftkanäle 41, 44 liegen räumlich nebeneinander, genauer gesagt übereinander (bezogen auf den Boden des Raumes 6), und weisen jeweils einen Lüfter 48 und eine Wärmerückgewinnung 51 auf. Im zweiten Luftkanal 44 ist ein erster Wärmeübertrager 2 und im ersten Luftkanal ein zweiter Wärmeübertrager 3 angeordnet, die von dem Luftstrom A, C in dem jeweiligen Luftkanal 41, 44 beaufschlagt werden. Die beiden Wärmeübertrager 2, 3 sind in einem Wärmeübertragungskreis mit einander gekoppelt, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Der Kreis samt Wärmeübertrager bildet somit eine Wärmepumpe.

[0033] Im Betrieb des Zentrallüftungsgeräts 50 wird Raumlauft C aus dem Raum 6 gesaugt und der erste Wärmeübertrager 2, der dann als Verdampfer arbeitet, mit dem Luftstrom der Raumluft C beaufschlagt. Wärme der Raumluft C wird dadurch auf das Kältemittel übertragen, das im Verdampfer 2 gasförmig wird. Die entwärmte Raumluft wird dann aus dem zweiten Luftkanal 44 als Abluft D nach außen abgegeben. Zusätzlich wird ein Teil der Raumluft als Luftstrom E rezirkuliert, indem dieser in den ersten Luftkanal 41 eingebracht und mit von diesem angesaugter Frischluft A vermischt wird. Das Kühlmittel wird nach der Verdampfung von einem Kompressor verdichtet und dem zweiten Wärmeübertrager 3 zugeführt, der als Kondensator arbeitet. Infolge der Kondensation bzw. Verflüssigung des Kältemittels in ihm wird Wärme auf den Frischluftstrom A übertragen und nachgelagert mit dem rezirkulierten Luftstrom E vermischt, so dass sie als konditionierte Zuluft B, bzw. in diesem Fall als erwärmte Zuluft in den Raum 6 geblasen wird. Ein optionaler Nacherhitzer 49 kann in dem ersten Luftkanal 41 vorgesehen sein, um die bereits erwärmte Frischluft A vor ihrem Eintritt in den Raum zusätzlich zu erwärmen.

[0034] Erweitert wird dieses etablierte Konzept durch die Hinzunahme eines nicht dargestellten dritten Wärmeübertragers 4, der einen zweiten Kondensator bildet und das Wasser eines Beckens 5, genauer gesagt eines Schwimmbeckens mit der Wärme der Raumluft aufwärmt. Der entsprechende kältetechnische Wärmeübertragungskreis ist gemäß einer ersten Ausführungsvariante in Figur 2 abgebildet.

[0035] Über einen Kreislauf 31, 32, 12 wird das Beckenwasser zwischen dem Beckens 5 und dem dritten Wärmeübertrager 4, nachfolgend Beckenwasserkondensator 4 genannt, zirkuliert. Der Beckenwasserkondensator 4 ist hier beispielhaft ein Plattenwärmeübertrager. Hierzu ist das Becken 5 über eine Rücklaufleitung 31 mit einem Eingang der Sekundärseite des Beckenwasserkondensators 4 und mit einer Vorlaufleitung 32 mit dem Ausgang der Sekundärseite des Beckenwasserkondensators 4. In der Rücklaufleitung 31 ist eine drehzahlgeregelte Pumpe 12 angeordnet, die das Beckenwasser zirkuliert. Sie wird von einer übergeordneten Steuereinheit 13 geregelt und zwar derart, dass zwischen dem Ein- und Ausgang des Beckenwasserkondensators 4 eine vorgegebene Temperaturspreizung vorliegt. Die Steuereinheit 13 bildet hier eine Hauptsteuereinheit des Zentrallüftungsgeräts 50. Um diese einzuregeln, ist am Eingang der Sekundärseite des Beckenwasserkondensators 4 ein erster Temperatursensor 35a und am Ausgang der Sekundärseite ein zweiter Temperatursensor 35b, deren Messsignale über Messleitungen 34a, 34b der Steuereinheit 13 zugeführt werden. Die Steuereinheit 13 berechnet daraus die Ist-Temperaturspreizung und regelt die Drehzahl der Pumpe 12 so, dass eine vorgegebene Soll-Temperaturspreizung vorliegt. Hierzu ist die Steuereinheit 13 über eine entsprechende Steuerleitung 33b mit der Pumpe 12 verbunden. Alternativ kann der Volumenstrom mit einem Ventil eingestellt werden. In diesem Fall kann auf eine drehzahlgeregelte Pumpe verzichtet werden.

[0036] Der Beckenwasserkondensator 4 liegt hydraulisch parallel zum zweiten Wärmeübertrager 3, nachfolgend auch Luftkondensator 3 genannt. Beide werden ausgehend vom ersten Wärmeübertrager 2 über eine zentrale Vorlaufleitung 22 versorgt, in der ein Kompressor 7 mit seinem Antrieb 8 angeordnet ist. Die zentrale Vorlaufleitung 22 teilt sich an einem Abzweigungspunkt 23 in eine erste lokale Zulaufleitung 24, die zum Luftkondensator 3 führt, und eine zweite lokale Zulaufleitung 25 auf, die zum Beckenwasserkondensator 4, genauer gesagt zu dessen Primärseite führt. In jeder der beiden Zulaufleitungen 24, 25 ist ein Stellventil 9, 10, in Gestalt eines elektrischen Nadelventils angeordnet, um den Massenstrom durch die entsprechende Zulaufleitung 24, 25 einzustellen. Die beiden Stellventile 9, 10 sind über Steuerleitungen 33c, 33d mit einer nebengeordneten Steuereinheit 14 verbunden, die die Ventile 9, 10 entsprechend ansteuert. Dies erfolgt komplementär. Die zwei Ventile 9, 10 sind folglich im Komplementärmodus verschaltet und wirken auf diese Weise ähnlich wie ein Drei-Wege-Ventil, d.h., fährt ein Ventil 10% auf, dann fährt das andere Ventil 10% zu. Die Aufteilung des Kältemittelmassenstroms erfolgt nicht linear, sondern folgt der charakteristischen Kennlinie der Ventile 9,10.

[0037] Die nebengeordnete Steuereinheit 14 ist über eine Steuerleitung 33e ferner mit der Hauptsteuereinheit 13 kommunikationsverbunden, so dass diese vorgeben kann, ob und wie die Stellventile 9, 10 neu eingestellt werden sollen.

[0038] Zunächst wird der Hauptsteuereinheit 13 ein Anteil der Kondensatorleistung der Wärmepumpe vorgegeben, der an das Beckenwasser abgegeben werden soll. Beispielsweise kann eine Verteilung der Wärmeleistung an den zweiten Wärmeübertrager 3 bzw. die Raumluft B und den dritten Wärmeübertrager 4 bzw. das Wasser von 50% / 50% (Ausgangsstellung) eingestellt werden. Allerdings sind auch beliebige andere Verteilungen möglich z.B. 80%/ 20% oder 70%/ 30%. Liegt beckenwasserseitig ein Wärmebedarf an, werden die Stellventile 9, 10 entsprechend eingestellt, diesen Bedarf zu bedienen. Die restliche Kondensationsleistung der Wärmepumpe wird an die Luft übertragen, sofern dort ein Wärmebedarf besteht. Dies ist der Fall, wenn eine vorgegebene Solltemperatur größer als die Isttemperatur der Raumluft ist. Ist der Wärmebedarf der Luft bedient (Solltemperatur kleiner/gleich der Isttemperatur der Raumluft), wird die "freiwerdende" Kondensationsleistung der Wärmepumpe zum Beckenwasser geführt, d.h. die Stellventile 9, 10 so eingestellt, dass mehr Wärmeleistung dem dritten Wärmeübertrager 4 zugeführt wird. Dies geschieht über eine Veränderung der Ventilstellungen der Stellventile 9, 10 zugunsten des dritten Wärmeübertragers 4 (Beckenwasserkondensators). Dadurch wird mehr überhitztes Kältemittel zum Beckenwasserkondensator 4 geführt. Steigt der Wärmebedarf der Raumluft wieder an, werden die Ventile 9, 10 wieder in Richtung und bis zur eingangs eingestellten anteiligen Verteilung (Ausgangsstellung) zurückgefahren.

[0039] Die temperaturabhängige Ansteuerung der Stellventile 9, 10 erfolgt durch die Steuereinheit 14 die ihr Steuersignal aus einer PID-Reglung bezieht, deren PID-Regler Teil der Hauptsteuereinheit 13 ist. Mit anderen Worten ist die jeweilige Ventilstellung einer von einer Temperaturdifferenz (Sollwert zu Istwert) abhängig. Sinkt der Wärmebedarf des Beckenwassers wird die "freiwerdende" Heizleistung der Wärmepumpe an die Raumluft B übertragen, wenn dort weiterhin Wärmebedarf besteht. Steigt der Wärmebedarf des Beckenwassers wieder an, so werden die Ventile 9, 10 wieder zurück in Richtung der ursprünglichen Einstellung und schließlich in die Ausgangsstellung gebracht. Dies geschieht ebenfalls mittels dem PID Regler. Ist der Wärmebedarf der Raumluft B und des Beckenwassers gedeckt, wird die Drehzahl des Kompressors 7 der Wärmepumpe reduziert. Steigt der Wärmebedarf der Raumluft und/oder des Beckenwassers wieder an, wird die Drehzahl des Kompressors 7 der Wärmepumpe wieder erhöht. Liegt bei beiden Verbrauchern (Raum und Becken) Bedarf zur Erwärmung ihres jeweiligen Mediums (Luft und Wasser) an, wird die Stellung der Ventile 9, 10 wieder in Richtung und bis zur Ausgangseinstellung geregelt. Dies erfolgt bedarfsabhängig in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz zwischen Soll- und Istwert, die das Eingangssignal des PID-Reglers bildet.

[0040] Es ist ferner möglich, in der übergeordneten Steuerung 13 bzw. der Hauptsteuereinheit 13 festzulegen, dass der dritte Wärmeübertrager 4 nur mit Kältemittel beschickt wird, wenn die Raumluft auf ihrer Sollwerttemperatur ist. Die umgekehrte Variante ist ebenfalls möglich. Die Verteilung des Kältemittels durch die Stellventile 9, 10 funktioniert dann ebenfalls nach zuvor beschriebenem Prinzip. Durch vollständiges Schließen des ersten oder zweiten Stellventils 9, 10 kann der zweite oder dritte Wärmeübertrager 3, 4 auch vollständig abgeschaltet werden. Ausgangsseitig sind der Luftkondensator 3 und der Beckenwasserkondensator 4 über eine erste und zweite Rücklaufleitung 26, 27 mit einer gemeinsamen Rücklaufsammelleitung 29 verbunden. Hierzu vereinigen sich die Rücklaufleitungen 26, 27 mit der Rücklaufsammelleitung 29 in einem Sammelpunkt 28. In den beiden Rücklaufleitungen 26, 27 ist jeweils ein Rückschlagventil 18, 19 angeordnet, um im Falle eines abgeschalteten Kondensators 3, 4 zu verhindern, dass sich in diesem Kältemittel ansammelt.

[0041] Die Rücklaufsammelleitung 29 mündet über ein geregeltes Stellventil 15 in einen Kältemittelsammler 11, der wiederum über eine Vorlaufleitung 21 mit einem Expansionsventil 37 mit dem ersten Wärmetauscher 2 verbunden ist. Der Rücklaufsammler 11 ist angemessen dimensioniert und gewährleistet damit, dass vor dem Expansionsventil 37 stets ausreichend Kältemittel vorliegt, um den Kreisprozess stabil zu halten. In der Vorlaufleitung 21 ist außerdem ein Filtertrockner 38 angeordnet. Dieser entzieht dem Kältemittel Feuchtigkeit, die z.B. aufgrund von Restmengen an Luft im Wärmekreislauf 1 verblieben sein kann. Ferner filtert der Filtertrockner 38 Schmutz und Partikel aus dem Kältemittel, insbesondere Ruß, Späne und abgeriebene Partikel.

[0042] Mit Hilfe eines Drucksensors 16 wird der Druck in der Rücklaufsammelleitung 29 erfasst und über eine Messleitung 34c an eine Kondensationsdruckregelung 17 übermittelt. In diesem Fall ist es so, dass die Kondensationsdruckregelung 17 keinerlei Sollwert von der Hauptreglung 13 vorgegeben bekommt. Der Sollwert (Druck) wird in der Kondensationsdruckregelung 17 direkt eingestellt, wobei diese dann autonom regelt. Die Steuereinheit 14 und die Kondensationsdruckregelung 17 können physisch in einer gemeinsamen Steuereinheit vereint sein (vergleiche Fig. 3), die in Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit graphisch getrennt dargestellt wurden.

[0043] Diese ist ferner über eine Steuerleitung 33a mit dem geregelten Stellventil 15 verbunden, um dieses einzustellen und den Kondensationsdruck in Abhängigkeit vom Druck in der Rücklaufsammelleitung 29 zu regeln. Hierzu wird das Stellventil 15 zunehmend geschlossen, wenn der Druck in der Rücklaufsammelleitung 29 abfällt. Die kann geschehen, wenn der Kompressor 7 auf sehr niedriger Drehzahl dreht oder die beiden Kondensatoren 3, 4 mit kalter Luft A und/oder kaltem (Becken-)Wasser beaufschlagt werden, infolgedessen der Druck in den Kondensatoren sowie der Rücklaufsammelleitung 29 abfällt. Der Drucksensor 16 erfasst den Druck in der Rücklaufsammelleitung 29 und somit auch in den Kondensatoren 3, 4. Dies ist wichtig, da der Verdichter 7 aus technischen Gründen immer eine minimale Druckerhöhung benötigt. Nähern sich Hochdruck und Niederdruck einander an, wird also wird der minimale Druckhub unterschritten, kann der Verdichter 7 aus konstruktiven Gründen das Kältemittel nicht mehr komprimieren und der Kreisprozess kollabiert. Daher ist es für die Betriebssicherheit des Wärmeübertragungskreises 1 elementar wichtig, dass ein entsprechender minimaler Druckhub stets vorhanden ist. Daher wird eine zusätzliche Drossel bzw. das Stellventil 15 benötigt, die bzw. das im Bedarfsfall einen entsprechenden Druck aufstaut.

[0044] Parallel zum Luftkondensator 3 ist eine Bypassleitung 30 geschaltet, die von der zentralen Vorlaufleitung 22 in die Rücklaufsammelleitung 29 mündet, genauer gesagt zwischen dem Kondensationsdruck-Stellventil 15 und dem Sammler 11. Die Bypassleitung 30 enthält einen Sammlerdruckregler 20, der dafür sorgt, dass bei einem geschlossenem oder fast geschlossenen Kondensationsdruck-Stellventil 15 ausreichend Kältemittel in den Sammler 11 zurückströmt. Der Sammlerdruckregler 20 ist ein mechanischer/pneumatischer Differenzdruckregler. Liegt auf der Sammlerseite nicht genügend Druck an, ist von einem Kältemittelmangel im Sammler 11 auszugehen. In diesem Fall öffnet der Regler, bypasst den/die Kondensatoren 3, 4, stellt ein entsprechendes Druckniveau im Bereich des Sammlers 11 sicher und sorgt dafür, dass hinreichend Kältemittel vor dem Expansionsventil 37 vorhanden ist, damit der Verdampfungsprozess nicht negativ beeinträchtigt wird. Es könnte sonst zu einer Niederdruckstörung kommen, was ein Abschalten der Anlage zur Folge hätte.

[0045] Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des Wärmeübertragungskreises 1, die sich von der ersten Ausführungsvariante darin unterscheidet, dass der erste und zweite Wärmeübertrager 2a, 3a reversibel sind, d.h. wahlweise als Verdampfer oder Kondensator eingesetzt werden können. Aus diesem Grund teilt sich die Vorlaufleitung 21 in dieser Variante auf eine erste Vorlaufleitung 21a, die zum ersten Wärmeübertrager 2a führt, und eine zweite Vorlaufleitung 21b auf, die zum zweiten Wärmeübertrager 3a führt. In jeder dieser beiden Vorlaufleitung 21a, 21b ist ein Expansionsventil 37a, 37b angeordnet.

[0046] Versorgungsseitig sind der erste und zweite Wärmeübertrager 2a, 3a mit einem 4-Wege-Umschaltventil 36 verbunden, um wahlweise mit der zentralen Vorlaufleitung 22 verbunden zu werden. Ein Flüssigkeitsabscheider 39 ist hier noch zwischen dem Umschalter 36 und dem Kompressor 7 angeordnet. Der Umschalter 36 ist außerdem mit der ersten lokalen Zulaufleitung 24 verbunden, um diese wahlweise mit dem ersten oder zweiten Wärmeübertrager 2a, 3a zu verbinden. Diese Umschaltung erfolgt zeitgleich mit der Umschaltung der Zuordnung des jeweiligen Wärmeübertragers 2, 3 mit der zentralen Vorlaufleitung 22. Arbeitet der erste Wärmeübertrager 2a als Verdampfer, verbindet das Umschaltventil 36 diesen mit der zentralen Vorlaufleitung 22 einerseits und die erste lokale Zulaufleitung 24 mit dem zweiten Wärmeübertrager 3a andererseits, der dann als Kondensator arbeitet. Diese Betriebsweise entspricht der ersten Ausführungsvariante und der Erwärmung der Frischluft A, wobei die Raumluft D als Wärmequelle dient. Arbeitet allerdings der zweite Wärmeübertrager 3a als Verdampfer, verbindet das Umschaltventil 36 diesen mit der zentralen Vorlaufleitung 22 einerseits und die erste lokale Zulaufleitung 24 mit dem ersten Wärmeübertrager 2a andererseits, der dann als Kondensator arbeitet. Diese Betriebsweise dient der Kühlung der Frischluft A.

[0047] Die Ansteuerung der Ventile 9, 10 erfolgt in Figur 3 durch eine nebengeordnete Steuereinheit 14a, die hier auch die Funktion der zur Figur 2 beschriebenen Kondensationsdruckregelung 17 beinhaltet.

[0048] Da sowohl der erste als auch der zweite Wärmeübertrager 2a, 3a jeweils als Kondensator arbeiten kann, sind beide auch über eine eigene Rücklaufleitung 26a, 26b mit dem Sammelpunkt 28 verbunden, die anderenends an die jeweilige Vorlaufleitung 21a, 21b anschließt. Somit verbindet eine dem ersten Wärmeübertrager 2a zugeordnete erste Rücklaufleitung 26a die erste Vorlaufleitung 21a mit dem Sammelpunkt 28 und eine dem zweiten Wärmeübertrager 3a zugeordnete erste Rücklaufleitung 26b die zweite Vorlaufleitung 21b mit dem Sammelpunkt 28. Der dritte Wärmeübertrager 4 bzw. Beckenwasserkondensator 4 ist wie zuvor über die zweite Rücklaufleitung 27 mit dem Sammelpunkt 28 verbunden. In den beiden ersten Rücklaufleitungen 26a, 26b ist jeweils ein Rückschlagventil 18a, 18b angeordnet, um zu verhindern, dass Kältemittel aus der jeweiligen ersten Rücklaufleitung 26a, 26b in die erste oder zweite Vorlaufleitung 21a, 21b strömt. Ferner verhindern die Rückschlagventile 18a, 18b, wie bei der ersten Ausführungsvariante, dass sich bei abgeschaltetem Kondensator Kältemittel darin sammelt. Im Übrigen ist der Aufbau und die Funktion des Wärmeübertragungskreises 1 der zweiten Ausführungsvariante identisch zum Aufbau und der Funktion des Wärmeübertragungskreises 1 der ersten Ausführungsvariante.

[0049] Die Vorteile liegen in der größtmöglichen Flexibilität des Einsatzes der Wärmepumpe. Der Nutzungsgrad der Wärmepumpe kann signifikant gesteigert werden, da der Wärmerückgewinnungsgrad aus der Raumluft maximiert wird. Durch die Parallelschaltung des Luft- und Beckenwasserkondensators 3, 2a oder 3a, 4 kann der Beckenwasserkondensatorbetrieb vom Luftheizbetrieb entkoppelt werden. Das führt zu einer Einsparung von fossiler Primärenergie und somit zu einer Verminderung von CO2-Emissionen, da die Raumluft als Wärmequelle dient. Bei einer reversiblen Wärmepumpe kann der Beckenwasserkondensator 4 auch im Kühlfall zum Einsatz kommen, was eine Nutzung insbesondere in den Sommermonaten, aber auch in den Übergangszeiten ermöglicht. Außerdem ist für den Kunden bzw. Anwender eine flexible, dynamische, bedarfsgerechte Nutzung der Beckenwasserkondensator-Funktion möglich. Durch eine optimierte Softwaresteuerung kann der Anwender auf komfortablem Wege den Nutzungsgrad der Anlage und damit den Gesamtnutzen maximieren. Durch die Parallelschaltung der Kondensatoren werden außerdem (kältemittelseitige) interne Druckverluste verringert und die Effizienz der Anlage gesteigert.

[0050] Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als "kann", "beispielhaft", "bevorzugt", "optional", "ideal", "vorteilhaft", "gegebenenfalls", "geeignet" oder dergleichen angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.

[0051] Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.

Bezugszeichenliste

[0052] 

1 Wärmeübertragungskreis

2 erster Wärmeübertrager, Verdampfer

2a erster reversibler Wärmeübertrager

3 zweiter Wärmeübertrager, Luftkondensator

3a zweiter reversibler Wärmeübertrager

4 dritter Wärmeübertrager, Beckenwasserkondensator

5 Becken

6 Halle

7 Kompressor/ Verdichter

8 Antrieb

9 Erstes Stellventil (Nadelventil)

10 Zweites Stellventil (Nadelventil)

11 Sammler, Kältemittelsammler

12 Drehzahlgeregelte Pumpe

13 Hauptsteuereinheit

14, 14a Steuereinheit

15 Kondensationsdruckstellventil (Nadelventil)

16 Drucksensor

17 Kondensationsdruckregelung

18 erstes Rückschlagventil

18a dem ersten Wärmeübertrager zugeordnetes Rückschlagventil

18b dem zweiten Wärmeübertrager zugeordnetes Rückschlagventil

19 Zweites Rückschlagventil

20 Sammlerdruckregler

21 Vorlaufleitung

21a erste Vorlaufleitung

21b zweite Vorlaufleitung

22 Zentrale Vorlaufleitung

22a erster Zuführungsabschnitt zur zentralen Vorlaufleitung

22b zweiter Zuführungsabschnitt zur zentralen Vorlaufleitung

23 Abzweigungspunkt

24 Erste lokale Zulaufleitung

25 Zweite lokale Zulaufleitung

26 erste Rücklaufleitung

26a dem ersten Wärmeübertrager zugeordnete erste Rücklaufleitung

26b dem zweiten Wärmeübertrager zugeordnete erste Rücklaufleitung

27 zweite Rücklaufleitung

28 Sammelpunkt

29 Rücklaufsammelleitung

30 Bypassleitung

31 Rücklaufleitung

32 Vorlaufleitung

33a - 33e Steuerleitungen

34a-34c Messleitungen

35a, 35b Temperatursensoren

36 4-Wege Umschaltventil

37, 37a, 37b elektrische Expansionsventile

38 Filtertrockner

39 Flüssigkeitsabscheider

40 Außenumgebung

41 Zuluftkanal

42 Ansaugöffnung Zuluftkanal

43 Auslassöffnung Zuluftkanal

44 Abluftkanal

45 Ansaugöffnung Abluftkanal

46 Auslassöffnung Abluftkanal

47 Transferkanal

48 Lüfter

49 Nacherhitzer

50 Luftbehandlungseinheit (AHU)

51 Wärmerückgewinnung

A Frischluft

B konditionierte Zuluft

C Raumluft

D Abluft

E rezirkulierte Raumluft

Ansprüche

1. Wärmeübertragungskreis (1) zur Übertragung von Wärme aus einem Luftstrom (C), insbesondere aus Raumluft (C) einer Halle (6), auf das Wasser eines Beckens (5) oder Warmwasserspeichers, insbesondere eines Schwimmbeckens, umfassend einen ersten, mit dem Luftstrom (C) beaufschlagbaren Wärmeübertrager (2, 2a), einen zweiten, mit einem Luftstrom (A), insbesondere mit Frischluft (A), beaufschlagbaren Wärmeübertrager (3, 3a), einen den ersten und zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) miteinander koppelnden Kreis, in dem ein Wärmeträgermedium zirkulierbar ist, einen das Wärmeträgermedium in seiner gasförmigen Phase verdichtenden Kompressor (7), der stromaufwärts zwischen dem ersten und zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) angeordnet ist, weiter umfassend einen dritten Wärmeübertrager (4), der sekundärseitig mit dem Wasser beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeübertrager (4) mit seiner Primärseite hydraulisch parallel zum zweiten Wärmeübertrager (3, 3a) geschaltet ist, wobei ausgehend von einer den Kompressor (7) umfassenden zentralen Vorlaufleitung (22) je eine lokale Zulaufleitung (24, 25) zu dem zweiten und dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) führt, und zwischen der zentralen Vorlaufleitung und den lokalen Zulaufleitungen ein steuerbares 3-Wege-Ventil oder in jeder der beiden Zulaufleitungen (24, 25) ein steuerbares Stellventil (9, 10) angeordnet ist, um den Massenstrom des Wärmeträgermediums durch den entsprechenden Wärmeübertrager (3, 3a, 4) einzustellen.

2. Wärmeübertragungskreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellventile (9, 10) mit einer Steuereinheit (14) verbunden und von dieser komplementär angesteuert sind.

3. Wärmeübertragungskreis (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager (2, 2a) ein Verdampfer und der zweite und dritte Wärmeübertrager (3, 3a, 4) ein Kondensator ist oder dass der zweite Wärmeübertrager (3, 3a) ein Verdampfer und der erste und dritte Wärmeübertrager (2, 2a, 4) ein Kondensator ist.

4. Wärmeübertragungskreis (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) reversibel derart sind, dass sie jeweils eingerichtet sind, wahlweise in einem ersten Betriebsmodus als Verdampfer und in einem zweiten Betriebsmodus als Kondensator zu arbeiten.

5. Wärmeübertragungskreis (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) Teil eines Zentrallüftungsgeräts (50) zur Er- oder Entwärmung des Luftstroms (C) oder eines Teils davon sind, wobei das Zentrallüftungsgerat (50) einen ersten Luftkanal (41) zur Zuführung von Frischluft (A) in einen Raum (6) und einen zweiten Luftkanal (44) zur Abführung von Raumluft (C) aus dem Raum (6) umfasst, und wobei der erste Wärmeübertrager (2, 2a) im zweiten Luftkanal (44) und der zweite Wärmeübertrager (3, 3a) im ersten Luftkanal (41) angeordnet ist, um von dem Luftstrom (A, C) in dem jeweiligen Luftkanal (41, 44) beaufschlagt zu werden.

6. Wärmeübertragungskreis (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten und/oder zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) sowie dem dritten Wärmeübertrager (4) je eine lokale Rücklaufleitung (26, 26a, 26b, 27) zu einer Rücklaufsammelleitung (29) führt und in jeder der beiden lokalen Rücklaufleitungen (26, 26a, 26b, 27) ein Rückschlagventil (18, 18a, 18b, 19) angeordnet ist.

7. Wärmeübertragungskreis (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten und/oder zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) sowie dem dritten Wärmeübertrager (4) je eine lokale Rücklaufleitung (26, 26a, 26b, 27) zu einer Rücklaufsammelleitung (29) führt, in der ein in Abhängigkeit des Drucks in der Rücklaufsammelleitung (29) geregeltes Stellventil (15) angeordnet ist.

8. Wärmeübertragungskreis (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (30) parallel zum zweiten und dritten Wärmeübertrager (2a, 3, 3a, 4) angeordnet ist, die diese überbrückend in Strömungsrichtung hinter dem Stellventil (15) der Rücklaufsammelleitung (29) in diese mündet und einen Sammlerdruckregler (20) aufweist.

9. Wärmeübertragungskreis (1) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufsammelleitung (29) in einen Sammler (11) mündet, aus dem der erste oder zweite Wärmeübertrager (2, 2a, 3a) versorgt wird.

10. Wärmeübertragungskreis (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Wärmeübertrager (2a, 3a) über ein Umschaltventil (36) wahlweise mit der zentralen Vorlaufleitung (22) verbindbar ist.

11. Wärmeübertragungskreis (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (36) ein 4-Wege-Ventil ist, an das auch die zum zweiten Wärmeübertrager (3a) führende erste lokale Zulaufleitung (24) anschließt, wobei das Umschaltventil (36) eingerichtet ist, bei der Verbindung des ersten Wärmeübertragers (2a) mit der zentralen Vorlaufleitung (22) in einer ersten Stellung gleichzeitig den zweiten Wärmeübertrager (3a) mit der ersten lokalen Zulaufleitung (24) zu verbinden, und alternativ hierzu, in einer zweiten Stellung, den zweiten Wärmeübertrager (3a) mit der zentralen Vorlaufleitung (22) und gleichzeitig den ersten Wärmeübertrager (2a) mit der ersten lokalen Zulaufleitung (24) zu verbinden.

12. Verfahren zur Übertragung von Wärme aus einem Luftstrom (C), insbesondere aus Raumluft (C) einer Halle (6), auf das Wasser eines Beckens (5) oder Warmwasserspeichers, insbesondere eines Schwimmbeckens, in einem Wärmeübertragungskreis (1), indem ein erster Wärmeübertrager (2, 2a) mit dem Luftstrom (C) beaufschlagt wird, der die Wärme an ein Wärmeträgermedium überträgt, das in einem den ersten mit einem zweiten Wärmeübertrager (3, 3a) gekoppelten Kreis unter Verwendung eines das Wärmeträgermedium in seiner gasförmigen Phase verdichtenden Kompressors (7), der stromaufwärts zwischen dem ersten und zweiten Wärmeübertrager (2, 2a, 3, 3a) angeordnet ist, zirkuliert und die Wärme im zweiten Wärmeübertrager (3, 3a) auf einen weiteren Luftstrom (A), insbesondere Frischluft (A), überträgt, mit dem der zweite Wärmeübertrager (3, 3a) beaufschlagt wird, wobei ein dritter Wärmeübertrager (4) vorgesehen ist, der sekundärseitig mit dem Wasser beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Wärmeübertrager (4) mit seiner Primärseite hydraulisch parallel zum zweiten Wärmeübertrager (3, 3a) betrieben und das Wärmeträgermedium durch das Ansteuern zumindest eines Stellventils (9, 10) in lokalen Zulaufleitungen (24, 25) zu dem zweiten und dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) wahlweise, insbesondere stufenlos dem zweiten oder dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) zugeleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Stellventil (9, 10) in der lokalen Zulaufleitung (24, 25) zum zweiten und dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) angeordnet ist und die Ansteuerung der Stellventile (9, 10) komplementär erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des oder der Stellventile (9, 10) bedarfsgerecht erfolgt, indem ein Stellsignal für die Stellventile (9, 10) von einer Temperaturregelung vorgegeben wird, die dazu bestimmt ist, sekundärseitig des dritten Wärmeübertragers (4) eine Soll-Temperatur des Wassers und/ oder eine Temperaturdifferenz einzustellen.

15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des oder der Stellventile (9, 10) zweistufig erfolgt, indem von einer übergeordneten Steuerung zunächst eine dieser vorgebbare Verteilung der Wärmeleistungen zum zweiten und dritten Wärmeübertrager (3, 3a, 4) eingestellt wird, die anschließend von einer nachgeordneten Steuerung im laufenden Betrieb temperaturabhängig bedarfsgerecht ausgeregelt wird, um sowohl eine Solltemperatur des Wassers, als auch eine Solltemperatur des weiteren Luftstroms (A) einzustellen.

Zeichnung