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Title:
HEAT PUMP SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/013163
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat pump system (1), which is used to air-condition a building system (52), and comprises a refrigeration circuit (2), which is connected to a waste heat circuit (36) via a first interface (40) during operation in order to use waste heat from the building system (52) and to a load-side air-conditioning circuit (38) via a second interface (42) in order to air-condition a building area, wherein - the refrigeration circuit (2) has a main branch (4) in which a first load-side heat exchanger (8), a second air-supplied heat exchanger (10), a throttle element (12), and a compressor (14) are arranged, - the first load-side heat exchanger (8) is used as a condenser (8) in a combined waste heat heating mode, and the second air-supplied heat exchanger (10) is used as an evaporator (10), - the load-side air-conditioning circuit (38) is connected to the first heat exchanger (8) during operation in order to transmit heat between the refrigeration circuit (2) and the load-side air-conditioning circuit (38), - the refrigeration circuit (2) has a parallel branch (6) in which a third heat exchanger is integrated into the refrigeration circuit parallel to the second heat exchanger (10), and - the third heat exchanger is used as a waste heat evaporator (30) in the combined waste heat heating mode and is connected to the waste heat circuit (36) in order to transmit heat into the refrigeration circuit (2).

Application Number:
PCT/EP2016/067268
Publication Date:
January 26, 2017
Filing Date:
July 20, 2016
Export Citation:
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Assignee:
GLEN DIMPLEX DEUTSCHLAND GMBH (DE)
International Classes:
F25B13/00; F25B5/02; F25B25/00
Domestic Patent References:
WO2014054310A12014-04-10
WO2013138695A12013-09-19
Foreign References:
CN203478673U2014-03-12
JP2009243802A2009-10-22
JP2006125769A2006-05-18
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
FDST PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Wärmepumpenanlage (1 ) zur Klimatisierung einer Gebäudeanlage (52) mit einem Kältekreislauf (2), welcher im Betrieb über eine erste Schnittstelle (40) an einem Abwärmekreislauf (36) zur Ausnutzung von Abwärme aus der Gebäudeanlage (52) und über eine zweite Schnittstelle (42) an einem verbrau- cherseitigen Klimakreislauf (38) zur Klimatisierung eines Gebäudebereichs angeschlossen ist, wobei

- der Kältekreislauf (2) einen Hauptzweig (4) aufweist, in dem ein erster ver- braucherseitiger Wärmetauscher (8) und ein zweiter luftbeaufschlagter Wärmetauscher (10) sowie ein Drosselorgan (12) und zumindest ein Verdichter (14) angeordnet sind,

- der erste verbraucherseitiger Wärmetauscher (8) in einem kombinierten Abwärme-Heizmodus als Kondensator (8) und der zweite luftbeaufschlagte Wärmetauscher (10) als Verdampfer (10) eingesetzt sind,

- an den ersten Wärmetauscher (8) im Betrieb der verbraucherseitige Klimakreislauf (38) angeschlossen ist zur Übertragung von Wärme zwischen dem Kältekreislauf (2) und dem verbraucherseitigen Klimakreislauf (38),

- der Kältekreislauf (2) einen Parallelzweig (6) aufweist, in dem parallel zum zweiten Wärmetauscher (10) ein dritter Wärmetauscher in den Kältekreislauf integriert ist,

- der dritte Wärmetauscher im kombinierten Abwärme-Heizmodus als Abwärme-Verdampfer (30) eingesetzt ist und am Abwärmekreislauf (36) zur Übertragung von Wärme in den Kältekreislauf (2) angeschlossen ist.

2. Wärmepumpenanlage (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Verdampfer (10) und der Abwärme-Verdampfer (30) unterschiedliche Verdampfungstemperaturen aufweisen, wobei der Abwärme-Verdampfer (30) vorzugsweise bei einer höheren Verdampfungstemperatur als der Verdampfer (10) arbeitet.

3. Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die thermische Leistung des Abwärme-Verdampfers (30) in Abhängigkeit einer dem Abwärme-Verdampfer (30) zugeordneten Abwärmetemperatur, insbesondere in Abhängigkeit einer Rücklauftemperatur des Abwärmekreislaufs (36) geregelt wird.

4. Wärmepumpenanlage (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Leistung des Abwärme-Verdampfers (30) in Abhängigkeit einer Rücklauftemperatur des Abwärmekreislaufs (36) geregelt wird, insbesondere derart, dass eine Minimaltemperatur im Abwärmekreislauf (36) nicht unterschritten wird.

Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Regelung der Leistung des Abwärme-Verdampfers (30) derart ausgebildet ist, dass die Wärmeübertragung im Abwärme-Verdampfer (30) sich einer Abwärmeleistung im Abwärmekreislauf (36) anpasst.

Wärmepumpenanlage (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Massestrom des durch den Abwärme-Verdampfer (30) strömenden Kältemittels zur Regelung der Leistung gesteuert wird.

Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass dem Abwärme-Verdampfer (30) in Fließrichtung des Kältemittels im kombinierten Abwärme- Heizmodus - stromab ein Regelventil (34) zur Regelung der Leistung nachgeschaltet ist.

8. Wärmepumpenanlage (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet, dass bei einer verminderten Abwärme-Leistung im Abwärmekreislauf (36) ein Öffnungsgrad des Regelventils (34) verringert wird, wodurch der Druck und damit auch die Verdampfungstemperatur im Abwärme-Verdampfer (36) angehoben werden und somit eine Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Abwärmekreislauf reduziert wird.

9. Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Regelgröße für das Regelventil (34) die Abwärmetemperatur, insbesondere eine minimale Rücklauftemperatur im Abwärmekreislauf (36) herangezogen wird.

Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Folge einer Veränderung des Öffnungsgrades des Regelventils (34) es automatisch zu einer Verschiebung der Aufteilung des Massestroms des Kältemittels auf den Abwärme-Verdampfer (30) und auf den Verdampfer (10) kommt.

1 1 . Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass es sich bei dem Verdichter (14) um einen nicht leistungsgeregelten Verdichter handelt.

12. Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass dem Hauptzweig (4) sowie dem Parallelzweig (6) jeweils ein leistungsgeregelter Verdichter (14) zugeordnet ist und über die leistungsgeregelten Verdichter (14) die Verteilung der Masseströme des Kältemittels durch den Abwärme-Verdampfer (30) und den Verdampfer zur Regelung der Leistung gesteuert wird.

13. Wärmepunnpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass dem Verdampfer ein Ventilator (20) zur Erzeugung eines Luftstroms durch den Verdampfer zugeordnet ist, wobei zur Steuerung der Leistung des Verdampfers (10) der Ventilator (20) gesteuert wird und zwar in Abhängigkeit der Leistung des Abwärme-Verdampfers (30).

14. Wärmepumpenanlage (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch sowie nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Ventilator (20) in Abhängigkeit des Öffnungsgrades des Regelventils (34) gesteuert wird.

15. Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen dem Parallelzweig (6) und dem Hauptzweig (4) ein Rückschlagventil (24) angeordnet ist, welches ein Rückströmen von Kältemittel in den Verdampfer vermeidet.

16. Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass in einem alleinigen Abwärme-Heizmodus, bei dem lediglich der Abwärme-Verdampfer (30) aktiv ist und der Verdampfer (10) inaktiv ist, insbesondere zyklisch Kältemittel aus dem Verdampfer (10) abgesaugt und einem aktiven Teil des Kältekreislauf (2) zugeführt wird.

17. Wärmepumpenanlage (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch,

dadurch gekennzeichnet,

dass zum Absaugen der Parallelzweig (6) abgeschaltet wird und gleichzeitig das Drosselorgan (12) nur teilweise geöffnet wird.

18. Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abtaumodus für den luftbeaufschlagten zweiten Wärmetauscher Wärme (10) aus dem Abwärmekreislauf (36) und/oder aus dem ver- braucherseitigen Klimakreislauf (38) verwendet ist, wobei die Nutzung der Wärme aus dem Abwärmekreislauf (30) priorisiert ist und bei mangelnder Wärme im Abwärmekreislauf (36) automatisch Wärme aus dem verbrau- cherseitigen Klimakreislauf (38) verwendet wird.

Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass sämtliche Komponenten des Kältekreises (2) in einem gemeinsamen Gehäuse (44) integriert sind, welches die erste sowie zweite Schnittstelle (40,42) aufweist, über die der Kältekreislauf (2) an den Abwärmekreislauf (36) sowie den verbraucherseitigen Klimakreislauf (38) angeschlossen ist .

Wärmepumpenanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Abwärmekreislauf (36) an einen Kondensator (60) eines weiteren Kältekreislaufs (62) angeschlossen ist, welcher insbesondere zur Kühlung eines Kühlbereichs (64) der Gebäudeanlage (52) dient.

Wärmepumpenanlage (1 ) zur Klimatisierung einer Gebäudeanlage (52) mit einem Kältekreislauf (2), welcher im Betrieb über eine erste Schnittstelle (40) an eine Wärmequelle und über eine zweite Schnittstelle (42) an einem verbraucherseitigen Klimakreislauf (38) angeschlossen ist, wobei

- der Kältekreislauf (2) einen Hauptzweig (4) aufweist, in dem ein erster ver- braucherseitiger Wärmetauscher (8) und ein zweiter luftbeaufschlagter Wärmetauscher (10) sowie ein Drosselorgan (12) und ein Verdichter (14) angeordnet sind,

- der erste verbraucherseitiger Wärmetauscher (8) in einem kombinierten Abwärme-Heizmodus als Kondensator (8) und der zweite luftbeaufschlagte Wärmetauscher (10) als Verdampfer (10) eingesetzt sind, - an den ersten Wärmetauscher (8) im Betrieb der verbraucherseitige Klimakreislauf (38) angeschlossen ist zur Übertragung von Wärme zwischen dem Kältekreislauf (2) und dem verbraucherseitigen Klimakreislauf (38),

- der Kältekreislauf (2) einen Parallelzweig (6) aufweist, in dem parallel zum zweiten Wärmetauscher (10) ein dritter Wärmetauscher in den Kältekreislauf integriert ist,

- der dritte Wärmetauscher im kombinierten Abwärme-Heizmodus als Abwärme-Verdampfer (30) eingesetzt ist und am Abwärmekreislauf (36) zur Übertragung von Wärme in den Kältekreislauf (2) angeschlossen ist.

Description:
Beschreibung

Wärmepumpenanlage

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage mit einem Kältekreislauf.

Wärmepumpenanlagen zum Bereitstellen von Wärme oder Kälte für eine Verbraucherseite sind grundsätzlich bekannt. Zur Aufnahme beziehungsweise Abgabe von Wärme von/an die Umgebung wird häufig ein luftbeaufschlagter (Lamel- len-)Wärmetauscher eingesetzt. Alternativ kann auch ein Sole/Wasser-beauf- schlagter Wärmetauscher, beispielsweise ein gelöteter Plattenwärmetauscher eingesetzt werden. Insbesondere bei einem luftbeaufschlagten Wärmetauscher (Verdampfer) ist regelmäßig eine Enteisung erforderlich. Die hierfür benötigte Wärme wird dabei üblicherweise einem verbraucherseitig angeschlossenen Heiznetz entzogen. Hierdurch wird die Energieeffizienz negativ beeinträchtigt.

Speziell im industriellen Bereich oder bei Gewerbe- oder Verkaufsstätten bestehen komplexe Anforderungen im Hinblick auf die Klimatisierung von Räumen. Hierbei wird eine effiziente Ausnutzung der Energie angestrebt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere reversibel arbeitende Wärmepumpenanlage anzugeben, welche sich durch eine hohe Effizienz auszeichnet.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Wärmepumpenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Wärmepunnpenanlage dient zur Klimatisierung einer Gebäudeanlage. Die Wärmepumpenanlage weist hierzu einen Kältekreislauf auf, welcher im Betrieb über eine erste Schnittstelle an einen Abwärmekreislauf angeschlossen ist, um Abwärme aus der Gebäudeanlage auszunutzen. Im Abwärmekreislauf zirkuliert allgemein ein flüssiger Wärmeträger, beispielsweise Sole oder auch ein Glykol- Wasser Gemisch oder sonstige Wärmeträger. Nachfolgend wird zur Kennzeichnung des flüssigen Wärmeträgers der Abwärmekreislauf ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als Solekreislauf und der Wärmeträger als Sole bezeichnet. Über eine zweite Schnittstelle ist der Kältekreislauf an einen verbraucherseitigen Klimakreislauf zur Klimatisierung eines Gebäudebereichs der Gebäudeanlage angeschlossen. Unter„Klimatisierung" wird vorliegend die Fähigkeit verstanden, den Gebäudebereich sowohl zu heizen als auch zu kühlen. Insgesamt handelt es sich daher zweckdienlicherweise um eine reversibel betreibbare Wärmepumpenanlage. Die Wärmepumpenanlage weist allgemein eine Steuereinheit auf, die den Betrieb der Wärmepumpenanlage steuert. Dabei ist die Steuereinheit zum Betrieb der Wärmepumpenanlage in verschiedenen Betriebsmodi eingerichtet. Entsprechend ist auch die Wärmepumpenanlage geeignet ausgestaltet.

Der Kältekreislauf weist einen Hauptzweig auf, in dem ein erster, verbrauchersei- tiger Wärmetauscher sowie ein zweiter luftbeaufschlagter Wärmetauscher und weiterhin ein Drosselorgan sowie zumindest ein Verdichter angeordnet sind. In einem Heizbetrieb, bei dem Wärme an den verbraucherseitigen Klimakreislauf abgegeben wird, dient dabei der erste verbraucherseitige Wärmetauscher als Kondensator und der zweite luftbeaufschlagte Wärmetauscher als Verdampfer. Nachfolgend - sofern nicht etwas Anderes angegeben ist - wird von einem derartigen Heizbetrieb ausgegangen und der erste verbraucherseitige Wärmetauscher wird als Kondensator und der zweite luftbeaufschlagte Wärmetauscher als Verdampfer bezeichnet.

An den Kondensator ist dabei im Betrieb der verbraucherseitige Klimakreislauf angeschlossen, um Wärme in diesen zu übertragen. Weiterhin weist der Kälte- keislauf einen Parallelzweig auf, in den parallel zum zweiten Wärmetauscher, also parallel zum Verdampfer, ein dritter Wärmetauscher integriert ist, welcher speziell in einem kombinierten Abwärme-Heizmodus als Abwärme-Verdampfer eingesetzt ist. Dieser Abwärme-Verdampfer dient zur Übertragung von Wärme aus dem Abwärmekreislauf in den Kältekreislauf. Unter paralleler Anordnung wird dabei verstanden, dass im Betrieb die beiden Verdampfer parallel - und nicht seriell nacheinander - von Kältemittel durchströmt werden.

In dem kombinierten Abwärme-Heizmodus wird daher sowohl von dem Abwärme- Verdampfer als auch von dem Verdampfer des Hauptzweiges Wärme aufgenommen, welche dann über den Kondensator an den Klimakreislauf abgegeben werden kann. Durch diese Ausgestaltung wird der besondere Vorteil erzielt, dass Abwärme aus der Gebäudeanlage selbst zusätzlich zu der Wärme aus der Umgebungsluft für das Heizen des Gebäudebereichs herangezogen wird. Durch die parallele Schaltung der beiden Verdampfer, also des Verdampfers im Hauptzweig sowie des Abwärme-Verdampfers im Parallelzweig, ist dabei eine besonders vorteilhafte Verschaltung erreicht, um unterschiedliche Wärmequellen möglichst effizient auszunutzen. So besteht durch diese spezielle Schaltung die Möglichkeit, sowohl beide Verdampfer parallel, lediglich den Abwärme-Verdampfer oder auch lediglich den Verdampfer des Hauptzweiges einzusetzen. Die Regelungslogik richtet sich insbesondere danach, wie viel Wärme aus dem Abwärmekreislauf zur Verfügung gestellt werden kann. Darüber ermöglicht dieser spezielle Aufbau der Wärmepumpenanlage weiterhin, dass die Abwärme für eine Enteisung des luftbeaufschlagten Verdampfers herangezogen werden kann.

Insbesondere ist durch diese Wärmepumpenanlage eine Vielzahl von unterschiedlichen Schaltungsmöglichkeiten ermöglicht, was eine effiziente Ausnutzung der in der Gebäudeanlage zur Verfügung stehenden Energie für die Klimatisierung, insbesondere Beheizung der Gebäudeanlage erlaubt. Die von der Gebäudeanlage selbst bereitgestellte Abwärme wird daher besonders vorteilhaft für die Beheizung eingesetzt. Unter Gebäudeanlage wird allgemein eine örtlich zusammenhängende Anlage verstanden mit einem oder auch mit mehreren Gebäudeteilen. Speziell handelt es sich bei der Gebäudeanlage um ein Bürogebäude, um einen Supermarkt, um eine Produktionsanlage mit Büros, um eine Freizeiteinrich- tung, wie beispielsweise Schwimmbad oder Wellnessanlage sowie um eine Hotelanlage.

Der parallel geschaltete Abwärme-Verdampfer dient insbesondere ausschließlich zur Aufnahme von Wärme aus dem Abwärmekreislauf. Der Abwärme-Verdampfer wird daher vorzugsweise in einer Richtung durchströmt. Im Unterschied hierzu werden der erste und der zweite Wärmetauscher des Hauptzweigs des Kältekreislaufes in einem Kühlmodus in entgegengesetzter Strömungsrichtung zum Heizmodus durchströmt.

Im kombinierten Abwärme-Heizmodus, in dem also über beide Verdampfer Wärme in den Kältekreislauf aufgenommen wird, weisen in zweckdienlicher Ausgestaltung die beiden Verdampfer verschiedene Verdampfungstemperaturen auf. Speziell weist der Abwärme-Verdampfer dabei eine höhere Verdampfungstemperatur als der Verdampfer auf. Speziell bei der Ausnutzung von Abwärme für den Abwärme-Verdampfer ist ein gewisses Temperaturniveau innerhalb des Abwärmekreislauf es erforderlich, die nicht unterschritten werden sollte. Umgekehrt kann die Verdampfungstemperatur beim luftbeaufschlagten Verdampfer im Hauptzweig niedriger sein. Da es sich allgemein um das gleiche Kältemittel handelt, welches lediglich in den verschiedenen Zweigen des Kältekreislaufes strömt, ist hierzu üblicherweise erforderlich, dass dem Abwärme-Verdampfer sowie dem Verdampfer jeweils ein eigenes Expansionsventil, also ein eigenes Drosselorgan vorgeschaltet ist, über das insbesondere auch eine gewünschte Überhitzung eingestellt wird.

In dem kombinierten Abwärme-Heizmodus wird die Leistung des Abwärme-Verdampfers in bevorzugter Ausgestaltung in Abhängigkeit einer dem Abwärme- Verdampfer zugeordneten Temperatur geregelt. Diese wird nachfolgend als Abwärmetemperatur bezeichnet. Hierunter werden allgemein alle Temperaturen verstanden, die im Bereich des Abwärme-Verdampfers im Abwärmekreislauf oder im Kältekreis vorliegen. Insbesondere wird die Leistung in Abhängigkeit einer Rücklauftemperatur des Abwärmekreislaufs geregelt. Unter Rücklauftemperatur wird dabei allgemein die Temperatur des Wärmeträgers im Abwärmekreislauf nach Durchströmen des Abwärme-Verdampfers verstanden. Hierdurch wird insbeson- dere sichergestellt, dass im Abwärmekreislauf eine bestimmte Temperatur gehalten und/oder eine Minimaltemperatur nicht unterschritten wird. Die Leistung des Abwärme-Verdampfers, also die pro Zeiteinheit auf den Kältekreislauf übertragene Wärme, variiert in Abhängigkeit der im Abwärmekreislauf zur Verfügung gestellten Wärme. Insgesamt ist sichergestellt, dass die Funktion des Abwärmekreislaufs nicht durch eine übermäßige Wärmeentnahme beeinträchtigt ist. Diese Maßnahme dient also dazu, die Funktion des nachgeschalteten Abwärmelieferanten (z.B. Kühlmöbel) sicherzustellen.

Neben der Regelung in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur des Abwärmekreislaufs besteht auch die Möglichkeit, die Regelung in Abhängigkeit der Verdampfungstemperatur des Abwärme-Verdampfers vorzunehmen, und diese beispielsweise konstant zu halten. Da die Verdampfungstemperatur auch mit dem Druck korreliert, entspricht dies auch einer Regelung in Abhängigkeit des Verdampfungsdruckes. Die Temperatur des Kältemittels (Überhitzungstemperatur) und der Verdampfungsdruck werden dabei bevorzugt ausgangsseitig des Abwärme- Verdampfers gemessen.

Wie bereits ausgeführt ist die Regelung insgesamt derart ausgebildet, dass die Übertragung der Wärme im Abwärme-Verdampfer sich einer Abwärmeleistung im Abwärmekreislauf anpasst. Insbesondere ist die Regelung dabei derart ausgebildet, dass die bereits erwähnte Minimaltemperatur im Abwärmekreislauf nicht unterschritten wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Massestrom des durch den Abwärme- Verdampfer strömenden Kältemittels zur Regelung der Leistung des Abwärme- Verdampfers gesteuert wird. Je höher die vom Abwärmekreislauf zur Verfügung gestellte thermische Leistung ist, desto größer ist der über den Abwärme-Verdampfer geleitete Massestrom und umgekehrt.

Zur Regelung der Leistung des Abwärme-Verdampfers ist vorzugsweise ein Regelventil vorgesehen, welches in Fließrichtung des Kältemittels stromab des Abwärme-Verdampfers angeordnet ist. Zur Regelung der Leistung des Abwärme-Verdampfers wird dabei insbesondere ein Öffnungsgrad des Regelventils eingestellt. Über diesen Öffnungsgrad wird insbesondere auch der in dem Parallelzweig und damit durch den Abwärme- Verdampfer strömende Massestrom des Kältemittels zumindest implizit geregelt.

Im Falle einer nur geringen oder verminderten Abwärmeleistung im Abwärmekreislauf wird daher allgemein ein Öffnungsgrad des Regelventils verringert. Dadurch wird zugleich der Druck in dem davor geschalteten Abwärme-Verdampfer angehoben. Das Regelventil erzeugt daher in Abhängigkeit des Öffnungsgrades einen gewissen Anstaudruck, der zu der Druckerhöhung führt. Bei dem Regelventil handelt es sich insoweit um einen Verdampfungsdruckregler. Mit einer Erhöhung des Druckes geht auch eine Erhöhung der Verdampfungstemperatur einher. Hierdurch wird insgesamt dann eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem Abwärmekreislauf reduziert. Durch diese Maßnahme wird daher die Leistung des Abwärme-Verdampfers verringert, sowohl durch die Reduzierung des Massestroms als auch durch die Reduzierung der Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Abwärmekreislauf. Vorzugsweise wird durch eine entsprechende Regulierung eines dem Abwärme-Verdampfer zugeordnetes Expansionsventil eine definierte Überhitzung des Kältemittels durch eine geeignete Drosselung eingestellt. Eine Veränderung des Öffnungsgrades des Regelventils zieht daher auch eine Steuerung des Expansionsventils nach sich, was insbesondere in Kombination zur Veränderung des Massestroms führt. Über das Regelventil wird insbesondere sichergestellt, dass eine minimale Rücklauftemperatur nicht unterschritten wird, sichert also insoweit einen Grenzbereich ab. Außerhalb dieses Grenzbereiches wird der Massenstrom vornehmlich durch die Expansionsventile in den beiden Zweigen des Kältemittelkreislaufs eingestellt.

In zweckdienlicher Ausgestaltung wird als Regelgröße für das Regelventil die zuvor erwähnte Abwärmetemperatur, speziell die Rücklauftemperatur, herangezogen. Hierdurch ist in einfacher Weise eine Regelung auf eine gleichbleibende Rücklauftemperatur bzw. eine Regelung auf eine Rücklauftemperatur oberhalb einer minimalen Rücklauftemperatur sichergestellt. Insbesondere wenn seitens des Abwärmekreislaufs ausreichend Wärme zur Verfügung gestellt wird, so kann auch eine andere Regelgröße für das Regelventil herangezogen werden, beispielsweise die Verdampfungstemperatur des Abwärme-Verdampfers. Beispielsweise wird auf eine konstante Verdampfungstemperatur des Abwärme-Verdampfers geregelt.

Durch die Variation des Öffnungsgrades und des dadurch variierenden Anstau- drucks führt dies automatisch zu unterschiedlichen Drucksituationen einerseits am Abwärme-Verdampfer und andererseits am Verdampfer. Aufgrund der unterschiedlichen Drucksituationen kommt es daher als Folge der Veränderung des Öffnungsgrades des Regelventils auch automatisch zu einer Veränderung der Aufteilung des Massestroms des Kältemittels einerseits auf den Abwärme-Verdampfer und andererseits auf den Verdampfer. Das vom Verdichter umgewälzte Kältemittel verteilt sich daher automatisch einerseits auf den Abwärme-Verdampfer und andererseits auf den Verdampfer.

Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Umsetzung ist dabei vorgesehen, dass es sich bei dem zumindest einen Verdichter um einen nicht leistungsgeregelten Verdichter handelt. Der geförderte Massenstrom ist üblicherweise zumindest weitgehend konstant. Durch den zumindest einen Verdichter wird ein Gesamtmassenstrom an Kältemittel umgewälzt, welcher sich automatischen auf die beiden Zweige (Hauptzweig und Parallelzweig) verteilt.

Alternativ hierzu ist zur Regelung der Leistung des Abwärme-Verdampfers sowohl dem Hauptzweig als auch dem Parallelzweig jeweils ein leistungsgeregelter Verdichter zugeordnet, sodass die Masseströme im Hauptzweig sowie im Parallelzweig über den jeweiligen Verdichter unabhängig voneinander eingestellt werden können. Durch eine geeignete Verteilung der Masseströme kann die Regelung der einzelnen Verdampferleistungen vorgenommen werden. Bei dieser Ausführungsvariante wird vorzugsweise das Regelventil nicht eingesetzt. Auch hier erfolgt die Regelung insbesondere in Abhängigkeit einer Abwärmetem- peratur des Abwärmekreislaufs, speziell in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur des Abwärmekreislaufs.

Bei einer verminderten thermischen Leistung durch den Abwärme-Verdampfer und einer gleichbleibend hohen thermischen Leistungsanforderung auf der Verbraucherseite im Klimakreislauf muss eine verminderte thermische Leistung des Abwärme-Verdampfers durch eine erhöhte thermische Leistung des Verdampfers im Hauptzweig ausgeglichen werden. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine geeignete Ansteuerung eines Ventilators, welcher zur Erzeugung eines Luftstroms durch den Verdampfer angeordnet ist. Dieser Ventilator, also dessen Drehzahl, wird also insgesamt vorzugsweise in Abhängigkeit der Abwärmeleistung des Abwärme-Verdampfers gesteuert. Bei einer verminderten Abwärmeleistung wird daher die Drehzahl des Ventilators, also der Luftmassenstrom, erhöht und umgekehrt.

Bei der Verwendung eines Regelventils wird der Ventilator dabei insbesondere - zumindest mittelbar - in Abhängigkeit des Öffnungsgrads des Regelventils gesteuert. Der Öffnungsgrad des Regelventils ist dabei insoweit eine mit der Leistung des Abwärme-Verdampfers korrelierte Größe.

Speziell bei ausreichend Abwärme im Abwärmekreislauf besteht die Möglichkeit, dass ausschließlich die vom Abwärmekreislauf zur Verfügung gestellte Wärme herangezogen wird und dass also in einem derartigen Heizmodus, welcher als alleiniger Abwärme-Heizmodus bezeichnet wird, der Verdampfer inaktiv ist. Speziell in einer solchen Betriebssituation besteht die Gefahr, dass Kältemittel in den nicht aktiven Verdampfer verlagert wird. Um dies möglichst zu vermeiden, ist zweckdienlicherweise zwischen dem Parallelzweig und dem Hauptzweig ein Rückschlagventil angeordnet, welches ein derartiges Rückströmen von Kältemittel in den Verdampfer vermeidet.

In dem alleinigen Abwärme-Heizmodus ist dabei in zweckdienlicher Ausgestaltung ergänzend noch eine - insbesondere zyklische - Absaugung von Kältemittel aus dem (inaktiven) Verdampfer vorgesehen, wobei das abgesaugte Kältemittel dem aktiven Teil des Kältekreislaufs, also insbesondere dem Parallelzweig zugeführt wird. Diese Ausgestaltung beruht dabei auf der Überlegung, dass aufgrund von nicht gänzlich zu vernachlässigenden Leckströmen es trotz Rückschlagventil zu einer Kältemittelverlagerung kommen kann. Durch die Maßnahme des Absaugens besteht der Vorteil, dass ein erforderlicher Ausgleichsbehälter für das Kältemittel kleiner und kompakter ausgestaltet werden kann im Vergleich zu einer Ausgestaltung ohne eine derartige Absaugung.

Zur Absaugung wird vorzugsweise der Parallelzweig für die Zeitdauer der Absaugung abgeschaltet, so dass also kein Kältemittel durch den Parallelzweig strömt. Vorzugsweise wird ergänzend das als steuerbares Expansionsventil ausgebildete Drosselorgan, welches dem Verdampfer zugeordnet ist und welches im alleinigen Abwärme-Heizmodus geschlossen ist, teilweise geöffnet. Der Öffnungsgrad liegt dabei vorzugsweise unter 15% und weiter vorzugsweise unter 10% und speziell im Bereich von 3% bis 8% bezogen auf eine vollständige Öffnung des Expansionsventils. Der Verdichter wird gleichzeitig weiter betrieben, so dass insgesamt hierdurch Kältemittel aus dem Verdampfer abgesaugt wird. Nach Beendigung des Absaugvorgangs wird das Expansionsventil wieder geschlossen und der Parallelzweig wieder aktiviert. Dieser Absaugvorgang wird vorzugsweise zyklisch wiederholt.

Wie eingangs bereits erwähnt, wird in zweckdienlicher Ausgestaltung die aus dem Abwärmekreislauf zur Verfügung gestellte Wärme auch zum Abtauen des luftbeaufschlagten Wärmetauschers herangezogen. Zweckdienlicherweise wird ausschließlich die Wärme aus dem Abwärmekreislauf herangezogen. Diese wird daher priorisiert. Sofern diese Wärme nicht ausreicht, kann ergänzend Wärme aus dem verbraucherseitigen Klimakreislauf in an sich bekannter Weise herangezogen werden. D.h. bei mangelnder Wärme im Abwärmekreislauf wird zweckdienlicherweise entweder teilweise oder vollständig auf eine Wärmeentnahme aus dem verbraucherseitigen Klimakreislauf umgeschaltet. In zweckdienlicher Ausgestaltung sind sämtliche Komponenten des Kältekreises, also sämtliche Komponenten des Hauptzweigs sowie auch die des Parallelzweigs in einem gemeinsamen Gehäuse integriert. Hierbei handelt es sich also um eine abgeschlossene Baueinheit, in der sämtliche Komponenten angeordnet sind. Diese Baueinheit weist die erste sowie die zweite Schnittstelle auf, über die einerseits der Abwärmekreislauf sowie andererseits der Klimakreislauf angeschlossen ist.

Wie bereits erwähnt handelt es sich bei dem Abwärmekreislauf bevorzugt um einen Solekreislauf, als Wärmeträger wird daher vorzugsweise Sole oder auch an anderer flüssiger Wärmeträger eingesetzt. Der Abwärmekreislauf ist zweckdienlicherweise an einem Kondensator eines weiteren Kältekreislaufs angeschlossen, welcher zur Kühlung eines Kühlbereichs dient. Bei der Abwärme handelt es sich daher insbesondere um Kondensationswärme. Innerhalb der gesamten Gebäudeanlage werden häufig spezielle Bereiche mithilfe von weiteren Kältemaschinen mit entsprechenden Kältekreisläufen gekühlt. Mit dieser Maßnahme wird daher die von diesen weiteren Kältemaschinen über den jeweiligen Kondensator abgeführte Wärme als Abwärme des Abwärmekreislaufs genutzt. Insofern werden über den Parallelzweig der Kondensator des weiteren Kältekreislaufs mit dem Kältekreislauf der Wärmepumpenanlage gekoppelt.

Eine derartige Situation tritt beispielsweise bei Supermärkten mit Kühlmöbeln auf, bei Verwaltungs- und Bürogebäuden mit gekühlten Büro-Räumen oder auch mit gekühlten Server-Räumen oder allgemein bei größeren zentralen Klimageräten. Bei all diesen Varianten wird eine Wärme aus dem Kondensator ausgenutzt.

Daneben besteht auch die Möglichkeit, dass beispielsweise bei industriellen Fertigungsstandorten mit Fertigung und Bürobereich Abwärme aus dem Produktions- prozess als Wärmequelle für den Abwärmekreislauf zur Beheizung des Büro- Bereichs (über den verbraucherseitigen Klimakreislauf) zur Verfügung gestellt wird. Eine weitere Einsatzmöglichkeit sind Spa- und Bäderanwendungen, bei denen beispielsweise Schwappwasser als Wärmequelle herangezogen wird. Die zuvor beschriebene spezielle Ausgestaltung der Wärmepumpenanlage mit der Integration der Wärmepumpenanlage in eine Gebäudeanlage, bei der Abwärme aus dem Gebäude herangezogen wird, um andere Bereiche des Gebäudes zu heizen, ist grundsätzlich auch auf andere Anwendungsbereiche übertragbar. Insofern wird die Aufgabe erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch eine Wärmepumpenanlage mit der Merkmalskombination des Anspruchs 21 . So lässt sich die für den Abwärmekreislauf erforderliche Wärme auch aus gebäudefremden Wärmequellen beziehen. Beispielsweise handelt es sich hierbei um Erdwärme, die z.B. über eine geeignete Sonde gewonnen wird. Die zuvor erwähnten speziellen Ausgestaltungen des Kältekreislaufs und speziell die Regelung gelten gleichermaßen für die Wärmepumpenanlage gemäß Anspruch 21 .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in vereinfachten Darstellungen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Kältekreislaufs einer Wärmepumpenanlage in einem kombinierten Abwärme-Heizmodus,

Fig. 2 das Schaltbild gemäß Fig. 1 in einem Kühlmodus,

Fig. 3 das Schaltbild gemäß Fig. 1 mit einem Abtaumodus sowie

Fig. 4 eine Gebäudeanlage mit einer Wärmepumpenanlage in stark vereinfachter schematisierter Darstellung.

In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Wärmepumpenanlage 1 mit einem Kältekreislauf 2 dargestellt. Der Kältekreislauf 2 lässt sich allgemein unterteilen in einen Hauptzweig 4 sowie einen Parallelzweig 6. Die Fig. 1 zeigt den Kältekreislauf 2 in einem speziellen Betriebsmodus, nachfolgend als kombinierter Abwärme-Heizmodus bezeichnet. Der Parallelzweig 6 ist in diesem Modus aktiv. In der Fig. 1 ist der Parallelzweig 6 durch eine verdickte Linie gekennzeichnet. Der Hauptzweig 4 weist allgemein einen ersten verbraucherseitigen Wärmetauscher 8 auf, welcher im kombinierten Abwärme-Heizmodus als Kondensator arbeitet. Weiterhin weist der Hauptzweig 4 einen zweiten Wärmetauscher 10 auf, welcher im kombinierten Abwärme-Heizmodus als Verdampfer arbeitet. Nachfolgend werden die beiden Wärmetauscher 8,10 als Kondensator 8 sowie Verdampfer 10 bezeichnet. Weiterhin umfasst der Hauptzweig 4 ein erstes Drosselorgan, welches im Ausführungsbeispiel als erstes (elektronisches) Expansionsventil 12 ausgebildet ist. Weiterhin weist der Hauptzweig 4 eine Verdichteranordnung mit im Ausführungsbeispiel zwei parallel geschalteten Verdichtern 14 auf. Schließlich ist in dem Hauptzweig 4 noch ein Sammler 16 für ein im Kältekreislauf 2 zirkulierendes Kältemittel angeordnet.

Der Kältekreislauf 2 lässt sich insbesondere im Hauptzweig 4 reversibel betreiben, d.h. die Strömungsrichtung des Kältemittels durch die beiden Wärmetauscher 8,10 lässt sich umkehren. Hierzu ist im Hauptzweig 4 eine geeignete Strö- mungsrichtungsumkehr-Vorrichtung angeordnet, im Ausführungsbeispiel insbesondere ein 4-Wege-Umschaltventil 18.

Bei dem Verdampfer 10 handelt es sich um einen luftbeaufschlagten Verdampfer 10, der im Betrieb von Luft durchströmt ist. Hierzu ist zumindest ein Ventilator 20 angeordnet, dessen Drehzahl regelbar ist. Im Ausführungsbeispiel sind zwei Ventilatoren 20 angeordnet.

Die Strömungsrichtung des Kältemittels in dem kombinierten Abwärme-Heizmodus ist in Fig. 1 durch Pfeile dargestellt. Der Verdampfer 10 wird hierbei gemäß Fig. 1 von oben nach unten durchströmt. Das Kältemittel wird dann über das 4- Wege-Umschaltventil 18 in eine Abzweigleitung 22 geleitet, in der ein Rückschlagventil 24 angeordnet ist. Die Abzweigleitung 22 mündet an einem ersten Abzweigpunkt 26a in eine Saugleitung 28, die zu den Verdichtern 14 führt. Eine druckseitige Leitung führt von den Verdichtern 14 wieder zum 4-Wege- Umschaltventil 18. Das Kältemittel wird durch eine entsprechende Ventilstellung von dort zu dem Kondensator 8 geleitet, durchströmt diesen, gelangt über den Sammler 16 zu einem zweiten Abzweigpunkt 26b und wird über das erste Expansionsventil 12 wieder dem Verdampfer 10 zugeführt.

Der Parallelzweig 6 ist am Hauptzweig 4 an den beiden Abzweigpunkten 26a, 26b angeschlossen, und zwar unmittelbar, sodass also das Kältemittel über die strömungstechnische Verbindung zwischen Hauptzweig 4 und Parallelzweig 6 durch beide Zweige 4,6 gleichermaßen fließen kann.

Im dargestellten kombinierten Abwärme-Heizmodus wird der Parallelzweig 6 vom zweiten Abzweigpunkt 26b in Richtung zum ersten Abzweigpunkt 26a vom Kältemittel durchströmt, wie durch die Pfeilspitzen angedeutet ist. In diesem Parallelzweig 6 ist ein dritter Wärmetauscher angeordnet, welcher nachfolgend als Abwärme-Verdampfer 30 bezeichnet wird. Zwischen dem zweiten Abzweigpunkt 26b und dem Abwärme-Verdampfer 30 ist als zweites Drosselorgan ein zweites (elektronisch) steuerbares Expansionsventil 32 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist nachfolgend zum Verdampfer 10 ein vorzugsweise ebenfalls elektronisch steuerbares Regelventil 34 angeordnet.

Weiterhin umfasst die Wärmepumpenanlage 1 mehrere Temperatursensoren TO bis T2, mehrere Drucksensoren P1 ,P2 sowie Regler R1 bis R6.

An dem Abwärme-Verdampfer 30 ist ein Abwärmekreislauf 36 mit einem flüssigen Wärmeträger, beispielsweise Sole angeschlossen. Bei dem Abwärme-Verdampfer 30 handelt es sich allgemein um einen Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmetauscher, insbesondere ein Plattenwärmetauscher, ebenso wie bei dem Kondensator 8. Der Kondensator 8 ist verbraucherseitig an einen Klimakreislauf 38 angeschlossen. Der Abwärmekreislauf 36 ist dabei über eine erste Schnittstelle 40 und der Klimakreislauf 38 über eine zweite Schnittstelle 42 mit dem Kältekreislauf 2 verbunden. Sämtliche Komponenten zwischen den beiden Schnittstellen 40,42 sind dabei insbesondere innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 44 (vgl. Fig. 4) angeordnet, sodass insgesamt ein Wärmepumpen-Gerät geschaffen ist, welches vorzugsweise im Außenbereich aufgestellt ist und entsprechend ausgebildet ist. Die Wärmepumpenanlage 1 ist Teil einer Gebäudeanlage 52 (vgl. Fig. 4). Die in den Figuren dargestellte Wärmepumpenanlage 1 lässt sich insgesamt in verschiedenen Betriebsmodi betreiben. Dies sind:

- Kombinierter Abwärme-Heizmodus, bei dem Wärme über den Abwärme- Verdampfer 30 sowie den Verdampfer 10 aufgenommen wird,

- alleiniger Abwärme-Heizmodus, bei dem Wärme lediglich über den Abwärme-Verdampfer 30 aufgenommen wird,

- normaler Heizmodus, bei dem Wärme lediglich über den Verdampfer 10 aufgenommen wird,

- Kühlmodus, bei dem Wärme über den Verdampfer 10 abgeführt wird,

- priorisierter Abtaumodus mit Wärme ausschließlich aus dem Abwärme- Kreislauf 34,

- kombinierter Abtaumodus mit Wärme aus dem Abwärmekreislauf 34 sowie aus dem Klimakreislauf 38,

- normaler Abtaumodus mit Wärme ausschließlich aus dem Klimakreislauf 38 sowie

- Modus Kältemittelverlagerung.

Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei der kombinierte Abwärme-Heizmodus, wie er in Fig. 1 dargestellt ist und der nachfolgend näher erläutert wird:

Über den Abwärmekreislauf 36 wird Abwärme aus der Gebäudeanlage 52 bereitgestellt. Über den Temperatursensor TO wird eine Rücklauftemperatur dieses Abwärmekreislaufs 36 erfasst. Je nach Ausgestaltung liegt die minimale Rücklauftemperatur dabei beispielsweise bei minus 10°C und die maximale Rücklauftemperatur bei 30°C. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung liegt eine minimale Rücklauftemperatur beispielsweise zwischen 5 und 10°C. Diese darf nicht unterschritten werden, um die Funktionsfähigkeit des Abwärmekreislaufs 36 und die darüber gekühlten Komponenten aufrecht zu erhalten. Über den Abwärmekreislauf 36 steht allgemein im Zeitverlauf schwankende Abwärme zur Verfügung. Gleichzeitig ist verbraucherseitig im Klimakreislauf 38, welcher in dem kombinierten Abwärme- Heizmodus als Heizkreislauf ausgebildet ist, eine vorgegebene Wärme erforder- lieh. Inn kombinierten Abwärme-Heizmodus wird sowohl durch den Abwärme- Verdampfer 30 als auch durch den Verdampfer 10 Wärme aufgenommen und über den Kondensator 8 wieder abgegeben. Es ist also sowohl der Hauptzweig 4 als auch der Parallelzweig 6 aktiv.

In dem luftbeaufschlagten Verdampfer 10 wird sich üblicherweise eine deutlich geringere Verdampfungstemperatur als im Abwärme-Verdampfer 30 einstellen. Die höhere Verdampfungstemperatur im Abwärme-Verdampfer 30 ist wegen der (hohen) minimalen Rücklauftemperatur erforderlich. Die Verdampfungstemperatur im Verdampfer 10 liegt dabei typischerweise einige Grad unter der des Abwärme- Verdampfers 30, beispielsweise 5 bis 10 K. Durch die unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen bedingt stellen sich auch unterschiedliche Drücke im Parallelzweig 6 sowie im Hauptzweig 4 des jeweiligen Verdampfers 10,30 ein. Der Druckunterschied liegt hierbei typischerweise im Bereich von einigen bar, beispielsweise im Bereich von 2 bar, wobei im Abwärme-Verdampfer 30 der höhere Druck herrscht. Aufgrund der hydraulischen Verbindung der beiden Zweige 4,6 müssen an den beiden Abzweigpunkten 26a, 26b die gleichen Drücke herrschen.

Wesentlich für den Druckausgleich ist das Regelventil 34, dessen Öffnungsgrad sich motorisch und insbesondere stufenlos verstellen lässt. Im Ausführungsbeispiel ist die Regelgröße zum Ansteuern des Regelventils 34 vorzugsweise der Temperaturmesswert des ersten Temperatursensors TO, welcher die Rücklauftemperatur erfasst. In dem beschriebenen Parallelbetrieb sind grundsätzlich die beiden Expansionsventile 12,32 in Betrieb. Diese werden in Abhängigkeit der über die Temperatursensoren T1 , T2 gemessene Temperatur sowie in Abhängigkeit des über die Drucksensoren P1 , P2 gemessenen Drucks des Kältemittels am jeweiligen Verdampferaustritt geregelt. Und zwar wird hierbei üblicherweise auf eine spezielle Überhitzung von beispielsweise mehreren Grad Kelvin geregelt (Überhit- zungsregelung), um eine vollständige Verdampfung sicherzustellen. Der Sollwert für die Überhitzung beträgt beispielsweise 6 K. Über diese beiden Expansionsventile 12,32 wird somit ein Massenstrom des Kältemittels an die am jeweiligen Verdampfer 10,30 zu übertragende Leistung angepasst. Gleichzeitig wird das Regelventil 34 in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur (Temperatursensor TO) gesteuert, und zwar insbesondere derart, dass die Rücklauftemperatur nicht unter einen Minimalwert sinkt. Eine Reduzierung der Rücklauftemperatur insbesondere unter einen definierten, vorgegebenen Minimalwert wird von dem Temperatursensor TO erfasst. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des Regelventils 34 verringert, was zu einer Anhebung des Drucks im Abwärme- Verdampfer 30 auf der Kältemittelseite führt. Entsprechend steigt auch die Verdampfungstemperatur, sodass die treibende Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger im Abwärmekreislauf 36 und dem Kältemittel reduziert wird, wodurch die übertragene Wärme verringert wird. Dadurch wird also insgesamt die thermische Leistung des Abwärme-Verdampfers 30 verringert bzw. allgemein über das Regelventil 34 gesteuert. Speziell die Kombination der Steuerung des Regelventils 34 mit der Überhitzungsregelung des zweiten Expansionsventils 32 wird der Massenstrom des Kältemittels durch den Abwärme-Verdampfer 30 gesteuert bzw. reduziert.

In dem Kältekreislauf 2 ist gleichzeitig der Massenstrom insgesamt weitgehend konstant, da es sich bei den Verdichtern 14 um nicht leistungsgeregelte Verdichter handelt, die also einen zumindest im Wesentlichen konstanten Massenstrom fördern.

Aufgrund der Reduzierung des Massenstroms im Parallelzweig 6 erfolgt eine Zunahme des Massenstroms im Hauptzweig 4 und damit über den Verdampfer 10. Um insgesamt eine gleichbleibende thermische Leistung zu gewährleisten, muss insgesamt daher die Leistung des Verdampfers 10 erhöht werden. Um dies zu erreichen, werden ergänzend die Ventilatoren 20 angesteuert und insbesondere ihre Drehzahl erhöht. Die Regelgröße hierfür ist beispielsweise wiederum die Rücklauftemperatur, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Da diese zugleich auch die Regelgröße für das Regelventil 34 ist, werden also insgesamt die Ventilatoren 20 zumindest mittelbar in Abhängigkeit des Öffnungsgrads des Regelventils 34 angesteuert. Alternativ oder ergänzend zu der Verwendung des Regelventils 34 besteht auch die Möglichkeit, den Massenstrom über die jeweiligen Verdampfer 10,34 mithilfe von leistungsgeregelten Verdichtern 14 zu steuern. In diesem Fall würde dann beispielsweise der eine Verdichter 14 saugseitig mit der Abzweigleitung 22 verbunden sein und der andere Verdichter saugseitig mit der Verdampferaustrittsseite des Abwärme-Verdampfers 30. Eine Zusammenführung der beiden Zweige 4,6 würde in diesem Fall nach den beiden Verdichtern 14 erfolgen. In diesem Fall würden dann die Verdichter 14, insbesondere der Verdichter 14, welcher saugseitig mit dem Abwärme-Verdampfer 30 verbunden ist, vorzugsweise ebenfalls in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur des Abwärmekreislaufs 36 geregelt werden. Abgeleitet hiervon wird dann beispielsweise der zweite Verdichter 14, welcher saugseitig an den Verdampfer 10 angeschlossen ist, geregelt. Auch hier gilt, dass bei einer Verringerung der Abwärmeleistung im Abwärmekreislauf 36 der Kältemittelmassenstrom durch den Abwärme-Verdampfer 30 reduziert und gleichzeitig der Kältemittelmassenstrom durch den Verdampfer 10 erhöht wird. Auch hier würde dann die Drehzahl der Ventilatoren 20 erhöht werden.

Anstelle der Regelung anhand der Rücklauftemperatur kann in beiden Fällen auch eine Regelung anhand der Austrittstemperatur des Kältemittels nach dem Abwärme-Verdampfer 30 oder anhand des verdampferaustrittsseitig herrschenden Drucks geregelt werden. In diesem Fall würden beispielsweise die Signale der Temperatursensoren T1 , T2 und/oder der Drucksensoren P1 , P2 für die Regelung herangezogen werden.

Sofern vom Abwärmekreislauf 36 keine Abwärme zur Verfügung gestellt wird, so kann der Kältekreislauf 2 auch in einem normalen Heizmodus betrieben werden. Im normalen Heizmodus ist der Parallelzweig 6 nicht aktiv, d.h. es strömt kein Kältemittel durch den Abwärme-Verdampfer 30. Hierzu ist beispielsweise das zweite Expansionsventil 32 geschlossen.

Umgekehrt, wenn vom Abwärmekreislauf 36 eine ausreichende Menge Wärme zur Verfügung gestellt wird, wird der Kältekreislauf 2 in einem alleinigen Abwärme- Heizmodus betrieben. In diesem Fall wird über den Verdampfer 10 keine Wärme aufgenommen. Der entsprechende Teilabschnitt des Kältekreislaufs 2 ist daher inaktiv. Hierzu ist beispielsweise das erste Expansionsventil 12 geschlossen. Sinkt die Abwärmeleistung, so wird vorzugsweise automatisch in den zuvor beschriebenen kombinierten Abwärme-Heizmodus mit dem Parallelbetrieb der beiden Verdampfer 10,30 übergegangen.

Neben diesen insgesamt drei verschiedenen Heizmodi, bei denen Wärme an die Verbraucherseite und damit an den Klimakreislauf 38 (Heizkreislauf) abgegeben wird, kann der Kältekreislauf 2 auch in einem Kühlmodus betrieben werden.

Im Kühlmodus ist der Parallelzweig 6 grundsätzlich inaktiv. Allgemein wird der Parallelzweig 6 daher lediglich mit der in Fig. 1 dargestellten Strömungsrichtung vom Kältemittel durchströmt.

Der Kühlmodus ist in der Fig. 2 dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist die Strömungsrichtung des Kältemittels durch den ersten Wärmetauscher 8 und den zweiten Wärmetauscher 10 nunmehr umgekehrt, sodass der erste Wärmetauscher 8 nunmehr als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher 10 als Kondensator wirken. In diesem Kühlmodus wird Wärme aus dem Klimakreislauf 38 über den ersten Wärmetauscher 8 aufgenommen und an die Umgebungsluft über den zweiten Wärmetauscher 10 abgegeben. In diesem Fall ist der Klimakreislauf 38 als ein Kühlkreislauf ausgebildet.

Im zuvor beschriebenen alleinigen Abwärme-Heizmodus mit stillgelegtem Verdampfer 10 besteht aufgrund der hydraulischen Verbindung zwischen den beiden Zweigen 4,6 grundsätzlich die Gefahr, dass Kältemittel in den Verdampfer 10 verlagert wird. Um dies zunächst zumindest zum großen Teil zu verhindern, ist das Rückschlagventil 24 in der Abzweigleitung 22 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 24 verhindert zumindest weitgehend ein Rückströmen in den Verdampfer 10. Auch das geschlossene erste Expansionsventil 12 verhindert ein derartiges Rückströmen zumindest weitgehend. Aufgrund von gewissen Leckraten dieser beiden Ventile lässt sich ein derartiges Rückströmen jedoch nicht vollständig verhindern. Um diese unerwünschte Kältemittelverlagerung in dem Verdampfer 10 auszugleichen bzw. wieder rückgängig zu machen, ist zweckdienlicherweise eine Absaugung des im Verdampfer 10 befindlichen Kältemittels vorgesehen, welches dem restlichen aktiven Teil des Kältekreislaufs zugeführt wird. Hierdurch kann insgesamt eine kleinere Kältemittelgesamtmenge und damit ein kleinerer Sammler 16 vorgesehen sein, im Vergleich zu einer Ausgestaltung ohne eine derartige Absaugung.

Der Funktionsablauf ist dabei folgendermaßen: Zum Absaugen wird der Parallelzweig 6 vom verbleibenden Kältekreislauf 2 abgetrennt. Dies erfolgt insbesondere durch Schließen der hierfür erforderlichen Ventile. Diese sind beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 das zweite Expansionsventil 32, das Regelventil 34 sowie ergänzend ein Sperrventil 46 in einer Bypassleitung 48, die in einem nachfolgend noch beschriebenen Abtaumodus verwendet ist. Die Verdichter 14 sind weiterhin im Betrieb, so dass die gewünschte Absaugung und Kältemittel-Rückverlagerung durchgeführt wird. Vorzugsweise wird ergänzend das erste Expansionsventil 12 geöffnet. Zweckdienlicherweise wird dabei lediglich ein beschränkter Öffnungsgrad eingestellt. Vorzugsweise wird eine Stellung mit einem Öffnungsgrad zwischen 3 und 10% - bezogen auf eine vollständige Öffnung - eingestellt, speziell eine Stellung mit Öffnungsgrad von 5%. Durch dieses geringfügige Öffnen wird das Absaugen aus dem Verdampfer 10 begünstigt. Durch die nur geringfügige Öffnung ist das nachströmende Kältemittel über das erste Expansionsventil 12 geringer als die abgesaugte Menge an Kältemittel.

Eine derartige unerwünschte Kältemittelverlagerung tritt im Falle niedriger Außentemperaturen auf und kann zu Fehlfunktionen, wie beispielsweise eine abnehmende Verdichterkälteleistung oder sonstigen Niederdruckstörung führen. Eine derartige Kältemittelverlagerung erfolgt dabei typischerweise, wenn die Außentemperatur kleiner ist als die Kältemitteltemperatur in der Saugleitung 28 der Verdichter 14. Entsprechend wird der Absaugvorgang zyklisch, beispielsweise in vordefinierten Zeitabständen, zugeschaltet, sofern diese Bedingung erfüllt ist. Sofern in einem Heizmodus der Verdampfer 10 aktiv ist, so besteht allgemein die Gefahr einer Vereisung desselben. Dadurch wird die Verdampferleistung negativ beeinflusst. Daher ist regelmäßig eine Abtauung des Verdampfers 10 mithilfe eines Abtaumodus vorgesehen.

Ein bevorzugter Abtaumodus ist dabei in Fig. 3 dargestellt. Die erforderliche Wärme für das Abtauen wird hierbei ausschließlich aus dem Abwärmekreislauf 36 entnommen. Das Kältemittel strömt hierbei vom Abwärme-Verdampfer 30 über die Verdichter 14 und das 4-Wege-Umschaltventil 18 durch den Verdampfer 10 hindurch. Das erste Expansionsventil 12 ist geschlossen, sodass auf der Verbraucherseite ein Teil des Kältekreislaufs 2 inaktiv ist. Das Kältemittel wird über die erwähnte Bypassleitung 48 zum Abwärme-Verdampfer 30 rückgeführt. Für die notwendige Druckanpassung sorgt in diesem Fall eine Kapillarrohr-Einspritzvorrichtung 50, die in den Parallelzweig 6 mündet. Alternativ oder ergänzende wird die für das Abtauen erforderliche Wärme aus dem Klimakreislauf 38 entnommen.

Die zuvor beschriebene Wärmepumpenanlage 1 wird innerhalb einer Gebäudeanlage 52 angeordnet, wie sie beispielhaft in Fig. 4 dargestellt ist. Die Komponenten des Kältekreislaufs 2 sind dabei innerhalb des Gehäuses 44 angeordnet. Der Kältekreislauf 2 ist über die beiden Schnittstellen 40,42 einerseits mit dem Abwärmekreislauf 36 und andererseits mit dem Klimakreislauf 38 verbunden. Der Klimakreislauf 38 dient zur Klimatisierung von Gebäuderäumen 54. Hierzu werden die Gebäuderäume 54 über Teilkreise 56 mit dem Klimakreislauf 38 verbunden. In einer Ausführungsvariante der Fig. 4 ist in den Klimakreislauf 38 noch ein Pufferspeicher 58 für den Wärmeträger (z.B. Wasser) eingezeichnet. Im Heizfall liegt die Temperatur im Klimakreislauf 38 beispielsweise zwischen 18°C Minimum und 60°C Maximum. Im Kühlfall liegt die Temperatur beispielsweise bei minimal 6°C und maximal 25°C.

Der Abwärmekreislauf 36 ist allgemein an einer gebäude-internen Abwärme- Quelle angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist hierzu ein Kondensator 60 eines weiteren Kältekreislaufs 62 verwendet. Dieser weitere Kältekreislauf 62 ist in Fig. 4 lediglich angedeutet. Dieser weitere Kältekreislauf 62 wird dabei zur Kühlung eines Kühlbereichs 64 der Gebäudeanlage 52 herangezogen. Bei diesem Kühlbereich 64 handelt es sich beispielsweise um einen vorzugsweise begehbaren Kühlraum oder auch eine sonstige Kühlanlage.

Allgemein lassen sich folgende Anwendungsbeispiele für Gebäudeanlagen 52 mit einer derartigen integrierten Wärmepumpenanlage 1 angeben:

Supermärkte mit Kondensationswärme aus Kühlmöbeln,

Verwaltungs- und Bürogebäude mit Kondensationsabwärme aus Bürokühlungen oder auch aus Serverraumkühlungen,

Industrielle Fertigungsstandorte mit Fertigung und Bürobereich, wobei Abwärme aus dem Produktionsprozess als Wärmequelle für den Abwärmekreislauf 36 zur Verfügung gestellt wird,

Spa- und Bäderanlagen beispielsweise mit Schwappwasser als Wärmequelle für den Abwärmekreislauf 36,

Zentrale Lüftungsgeräte innerhalb einer Gebäudeanlage 52 mit gleichzeitigem Kälte- und Wärmebedarf für Luftbeheizung, Luftentfeuchtung und Luftnacherhitzung als Wärmequelle für den Abwärmekreislauf 36.

Für den Kältemittelkreislauf 2 können handelsübliche Kältemittel, wie beispielsweise synthetische Kältemittel mit der Bezeichnung„R134a, R404A, R417A" eingesetzt werden. Daneben können auch natürliche Kältemittel, wie Propan, Butan oder Isobutan eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das synthetische Kältemittel R417A oder alternativ das natürliche Kältemittel R290 (Propan) verwendet.

Bezugszeichenliste

1 Wärmepunnpenanlage

2 Kältekreislauf

4 Hauptzweig

6 Parallelzweig

8 erster Wärmetauscher/Kondensator

10 zweiter Wärmetauscher/Verdampfer

12 erstes Expansionsventil

14 Verdichter

16 Sammler

18 4-Wege-Umschaltventil

20 Ventilator

22 Abzweigleitung

24 Rückschlagventil

26a erster Abzweigpunkt

26b zweiter Abzweigpunkt

28 Saugleitung

30 Abwärme-Verdampfer

32 zweites Expansionsventil

34 Regelventil

36 Abwärmekreislauf

38 Klimakreislauf

40 erste Schnittstelle

42 zweite Schnittstelle

44 Gehäuse

46 Sperrventil

48 Bypassleitung

50 Kapillarrohr-Einspritzvorrichtung

52 Gebäudeanlage

54 Gebäuderaum

56 Teilkreis 58 Pufferspeicher 60 weiterer Kondensator 62 weiterer Kältekreislauf 64 Kühlbereich

T0-T2 Temperatursensoren P1 -P2 Drucksensoren R1 -R6 Regler