Wärme- und Kältespeicher mit Gegenstromwärmetäuscher

GEBIET

[01] Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der thermischen Energiespeicherung und insbesondere einen Wärme- oder Kältespeicher mit integriertem Gegenstromwärmetäuscher sowie ein System mit einem Wärmespeicher und einem Kältespeicher.

HINTERGRUND

[02] Die auf einem Gebäudedach auftreffende Energie ist regelmäßig ausreichend, um zumindest im Jahresmittel den Energiebedarf des Gebäudes zu decken. Dazu kann eine photo- voltaische Anlage mit Photovoltaikmodulen zum Erzeugen von elektrischem Strom und/oder mit einem Photothermiesystem zur Erzeugung von Warmwasser verwendet werden, und die gewonnene Energie kann jeweils Verbrauchern in dem Gebäude zugeführt werden.

[03] Ferner können zusätzliche variable Energiequellen zur Verwendung in einem Gebäude bereitstehen, wie die Abwärme einer Kältemaschine oder ein erzeugter Strom einer Windkraftanlage. Insbesondere kommen regelmäßig, beispielsweise in Ein- und Mehrfamilienhäusern, Wärmepumpen verschiedener Bauform zum Einsatz, um auch Wärmequellen geringer Temperatur nutzbar zu machen.

[04] Problematisch ist jedoch in allen vorgenannten Fällen, dass eine entsprechende (regenerative) Energieerzeugung und ein Energieverbrauch durch private Haushalte oder industrielle Komplexe zeitlich sowohl kurzfristig als auch saisonal häufig auseinanderfallen. Insbesondere ist ein regeneratives Energieerzeugungspotential im Sommer regelmäßig höher als im Winter, bspw. durch Photovoltaik oder Photothermie, obwohl im Winter ein deutlich erhöhter Energieverbrauch anfällt, insbesondere für die Heiz- und Brauchwasserheizung.

[05] Eine Möglichkeit, den Verbrauch und die Erzeugung von Energie zu entkoppeln, stellen thermische Energiespeicher dar. Diese können die erzeugte Energie in Kälte- oder Wärmespeichern kurz- bis langfristig Zwischenspeichern, um unterschiedliche Zeitpunkte von Energieerzeugung und Energieverbrauch auszugleichen.

[06] Konventionelle Wärmespeicher (oder Kältespeicher) umfassen Mehrzonenspeicher, durch deren zentralen Bereich sich ein Wärmetauscher zum Einträgen der Wärme (oder Kälte) erstreckt. Davon räumlich getrennt sind im äußeren Bereich auf unterschiedlichen Höhen mehrere Wärmetauscher zum Entnehmen der Wärme (oder Kälte) im Wärmespeicher (oder Kältespeicher) angeordnet.

ÜBERBLICK

[07] Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmespeicher (oder Kältespeicher) sind nicht für die Verwendung in einem System mit einer photovoltaischen Anlage und/oder einer Wärmepumpe optimiert. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Wärmespeicher (oder Kältespeicher) bereitzustellen, der für die Verwendung in einem System mit einer photovoltaischen Anlage und/oder einer Wärmepumpe optimiert ist.

[08] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmespeicher und -tauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verwendung des Wärmespeicher und -tauschers mit den Merkmalen des Anspruchs 11 oder 12, eine System mit den Merkmalen des Anspruchs 13 oder 18, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 oder 25, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 29, ein Nahwärmenetz mit den Merkmalen des Anspruchs 30 und ein Nahwärmenetz-System mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[09] Gemäß einem ersten Aspekt weist ein Wärmespeicher und -tauscher eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung, einen Wärmetauscher und einen Speicherbehälter auf. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Speicherbehälter ist dazu eingerichtet, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. Zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers ist in dem Speicherbehälter angeordnet, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen.

[010] Somit kann ein hochintegrierter Wärmespeicher und -tauscher bereitgestellt werden, der es ermöglicht, Wärme aus einer Solaranlage und, falls diese gerade betrieben wird, einer Wärmepumpe mittels des Wärmetauschers in den Speicherbehälter zu übertragen. Wird die Wärmepumpe gerade nicht betrieben, kann der Wärmespeicher und -tauscher unverändert weiterbetrieben werden, um die Wärme aus der Solaranlage weiterhin in den Wärmespeicher und -tauscher zu übertragen.

[011] Hierfür können die Solaranlage bzw. die Wärmepumpe an die erste bzw. zweite Fluidleitung angeschlossen werden. Eine Notwendigkeit von weiteren Anpassungen, beispielsweise hinsichtlich elektrischer Anschlüsse, kann so vermieden werden. [oi2] Weiterhin kann der Wärmetauscher als Folge seiner Anordnung in dem Speicherbehälter einen effektiven Wärmeübertrag zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitung ermöglichen, also beispielsweise zwischen der photovoltaischen Anlage und einer kalten Seite der Wärmepumpe. Der effektive Wärmeübertrag ist insbesondere eine Folge des großzügigen Platzangebotes in dem Speicherbehälter, aufgrund dessen der Wärmetauscher, beispielsweise als Doppelrohrwärmetauscher, mit einer großen Kontaktfläche zwischen der ersten und der zweiten Fluidleitung ausgebildet sein kann. In konventionellen Systemen ist hingegen üblicherweise kein Wärmetauscher vorgesehen, der eine direkten und effektiven Wärmeübertragung zwischen erster und zweiter Fluidleitung bzw. zwischen Wärmepumpe und photovoltai- scher Anlage ermöglichen würde.

[013] Bei einigen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher zu einem Großteil in dem Speicherbehälter angeordnet. Beispielsweise kann der Wärmetauscher zu mindestens der Hälfte, mindestens zwei Dritteln, oder mindestens drei Vierteln seiner Längenerstreckung in dem Speicherbehälter angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscher zu mindestens der Hälfte, mindestens zwei Dritteln, oder mindestens drei Vierteln seines Volumens in dem Speicherbehälter angeordnet sein.

[014] Das thermische Speichermedium kann eine Flüssigkeit umfassen oder sein, insbesondere bei Raumtemperatur. Beispielsweise kann das thermische Speichermedium Wasser umfassen, beispielsweise zu einem Volumenanteil von mindestens der Hälfte, mindestens zwei Dritteln, oder mindestens drei Vierteln.

[015] Der Fachmann versteht jedoch, dass verschiedene thermische Speichermedien verwendet werden können, welche nicht auf Wärmespeicherung durch Temperaturveränderung des festen/flüssigen Speichermediums beschränkt sein müssen. Zum Beispiel kann in dem Speicherbehälter auch ein Phasenwechselmaterial zum Speichern thermischer Energie als latente Energie, thermochemische Speichermedien, oder ein Salzdehydrations-Speicher zur isolationsfreien Langzeitspeicherung aufgenommen werden.

[016] Bei einigen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetäuscher eingerichtet.

[017] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann die Effektivität der Wärmeübertragung zwischen erster und zweiter Fluidleitung bzw. zwischen Wärmepumpe und photovoltaischer Anlage weiter verbessert werden. [018] Der Wärmetauscher kann einen Mehrfachrohrwärmetauscher, einen Doppelrohrwärmetauscher, einen Plattenwärmetauscher oder einen Rohrbündelwärmetauscher aufweisen oder als solcher ausgebildet sein.

[019] Die erste Fluidleitung und die zweite Fluidleitung können im Wärmetauscher und/ oder über einen Bereich von mindestens 0,5 m oder von mindestens 1 m oder von mindestens 2 m in direktem Kontakt stehen.

[020] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann die Effektivität der Wärmeübertragung zwischen erster und zweiter Fluidleitung bzw. zwischen Wärmepumpe und photovoltaischer Anlage weiter verbessert werden. Entsprechende Ausführungsformen können durch die Anordnung des Wärmetauschers im Speicherbehälter ermöglicht werden.

[021] Bei einigen Ausführungsformen ist der Speicherbehälter ein Zisternenspeicher. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbehälter ein Volumen für das thermische Speichermedium von mindestens 1 m ³ aufweisen oder von mindestens 2 m ³ oder von mindestens 3 m ³ . Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbehälter für eine unterirdische Anordnung eingerichtet sein.

[022] Insbesondere kann der Wärmespeicher und -tauscher dazu eingerichet sein, in einem Stück, d. h. mit dem Wärmetauscher darin angeordnet, zumindest teilweise in dem Erdreich angeordnet zu werden. Nach dem teilweisen Einbringen ins Erdreich können Anschlüsse für die erste und die zweite Fluidleitung nach oben aus dem Erdreich herausragen und für das Anschließen von photovoltaischer Anlage und Wärmepumpe bereitstehen, so dass ein Gesamtsystem schnell, effizient und kostengünstig verwirklicht werden kann.

[023] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann der Speicherbehälter ein hinreichend großes Speichervermögen bereitstellen, um genug Wärme (oder Kälte) zu speichern, um Schwankungen im Bedarf eines Gebäudes über Zeiträume von Monaten, insbesondere jahreszeitliche Schwankungen, abzudecken.

[024] Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Fluidleitung und/ oder die zweite Fluidleitung dazu eingerichtet, eine obere Oberfläche des thermischen Speichermediums zumindest einmal oder zumindest zweimal zu durchtreten, wenn das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Fluidleitung und/oder die zweite Fluidleitung den Speicherbehälter zumindest einmal oder zumindest zweimal im oberstem Viertel von dessen Höhenerstreckung durchtreten, insbesondere im oberstem Fünftel von dessen Höhenerstreckung oder an seiner Oberseite.

[025] Entsprechende Ausführungsformen können das Anschließen des Wärmespeicher und -tauschers an andere Komponenten des Systems vereinfachen, insbesondere bei einer Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers im Erdreich, bei der beispielsweise das oberste Viertel, das oberste Fünftel oder die Oberseite des Speicherbehälters aus dem Erdreich ragen.

[026] Bei einigen Ausführungsformen ist der Wärmespeicher und -tauscher in einem Außenbereich (d. h. bezogen auf Gebäude) angeordnet, beispielsweise überirdisch oder unterirdisch in einer Umgebung eines benachbarten Gebäudes. In anderen Worten kann sich der Wärmetauscher nicht in einem Gebäude befinden.

[027] Der Wärmespeicher und -tauscher kann an einen zugeordneten Wärmespeicher gekoppelt sein, der in einem Gebäude angeordnet ist. Beispielsweise kann bei Ausführungsformen, bei denen der Wärmespeicher und -tauscher als Eisspeicher oder Latentwärmespeicher eingerichtet ist, der zugeordnete Wärmespeicher ein Kältespeicher sein. Alternativ oder zusätzlich (zusätzlich z. B. bei Ausführungsformen, bei denen der Wärmespeicher und -tauscher einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher bildet) kann der zugeordnete Wärmespeicher ein Mehrzonenspeicher sein.

[028] Bei einigen Ausführungsformen ist die erste Fluidleitung und/ oder die zweite Fluidleitung für ein Verdampfen und/oder ein Kondensieren eines Kältemittels darin ausgelegt.

[029] Bei einigen Ausführungsformen weist der Wärmespeicher und -tauscher mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher auf.

[030] Der mindestens eine zusätzliche Wärmetauscher kann für eine thermische Kopplung an das thermische Speichermedium eingerichtet sein und/ oder in dem Speicherbehälter angeordnet sein, insbesondere räumlich getrennt von dem Wärmetauscher.

[031] Der zusätzliche Wärmetauscher kann einen Wärmeübertrag zwischen dem Speicherbehälter bzw. dem darin angeordneten thermischen Speichermedium und einem Abnehmer ermöglichen, oder einen Wärmeübertrag zwischen dem Speicherbehälter bzw. dem darin angeordneten thermischen Speichermedium und einer weiteren Wärmequelle oder Wärmespeichereinrichtung wie einem Erdwärmekollektor. [032] Bei einigen Ausführungsformen weist der mindestens eine zusätzliche Wärmetauscher mindestens eine Zu-/Ableitung oder mindestens zwei Zu-/Ableitungen auf.

[033] Die mindestens eine Zu-/Ableitung oder die mindestens zwei Zu-/Ableitungen kann oder können dazu eingerichtet sein, eine obere Oberfläche des thermischen Speichermediums zu durchtreten, wenn das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter angeordnet ist.

[034] Die mindestens eine Zu-/Ableitung oder die mindestens zwei Zu-/Ableitungen kann oder können den Speicherbehälter im oberstem Viertel von dessen Höhenerstreckung durchtreten, insbesondere im obersten Fünftel von dessen Höhenerstreckung oder an dessen Oberseite.

[035] Entsprechende Ausführungsformen können das Anschließen des Wärmespeicher und -tauschers an andere Komponenten des Systems vereinfachen, insbesondere bei einer Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers im Erdreich, bei der beispielsweise das oberste Viertel, das oberste Fünftel oder die Oberseite des Speicherbehälters aus dem Erdreich ragen.

[036] Ein Erdwärmekollektor kann thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt sein. Bei einigen solchen Ausführungsformen kann der Erdwärmekollektor räumlich von dem Wärmespeicher und -tauscher getrennt sein, und beispielsweise durch eine Fluidleitung thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt sein.

[037] Insbesondere kann ein zusätzlicher Wärmetauscher der mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher an den Erdwärmekollektor gekoppelt sein, insbesondere um den Erdwärmekollektor thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher zu koppeln.

[038] Ein Erdwärmekollektor umfasst Wärmeträgerleitungsschleifen, welche üblicherweise im Wesentlichen horizontal im oberflächennahen Erdreich verlaufen, um Wärme zwischen dem angrenzenden Erdreich und einem Wärmeträgermedium auszutauschen. Entsprechend kann durch einen Fluss eines Wärmeträgermediums durch die Wärmeträgerleitungsschleifen in Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen in dem Erdwärmekollektor thermische Energie gespeichert oder diesem entnommen werden.

[039] Der Erdwärmekollektor kann seitlich zu dem Speicherbehälter angeordnet sein. [040] Der Speicherbehälter kann eine energiespeichernde Komponente mit hoher Energiespeicherdichte darstellen, welche vergleichsweise reaktionsschnell thermisch aufgeladen bzw. entladen werden kann. Wärmeverluste des Speicherbehälters können die Temperatur des umliegenden Erdreiches erhöhen, welches durch den seitlich angeordneten Erdwärmekollektor ebenfalls als Energiequelle genutzt werden kann. Entsprechend kann ein Isolationserfordernis an den Speicherbehälter vergleichsweise niedrig sein, sodass dieser mit baulich einfachen Maßnahmen hergestellt werden kann. Beispielsweise kann der Speicherbehälter durch eine Begrenzung aus Beton bereitgestellt werden, während im umliegenden Erdreich Wärmeträgerschleifen verlegt werden können.

[041] In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Wärmespeicher und -tauscher eine Ventilanordnung, um ein Wärmeträgermedium wahlweise in einer ersten Stellung durch den Speicherbehälter zu führen oder in einer zweiten Stellung den Speicherbehälter und den Erdwärmekollektor hintereinanderzuschalten, wobei ein Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Ventilanordnung von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu schalten, wenn eine gespeicherte Energiemenge in dem Speicherbehälter oberhalb eines Energieschwellwertes liegt.

[042] Der Wärmespeicher und -tauscher kann mindestens zwei oder mindestens drei zusätzliche Wärmetauscher aufweisen.

[043] Die mindestens zwei oder mindestens drei zusätzlichen Wärmetauscher können auf unterschiedlichen Höhen im Speicherbehälter angeordnet sein.

[044] In entsprechenden Ausführungsformen kann der Wärmespeicher und -tauscher einen Mehrzonenwärmespeicher realisieren. In anderen Worten kann durch die mehreren Wärmetauscher auf unterschiedlichen Höhen beispielsweise Heizwasser und Brauchwasser mit unterschiedlichen Temperaturen bereitgestellt werden.

[045] Eine Ausführung als Mehrzonenwärmespeicher kann besonders vorteilhaft sein für eine Speicherung von Wärme, die bei hoher Temperatur bereitgestellt wird, d. h. als Hochtemperatur-Wärmespeicher. Die Ausführung als Mehrzonenwärmespeicher kann es zum Beispiel ermöglichen, im oberen Bereich eine Temperatur von mind. 6o°C bereitzustellen, durch die eine Bildung von Legionellen vermieden werden und eine Bereitstellung von Brauchwasser ermöglicht werden kann.

[046] Der Speicherbehälter kann als Eisspeicher eingerichtet sein. [047] Beispielsweise kann der Speicherbehälter ein Druckausgleichsgefäß aufweisen. Insbesondere kann ein Gasvolumen des Druckausgleichsgefäßes mindestens 8% eines Volumens des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium betragen, beispielsweise wenn das thermische Speichermedium im flüssigen Aggregatzustand vorliegt.

[048] Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmespeicher und -tauscher eine Umwälzvorrichtung wie eine Umwälzpumpe und/oder ein Rührwerk aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter umzuwälzen. Die Umwälzvorrichtung kann in dem thermischen Speicherbehälter angeordnet sein. Die Umwälzvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine Strömung zu erzeugen, insbesondere im Bereich des Wärmetauschers.

[049] Der Wärmespeicher und -tauscher kann einen Strömungskanal aufweisen. Der Strömungskanal kann in dem thermischen Speicherbehälter angeordnet sein. Der Strömungskanal kann so angeordnet sein, dass er der durch die Umwälzvorrichtung erzeugten Strömung eine Richtung zum Wärmetauscher hin vorgibt und/oder sie begrenzt. Der Strömungskanal kann zumindest einen Abschnitt der erzeugten Strömung und/oder des Wärmetauschers und/oder der Umwälzvorrichtung umschließen.

[050] Der Strömungskanal kann ein erstes Rohr, beispielsweise ein äußeres Rohr, aufweisen.

[051] Das erste Rohr kann einen Abschnitt des Wärmetauschers und/oder einen Abschnitt der erzeugten Strömung und/ oder der Umwälzvorrichtung umschließen; insbesondere, um die erzeugte Strömung nach außen zu begrenzen und/ oder ihr die Richtung zum Wärmetauscher hin vorzugeben. Das erste Rohr kann zumindest einen Abschnitt der erzeugten Strömung und/oder des Wärmetauschers und/oder der Umwälzvorrichtung umschließen. Das erste Rohr kann mit dem Doppelrohrwärmetauscher konzentrisch sein.

[052] Der Strömungskanal kann ein zweites Rohr, z. B. ein inneres Rohr, aufweisen. Das zweite Rohr kann die erzeugte Strömung nach innen begrenzen, insbesondere, um ihr die Richtung zum Wärmetauscher hin vorzugeben. Das zweite Rohr kann von zumindest einem Abschnitt der erzeugten Strömung und/oder des Wärmetauschers umschlossen sein. Das zweite Rohr kann mit dem Wärmetauscher und/ oder mit dem ersten Rohr konzentrisch sein.

[053] Ausführungsformen für die Nutzung als Eisspeicher, z. B. mit Druckausgleichsgefäß, Umwälzpumpe und/oder Rührwerk, können in besonders vorteilhafter Weise zur Speicherung von thermischer Energie oder Wärme bei niedriger Temperatur verwendet werden, d. h. als Niedrigtemperatur- Wärmespeicher. Entsprechende Ausführungsformen können das Speichervermögen des Wärmespeicher und -tauschers unter Ausnutzung der latenten Wärme beim Phasenübergang des thermischen Speichermediums vom flüssigen Aggregatzustand zum Eis weiter vergrößern. Insbesondere kann das Speichervermögen für Kälte durch das Eis vergrößert werden. Des Weiteren kann der Speicherbehälter im Erdboden angeordnet werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass der Speicherbehälter bei Frost bzw. Eisbildung durch eine Volumenänderung des thermischen Speichermediums beschädigt wird.

[054] Der Speicherbehälter kann einen oberen Mantelbereich und einen unteren Mantelbereich aufweisen.

[055] Der obere Mantelbereich kann eine stärkere thermische Isolierung zwischen Innenseite und Außenseite des Speicherbehälters aufweisen als der untere Mantelbereich.

[056] Entsprechende Ausführungsformen können es ermöglichen, den unteren Bereich des Speicherbehälters thermisch an eine Umgebung des Speicherbehälters, insbesondere an das umgebende Erdreich, zu koppeln, während der obere Bereich des Speicherbehälters thermisch isoliert ist. Insbesondere, wenn der Wärmespeicher als Mehrzonenwärmespeicher ausgelegt ist, kann dadurch die Speicherkapazität bei einer niedrigeren Temperatur, die mit dem unteren Bereich des Speicherbehälters assoziiert ist, vergrößert werden, beispielsweise für Heizwasser. Gleichzeitig kann eine höhere Temperatur, die mit dem oberen Bereich assoziiert ist, hoch gehalten werden, beispielsweise für Brauchwasser. Somit können entsprechende Ausführungsformen besonders vorteilhaft sein für die Nutzung als Hochtemperatur- Wärmespeicher.

[057] Bei einigen Ausführungsformen weist der obere Mantelbereich eine Höhe auf, die zumindest eine Hälfte einer Höhe des Speicherbehälters beträgt.

[058] Bei einigen Ausführungen weist der untere Mantelbereich eine Höhe auf, die zumindest ein Fünftel der Höhe des Speicherbehälters beträgt.

[059] Bei einigen Ausführungsformen ist das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter angeordnet, und das thermische Speichermedium weist einen Gefrierpunkt von höchstens -1°C oder von höchstens -2°C auf, insbesondere bei Ausführungsformen zur Nutzung als Niedertemperatur- Wärmespeicher.

[060] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann sichergestellt werden, dass bei einem Absinken der Temperatur unter o° zunächst Wasser in einer Umgebung des Speicherbehälters, insbesondere im den Speicherbehälter umgebenden Erdreich, gefriert, bevor das thermische Speichermedium gefriert. Somit kann latente Wärme des Wassers in der Umgebung, insbesondere im Erdreich, genutzt werden, um die thermische Speicherkapazität des Wärmespeicher und -tauschers weiter zu vergrößern. Zudem kann die Gefahr reduziert werden, dass der Speicherbehälter bei Frost bzw. Eisbildung durch eine Volumenänderung des thermischen Speichermediums beschädigt wird, insbesondere bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt. Indem das thermische Speichermedium in seinem flüssigen Aggregatszustand gehalten wird, kann zudem die Wärmeleitfähigkeit des thermischen Speichermediums und/oder das Übertragen von Wärme zwischen dem thermischen Speichermedium und dem Wärmetauscher (z. B. durch Konvektion) verbessert werden.

[061] In dem Druckausgleichsgefäß kann eine Ausdehnungsflüssigkeit angeordnet sein.

[062] Die Ausdehnungsflüssigkeit kann einen Gefrierpunkt aufweisen, der niedriger ist als der Gefrierpunkt des thermischen Speichermediums.

[063] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann sichergestellt werden, dass sich die Ausdehnungsflüssigkeit beim Gefrieren (oder Schmelzen) des thermischen Speichermediums im flüssigen Aggregatzustand befindet und das Druckausgleichsgefäß somit die Volumenänderung beim Gefrieren (oder Schmelzen) des thermischen Speichermediums kompensieren kann.

[064] Die Modifikationen, die als besonders vorteilhaft für den Hochtemperatur- Wärmespeicher beschrieben sind, und diejenigen, die als besonders vorteilhaft für den Niedertemperatur- Wärmespeicher beschrieben sind, können an getrennten Wärmespeicher und -tauschern ausgebildet sein, oder an demselben Wärmespeicher und -tauscher. Typischerweise können für ein System mehrere Wärmespeicher und -tauscher bereitgestellt werden, von denen einer für den Einsatz als Hochtemperatur- Wärmespeicher und einer als Niedertemperatur- Wärmespeicher optimiert sein kann. Dies ermöglicht die Optimierung der Wärmespeicher und -tauscher mit Hinblick auf ihre jeweilige Anwendung. Es kann (beispielsweise zwecks Kostenersparnis bei der Entwicklung aber auch) ein einziges Modell Wärmespeicher und -tauscher bereitgestellt werden, das sowohl für den Einsatz als Hochtemperatur- Wärmespeicher als auch als Niedertemperatur-Wärmespeicher eingerichtet ist.

[065] Ein zweiter Abschnitt des Wärmetauschers kann eine thermische Isolierung gegenüber dem thermischen Speichermedium aufweisen. [o66] Indem der zweite Abschnitt des Wärmetauschers thermisch gegen das thermische Speichermedium isoliert ist, kann er eine stärkere thermische Kopplung zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung bereitstellen als zwischen dem thermischen Speichermedium und irgendeiner der beiden Fluidleitungen. Somit können die Temperaturen von Fluiden in den beiden Fluidleitungen an einem Ende des zweiten Abschnittes stärker aneinander angeglichen sein als jeweils an die Temperatur des thermischen Speichermediums.

[067] Beispielsweise kann eine der Fluidleitungen mit einer zu kühlenden Solaranlage gekoppelt sein, und die andere Fluidleitung an eine kalte Seite einer Wärmepumpe, und der zweite Abschnitt kann es ermöglichen, dass die Temperatur des kühlenden Fluids für die Solaranlage unter die Temperatur des thermischen Speichermediums gesenkt wird.

[068] Der zweite Abschnitt kann an einem Endbereich des Wärmetauschers angeordnet sein.

[069] Der zweite Abschnitt kann insbesondere an einem Endbereich des Wärmetauschers angeordnet sein, aus dem die erste Fluidleitung zu einer Wärmepumpe führt. Durch den entsprechenden zweiten Abschnitt kann das Fluid in der ersten Fluidleitung, bevor es zu der Wärmepumpe geführt wird, stärker erwärmt (oder abgekühlt) werden, als dies sonst (d. h. ohne den entsprechenden zweiten Abschnitt) in dem Wärmespeicher und -tauscher der Fall wäre. Beispielsweise kann die erste Fuidleitung von dem Endbereich des Wärmetauschers zu der kalten Seite der Wärmepumpe führen, und die Temperatur der ersten Fluidleitung (oder des Fluids darin) in dem Endbereich an die Temperatur der zweiten Fluidleitung (oder des Fluids darin) angenähert werden, wobei z. B. die zweite Fluidleitung von einer Solaranlage kommt und eine Temperatur aufweist, die diejenige des thermischen Speichermediums übersteigt.

[070] Indem das Fluid in der ersten Fluidleitung, bevor es zu der kalten Seite der Wärmepumpe geführt wird, stärker erwärmt (oder, bevor es zu der warmen Seite der Wärmepumpe geführt wird, stärker abgekühlt) werden kann, kann eine Temperaturdifferenz zwischen den Fluiden, die an der warmen bzw. kalten Seite der Wärmepumpe ankommen, d. h. zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung (oder der Fluide darin) an der Wärmepumpe, minimiert werden. Dadurch kann die Effizienz der Wärmepumpe verbessert werden.

[071] Ein Abschnitt der ersten Fluidleitung kann einen thermischen Kontakt (z. B. einen direkten Kontakt) zu dem thermischen Speichermedium aufweisen, um Wärme zwischen dem Abschnitt der ersten Fluidleitung und dem thermischen Speichermedium zu übertragen. Al- ternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt der ersten Fluidleitung in einem Bereich des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium angeordnet sein, insbesondere in einem obersten Abschnitt des Bereichs des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium.

[072] Der thermische Kontakt des Abschnitts der ersten Fluidleitung zu dem thermischen Speichermedium kann einen thermischen Kontakt des Abschnitts der ersten Fluidleitung zu der zweiten Fluidleitung überwiegen, beispielsweise dem Betrage nach oder um einen Faktor 2 oder 3 oder 5, beispielsweise hinsichtlich der betreffenden Wärmeleitfähigkeiten. In anderen Worten kann der Abschnitt der ersten Fluidleitung thermisch isoliert sein von der zweiten Flu- idleitung.

[073] Insbesondere kann ein Wärmespeicher und -tauscher zur Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher einen entsprechenden Abschnitt der ersten Fluidleitung aufweisen.

[074] Entsprechende Ausführungsformen können besonders vorteilhaft den Eintrag von Wärme aus der ersten Fluidleitung direkt in das thermische Speichermedium begünstigen. Dies kann insbesondere für einen Mehrzonenwärmespeicher oder für einen Hochtemperatur- Wärmespeicher vorteilhaft sein, beispielsweise wenn die erste Fluidleitung von einer warmen Seite einer Wärmepumpe kommend dazu eingerichtet ist, die Wärme von der Wärmepumpe (d. h. von ihrer warmen Seite) in den Mehrzonenwärmespeicher oder den Hochtemperatur- Wärmespeicher einzubringen. Beispielsweise kann der entsprechende Abschnitt der ersten Fluidleitung unmittelbar nach dem Eintritt der ersten Fluidleitung in den Speicherbehälter im obersten Bereich des Speicherbehälters angeordnet sein. Somit kann das durch die erste Flu- idleitung von der Wärmepumpe kommende Fluid direkt nach dem Eintritt in den Speicherbehälter, also bei seiner höchstmöglichen Temperatur, Wärme an den obersten Bereich des Speicherbehälters abgeben. Dadurch kann die Temperatur (z. B. des thermischen Speichermediums) im obersten Bereich des Speicherbehälters effektiv maximiert und somit eine Brauchwasserversorgung bei hoher Temperatur sichergestellt werden.

[075] Der Abschnitt der ersten Fluidleitung kann zumindest teilweise in dem thermischen Speicherbehälter angeordnet sein.

[076] Der Abschnitt der ersten Fluidleitung kann an einem Endbereich des Wärmetauschers angeordnet sein, sich insbesondere direkt an den Endbereich des Wärmetauschers anschließen. [077] Der Speicherbehälter kann ein geschlossenes Gefäß für das thermische Speichermedium bilden. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicherbehälter dazu eingerichtet sein, ein flüssiges thermisches Speichermedium aufzunehmen.

[078] Entsprechende Ausführungsformen können sicherstellen, dass das thermische Speichermedium in dem Speicherbehälter gehalten und somit die in dem thermischen Speichermedium vorhandene Wärme gespeichert werden kann, beispielsweise, um langfristige oder jahreszeitliche Schwankungen im Energiebedarf und/oder -angebot auszugleichen.

[079] Das thermische Speichermedium kann in dem Speicherbehälter angeordnet sein. Das thermische Speichermedium kann dazu eingerichtet sein, ein Elektrolyt für eine elektrochemische Zelle bereitzustellen. Der Wärmespeicher und -tauscher kann dazu eingerichtet sein, das thermische Speichermedium der elektrochemischen Zelle fluidgekoppelt bereitzustellen.

[080] Ein zweiter Aspekt betrifft eine Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher.

[081] Der zweite Aspekt kann die Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher zum Kühlen einer Photovoltaikanlage umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Aspekt die Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher zum Aufnehmen von Wärme während eines Verdampfungsprozesses eines Kühlmittels einer Wärmepumpe umfassen.

[082] Der zweite Aspekt kann die Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als unterirdischer Wärmespeicher zum Speichern von Kondensationswärme eines Kältemittels einer Wärmepumpe umfassen.

[083] Ein dritter Aspekt betrifft eine Verwendung des oben beschriebenen Wärmespeicher und -tauschers als Gegenstromwärmetäuscher.

[084] Der Gegenstromwärmetäuscher kann insbesondere zum Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel einer Wärmepumpe und einem flüssigen Wärmeleitmedium verwendet werden, wobei das flüssige Wärmeleitmedium die erste oder die zweite Fluidleitung thermisch mit einer Photovoltaikanlage koppelt. [085] Gemäß einem vierten Aspekt weist ein System einen Wärmespeicher und -tauscher wie oben beschrieben auf, und mindestens ein Steuergerät. Das mindestens eine Steuergerät ist dazu eingerichtet, einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung in Abhängigkeit von einem ersten Parameter zu steuern, wobei der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft ist.

[086] Das mindestens eine Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, ein Steuersignal für eine Wärmepumpe in Abhängigkeit von dem ersten Parameter auszugeben.

[087] Entsprechende Ausführungsformen können den Betrieb der Wärmepumpe bei hoher Verfügbarkeit von elektrischer Leistung ermöglichen, beispielsweise wenn eine photovoltai- sche Anlage eine hohe elektrischer Leistung, beispielsweise gemessen an ihre Spitzenleistung, produziert, oder wenn die photovoltaische Anlage einen Überschuss an elektrischer Leistung produziert, beispielsweise gegenüber einem Verbrauch, der mit einem Gebäude assoziiert ist. In dieser Situation kann die hohe bzw. überschüssige elektrische Leistung mittels der Wärmepumpe als thermische Energie in den Wärmespeicher und -tauscher eingespeichert werden, um für Zeiten geringer Verfügbarkeit von Wärme bzw. Energie zur Verfügung zu stehen. Somit kann ein Bedarf nach Wärme bzw. Energie in Zeiten geringer Verfügbarkeit gedeckt werden, ohne auf eine zusätzliche (beispielsweise teure oder begrenzt verfügbare) Energiequelle, wie beispielsweise Erdgas, zurückgreifen zu müssen. Insbesondere kann die thermische Energie bei einer geringen Temperatur gespeichert werden, und die Temperatur kann zu einem späteren Zeitpunkt mithilfe einer Wärmepumpe auf ein angefordertes Temperaturniveau angehoben werden. Durch die geringe Speichertemperatur kann Wärme bei entsprechend geringer Temperatur (z. B. aus Photothermie bei sonst ungünstigen Bedingungen) nutzbar gemacht werden. Zudem können Verluste bei der Speicherung reduziert werden.

[088] Der Wärmetauscher kann einen Doppelrohrwärmetauscher aufweisen.

[089] Die erste Fluidleitung kann ein inneres Rohr des Doppelrohrwärmetauschers umfassen.

[090] Die erste Fluidleitung kann dazu eingerichtet sein, an die Wärmepumpe gekoppelt zu werden, insbesondere kann die erste Fluidleitung an die Wärmepumpe gekoppelt sein.

[091] Der erste Parameter kann mit einer elektrischen Leistung verknüpft sein, die von einer photovoltaischen Anlage bereitgestellt wird. [092] Das mindestens eine Steuergerät kann mindestens ein elektrisches Steuergerät aufweisen oder sein, insbesondere mindestens ein elektrisches Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, elektrische Steuersignale zu empfangen und/oder auszugeben.

[093] Bei einigen Ausführungsformen ist das mindestens eine Steuergerät ein rein elektrisches Steuergerät, insbesondere ohne eine mechanische Vorrichtung wie ein Ventil oder eine Pumpe.

[094] Bei anderen Ausführungsformen weist das mindestens eine Steuergerät mindestens eine mechanische Vorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Fluidstrom zu steuern, wie beispielsweise ein Ventil oder eine Pumpe. Insbesondere kann das mindestens eine Steuergerät mehrere oder sämtliche mechanische Vorrichtungen zum Steuern des Fluidstroms umfassen.

[095] Das mindestens eine Steuergerät kann weiterhin dazu eingerichtet sein, einen Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung in Abhängigkeit von einem zweiten Parameter zu steuern.

[096] Der zweite Parameter kann mit einer ersten Temperaturdifferenz verknüpft sein.

[097] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann das Steuergerät ein Temperieren (d. h. Heizen oder Kühlen) einer Komponente ermöglichen, die an die zweite Fluidleitung angeschlossen ist. Hierfür kann der Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung eingeschaltet werden, wenn der zweite Parameter eine Temperatur oder eine Temperaturdifferenz innerhalb eines für das Temperieren geeigneten Sollbereichs anzeigt. Der Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung kann abgeschaltet werden, wenn der zweite Parameter außerhalb des Sollbereichs liegt. Bei der zu temperierenden Komponente kann es sich um eine Solaranlage handeln.

[098] Im Kontext dieser Beschreibung kann eine Solaranlage eine photovoltaische Anlage und/oder eine photothermische Anlage aufweisen. Insbesondere kann eine Solaranlage eine kombinierte Solar- und photothermische Anlage aufweisen.

[099] Eine erste Temperatur der ersten Temperaturdifferenz kann mit dem Speicherbehälter und/ oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein. [oioo] Eine zweite Temperatur der ersten Temperaturdifferenz kann mit einer Solaranlage verknüpft sein und/ oder mit einem Gerät verknüpft sein, dass thermisch an die zweite Fluidleitung gekoppelt ist. Insbesondere kann die Solaranlage die photovoltaische Anlage umfassen.

[0101] Das System kann dazu eingerichtet sein, den Speicherbehälter und/oder das thermische Speichermedium wahlweise an einen Erdwärmekollektor zu koppeln.

[0102] Die wahlweise Kopplung kann sich auf eine Kopplung beziehen, deren Kopplungsstärke, insbesondere thermische Kopplungsstärke, steuerbar ist, insbesondere durch Steuern eines Fluidstroms, beispielsweise mittels einer Pumpe oder eines Ventils.

[0103] Das mindestens eine Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, den Speicherbehälter und/oder das thermische Speichermedium in Abhängigkeit von einem dritten Parameter wahlweise an den Erdwärmekollektor zu koppeln.

[0104] Der dritte Parameter kann mit einer zweiten Temperaturdifferenz verknüpft sein.

[0105] Eine erste Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz kann mit dem Speicherbehälter und/oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein.

[0106] Eine zweite Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz kann mit dem Erdwärmekollektor verknüpft sein.

[0107] Entsprechende Ausführungsformen können es ermöglichen, Wärme aus dem Speicherbehälter bzw. dem thermischen Speichermedium wahlweise in den Erdwärmekollektor zu übertragen oder aus diesem zu entnehmen. Somit kann der Erdwärmekollektor einerseits als Erweiterung des Wärmespeichers verwendet werden. Andererseits kann, gerade bei einer Änderung, insbesondere einem Anstieg, der Außentemperatur die dadurch zur Verfügung stehende Wärme mittels dem Erdwärmekollektor in den Speicherbehälter bzw. das thermische Speichermedium eingebracht und somit genutzt werden.

[0108] Das System kann weiterhin einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher aufweisen. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung und einen Speicherbehälter aufweisen. Der Speicherbehälter kann dazu eingerichtet sein, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. [0109] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann dazu eingerichtet sein, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und dem thermischen Speichermedium sowie zwischen der zweiten Fluidleitung und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen.

[0110] Das mindestens eine Steuergerät kann dazu eingerichtet sein, einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers gemeinsam mit dem Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers zu steuern.

[0111] Entsprechende Ausführungsformen können ein optimiertes System zur langfristigen Speicherung von Wärme bzw. Kälte in Kombination mit einer Wärmepumpe bereitstellen. Hierfür kann die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an die eine, z. B. kalte, Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden, und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tausches an die zweite, zum Beispiel warme, Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden.

[0112] Wärmepumpensysteme erzeugen bei der Wärmegewinnung die gleiche Menge an Kälteenergie. Wärmepumpensysteme erzeugen bei einer Nutzung als Kühlsystem, also bei der Gewinnung von Kälte, die gleiche Menge an Wärmeenergie. Bei konventioneller Wärmegewinnung (konventioneller Nutzung als Klimaanlagensystem) wird die Kälteenergie (Wärmeenergie) als Abfallprodukt an die Umwelt z.B. Luft oder Grundwasser abgegeben.

[0113] Dabei benötigen viele Gebäude neben der Wärmegewinnung, z. B. für Heizung oder Brauchwasser, auch ein Kühlsystem, z. B. für die Klimaanlage/Gebäudekühlung oder als Pho- tovoltaikkühlung. Oft fällt der Bedarf an Wärme (z. B. im Winter) und Kälte (z. B. zum Kühlen im Sommer) jedoch zeitlich (z. B. jahreszeitlich) auseinander. Durch Verwendung der zwei Wärmespeicher und -tauscher und ihre Kombination in dem System wird die Kälte bei der Wärmegewinnung (bzw. die Wärme bei der Nutzung als Kühlsystem) gespeichert und für eine bedarfsgemäße Nutzung bereitgestellt.

[0114] Durch die Nutzung der Kälteenergie bei der Wärmegewinnung und der Wärmeenergie bei der Nutzung als Kühlsystem kann die Energieeffizienz gegenüber der konventionellen Lösung verdoppelt werden. Diese Doppelnutzung kann sowohl lokal, durch geeignete Speichermedien als auch quartiersbezogen durch die Einleitung in Wärme- und Kältenetze erfolgen.

[0115] Durch gemeinsames Steuern der Fluidströme durch die beiden ersten Fluidleitungen kann in derartigen Ausführungsformen ein Wärmeübertrag von dem Wärmespeicher und - tauscher auf den zweiten Wärmespeicher und -tauscher ermöglicht werden. In anderen Worten wird das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers abgekühlt, das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers erwärmt (oder umgekehrt). Bei entsprechender Auslegung der Wärmespeicher und -tauscher (beispielsweise ihrer Volumina) kann dies eine Speicherung der Wärme bzw. Kälte über Monate bzw. Jahreszeiten hinweg ermöglichen.

[0116] Der Speicherbehälter (oder das darin enthaltene thermische Speichermedium) und/ oder der thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelte Erdwärmekollektor kann als energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers eingerichtet sein oder eine solche bereitstellen oder als solche bezeichnet werden.

[0117] Mit anderen Worten kann der Wärmespeicher und -tauscher eine energiespeichernde Komponente aufweisen. Die energiespeichernde Komponente kann den Speicherbehälter und/oder den thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelten Erdwärmekollektor aufweisen oder diese(r) sein.

[0118] Mit wieder anderen Worten kann der Speicherbehälter die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers sein, oder der thermisch an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelte Erdwärmekollektor kann die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers sein, oder beide können (d. h. gemeinsam) die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers sein.

[0119] Ein (bspw. weiterer oder räumlich von dem thermisch an den Wärmespeicher und - tauscher gekoppelten Erdwärmekollektor getrennter) Erdwärmekollektor kann thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt sein.

[0120] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eine energiespeichernde Komponente aufweisen, beispielsweise mit Eigenschaften, die den oben beschriebenen Eigenschaften der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers ähneln, allerdings bezogen auf den zweiten Wärmespeicher und -tauscher statt auf den Wärmespeicher und -tauscher.

[0121] Bei einigen Ausführungsformen grenzt eine thermisch isolierende Trennwand Erdbereiche, insbesondere aneinander angrenzende Erdbereiche, voneinander ab. Die thermisch isolierende Trennwand kann zumindest teilweise, insbesondere zu einem Großteil (z. B. ent- sprechend ihrer Höhenerstreckung), unterhalb einer Erdoberfläche angeordnet sein. Die voneinander abgegrenzten Erdbereiche können jeweils einem Erdwärmekollektor zugeordnet sein. Insbesondere kann einer der abgegrenzten Erdbereiche dem Erdkollektor zugeordnet sein, der thermisch an den (ersten) Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist, und ein anderer der abgegrenzten Erdbereiche dem Erdkollektor zugeordnet sein, der thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist.

[0122] In bevorzugten Ausführungsformen grenzt die energiespeichernde Komponente des ersten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) an die energiespeichernde Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere an deren Erdwärmekollektor) an und ist durch eine in das Erdreich eingelassene thermisch isolierende Trennwand seitlich von der energiespeichernden Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere von deren Erdwärmekollektor) abgegrenzt.

[0123] Beispielsweise können benachbarte Bodenabschnitte jeweils mit Erdwärmekollektoren ausgestattet sein, und die thermisch isolierende Trennwand kann zwischen den Wärmeträgerschleifen des Erdwärmekollektors, der thermisch an den ersten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist, und dem Erdwärmekollektor, der thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt ist, in den Boden eingelassen sein, sodass in der energiespeichernden Komponente des ersten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere in deren Erdwärmekollektor) und der energiespeichernden Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere in deren Erdwärmekollektor) unterschiedliche Temperaturen vorgesehen werden können.

[0124] In bevorzugten Ausführungsformen wird die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) durch die thermisch isolierende Trennwand seitlich umlaufend von dem umgebenden Erdreich getrennt.

[0125] Eine seitlich umlaufende isolierende Trennwand kann es erlauben, ein höheres Temperaturniveau in der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) länger und/ oder mit niedrigeren Energieverlusten aufrecht zu erhalten und somit eine saisonale Speicherung von thermische Energie in der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere in deren Erdwärmekollektor) bei einer erhöhten Speichertemperatur bereitzustellen. Die thermisch isolierende Trennwand kann sich vertikal über das untere Ende der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere über das untere Ende von dessen Erd- wärmekollektor) nach unten ins Erdreich erstrecken, um einen isolierten Abschnitt der energiespeichernden Komponente (insbesondere von deren Erdwärmekollektor) zu definieren. Der isolierte Abschnitt kann nach unten hin offen sein, um die Wärmekapazität des darunterliegenden Erdreiches zu nutzen.

[0126] Die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere dessen Erdwärmekollektor) kann an die energiespeichernde Komponente des zweiten Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) angrenzen und durch die thermisch isolierende Trennwand von dieser getrennt sein. Die thermisch isolierende Trennwand sollte eine gegenüber dem Erdreich verringerte thermische Leitfähigkeit aufweisen, insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1 W/ (m*K), vorzugsweise weniger als 0,5 W/(m*K), bevorzugt weniger als 0,2 W/(m*K). Die Dämmung kann eine Perimeterdämmung sein, welche durch Platten im Erdreich, beispielsweise aus Styrodur, bereitgestellt werden kann, und/oder kann Abschnitte von schüttfähigem Dämmmaterial, wie Schaumglas-Granulat, umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die thermisch isolierende Trennwand beidseitig durch das Erdreich von den energiespeichernden Komponenten getrennt.

[0127] In einigen Ausführungsformen umfasst das System ferner eine obere Trennwand, welche eine obere Begrenzung der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und - tauschers (insbesondere von dessen Erdwärmekollektor) bildet, um die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere dessen Erdwärmekollektor) in vertikaler Richtung thermisch zu isolieren. Beispielsweise kann die obere Trennwand unterhalb einer Bodenplatte eines Gebäudes angeordnet sein, um Wärmeverluste der energiespeichernden Komponente in das Gebäude zu verringern.

[0128] In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das System ferner eine untere Trennwand, welche eine untere Begrenzung der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere von deren Erdwärmekollektor) bildet, um die energiespeichernde Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere deren Erdwärmekollektor) in vertikaler Richtung gegenüber dem darunterliegenden Erdreich thermisch zu isolieren.

[0129] Die untere Trennwand kann eine Isolation der energiespeichernden Komponente des Wärmespeicher und -tauschers (insbesondere von dessen Erdwärmekollektor) verbessern, sodass dessen Temperaturniveau länger und/oder mit niedrigeren Energieverlusten aufrechterhalten werden kann. [0130] Das System kann die Wärmepumpe umfassen.

[0131] Der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers kann dazu eingerichtet sein, den Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine Seite, z. B. an eine warme oder kalte Seite, der Wärmepumpe zu koppeln.

[0132] Der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers kann dazu eingerichtet sein, den zweiten Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine Seite, z. B. an eine komplementäre kalte oder warme Seite, der Wärmepumpe zu koppeln.

[0133] Die Wärmepumpe kann dazu eingerichtet sein, eine Leistung von mindestens 3 kW oder von mindestens 5 kW bereitzustellen.

[0134] Das System kann eine Solaranlage aufweisen.

[0135] Der Wärmespeicher und -tauscher des Systems kann mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher aufweisen, wobei einer der mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, die Solaranlage thermisch an den Speicherbehälter und/oder das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers zu koppeln, insbesondere in Reihe mit einem Erdwärmekollektor.

[0136] Ein zusätzlicherWärmetauscher des zweiten Wärmespeicher und -tauschers kann dazu eingerichtet sein, die Solaranlage thermisch an den Speicherbehälter und/ oder das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers zu koppeln.

[0137] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eines oder alle der oben im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher und -tauscher des ersten Aspekts beschriebenen Merkmale aufweisen.

[0138] Bei einem fünften Aspekt weist ein System einen ersten Wärmespeicher und -tauscher, einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher, eine Wärmepumpe und ein Steuergerät auf. Der erste Wärmespeicher und -tauscher weist eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung, einen Wärmetauscher und einen Speicherbehälter auf. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Speicherbehälter ist dazu eingerichtet, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. Zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers ist in dem Speicherbehälter angeordnet, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. Der erste Wärmespeicher und -tauscher weist ein Volumen für sein thermisches Speichermedium von mindestens 2 m ³ auf und ist zumindest teilweise unterirdisch angeordnet. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher weist eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung und einen Speicherbehälter, der dazu eingerichtet ist, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen, auf. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher ist dazu eingerichtet, ein Übertragen von Wärme zwischen seiner ersten Fluidleitung und seinem thermischen Speichermedium sowie zwischen seiner zweiten Fluidleitung und seinem thermischen Speichermedium zu ermöglichen. Die Wärmepumpe ist dazu eingerichtet, eine Leistung von mindestens 5 kW bereitzustellen. Ein Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des ersten Wärmespeicher und -tauschers oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers ist dazu eingerichtet, den ersten Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine kalte Seite der Wärmepumpe zu koppeln. Der Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des anderen Wärmespeicher und -tauschers ist dazu eingerichtet, den anderen Wärmespeicher und -tauscher thermisch an eine warme Seite der Wärmepumpe zu koppeln. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, einen Betriebszustand der Wärmepumpe, den Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des ersten Wärmespeichers und den Fluidstrom durch die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeichers gemeinsam in Abhängigkeit von einem ersten Parameter zu steuern, wobei der erste Parameter mit einer elektrischen Leistung verknüpft ist, die von einer photovoltaischen Anlage bereitgestellt wird. Die zweite Fluidleitung des ersten Wärmespeicher und -tauschers und/oder des zweiten Wärmespeicher und -tauschers ist an eine Solaranlage gekoppelt.

[0139] Der andere Wärmespeicher und -tauscher kann sich auf den Wärmespeicher und -tauscher oder auf den zweiten Wärmespeicher und -tauscher beziehen; insbesondere auf denjenigen der beiden, bei dem der Fluidstrom durch seine erste Fluidleitung nicht dazu eingerichtet ist, ihn thermisch an die kalte Seite der Wärmepumpe zu koppeln.

[0140] Das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers kann in dem Speicherbehälter des zweiten Wärmespeicher und -tauschers angeordnet sein. Das in dem Speicherbehälter des zweiten Wärmespeicher und -tauschers angeordnete thermische Speichermedium kann dazu eingerichtet sein, ein zweites Elektrolyt für die elektrochemische Zelle bereitzustellen. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann dazu eingerichtet sein, das thermische Speichermedium der elektrochemischen Zelle fluidgekoppelt bereitzustellen.

[0141] Das System kann die elektrochemische Zelle umfassen, wobei das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und -tauschers und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die elektrochemische Zelle fluidgekoppelt sind; insbesondere, wobei das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und - tauschers und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an unterschiedliche Halbzellen der elektrochemischen Zelle fluidgekoppelt sind.

[0142] Gemäß einem sechsten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Erzeugen eines unterirdischen Wärmespeichers ein Anordnen zumindest eines Teils eines Wärmespeicher und -tauschers im Erdreich. Der Wärmespeicher und -tauscher weist eine erste Fluidleitung, eine zweite Fluidleitung, einen Wärmetauscher und einen Speicherbehälter auf. Der Wärmetauscher ist dazu eingerichtet, Wärme zwischen der ersten Fluidleitung und der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Speicherbehälter ist dazu eingerichtet, ein thermisches Speichermedium aufzunehmen. Zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers ist in dem Speicherbehälter angeordnet, um ein Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmetauscher und dem thermischen Speichermedium zu ermöglichen.

[0143] Das Verfahren kann weiterhin ein thermisches Koppeln des Wärmespeicher und -tau- sches an das Erdreich umfassen.

[0144] Das Verfahren kann weiterhin ein Einrichten des Wärmetauschers als Gegenstromwärmetäuscher umfassen.

[0145] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln der ersten Fluidleitung an eine Wärmepumpe umfassen.

[0146] Das Verfahren kann weiterhin ein thermisches Koppeln des Wärmespeicher und -tauschers an ein erstes Wärmenetz, insbesondere an ein erstes Nahwärmenetz umfassen, um Wärme oder Kälte wahlweise aus dem Wärmespeicher und -tauscher in das Nahwärmenetz zu speichern oder aus dem Nahwärmenetz in den Wärmespeicher und -tauscher zu entnehmen. Insbesondere kann der Wärmespeicher und -tauscher in Reihe mit dem Erdwärmekollektor und/oder mit dem Erdreich an das erste Wärmenetz, insbesondere an das erste Nahwärmenetz, gekoppelt werden.

[0147] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln einer ersten Fluidleitung eines zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die Wärmepumpe umfassen. [0148] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eines oder alle der oben im Zusammenhang mit dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher des vierten Aspekts beschriebenen Merkmale aufweisen.

[0149] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an ein zweites Wärmenetz, insbesondere an ein zweites Nahwärmenetz umfassen, insbesondere wobei das zweite (Nah)Wärmenetz im Mittel eine geringere Temperatur aufweist als das erste (Nah)Wärmenetz. Insbesondere kann der zweite Wärmespeicher und -tauscher in Reihe mit seinem Erdwärmekollektor und/oder mit dem ihn umgebenden Erdreich an das zweite Wärmenetz, insbesondere an das zweite Nahwärmenetz, gekoppelt werden.

[0150] Beispielsweise kann das erste (Nah)Wärmenetz ein Hochtemperatur-(Nah)Wärmenetz sein, und das zweite (Nah)Wärmenetz ein Niedertemperatur-(Nah)Wärmenetz (in anderen Worten, ein (Nah)Kälte-Netz).

[0151] Eine thermische Isolierung, insbesondere eine thermisch isolierende Trennwand, kann zwischen einem Bereich des ersten (Nah)Wärmenetzes (z. B. des Hochtemperatur-(Nah)Wär- menetzes) und einem Bereich des zweiten (Nah)Wärmenetzes (z. B. des Niedertemperatur- (Nah)Wärmenetzes oder des (Nah)Kälte-Netzes) angeordnet sein. Insbesondere kann die thermische Isolierung zumindest teilweise unterirdisch angeordnet sein oder die thermische isolierende Trennwand kann eine unterirdische thermisch isolierende Trennwand sein. Beispielsweise kann die thermische Isolierung oder die thermisch isolierende Trennwand zwischen einem Erdwärmekollektor (oder einer unterirdischen Fluidleitung) des ersten (Nah) Wärmenetzes (z. B. des Hochtemperatur-(Nah)Wärmenetzes) und einem Erdwärmekollektor (oder einer unterirdischen Fluidleitung) des zweiten (Nah) Wärmenetzes (z. B. des Niedertemperatur- (Nah)Wärmenetzes oder des (Nah)Kälte-Netzes) angeordnet sein.

[0152] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln der zweiten Fluidleitung an eine Solaranlage umfassen.

[0153] Das Verfahren kann weiterhin ein Einrichten eines Steuergerätes umfassen, um einen ersten Parameter zu empfangen oder zu ermitteln, wobei der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft ist.

[0154] Das Verfahren kann weiterhin ein Einrichten des mindestens einen Steuergeräts umfassen, um einen Fluidstrom durch die erste Fluidleitung in Abhängigkeit von dem ersten Parameter zu steuern. [0155] Der Wärmespeicher und -tauscher kann mindestens einen zusätzlichen Wärmetauscher aufweisen.

[0156] Das Verfahren kann weiterhin ein Koppeln eines Wärmetauschers des mindestens einen zusätzlichen Wärmetauschers an einen Erdwärmekollektor umfassen.

[0157] Der mindestens eine zusätzliche Wärmetauscher kann eines oder alle Merkmale des oben im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher und -tauscher des ersten Aspekts beschriebenen mindestens einen zusätzlichen Wärmetauschers aufweisen.

[0158] In Ausführungsformen, bei denen das Verfahren das Koppeln der ersten Fluidleitung an eine Wärmepumpe umfasst, kann das Verfahren weiterhin ein Koppeln einer ersten Fluidleitung eines zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die Wärmepumpe umfassen. Insbesondere kann bei entsprechenden Ausführungsformen die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an eine kalte Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an eine warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden. Alternativ kann die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden und die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt werden.

[0159] Das Verfahren kann weiterhin das Durchführen eines oder aller Verfahrensschritte, die einen Bezug zu dem Wärmespeicher und -tauscher aufweisen, entsprechend an dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher umfassen.

[0160] Gemäß einem siebten Aspekt weist ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aufweisend einen Wärmespeicher und -tauscher mindestens zwei Betriebsmodi auf, und das Verfahren umfasst ein wahlweises Ausführen eines der mindestens zwei Betriebsmodi. Der erste Betriebsmodus umfasst ein Betreiben der Wärmepumpe mit einer ersten Wärmepumpenleistung und ein Erzeugen eines Fluidstroms durch die erste Fluidleitung, um Wärme zwischen der Wärmepumpe und dem thermischen Speichermedium zu übertragen. Der zweite Betriebsmodus umfasst ein Betreiben der Wärmepumpe mit einer zweiten Wärmepumpenleistung, die höchstens ein Viertel der ersten Wärmepumpenleistung beträgt, und ein Erzeugen eines stärkeren Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung als durch die erste Fluidleitung, um Wärme mittels der zweiten Fluidleitung zu übertragen. Der Wärmespeicher und -tauscher kann ein oder alle Merkmale des Wärmespeicher und -tauschers des ersten Aspekts aufweisen. [0161] Bei einigen Ausführungsformen wird bei dem wahlweisen Ausführen eines der mindestens zwei Betriebsmodi eine Auswahl zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus automatisch anhand eines ersten Parameters ausgeführt. Insbesondere kann der erste Parameter mit einer Verfügbarkeit von elektrischer Leistung verknüpft sein.

[0162] Das Verfahren kann ein wahlweises Führen des Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung zu einer Solaranlage, zu einem Erdwärmekollektor oder zu der Solaranlage und dem Erdwärmekollektor umfassen.

[0163] Das Verfahren kann weiterhin im ersten und/ oder im zweiten Betriebsmodus ein Steuern einer Stärke des Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung in Abhängigkeit von einer ersten Temperaturdifferenz umfassen. Insbesondere kann eine erste Temperatur der ersten Temperaturdifferenz mit dem Speicherbehälter und/oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein. Insbesondere kann eine zweite Temperatur der ersten Temperaturdifferenz mit einer Solaranlage verknüpft sein.

[0164] Das Verfahren kann weiterhin ein wahlweises Entnehmen von Wärme aus dem Wärmespeicher und -tauscher oder einem an den Wärmespeicher und -tauscher gekoppelten Erdwärmekollektor umfassen, insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur, die mit dem Speicherbehälter und/ oder dem thermischen Speichermedium verknüpft ist; und/ oder in Abhängigkeit von einer Temperatur, die mit dem Erdwärmekollektor verknüpft ist.

[0165] Das Verfahren kann weiterhin ein Steuern einer thermischen Kopplung zwischen dem Erdwärmekollektor und dem Speicherbehälter und/ oder dem thermischen Speichermedium in Abhängigkeit von einer zweiten Temperaturdifferenz umfassen. Insbesondere kann eine erste Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz mit dem Speicherbehälter und/oder dem thermischen Speichermedium verknüpft sein; und/ oder eine zweite Temperatur der zweiten Temperaturdifferenz mit dem Erdwärmekollektor verknüpft sein.

[0166] Das System kann einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher aufweisen.

[0167] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher kann eines oder alle der oben im Zusammenhang mit dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher des vierten Aspekts beschriebenen Merkmale aufweisen. [0168] Das Verfahren kann weiterhin ein Durchführen der Verfahrensschritte, die einen Bezug zu dem Wärmespeicher und -tauscher aufweisen, entsprechend an dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher umfassen. Insbesondere kann bei entsprechenden Ausführungsformen die erste Fluidleitung des Wärmespeicher und -tauschers an eine kalte Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein; und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an eine warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein. Alternativ kann die erste Fluidleitung des ersten Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein und die erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeicher und -tauschers an die warme Seite der Wärmepumpe gekoppelt sein.

[0169] Gemäß einem achten Aspekt ist ein Computerprogramm dazu eingerichtet, ein elektronisches Steuersystem dazu zu veranlassen, das Verfahren gemäß dem siebten Aspekt auszuführen.

[0170] Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Nahwärmenetz einen ersten Wärmespeicher und -tauscher, einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher und einen Erdwärmekollektor auf.

[0171] Der erste Wärmespeicher und -tauscher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Wärmespeicher und - tauscher ist der Wärmespeicher und -tauscher des Systems.

[0172] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Wärmespeicher und - tauscher ist der Wärmespeicher und -tauscher des Systems. Der zweite Wärmespeicher und -tauscher ist von dem ersten Wärmespeicher und -tauscher räumlich getrennt, beispielsweise um mindestens 50 m oder um mindestens 100 m oder um mindestens 200 m.

[0173] Der Erdwärmekollektor ist thermisch an den ersten Wärmespeicher und - tauscher und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher gekoppelt, und dazu eingerichtet, Wärme oder Kälte in ein umgebendes Erdreich einzuspeichern und zumindest einen Teil der eingespeicherten Wärme oder Kälte dem Erdreich zu einem späteren Zeitpunkt zu entnehmen.

[0174] Das nach Wärmenetz kann weiterhin eine Leitung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den ersten Wärmespeicher und -tauscher und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher thermisch aneinander zu koppeln. Ein erster Bereich der Leitung kann eine thermische Isolierung aufweisen. Ein zweiter Bereich der Leitung kann eine geringere oder keine thermische Isolierung aufweisen, um den Erdwärmekollektor zu formen. [0175] Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Nahwärmenetz-System ein Nahwärmenetz wie oben beschrieben auf, und weiterhin ein zweites Nahwärmenetz.

[0176] Das zweite Nahwärmenetz weist Folgendes auf: Einen ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher, einen zweiten Niedertemperatur- Wärmespeicher und einen zweiten Erdwärmekollektor.

[0177] Der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher des Systems.

[0178] Das thermische Speichermedium des ersten Niedertemperatur- Wärmespeichers weist eine geringere Temperatur aufweist als das thermische Speichermedium des ersten Wärmespeicher und -tauschers.

[0179] Der zweite Niedertemperatur-Wärmespeicher ist ein Wärmespeicher und -tauscher wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben. Alternativ weist das Nahwärmenetz ein System auf, wie oben beschrieben, und der erste Niedertemperatur- Wärmespeicher ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher des Systems.

[0180] Der zweite Niedertemperatur- Wärmespeicher ist dem ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher räumlich getrennt, beispielsweise um mindestens 50 m oder um mindestens 100 m oder um mindestens 200 m.

[0181] Das thermische Speichermedium des zweiten Niedertemperatur-Wärmespeichers weist eine geringere Temperatur aufweist als das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers.

[0182] Der zweiten Erdwärmekollektor ist thermisch an den ersten Niedertemperatur- Wärmespeicher und den zweiten Niedertemperatur-Wärmespeicher gekoppelt, und dazu eingerichtet, zweite Wärme oder Kälte in ein umgebendes Erdreich einzuspeichern und zumindest einen Teil der eingespeicherten zweiten Wärme oder Kälte dem Erdreich zu einem späteren Zeitpunkt zu entnehmen.

[0183] Bei einigen Ausführungsformen weist das Nahwärmenetz- System weiterhin eine thermisch isolierende Trennwand auf, die dazu eingerichtet ist, einen Bereich des Nahwärmenetzes von einem Bereich des zweiten Nahwärmenetzes thermisch zu isolieren. Insbesondere kann die thermisch isolierende Trennwand zumindest teilweise unterirdisch angeordnet sein. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0184] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausfiihrungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen in schematischer Darstellung:

[0185] Fig. 1: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem Beispiel;

[0186] Fig. 2a: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0187] Fig. 2b: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0188] Fig. 3: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0189] Fig. 4: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem Beispiel;

[0190] Fig. 5a: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel;

[0191] Fig. 5b: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0192] Fig. 5c: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0193] Fig. 5d: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0194] Fig. 5e: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0195] Fig. 5f: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel; [0196] Fig. 5g: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0197] Fig. 5h: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0198] Fig. 5i: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher und einen Betriebsmodus eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel;

[0199] Fig. 6a - Fig. 6e: ein System mit einem Wärmespeicher und -tauscher, das an ein Nahwärmenetz gekoppelt ist;

[0200] Fig 7a: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0201] Fig 7b: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0202] Fig 7c: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0203] Fig 7d: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0204] Fig 7e: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0205] Fig 8: einen Wärmespeicher und -tauscher gemäß einem weiteren Beispiel;

[0206] Fig. 9a: ein Nahwärmenetz mit einer elektrochemischen Zelle gemäß einem Beispiel; und

[0207] Fig. 9b: ein Nahwärmenetz-System mit einer elektrochemischen Zelle gemäß einem

Beispiel.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0208] Fig. 1 zeigt einen Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. [0209] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 weist einen Speicherbehälter 106 für ein thermisches Speichermedium 108 auf, sowie einen Wärmetauscher 104, der teilweise in dem Speicherbehälter 106 angeordnet ist.

[0210] Durch den integrierten Wärmetauscher 104 ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 insbesondere auch für das Nachrüsten bestehender Systeme geeignet.

[0211] Der Speicherbehälter 106 ist hinreichend groß dimensioniert, um eine solch große Menge (z. B. Volumen) des thermischen Speichermediums 108 aufzunehmen, dass dieses eine Wärmekapazität bereitstellt, um damit einen Wärmebedarf eines Gebäudes über einen längeren Zeitraum, wie mehrere Tage, Wochen oder Monate, hinweg zu decken. Beispielsweise kann der Speicherbehälter 106 auf den Wärmebedarf eines Einfamilienhauses ausgelegt sein, und sein Volumen je nach Größe des Einfamilienhauses ca. 2 m ³ , 5 m ³ , 10 m ³ , 15 m ³ oder 20 m ³ betragen. In alternativen Ausführungsformen wird für ein größeres Einzelgebäude oder einen Gebäudekomplex ein größerer Speicherbehälter 106 oder eine Mehrzahl von Speicherbehältern 106 bereitgestellt.

[0212] Somit ermöglicht der Speicherbehälter 106 mit dem damit enthaltenen thermischen Speichermedium 108, mithilfe von Energie in Form von Wärme, die in Zeiten guter Verfügbarkeit (bei Tag, im Sommer, oder in Perioden warmen und/oder sonnigen Wetters) eingespeichert wird, den Bedarf eines Gebäudes nach Wärme in einem Zeitraum schlechter Verfügbarkeit (bei Nacht, im Winter, oder in Perioden kalten und/oder sonnenarmen Wetters) ganz oder teilweise zu decken.

[0213] Der Speicherbehälter 106 ist dafür ausgelegt, in das Erdreich eingebracht zu werden. Entsprechend besteht seine Wandung aus einem undurchsichtigen, flüssigkeitsdichten und bevorzugt korrosionsbeständigen Material wie Stahl. Alternativ oder zusätzlich ist eine Wandung aus Beton vorgesehen, um die Wandung mechanisch zu verstärken.

[0214] Der Speicherbehälter 106 stellt einen Bereich für das thermische Speichermedium 108 bereit. Beispielsweise stellt der Speicherbehälter 106 eine Sollfüllhöhe 116 für das thermische Speichermedium 108 bereit.

[0215] Fluidleitungen 102a, 102b erstrecken sich bis oberhalb des Bereichs des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108, d. h. bis oberhalb der Sollfüllhöhe 116. Mit anderen Worten liegen Bereiche der Fluidleitungen 102a, 102b, die außerhalb des Speicherbe- hälters 106 angeordnet sind (z. B. Zu-/Ableitungen oder Anschlusselemente der Fluidleitungen 102a, 102b), in vertikaler Richtung höher als der Bereich des Speicherbehälters 106 für das Speichermedium 108 bzw. höher als die Sollfüllhöhe 116. Somit sind die Fluidleitungen 102a, 102b von oben und auch dann oberirdisch zugänglich, wenn der Speicherbehälter 106 unterirdisch angeordnet ist.

[0216] Die unterirdische Anordnung bedeutet nicht zwangsläufig, dass der gesamte Speicherbehälter 106 unterhalb der Erdoberfläche angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen ist lediglich der untere Bereich des Speicherbehälters 106 unterhalb der Erdoberfläche angeordnet, beispielsweise die untersten 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder 95 % seiner Höhenerstreckung. Bevorzugt schließt die Oberseite des Speicherbehälters 106 mit der Erdoberfläche ab oder ist leicht oberhalb der Erdoberfläche angeordnet, sodass die Zu-/ Ableitungen oder Anschlusselemente der Fluidleitungen 102a, 102b oberirdisch zugängig sind.

[0217] In der gezeigten Ausführungsform liegen die Bereiche der Fluidleitungen 102a, 102b, die außerhalb des Speicherbehälters 106 angeordnet sind (z. B. Zu-/Ableitungen oder Anschlusselemente der Fluidleitungen 102a, 102b), in vertikaler Richtung höher als der gesamte Speicherbehälter 106.

[0218] Der Speicherbehälter 106 wird aufgrund seiner Dimensionierung (mind. 1 m ³ , insbesondere 2 m ³ für das thermische Speichermedium) und Materialzusammensetzung (undurchsichtig, flüssigkeitsdicht und bevorzugt korrosionsbeständig) im Folgenden auch als Zisternenspeicher 106 bezeichnet.

[0219] Bei dem Speicherbehälter 106 der Fig. 1 ist die Querschnittsfläche in horizontalen Ebenen auf unterschiedlichen Höhen stets (d. h. über die gesamte Höhenerstreckung des Speicherbehälters 106 hinweg) die gleiche. Bei alternativen Ausführungsformen nimmt die Querschnittsfläche nach oben hin ab. Jedenfalls nimmt die Querschnittsfläche nach oben hin nicht nennenswert zu.

[0220] Dadurch kann der Wärmespeicher und -tauscher 100 bequem in eine Grube hinabgelassen werden, insbesondere für eine unterirdische Anordnung.

[0221] Bei dem dargestellten Speicherbehälter ist die Querschnittsfläche rund, bei alternativen Ausführungsformen elliptisch. Das Nichtvorhandensein von Ecken, Vorsprüngen oder Ausbuchtungen in der Querschnittsfläche erleichtert das Hinablassen in die Grube weiter. [0222] Durch die unterirdische Anordnung minimiert der Wärmespeicher und -tauscher 100 seinen Platzbedarf (d. h. den Bedarf an Grundfläche) in dem mit Wärme zu versorgenden Gebäude bzw. auf dem Grundstück, in dem er installiert wird. Der Wärmespeicher und -tauscher too kann als unterirdischer Wärmespeicher und -tauscher 100 beispielsweise eine Nachrüstkomponente für ein bestehendes System bilden.

[0223] Der Wärmetauscher 104 der Ausführungsform der Fig. 1 ist als Doppelrohrwärmetauscher ausgelegt. Dabei ist die zweite Fluidleitung 102b koaxial um die erste Fluidleitung 102a angeordnet. Die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b stehen somit über eine gemeinsame Wandung in thermischen Kontakt. In alternativen Ausführungsformen ist der Wärmetauscher 104 ein Plattenwärmetauscher oder ein Rohrbündelwärmetauscher oder ein Mehrfachrohrwärmetauscher mit mehr als zwei koaxialen Leitungen, wobei die äußersten beiden Leitungen als erste Fluidleitung 102a und zweite Fluidleitung 102b dienen.

[0224] Die Anordnung des Wärmetauschers 104 in dem Speicherbehälter 106 ermöglicht eine große Rohrlänge des (insbes. Doppelrohr- )Wärmetauschers, und somit einen effektiven Wärmeübertrag zwischen der ersten und zweiten Fluidleitung 102, 102b. Insbesondere ist das Raumangebot im Speicherbehälter 106 größer als bei einer konventionellen Anordnung eines Wärmetauschers in einer Wärmepumpe. Anstelle eines Doppelrohrwärmetauschers kann ein Mehrfachrohrwärmetauscher (d. h., mit mehr als zwei Leitungen, die koaxial in thermischem Kontakt miteinander angeordnet sind), ein Plattenwärmetauscher oder ein Rohrbündelwärmetauscher verbaut sein, um ebenso von dem größeren Platzangebot zu profitieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Doppelrohrwärmetauscher 104 spiralförmig mit einer Höhe von 2 m und einem Durchmesser von 0,5 m, es sind aber (angepasst an den jährlichen Energiebedarf des zu versorgenden Gebäudes) Durchmesser von 1 m, 2 m, 3 m oder 4 m möglich.

[0225] Ein erster Abschnitt 144 des Wärmetauschers 104 ist unterhalb der Sollfüllhöhe 116 angeordnet (d. h. ist in dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 angeordnet) und steht über seine äußere Wandung, die zugleich die äußere Wandung der zweiten Fluidleitung 102b bildet, in thermischem Kontakt mit dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108. Der Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 umgibt die zweite Fluidleitung 102b, und bei Ausführungsformen mit einem Doppelrohrwärmetauscher die erste Fluidleitung 102a. In anderen Worten ist durch die Anordnung des Wärmetauschers 104 (insbes. seines ersten Abschnitts 144) in dem Speicherbehälter 106 (insbes. in dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108) ein Dreifachwärmetauscher aus erster Fluidleitung 102a, zweiter Fluidleitung 102b und Speicherbehälter 106 (insbes. dem Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 bzw. unterhalb der Sollfüllhöhe 116) gebildet. Diese Anordnung ermöglicht den Austausch von Wärme zwischen einem Fluid in der ersten Fluidleitung 102a, einem Fluid in der zweiten Fluidleitung 102b und dem thermischen Speichermedium 108.

[0226] Auch beim Wärmeübertrag zwischen der zweiten Fluidleitung 102b (und mittelbar der ersten Fluidleitung 102a) und dem thermischen Speichermedium 108 ermöglicht die Anordnung des Wärmetauschers 104 im Speicherbehälter 106 einen effektiven Wärmeübertrag, wie oben im Zusammenhang mit dem Wärmeübertrag zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b beschrieben.

[0227] Der Wärmetauscher 104 erstreckt sich nach oben durch den Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 bis oberhalb der Sollfüllhöhe 116 des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108. Somit steht ein erster Bereich 144 (z. B. unterhalb der Sollfüllhöhe 116 des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108) des Wärmetauschers 104 in thermischem Kontakt mit dem thermischen Speichermedium 108, während ein zweiter Bereich 138 (z. B. oberhalb der Sollfüllhöhe 116 des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108) des Wärmetauschers 104 nicht mit dem thermischen Speichermedium 108 (oder dem dafür vorgesehenen Bereich des Speicherbehälters 106) in thermischem Kontakt steht, d. h. davon beabstandet bzw. durch Luft davon isoliert ist. Der erste Abschnitt 144 entspricht dem Mittelbereich des Wärmetauschers 144, der zweite Bereich 138 entspricht den beiden Endbereichen 138 des Wärmetauschers 104.

[0228] Als Referenzgröße für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des thermischen Kontakts zwischen einem Abschnitt des Wärmetauschers 104 und dem thermischen Speichermedium 108 kann die Wärmeleitfähigkeit zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b betrachtet werden. Ist die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Abschnitt des Wärmetauschers 104 und dem thermischen Speichermedium 108 (z. B. pro Länge) geringer (z. B. einfach geringer, oder um einen Faktor 2, 3, 5 oder 10 geringer) als die Wärmeleitfähigkeit zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b, so ist ein thermischer Kontakt nicht vorhanden. Dies führt dazu, dass sich die Temperaturen von Fluiden in der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b stärker aneinander angleichen als (z. B. jeweils) an die Temperatur des thermischen Speichermediums 108.

[0229] Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Wärmetauscher 104 in seinem Mitelbereich 144 (d. h. in seinem ersten Abschnitt 144) mit dem thermischen Speichermedium io8 im thermischen Kontakt steht, gleicht sich die Temperatur von Fluiden, die die Fluidleitungen 102a, 102b durchströmen, dort weitgehend an die Temperatur des thermischen Speichermediums 108 an. In zumindest einem Endbereich 138 (d. h. in seinem zweiten Abschnitt 138) steht der Wärmetauscher 104 hingegen nicht in thermischem Kontakt mit dem thermischen Speichermedium 108. Folglich nähert sich die Temperatur eines Fluids, das eine der Fluidleitungen 102a, 102b durchströmt, nach dem Durchströmen des Mittelbereichs 144 des Wärmetauschers 104, in diesem Endbereich 138 an die Temperatur des Fluids in der anderen Fluidleitung 102a, 102b an.

[0230] Bevorzugt wird der Wärmetauscher 104 als Gegenstromwärmetäuscher betrieben. Somit gleicht sich in dem Endbereich 138 die Temperatur des ausströmenden Fluids in der einen Fluidleitung 102a, 102b an die Temperatur des einströmenden Fluids in der anderen Fluidleitung 102a, 102b an. Typischerweise ist die Temperaturspreizung zwischen diesen Fluiden größer als die Temperaturdifferenz des ausströmenden Fluids zu dem thermischen Speichermedium 108. Somit wird das ausströmende Fluid in dem Endbereich 138 des Wärmetauschers 104 ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108 stärker gekühlt oder erhitzt als dies der Fall wäre, wenn der thermische Kontakt des Wärmetauschers 104 zu dem thermischen Speichermedium 108 über die gesamte Länge des Wärmetauschers 104 hinweg bestünde. Bei beispielhaften Ausführungsformen wird das ausströmende Fluid aus der zweiten Fluidleitung 102b zum Kühlen an eine photovoltaische Anlage geleitet, während das einströmende Fluid in die erste Fluidleitung 102a von einer kalten Seite einer Wärmepumpe kommend die benötigte Kälte bereitstellt. Bei solchen Ausführungsformen wird durch den Endbereich 138 des Wärmetauschers 104 eine geringere Temperatur des ausströmenden Fluids aus der zweiten Fluidleitung 102b und somit eine verbesserte Kühlung der photovoltaischen Anlage erreicht.

[0231] Das Ausmaß der Temperaturangleichung der Fluidleitungen 102a, 102b (bzw. der darin enthaltenen Fluide) in dem Endbereich 138 des Wärmetauschers kann durch Steuern der Strömungsgeschwindigkeit zumindest eines der Fluide (insbesondere beider Fluide) in seiner Fluidleitung 102a, 102b (insbesondere in den beiden Fluidleitungen 102a, 102b) gesteuert werden. Durch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit wird eine nennenswerte Temperaturangleichung zwischen den Fluidleitungen 102a, 102b (bzw. den darin enthaltenen Fluiden) vermieden. Das ausströmende Fluid weist im Wesentlichen die Temperatur des thermischen Speichermediums 108 auf. Durch eine geringe Strömungsgeschwindigkeit wird eine starke Temperaturangleichung zwischen den Fluidleitungen 102a, 102b (bzw. den darin enthaltenen Fluiden) bewirkt, und das ausströmende Fluid weist im Wesentlichen die Temperatur der anderen Fluidleitung (bzw. des darin enthaltenen Fluids) auf. Bevorzugt wird ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des ausströmenden Fluids bereitgestellt, und die Strömungsgeschwindigkeit eines der Fluide (oder der beiden Fluide) durch die zugehörige(n) Fluidlei- tung(en) 102a, 102b wird bezüglich der von dem Temperatursensor erfassten Temperatur (insbesondere zum Erreichen einer vorgegebenen Soll-Temperatur) geregelt.

[0232] Das thermische Speichermedium 108 besteht zu einem Großteil (beispielsweise hinsichtlich seines Volumens) aus Wasser. Zudem ist ein Frostschutzmittel enthalten, sodass der Gefrierpunkt des thermischen Speichermediums 108 unterhalb demjenigen von Wasser liegt, beispielsweise bei höchstens -1° oder höchstens -2 ⁰ , für Tieftemperaturanwendungen auch unterhalb von -20°C oder -35°C. Bei alternativen Ausführungsformen, insbesondere für die Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher, finden thermische Speichermedien 108 Anwendung, die einen Schmelzpunkt im Bereich von io°C bis 7O°C haben (z. B. io°C, 20°C oder 3O°C), wie beispielsweise Paraffine. Dadurch kann auch bei der Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher die Wärmekapazität des Speichermediums 108 durch Ausnutzung seiner latenten Wärme am Phasenübergang vergrößert werden.

[0233] Bei einigen Ausführungsformen ermöglicht die Wandung des Speicherbehälters 106 eine thermische Kopplung des thermischen Speichermediums 108 an ein den thermischen Speicherbehälter 106 umgebendes Medium. Konkret wird der Speicherbehälter 106 im Erdreich angeordnet, dass das umgebende Medium bildet.

[0234] Durch das in dem thermischen Speichermedium 108 enthaltene Frostschutzmittel und seinen Gefrierpunkt unterhalb desjenigen von Wasser ist sichergestellt, dass bei einem Absinken der Temperatur (insbesondere unter den Gefrierpunkt von Wasser) zunächst Wasser im umgebenden Medium gefriert, bevor das thermische Speichermedium 108 gefriert. Somit ist das thermische Speichermedium 108 effektiv vor dem Gefrieren geschützt, bzw. der Speicherbehälter 106 ist durch Frostschäden aufgrund einer Volumenausdehnung des thermischen Speichermediums 108 beim Gefrieren geschützt.

[0235] Um einen noch stärkeren Frostschutz zu gewährleisten, ist bei einigen Ausführungsformen in dem thermische Speichermedium 108 ein Frostschutzmittel wie Glykol in einer Konzentration von bis zu 50% enthalten, um den Gefrierpunkt des thermische Speichermedium 108 weiter abzusenken, wie beispielsweise auf -20°C oder -35°C.

[0236] Bevorzugt wird der Wärmespeicher und -tauscher 100 (bzw. der Wärmetauscher 104) als Gegenstromwärmetäuscher verwendet, d. h. ein Fluidstrom durch die erste Fluidleitung 102a ist entgegengesetzt zu einem Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung 102b gerichtet. Dies verbessert die Effektivität des Wärmeübertragens zwischen der ersten Fluidleitung 102a und der zweiten Fluidleitung 102b weiter.

[0237] Fig. 2a zeigt einen Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 1 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a ist mit einer Reihe von Modifikationen gebildet. Entsprechend unterschiedlichen Ausführungsformen ist ein Wärmespeicher und -tauscher 100 mit nur einer oder einer Kombination der beschriebenen Modifikationen gebildet.

[0238] Die Höhe h des für das thermische Speichermedium (nicht dargestellten) vorgesehenen Bereichs des Speicherbehälters 106 ähnelt der entsprechenden Höhe bei dem Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 1 und beträgt etwa 2 m. Zusätzlich weist der Speicherbehälter 106 der Fig. 2a oberhalb des für das thermische Speichermedium vorgesehenen Bereichs einen Bereich 142 (im Kontext dieser Offenbarung als Dom 142 bezeichnet) auf, der nicht für das thermische Speichermedium vorgesehen ist, sondern Raum für andere Elemente, insbesondere die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b bereitstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel durchlaufen die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b den Dom 142 geradlinig in vertikaler Richtung. Die Zu-/Ableitungen 112, 114 sind somit oberhalb des Doms 142 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen biegen die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b in dem Dom von unten kommend zur Seite (in die horizontale Richtung) ab. Bei entsprechenden Ausführungsformen sind die Zu-/ Ableitungen 112, 114 seitlich von dem Dom 142 angeordnet.

[0239] Zur Verwendung des Wärmespeicher und -tauschers 100 als unterirdischer Wärmespeicher wird der für das thermische Speichermedium vorgesehene Bereich des Speicherbehälters 106 im Erdreich angeordnet, während der Dom 142 zumindest teilweise oberirdisch angeordnet ist. Somit sind die Fluidleitung 102a, 102b zum Verbinden oberirdisch zugängig.

[0240] In dem Speicherbehälter 106 der Fig. 2a ist ein zusätzlicher Wärmetauscher 118 mit Zu- / Ableitungen 120 für ein Fluid angeordnet.

[0241] Der zusätzliche Wärmetauscher 118 ermöglicht eine effektive und steuerbare thermische Kopplung des Wärmespeicher und -tauschers 100 bzw. des darin angeordneten thermischen Speichermediums an ein den Speicherbehälter 106 umgebendes Medium, konkret an das Erdreich bei unterirdischer Anordnung des Speicherbehälters 106. Hierfür ist ein Erdwärmekollektor in dem Erdreich angeordnet, und eine Fluidleitung des Erdwärmekollektors ist mit den Zu-/Ableitungen 120 verbunden. Über ein Ventil und/oder eine Umwälzpumpe wird der Strom eines Fluids (beispielsweise einer Sole) durch den zusätzlichen Wärmetauscher 118 und seriell durch die Fluidleitung des Erdwärmekollektors gesteuert, und somit die thermische Kopplung des Wärmespeicher und -tauschers 100 an das Erdreich.

[0242] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel tritt die Fluidleitung des zusätzlichen Wärmetauschers 118 seitlich durch den Speicherbehälter 106. In anderen Worten sind die Zu-/Ab- leitungen 120 seitlich von dem Speicherbehälter 106 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen tritt die Fluidleitung des zusätzlichen Wärmetauschers 118 nach oben (wie die Fluidleitungen 102a, 102b) durch den Speicherbehälter 106. In solchen Ausführungsformen sind die Zu-/Ableitungen 120 oberhalb des für das thermische Speichermedium 108 vorgesehenen Bereichs des Speicherbehälters 106 angeordnet. Entsprechend den oben beschriebenen Zu- / Ableitungen 112, 114 können sie dabei oberhalb des Speichermediums 108 teilweise horizontal verlaufen. Eine entsprechende Anordnung kann das Anschließen der Zu-/Ableitungen 120 an den Erdwärmekollektor erleichtern.

[0243] Der Wärmetauscher 104 der Fig. 2a weist in einem seiner Endabschnitte 138 eine thermische Isolierung 140 auf. Diese ist als Ummantelung zumindest einer der Fluidleitungen 102a, 102b mit einem thermisch isolierenden Material, insbesondere einem porösen Material und/ oder einem solchen mit einem vakuumierten Bereich, ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Doppelrohrwärmetauscher 104 sind die beiden Fluidleitungen 102a, 102b ummantelt.

[0244] Die thermische Isolierung 140 definiert somit den Endbereich 138 des Wärmetauschers 104 ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108, mit den im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschriebenen Effekten und Vorteilen. Ein Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, dass bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Endbereich 138 des Wärmetauschers ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108 durch denjenigen Bereich des Wärmetauschers 104 definiert wird, der außerhalb des Bereichs des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 (z. B. oberhalb der Sollfüllhöhe 116) angeordnet ist.

[0245] Durch das Vorsehen der thermischen Isolierung 140 kann somit Ausmaß und Position des Endbereichs 138 des Wärmetauschers 104 ohne thermischen Kontakt zu dem thermischen Speichermedium 108 (und somit die Temperaturangleichung der Fluidleitungen 102a, 102b bzw. der darin enthaltenen Fluide) gezielt und unabhängig vom Verlauf der Fluidleitungen 102a, 102b eingestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Endbereich 138 des Wärmetauschers die thermische Isolierung 140 auf. Bei alternativen Ausführungsformen sind beide Endbereiche 138 mit der thermischen Isolierung ausgestattet.

[0246] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a umfasst zudem ein Druckausgleichsgefäß 130a, 130b, 130c.

[0247] Das Druckausgleichsgefäß 130a, 130b, 130c weist einen Druckausgleichsack 130a für eine Ausdehnungsflüssigkeit 136 auf, ein Steigrohr 130b und ein Druckausgleichbehälter 130c.

[0248] Im Betrieb ist der Druckausgleichsack 130a mit der Ausdehnungsflüssigkeit 136 gefüllt, wenn sich das thermische Speichermedium im flüssigen Aggregatzustand befindet. Der Druckausgleichbehälter 130c stellt in diesem Zustand ein Gasvolumen bereit, das der Volumenzunahme des thermischen Speichermediums beim Gefrieren (z. B. 8% im Falle von Wasser) zumindest entspricht.

[0249] Gefriert im Betrieb das thermische Speichermedium, so nimmt sein Volumen zu, im Falle von Wasser um etwa 8%. Dabei drückt das thermische Speichermedium den Druckausgleichsack 130a zusammen und einen Teil der zuvor darin enthaltenen Ausdehnungsflüssigkeit 136 durch das Steigrohr 130b in den Druckausgleichbehälter 130c. Die Ausdehnungsflüssigkeit 136 verdrängt dort das Gas des Gasvolumens. Im Ergebnis kann sich das thermische Speichermedium ausdehnen, ohne dass eine Gefahr besteht, dass der Speicherbehälter 106 dadurch beschädigt wird.

[0250] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a eignet sich somit besonders gut für die Verwendung als Niedertemperatur- Wärmespeicher bzw. als Kältespeicher.

[0251] Wie in Fig. 2b illustriert, weist der Wärmespeicher und -tauscher 100 (insbesondere für die Verwendung als Niedertemperatur- Wärmespeicher bzw. als Kältespeicher) bei einigen Ausführungsformen eine Umwälzvorrichtung 150 auf, beispielsweise eine Umwälzpumpe 150 oder ein Rührwerk 150. Diese wälzt das Speichermedium 108 in dem Speicherbehälter 106 um, wenn die Temperatur des Speichermediums 108 dessen Gefrierpunkt erreicht oder unterschreitet. Bei einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) weist der Wärmespeicher und - tauscher 100 die Umwälzvorrichtung 150 zusätzlich zu dem Druckausgleichsgefäß 130a, 130b, 130c auf. [0252] Durch die Umwälzvorrichtung 150 wird Eisbildung verringert und die Wärmeleitung in dem Speicherbehälter 106 verbessert. Die Umwälzvorrichtung 150 verzögert eine Schichtungsumkehr, die sonst auftritt, wenn bei Verwendung eines Wasser umfassenden (d. h. wässrigen) thermischen Speichermediums dessen Temperatur 4°C durchläuft. Da die Dichte des wässrigen thermischen Speichermediums um 4°C ihr Maximum erreicht, befindet sich bei einer (z. B. mittleren) Temperatur des Speicherbehälters (oder des darin enthaltenen thermischen Speichermediums) bei Temperaturen oberhalb bzw. unterhalb von 4°C wärmeres bzw. kälteres thermisches Speichermedium im oberen Bereich des thermischen Speicherbehälters. Im unteren Bereich des thermischen Speicherbehälters befindet sich hingegen kälteres bzw. wärmeres thermisches Speichermedium. Beim Durchlaufen der Temperatur von 4°C findet die Schichtungsumkehr statt. Durch die Umwälzvorrichtung 150 wird eine Schichtbildung des thermischen Speichermediums reduziert, und somit die Schichtungsumkehr verzögert und letztlich die Eisbildung verringert.

[0253] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2b weist zudem einen Strömungskanal 146, 148 auf, der in dem thermischen Speicherbehälter 106 angeordnet ist. Der Strömungskanal 146, 148 ist so angeordnet, dass er der durch die Umwälzvorrichtung 150 erzeugten Strömung 152 eine Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vorgibt und/ oder sie begrenzt; dafür umschließt er zumindest einen Abschnitt der erzeugten Strömung 152.

[0254] In der dargestellten Ausführungsform wird der Strömungskanal 146, 148 von zwei zueinander konzentrischen Rohren 146, 148 gebildet.

[0255] Das äußere Rohr 148 umschließt einen Abschnitt des Wärmetauschers 104, sowie einen Abschnitt der erzeugten Strömung 152 und die Umwälzvorrichtung 150 selbst. Somit begrenzt es die erzeugte Strömung 152 nach außen und gibt ihr eine Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vor, indem es verhindert, dass die Strömung 152 sich allzu weit vom Wärmetauscher 104 entfernt. Das äußere Rohr 148 ist mit dem Doppelrohrwärmetauscher 104 konzentrisch.

[0256] In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Strömungskanal 146, 148 zudem ein inneres Rohr 146, dieses ist jedoch optional und entfällt bei einigen Ausführungsformen. Das innere Rohr 146 begrenzt die erzeugte Strömung 152 weiter, nämlich nach innen, und gibt ihr somit ebenfalls eine Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vor. Das innere Rohr 146 ist mit dem Doppelrohrwärmetauscher 104 konzentrisch und zudem mit dem äußeren Rohr 148. [0257] Der Strömungskanal 146, 148 verbessert die Effektivität der Umwälzvorrichtung 150, indem es die von ihr erzeugte Strömung 152 auf den Wärmetauscher 104 richtet, d. h. sie begrenzt und ihr die Richtung zum Wärmetauscher 104 hin vorgibt. Dadurch wird in sämtlichen Ausführungsformen der Wärmeübertrag zwischen Wärmetauscher 104 und Speicherbehälter bzw. thermischem Speichermedium verbessert; entsprechend kann die Umwälzvorrichtung 150 und optional der Strömungskanal 146, 148 im Zusammenhang mit sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein.

[0258] Zudem kann die Umwälzvorrichtung besonders effektiv Eisbildung am Wärmetauscher 104 verzögern bzw. vermeiden. Eisbildung ist am Wärmetauscher 104 besonders unerwünscht, da sie zu einem reduzierten Wärmeleitung (insbesondere zwischen Wärmetauscher 104 und thermischem Speicherbehälter 106 bzw. dem thermischen Speichermedium) führen kann oder gar zu Frostschäden an dem Wärmetauscher 104.

[0259] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2b ist somit, wie auch der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 2a, besonders gut an eine Verwendung als Latentwärmespeicher bzw. als Eisspeicher sowie an eine Verwendung bei Temperaturen um den Gefrierpunkt angepasst. Um die Eignung des Wärmespeicher und -tauschers 100 der Fig. 2b weiter zu verbessern, kann optional eines oder alle der im Zusammenhang mit der Fig. 2a beschriebenen Merkmale vorgesehen sein.

[0260] Fig.3 zeigt einen Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 1, der Fig. 2a und dem der Fig. 2b ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 ist mit einer Reihe von Modifikationen gebildet. Entsprechend unterschiedlichen Ausführungsformen ist ein Wärmespeicher und -tauscher 100 mit nur einer oder einer Kombination der beschriebenen Modifikationen gebildet.

[0261] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 ist als Mehrzonenwärmespeicher ausgelegt.

[0262] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 weist drei zusätzliche Wärmetauscher 118, 122, 126 auf, die auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind.

[0263] Das thermische Speichermedium 108 im Speicherbehälter 106 des Wärmespeicher und -tauschers 100 weist einen Temperaturverlauf auf, bei dem die Temperatur von unten nach oben zunimmt (Temperaturschichtung). Somit entsprechen die unterschiedlichen Höhen, auf denen die zusätzlichen Wärmetauscher 118, 122, 126 im Speicherbehälter 106 angeordnet sind, unterschiedlichen Temperaturen des thermischen Speichermediums 108 im Speicherbehälter 106.

[0264] Der unterste zusätzliche Wärmetauscher 118 dient der thermischen Kopplung an einen Erdwärmekollektor oder an das umgebende Erdreich.

[0265] Der mittlere zusätzliche Wärmetauscher 122 dient der Entnahme von Wärme bei einer ersten, geringeren Temperatur, beispielsweise für ein Heizungssystem.

[0266] Der obere zusätzliche Wärmetauscher 126 dient der Entnahme von Wärme bei einer zweiten, höheren Temperatur, beispielsweise für Brauchwasser.

[0267] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Wärmetauscher 118, 122, 126 bzw. ihre Zu-/Ableitungen 120, 124, 128 seitlich aus dem Speicherbehälter 106 geführt. Bei alternativen Ausführungsformen sind die zusätzlichen Wärmetauscher 118, 122, 126 bzw. ihre Zu-/ Ableitungen 120, 124, 128 nach oben aus dem Speicherbehälter 106 geführt, wie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen von Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b für die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b beschrieben. Dies kann das Anschließen weiterer Elemente an die Zu-/ Ableitungen 120, 124, 128 vereinfachen, insbesondere, wenn der Speicherbehälter 106 größtenteils (beispielsweise hinsichtlich seiner Höhenerstreckung) unterirdisch angeordnet ist, seine Oberseite jedoch aus dem Erdreich ragt.

[0268] Bei einigen Ausführungsformen weist der Endbereich 138 des Wärmetauschers eine thermische Isolierung 140 auf, wie oben beschrieben. Im Betrieb strömt ein Fluid in der ersten Fluidleitung 102a durch diesen Endbereich 138 zu der Zu-/Ableitung 114 aus dem Speicherbehälter 106 (in der Fig. 3 nach oben) aus, beispielsweise zur warmen Seite einer Wärmepumpe. Dabei wird seine Temperatur angeglichen an diejenige eines Fluids, das in der zweiten Fluidleitung 112b in dem Endbereich 138 von der Zuleitung 112 in den Speicherbehälter 106 (in der Fig. 3 nach unten) einströmt, beispielsweise von einem Erdwärmekollektor kommend. Liegt die Temperatur des ausströmenden Fluids in der ersten Fluidleitung 102a über derjenigen des einströmenden Fluids in der zweiten Fluidleitung 102b, wird das ausströmende Fluid in der ersten Fluidleitung 102a weiter abgekühlt (ihm Wärme entnommen), das einströmende Fluid in der zweiten Fluidleitung 102b wird erwärmt (nimmt Wärme auf). Dadurch kann der Wär- meübertrag in dem Wärmespeicher und -tauscher 100 weiter verbessert werden, und der Wirkungsgrad (z. B. eine Arbeitszahl wie die Jahresarbeitszahl) der Wärmepumpe kann weiter verbessert werden.

[0269] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 weist zudem im obersten Abschnitt des Speicherbehälters 106 einen Abschnitt 138' der ersten Fluidleitung 102a auf (nicht dargestellt), der thermisch an den Bereich des Speicherbehälters 106 für das thermische Speichermedium 108 gekoppelt, jedoch von der zweiten Fluidleitung 102b thermisch isoliert ist. In diesem Bereich ist der Doppelrohrwärmetauscher 104 nicht ausgebildet. Vielmehr steht die erste Fluidleitung 102a mit dem thermischen Speichermedium 108 im direkten thermischen Kontakt und bildet mit diesem einen Wärmetauscher, ist jedoch von der zweiten Fluidleitung 102b thermisch isoliert. Dafür sind die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b in diesem Abschnitt 138' voneinander beabstandet (z. B. durch ein Isoliermaterial oder durch das thermische Speichermedium 108). Bevorzugt sind die erste Fluidleitung 102a und die zweite Fluidleitung 102b in dem Abschnitt 138' getrennt voneinander von jeweils einer ihrer Zu-/Ableitun- gen 112, 114 in den Speicherbehälter geführt, und erst in dem Speicherbehälter 106 zu dem Wärmetauscher 104 zusammengeführt.

[0270] Entsprechend überträgt die erste Fluidleitung 102a die darin (oder in dem von ihr geführten Fluid) enthaltene Wärme direkt nach ihrem Eintritt in den Speicherbehälter 106 an das thermische Speichermedium 108 im obersten Bereich des Speicherbehälters 106. Typischerweise führt dabei die erste Fluidleitung 102a in diesem Bereich 138' ein Fluid, das von der warmen Seite einer Wärmepumpe kommend in den Speicherbehälter 106 einströmt. Somit findet der Wärmeübertrag bei maximaler Temperatur statt, d. h. im Wesentlichen bei der Temperatur der warmen Seite der Wärmepumpe bzw. bei der Temperatur, mit der das Fluid von der Wärmepumpe kommend in den Speicherbehälter einströmt; insbesondere ohne einen nennenswerten Temperaturverlust durch Wärmeübertrag von der ersten Fluidleitung 102a an die zweite Fluidleitung 102b.

[0271] Ein oberer Bereich 132a der Mantelfläche (oberer Mantelbereich) des Speicherbehälters 106 weist eine thermische Isolierung 134 auf. In einem unteren Bereich 132b der Mantelfläche (unterer Mantelbereich) des Speicherbehälters 106 ist die thermische Isolierung nicht vorhanden. In anderen Worten ist der obere Mantelbereich 132a gegenüber einem den Speicherbehälter 106 umgebenen Medium stärker thermisch isoliert als der untere Mantelbereich 134a, typischerweise mindestens dreimal stärker (d. h. mit einem mindestens dreifach geringerem thermischen Leitwert). [0272] Die Höhenerstreckung hi des oberen Mantelbereichs 132a ist etwa doppelt so groß wie die Höhenerstreckung h2 des unteren Mantelbereichs 132b. In anderen Worten beträgt die Höhenerstreckung hi (I12) des oberen (bzw. unteren) Mantelbereichs 132a (132b) etwa zwei Drittel (etwa ein Drittel) der Höhenerstreckung h des für das thermische Speichermedium vorgesehenen Bereichs des Speicherbehälters 106.

[0273] Die schwächere oder im Wesentlichen nicht vorhandene thermische Isolierung des unteren Mantelbereichs 132b führt zu einer thermischen Kopplung des unteren Mantelbereichs 132b an das den Speicherbehälter 106 umgebende Medium, typischerweise an das den Speicherbehälter 106 umgebende Erdreich.

[0274] Somit wird das den Speicherbehälter 106 umgebende Medium bzw. Erdreich als zusätzliches thermische Speichermedium für Wärme bei geringer Temperatur nutzbar gemacht.

[0275] Der obere Bereich des Speicherbehälters 106, in dem das thermische Speichermedium eine höhere Temperatur aufweist, ist jedoch durch den oberen Mantelbereich 132a und die Isolierung 134 thermisch isoliert, um eine hinreichend hohe Temperatur im oberen Bereich des Speicherbehälters 106 beispielsweise für Brauchwasser sicherzustellen.

[0276] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 3 eignet sich (z. B. aufgrund seines Aufbaus als Mehrzonenwärmespeicher) besonders gut für die Verwendung als Hochtemperatur- Wärmespeicher.

[0277] Fig. 4 zeigt ein System 200 mit einem Wärmespeicher und -tauscher 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

[0278] Das System 200 umfasst den Wärmespeicher und -tauscher 100, einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210, ein Steuergerät 202, eine Wärmepumpe 204, eine Solaranlage 206, 208.

[0279] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ähnelt demjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder der Fig. 3.

[0280] Gemäß der Darstellung der Fig. 4 ähnelt der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 ebenfalls demjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder der Fig. 3. Bei anderen Ausführungsformen ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 jedoch anders oder einfacher aufgebaut. Verschiedene Ausführungsformen sind möglich, solange der zweite Wärmespeicher und -tau- scher 210 einen Speicherbehälter 220, eine erste Fluidleitung 212a und eine zweite Fluidleitung 212b aufweist, und dazu eingerichtet ist, ein Übertragen von Wärme zwischen der ersten Fluidleitung 212a und dem Speicherbehälter 220 (bzw. einem darin angeordneten thermischen Speichermedium) sowie zwischen der zweiten Fluidleitung 212b und dem Speicherbehälter 220 (bzw. dem darin angeordneten thermischen Speichermedium) zu ermöglichen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das durch einen einzigen Wärmetauscher 222 erreicht, in alternativen Ausführungsformen können jedoch mehrere Wärmetauscher vorgesehen sein.

[0281] Bei alternativen Ausführungsformen ähnelt der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 zumindest einem der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder der Fig. 3,. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. 4 kann einfacher aufgebaut sein, solange er die oben im Zusammenhang mit den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 beschriebenen Merkmale aufweist.

[0282] Das System 200 wird zumindest zeitweise (z. B. während Sommer bzw. Winter) derart betrieben, dass einer der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 als Niedertemperatur- Wärmespeicher (d. h. als Kältespeicher) betrieben wird, und der andere Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 als Hochtemperatur-Wärmespeicher. Bei einer derartigen Nutzung wird die Temperaturspreizung zwischen Kältespeicher und Hochtemperatur-Wärmespeicher möglichst groß gehalten, z. B. indem bei Betrieb der Wärmepumpe 204 von dieser Wärme in den Hochtemperatur- Wärmespeicher und Kälte in den Kältespeicher abgegeben wird. Durch die Verwendung der beiden Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 in dem System 200 als Wärme- und Kältespeicher ist, wie oben beschrieben, der Wirkungsgrad des Systems 200 verbessert gegenüber einem konventionellen System zur Wärmegewinnung, bei dem die von der Wärmepumpe abgegebene Kälteenergie als Abfallprodukt an die Umwelt, z.B. Luft oder Grundwasser, abgegeben wird. Ebenso ist der Wirkungsgrad des Systems 200 verbessert gegenüber einem konventionellen Klimaanlagensystem, bei dem die von der Wärmepumpe abgegebene Wärmeenergie als Abfallprodukt an die Umwelt abgegeben wird.

[0283] Das System 200 ermöglicht zudem eine zeitweise, insbesondere am Übergang von Winter zu Sommer bzw. von Sommer zu Winter, Nutzung beider Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 als Kältespeicher bzw. (Hochtemperatur- )Wärmespeicher. Dabei wird gegen Ende des Winters möglichst viel Kälte in beide Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 eingebracht, um im Sommer zum Kühlen bereitzustehen. Gegen Ende des Sommers wird möglichst viel Wärme in beide Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 eingebracht, um während des Winters für das Heizen zur Verfügung zu stehen.

[0284] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist mittels der ersten Fluidleitung 102a thermisch an eine kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 gekoppelt.

[0285] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist mittels der zweiten Fluidleitung 102b thermisch an die Solaranlage 206, 208 gekoppelt.

[0286] Der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist mittels des zusätzlichen Wärmetauschers 118 thermisch an einen Erdwärmekollektor 224 im Erdreich 230 gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Kopplung zwischen dem Wärmespeicher und -tauscher 100 und dem Erdreich 230 durch die Wandung des Wärmespeicher und -tauschers 100 bewirkt.

[0287] Alternativ oder zusätzlich zur thermischen Kopplung des Wärmespeicher und -tauschers 100 an Erdwärmekollektor 224 und/ oder Erdreich 230 koppelt der zusätzliche Wärmetauscher 118 bei einigen Ausführungsformen den Wärmespeicher und -tauscher 100 an ein (insbesondere Nah-) Wärmenetz. Dafür ist der zusätzliche Wärmetauscher 118 direkt an das (Nah-) Wärmenetz gekoppelt (d. h. statt an den Erdwärmekollektor 224 und/oder das Erdreich 230), oder in Reihe mit dem Erdwärmekollektor 224 und/oder dem Erdreich 230. Letztere Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft zur Verwirklichung eines (Nah-)Wärmenet- zes über mehrere Gebäude oder Grundstücke hinweg, die in Umgebung zueinander, d. h. in einem Quartier, angeordnet sind. Dabei wird in jedem Gebäude bzw. auf jedem Grundstück ein System 200 zu dessen Versorgung installiert. Die Wärmespeicher und -tauscher 100 der Systeme werden mittels der (z. B. in Reihe mit den) zugeordneten Erdwärmekollektoren 224 miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Wärmespeicher (insbesondere einen Niedertemperatur-Wärmespeicher bzw. Kältespeicher) großer Kapazität zu realisieren. Entsprechend werden die Wärmespeicher und -tauscher 210 der Systeme 200 mittels der zugeordneten Erdwärmekollektoren 228 miteinander verbunden, um einen weiteren gemeinsamen Wärmespeicher (insbesondere einen Hochtemperatur- Wärmespeicher) großer Kapazität zu realisieren.

[0288] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 ist mittels seiner ersten Fluidleitung 212a thermisch an eine warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 gekoppelt.

[0289] Der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 ist mittels seiner zweiten Fluidleitung 212b thermisch an die Solaranlage 206, 208 gekoppelt. [0290]Die dargestellte Solaranlage 206, 208 besteht aus einer photovoltaischen Anlage 206 und einer photothermischen Anlage 208. In alternativen Ausführungsbeispielen weist die Solaranlage keine photovoltaische Anlage 206 oder photothermische Anlage 208 auf, oder sie weist mehrere photovoltaische Anlagen 206 oder photothermische Anlagen 208 auf. Die photovoltaischen Anlage 206 und die photothermischen Anlage 208 können als monolithische Einheit miteinander integriert sein (z. B. kann eine einzige Anlage die Funktion als photovoltaische Anlage 206 und photothermische Anlage 208 übernehmen) oder räumlich voneinander getrennt sein.

[0291] Optional ist der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 mittels des zusätzlichen Wärmetauschers 218 thermisch an einen Erdwärmekollektor 228 im Erdreich 232 gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich wird die thermische Kopplung zwischen dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 und dem Erdreich 232 durch die Wandung des Wärmespeicher und -tau- schers 100 bewirkt, bevorzugt durch einen unteren Mantelbereich des Speicherbehälters 220, wie entsprechend im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschrieben.

[0292] Zusätzlich zu den als durchgezogene Linie dargestellten Fluidleitungen weist das System 200 Steuerungsleitungen auf, die das Steuergerät 202 mit den anderen Komponenten verbinden. Die Steuerungsleitungen sind als gestrichelte Linien dargestellt. Die Steuerungsleitungen sind dazu eingerichtet, elektrische Signale zu übertragen und dadurch das Steuern der mit dem Steuergerät 202 verbundenen Komponenten durch das Steuergerät 202 zu ermöglichen.

[0293] Insbesondere ist das Steuergerät 202 mit der photovoltaischen Anlage 206 und der Wärmepumpe 204 verbunden.

[0294] Durch seine Verbindung mit der photovoltaischen Anlage 206 empfängt das Steuergerät 202 Informationen hinsichtlich der aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 produzierten elektrischen Leistung.

[0295] Durch seine Verbindung mit der Wärmepumpe 204 steuert das Steuergerät 202 den Betriebszustand der Wärmepumpe 204, d. h. die aktuelle Leistung der Wärmepumpe. Insbesondere kann das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 204 aus- oder einschalten.

[0296] Das Steuergerät 202 stellt zudem einen Eingang bereit, um zusätzlich zu der aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 produzierten elektrischen Leistung weitere Informationen hinsichtlich der Verfügbarkeit von elektrischer Leistung zu erhalten. Diese Informationen beziehen sich unter anderem auf die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung aus Windkraft. [0297] Optional beziehen sich die Informationen auf einen Verbrauch von elektrischer Leistung, beispielsweise in einem dem System 200 zugeordneten Gebäude. In derartigen Ausführungsformen bezieht sich die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung auf die Differenz zwischen bereitgestellter elektrischer Leistung, beispielsweise von der photovoltaischen Anlage 206 und/oder einer Windkraftanlage, und dem Verbrauch von elektrischer Leistung.

[0298] Das Steuergerät 202 stellt zudem einen Eingang bereit, um Information hinsichtlich eines Wärmebedarfs zu erhalten, beispielsweise hinsichtlich eines mit Wärme zu versorgenden Gebäudes oder Gebäudekomplexes.

[0299] Zudem ist das Steuergerät 202 mit Temperatursensoren verbunden, die die Temperatur der photovoltaischen Anlage 206, der photothermischen Anlage 208, des Erdreichs 230, des Erdreichs 232, des (insbes. thermischen Speichermedium des) Wärmespeicher und -tau- schers 100 und des (insbes. thermischen Speichermediums des) zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 ermitteln und an das Steuergerät 202 übermitteln. Ist ein Wärmespeicher und -tauscher als Mehrzonenwärmetauscher ausgelegt, weist er mehrere Temperatursensoren auf, die dazu eingerichtet sind, die Temperatur auf unterschiedlichen Höhen seines Speicherbehälter zu ermitteln und an das Steuergerät 202 zu übermitteln.

[0300] Zudem ist das Steuergerät 202 mit Ventilen und Flussreglern verbunden, die als Kreise an Verbindungspunkten zwischen Fluidleitung dargestellt sind. Das Steuergerät regelt mittels der Ventile und Flussregler Richtung und Fluss der Fluidströmung durch die jeweilige Fluidleitung. Zudem steuert das Steuergerät 202 Umwälzpumpen (nicht dargestellt) und auch dadurch die Flüsse der Fluidströmungen durch die Fluidleitungen.

[0301] Insbesondere steuert das Steuergerät 220 den Fluss (beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit) durch zumindest eine der Fluidleitungen 102a, 102b, um die Temperatur eines Fluids beim Ausströmen aus einer der beiden Fluidleitungen 102a, 102b zu steuern, beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Endbereich 138 der Fig. 1, Fig. 2a und der Fig. 2b beschrieben. In gleicher Weise steuert das Steuergerät 220 den Fluss (beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit) durch zumindest eine der Fluidleitungen 212a, 212b, um die Temperatur eines Fluids beim Ausströmen aus einer der beiden Fluidleitungen 212a, 212b zu steuern.

[0302] Fig. 5a zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5a einen ersten Betriebsmodus 500a eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel. [0303] Bei dem ersten Betriebsmodus 500a der Fig. 5a steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 104 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch die Solaranlage 206, 208, die zweite Fluidleitung 102b und den Wärmetauscher 104 erzeugt wird; dass die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist; dass ein geschlossener Fluidstrom durch die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 102a erzeugt wird; und dass ein geschlossener Fluidstrom durch die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 212a erzeugt wird.

[0304] Dieser erste Betriebsmodus ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Solaranlage 206, 208 eine höhere Temperatur aufweist als der Wärmespeicher und -tauscher 100 bzw. sein thermisches Speichermedium. In diesem Falle wird Wärme aus der Solaranlage 206, 208 in den Wärmespeicher und -tauscher 100 übertragen. Die Solaranlage dient somit als photothermische Anlage 208. Zudem kühlt der Wärmespeicher und -tauscher 100 die Solaranlage 206, 208, was den Wirkungsgrad der photovoltaischen Anlage 206 erhöht.

[0305] Das Kühlen der photovoltaischen Anlage 206 wird dabei weiter verbessert, indem das Fluid, das durch die zweite Fluidleitung 102b zu der photovoltaischen Anlage 206 gelangt, in dem Wärmetauscher 104 in effektivem Wärmeaustausch mit dem kalten Fluid von der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 steht, das die erste Fluidleitung 102a durchströmt.

[0306] Da der Wärmetauscher 104 an seinem Ende (aus Sicht des Fluidstroms durch die zweite Fluidleitung 102b) einen Bereich aufweist, der thermisch von dem thermischen Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 isoliert ist, wird der Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung 102b unter die Temperatur des (insbesondere thermischen Speichermediums des) Wärmespeicher und -tauschers 100 gekühlt, was die Kühlung der photovoltaischen Anlage 206 weiter verbessert.

[0307] Bei der dargestellten Ausführungsform ist die warme Seite 216 der Wärmepumpe thermisch an den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210, insbesondere an seine erste Fluidleitung 212a, gekoppelt. Somit wird die Wärme von der warmen Seite 216 der Wärmepumpe 204 in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 eingespeichert und für Zeiten schlechter Verfügbarkeit nutzbar gemacht. [0308] Somit ist dieser erste Betriebsmodus insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe 204 gut ist, insbesondere also dann, wenn die aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 bereitgestellte elektrische Leistung einen vordefinierten kritischen Wert übersteigt oder elektrische Leistung nach einem anderen der oben beschriebenen Kriterien gut verfügbar ist.

[0309] Hier und im Folgenden werden Betriebsmodi, bei denen die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist, als aktiv bezeichnet. Aktive Betriebsmodi zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass die Wärmepumpe mit einer Leistung von mindestens 10%, mindestens 20% oder mindestens 30 % ihrer Maximalleistung betrieben wird, oder dadurch, dass die Wärmepumpe mit einer Leistung von mindestens 10%, mindestens 20% oder mindestens 30 % einer Peakleistung der photovoltaischen Anlage 206 betrieben wird.

[0310] Bei sämtlichen Betriebsmodi wird, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe 204 gut ist (wie oben für den ersten Betriebsmodus dargestellt) stets ein aktiver Betriebsmodus gewählt, insbesondere also dann, wenn die aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 bereitgestellte elektrische Leistung einen aktuellen Verbrauch elektrischer Energie und/oder einen vordefinierten kritischen Wert übersteigt. Somit wird dann Energie als Wärme in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 eingespeichert, wenn sie als elektrische Leistung besonders gut oder gar im Überschuss verfügbar ist. Alternativ wird der aktive Betriebsmodus gewählt, wenn elektrische Leistung nach einem anderen der oben beschriebenen Kriterien gut verfügbar ist.

[0311] Fig. 5b zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5b einen zweiten Betriebsmodus 500p eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel.

[0312] Bei dem zweiten Betriebsmodus 500p der Fig. 5b steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 104 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch die Solaranlage 206, 208, die zweite Fluidleitung 102b und den Wärmetauscher 104 erzeugt wird; und dass die Wärmepumpe 204 im ausgeschalteten Betriebszustand ist.

[0313] In anderen Worten entspricht der geschlossene Fluidstrom durch die zweite Fluidleitung 102b bei dem zweiten Betriebsmodus demjenigen bei dem ersten Betriebsmodus, aller- dings bei abgeschalteter Wärmepumpe 204. In anderen Worten entspricht der zweite Betriebsmodus 500p als passiver Betriebsmodus dem ersten Betriebsmodus 500a als aktivem Betriebsmodus.

[0314] Alternativ zu dargestellten Ausführungsform, bei der der Fluidstrom durch den ersten Wärmespeicher und -tauscher 100 gelenkt wird, wird der Fluidstrom bei einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) durch den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 gelenkt. Dies lässt sich durch Umstellen der Ventile 508a, 508b erreichen.

[0315] Hier und im Folgenden werden Betriebsmodi, bei denen die Wärmepumpe 204 im ausgeschalteten Betriebszustand ist, als passiv bezeichnet. Passive Betriebsmodi zeichnen sich beispielsweise dadurch aus, dass die Wärmepumpe mit einer Leistung betrieben wird, die höchstens der Hälfte, höchstens einem Drittel, höchstens einem Viertel, oder höchstens einem Fünftel der Leistung im entsprechenden aktiven Betriebsmodus entspricht. Beispielsweise wird die Wärmepumpe mit einer Leistung von höchstens 9%, höchstens 6% oder höchstens 3 % ihrer Maximalleistung betrieben, oder mit einer Leistung von höchstens 9%, höchstens 6% oder höchstens 3 % einer Peakleistung der photovoltaischen Anlage 206.

[0316] Beim zweiten Betriebsmodus sowie bei sämtlichen anderen Betriebsmodi wird ein passiver Betriebsmodus immer dann gewählt, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung für den Betrieb der Wärmepumpe 204 schlecht ist, insbesondere also dann, wenn die aktuell von der photovoltaischen Anlage 206 bereitgestellte elektrische Leistung einen aktuellen Verbrauch elektrischer Energie und/oder einen zweiten vordefinierten kritischen Wert unterschreitet. Somit wird eine Leistungsaufnahme durch die Wärmepumpe 204 gering gehalten, wenn elektrische Leistung schlecht verfügbar ist.

[0317] Wie der erste Betriebsmodus 500a ist dieser zweite Betriebsmodus 500p insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Solaranlage 206, 208 eine höhere Temperatur aufweist als der Wärmespeicher und -tauscher 100 bzw. sein thermisches Speichermedium, um die oben in Zusammenhang mit dem ersten Betriebsmodus beschriebenen Vorteile zu erzielen.

[0318] Darüber hinaus ist der zweite Betriebsmodus dann vorteilhaft, wenn die Temperatur der Solaranlage 206, 208 dem Gefrierpunkt von Wasser entspricht oder darunter liegt, während die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100 bzw. seines thermisches Speichermediums darüber liegt. Bei entsprechenden Temperaturen kann sich Schnee oder Eis auf der Solaranlage 206, 208 bilden. Durch Betrieb des Systems im zweiten Betriebsmodus, beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, können Schnee oder Eis abgetaut werden. Dadurch kann mehr Licht auf die Solaranlage 206, 208 gelangen, und sie kann mehr elektrische Leistung und/oder Wärme bereitstellen.

[0319] Fig. 5c zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5c den ersten Betriebsmodus 5ooa‘ des Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem weiteren Beispiel.

[0320] Der erste Betriebsmodus 5ooa‘ nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5c ähnelt dem ersten Betriebsmodus 500a nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5a. Allerdings regelt das Steuergerät 202 derart, dass der geschlossene Fluidstrom durch die photovoltaische Anlage 206, die photothermische Anlage 208, die zweite Fluidleitung 102b und den Wärmetauscher 104 zudem in Reihe den Erdwärmekollektor 224 durchläuft.

[0321] Bei entsprechenden Ausführungsformen kann somit der Erdwärmekollektor 224 bzw. das Erdreich 230 als zusätzlicher Wärmespeicher genutzt werden.

[0322] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durchläuft das Fluid den Erdwärmekollektor 224, bevor es den oberen Bereich des Speicherbehälters 106 durchläuft. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Temperatur des Fluids beim Einspeisen in den Erdwärmekollektor 224 bzw. nach Durchlaufen der Solaranlage 206, 208 (Vorlauftemperatur) die Temperatur im (insbes. oberen Bereich des) Speicherbehälter 106 übersteigt. Entsprechend erhält das Steuergerät 202 Informationen über die Vorlauftemperatur und die Temperatur im (oberen Bereich des) Speicherbehälter 106. Übersteigt die Vorlauftemperatur die Temperatur im (oberen Bereich des) Speicherbehälter 106, wählt das Steuergerät 202 den Betriebsmodus 5ooa‘ und dieser wird ausgeführt.

[0323] Bei alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt) durchläuft das Fluid den Erdwärmekollektor 224, nachdem es den unteren Bereich des Speicherbehälters 106 durchlaufen hat. Entsprechende Ausführungsformen sind dann vorteilhaft, wenn die Temperatur des Erdwärmespeichers unterhalb der Temperatur des (insbes. unteren Bereichs des) Speicherbehälters 106 liegt. Das Steuergerät 202 wählt einen solchen Betriebsmodus, und er wird ausgeführt, wenn die Vorlauftemperatur unterhalb der Temperatur im (insbes. unteren Bereich des) Speicherbehälters 106 liegt.

[0324] Fig. 5d zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5d einen dritten Betriebsmodus 530 eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel.

[0325] Bei dem dritten Betriebsmodus 530 steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 204 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist; dass ein geschlossener Fluidstrom durch die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 102a erzeugt wird; und dass ein geschlossener Fluidstrom durch die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 212a erzeugt wird.

[0326] Der dritte Betriebsmodus 510 erlaubt somit, Wärme von dem Wärmespeicher und - tauscher 100 in den Wärmespeicher und -tauscher 210 zu übertragen. Somit kann eine hinreichend hohe Temperatur des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 bzw. seines thermisches Speichermediums sichergestellt werden, insbesondere in dessen oberen Bereich, in dem der Wärmetauscher 126 Wärme für Brauchwasser entnimmt. Die Temperatur für Brauchwasser ist somit regelmäßig hinreichend hoch, um eine Bildung von Legionellen zu vermeiden.

[0327] Bei der dargestellten Ausführungsform wird zudem Wärme von der warmen Seite 216 der Wärmepumpe 204 oder Kälte von der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 mittels der Fluidleitung in 506b auf ein Gebäude 502 übertragen, um dieses zu heizen oder zu kühlen. Bei alternativen Ausführungsformen wird auf den Wärmeübertrag oder Kälteübertrag an das Gebäude 502 verzichtet. Ob Wärme oder Kälte oder keines von beidem an das Gebäude 502 übertragen werden soll, wird von dem Steuergerät 202 anhand einer Ist-Temperatur des Gebäudes 502 und einer Soll-Temperatur für das Gebäude 502, die ein Nutzer einstellt, bestimmt. Mit anderen Worten dient das System je nach Soll-Temperatur und Ist-Temperatur des Gebäudes zum Heizen oder Kühlen. Das Steuergerät 202 steuert die Ausführung des Betriebsmodus entsprechend.

[0328] Ein entsprechender Wärme- oder Kälteübertrag an das Gebäude 502 ist optional bei allen anderen aktiven Betriebsmodi, beispielsweise bei den vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 5a und Fig. 5c beschriebenen Betriebsmodi, möglich.

[0329] Bei dem dritten Betriebsmodus handelt es sich um einen aktiven Betriebsmodus, der dann ausgeführt wird, wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung zum Betreiben der Wärmepumpe 204 gut ist. Die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung wird wie oben beschrieben von dem Steuergerät 202 bestimmt. [0330] Fig. 5e zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5e einen vierten Betriebsmodus 520 eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel.

[0331] Bei dem vierten Betriebsmodus 520 steuert das Steuergerät 202 die Wärmepumpe 204 und die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch die Solaranlage 206, 208 und die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 erzeugt wird; dass die Wärmepumpe 204 im eingeschalteten Betriebszustand ist; und dass ein geschlossener Fluidstrom durch die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 und die erste Fluidleitung 212a erzeugt wird.

[0332] Auch bei diesem Betriebsmodus wird optional Wärme oder Kälte an das Gebäude 502 übertragen, wie oben im Zusammenhang mit dem Betriebsmodus der Fig. 5d beschrieben.

[0333] Der vierte Betriebsmodus 520 ermöglicht das Bereitstellen von Wärme aus der Solaranlage 206, 208 zum Heizen des Gebäudes 502 oder zum Einspeichern in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210. Alternativ zum Einspeichern in den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 kann die Wärme in den Wärmespeicher und -tauscher 100 eingespeichert werden.

[0334] Alternativ zum (insbesondere ausschließlichen) Einspeichern der Wärme in das Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 kann der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 mit dem Erdwärmekollektor 228 in Reihe geschaltet werden, sodass die Wärme in den Erdwärmekollektor 228 und den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 eingespeichert wird.

[0335] Entsprechend kann beim Einspeichern in den Wärmespeicher und -tauscher 100 der Erdwärmekollektor 224 in Reihe geschaltet werden.

[0336] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des vierten Betriebsmodus 520 wird die Wärme der Solaranlage 206, 208 als Wärmequelle entnommen. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Wärme einem der Erdwärmekollektoren 224, 228 als Wärmequelle entnommen. Bei solchen Ausführungsformen wird ein geschlossener Fluidstrom durch den Erdwärmekollektor 224 oder 228 und die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 erzeugt, anstelle des geschlossenen Fluidstroms durch die Solaranlage 206, 208 und die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204. Bevorzugt wird wahlweise Erdwärmekollektor 224, Erdwärmekollektor 228 oder Solaranlage 206, 208 als Wärmequelle verwendet, je nachdem, welches dieser Elemente die höchste Temperatur aufweist. Die Auswahl wird automatisiert von dem Steuergerät 202 anhand von mit diesen Elementen verknüpften Temperatursensoren vorgenommen.

[0337] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Wärme durch die Fluidleitung 506a mittels der Wärmepumpe 204 und die Fluidleitung 506b dem Gebäude 502 zugeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird stattdessen die Wärme durch die Fluidleitung 504 dem Gebäude 502 zugeführt, d. h. ohne Verwendung der Wärmepumpe 204 (und der Fluidleitungen 506a, 506b). Derartige alternative Ausführungsformen stellen einen passiven Betriebsmodus bereit, der dem dargestellten aktiven Betriebsmodus ansonsten entspricht. Der passive Betriebsmodus ist vorteilhaft, wenn die Temperatur der Solaranlage 206, 208 (oder die Temperatur eines der Erdwärmekollektor in 224, 228) die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100, bzw. seines Speichermediums, übersteigt und/oder wenn die Verfügbarkeit von elektrischer Leistung schlecht ist.

[0338] Fig. 5f zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das demjenigen der Fig. 4 ähnelt. Entsprechende Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, auf eine nochmalige Beschreibung wird verzichtet. Zudem illustriert Fig. 5t einen fünften Betriebsmodus 530 eines Verfahrens zum Betreiben des Systems gemäß einem Beispiel.

[0339] Bei dem fünften Betriebsmodus 530 steuert das Steuergerät 202 die Fluidströme durch die Fluidleitungen derart, dass ein geschlossener Fluidstrom durch den Wärmetauscher 126 und das Gebäude 502 erzeugt wird.

[0340] Entsprechend kann Wärme für das Gebäude 502, beispielsweise für Brauchwasser, aus dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 entnommen werden.

[0341] Bei alternativen Ausführungsformen des fünften Betriebsmodus 530 wird die Wärme für das Gebäude 502 mittels des Wärmetauschers 122 dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 oder mittels des Wärmetauschers 118 dem Wärmespeicher und -tauscher 100 oder mittels des Erdwärmekollektors 224 oder mittels des Erdwärmekollektors 228 dem Erdreich 230 oder 232 entnommen. [0342] Welcher Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228 verwendet wird, wird durch das Steuergerät 202 auf Grundlage von Temperaturen an den jeweiligen Wärmetauschern 118, 122, 126 und anhand einer angefragten Temperatur bestimmt, sowie anhand der Wahl eines aktiven oder passiven Betriebsmodus.

[0343] Zunächst bestimmt das Steuergerät 202 anhand der Verfügbarkeit elektrischer Leistung, ob ein aktiver oder passiver Betriebsmodus gewählt werden soll.

[0344] Bei Wahl eines passiven Betriebsmodus bzw. bei schlechter Verfügbarkeit von elektrischer Leistung, wählt das Steuergerät 202 den Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228, dessen Temperatur die angefragte Temperatur um den geringsten Betrag übersteigt. Findet sich kein Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228, dessen Temperatur die angefragte Temperatur übersteigt, so wählt das Steuergerät 202 den Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228 mit der höchsten Temperatur oder wechselt in einen aktiven Betriebsmodus.

[0345] Bei Wahl eines aktiven Betriebsmodus bzw. bei guter Verfügbarkeit von elektrischer Leistung wählt das Steuergerät 202 den Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228, und koppelt ihn an die kalte Seite der Wärmepumpe 204, bei dem die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 im Betrieb (insbesondere mit der günstig zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung) die angefragte Temperatur um den geringsten Betrag übersteigt.

[0346] Dieses Vorgehen stellt sicher, dass Wärme aus dem Wärmetauscher 118, 122, 126 oder Erdwärmekollektor 224, 228 mit der geringsten möglichen Temperatur entnommen wird und verbessert somit die Energieeffizienz des Systems.

[0347] Beispiele für entsprechende Varianten 530“, 530“, 530'“ des fünften Betriebsmodus 530 sind in der Fig. 5g, der Fig. 5h und der Fig. 5! dargestellt.

[0348] Bei dem Beispiel 530' der Fig. 5g ist elektrische Leistung aufgrund intensiver Sonneneinstrahlung auf die photovoltaische Anlage 206 gut verfügbar. Das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 hat eine Temperatur um -2 ⁰ entsprechend seinem Gefrierpunkt, und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und - tauschers 210 hat im oberen Bereich eine Temperatur von 6o° und im unteren Bereich von 20°. Das Erdreich 230 bzw. 232 hat eine Temperatur von 5 ⁰ bzw. 6°. Eine solche Situation kann während des Tages am Ende des Winters bzw. zu Beginn des Frühlings auftreten. [0349] Eine Fußbodenheizung im Gebäude fragt aufgrund einer Benutzerauswahl eine Temperatur von 35° bei dem Steuergerät 202 an.

[0350] Bei dem Beispiel 530' wird aufgrund der guten Verfügbarkeit elektrischer Leistung ein aktiver Betriebsmodus gewählt.

[0351] Bei dem dargestellten Beispiel ist die von der photovoltaischen Anlage 206 günstig zur Verfügung gestellte elektrische Leistung nicht ausreichend, um bei Betrieb der Wärmepumpe 204 mit dieser Leistung und einem Fluid aus dem Speicherbehälter 106 mit einer Temperatur von -2 ⁰ an der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 die warme Seite 216 auf die Solltemperatur von 35 ⁰ zu erhitzen. Allerdings ist die von der photovoltaischen Anlage 206 günstig zur Verfügung gestellte elektrische Leistung ausreichend, um bei Betrieb der Wärmepumpe 204 mit dieser Leistung und einem Fluid aus dem Erdreich 230 mit einer Temperatur von 5 ⁰ an der kalten Seite 214 der Wärmepumpe 204 die warme Seite 216 auf die Solltemperatur von 35 ⁰ zu erhitzen.

[0352] Somit wählt das Steuergerät 202 den Erdwärmekollektor 224 und koppelt ihn an die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204. Aus der warmen Seite 216 der Wärmepumpe 204 wird das Gebäude 502 beheizt.

[0353] Bei dem Beispiel 530“ der Fig. 5h ist elektrische Leistung aufgrund geringer Sonneneinstrahlung auf die photovoltaische Anlage 206 schlecht verfügbar. Das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 hat eine Temperatur von 11 ⁰ , und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 hat im oberen Bereich eine Temperatur von 75 ⁰ und im unteren Bereich von 40°. Das Erdreich 230 bzw. 232 hat eine Temperatur von 13 ⁰ bzw. 18°. Eine solche Situation kann in einer Nacht im Sommer auftreten.

[0354] Eine Fußbodenheizung im Gebäude fragt aufgrund einer Benutzerauswahl eine Temperatur von 18° bei dem Steuergerät 202 an.

[0355] Bei dem Beispiel 530“ wird aufgrund der schlechten Verfügbarkeit elektrischer Leistung ein passiver Betriebsmodus gewählt.

[0356] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weder die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100 noch die Temperatur des Erdreichs 230 ausreichend, um die Soll- Temperatur von 18° bereitzustellen. Allerdings ist die Temperatur des Erdreichs 232 ausreichend, um die Soll-Temperatur von 18° bereitzustellen. [0357] Somit wählt das Steuergerät 202 den Erdwärmekollektor 228 und koppelt ihn zum Heizen an das Gebäude 502.

[0358] Bei dem Beispiel 530‘“ der Fig. 5! ist elektrische Leistung aufgrund geringer Sonneneinstrahlung auf die photovoltaische Anlage 206 schlecht verfügbar. Das thermische Speichermedium des Wärmespeicher und -tauschers 100 hat eine Temperatur von 8°, und das thermische Speichermedium des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 hat im oberen Bereich eine Temperatur von 70° und im unteren Bereich von 40°. Das Erdreich 230 bzw. 232 hat eine Temperatur von 7 ⁰ bzw. 14 ⁰ . Eine solche Situation kann in einer Nacht im Spätsommer oder Herbst auftreten, nachdem die Außentemperatur jahreszeitlich bedingt gegenüber derjenigen des Beispiels der Fig. 5h abgefallen ist.

[0359] Eine Fußbodenheizung im Gebäude fragt aufgrund einer Benutzerauswahl eine Temperatur von 25 ⁰ bei dem Steuergerät 202 an.

[0360] Bei dem Beispiel 530“ wird aufgrund der schlechten Verfügbarkeit elektrischer Leistung ein passiver Betriebsmodus gewählt.

[0361] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weder die Temperatur des Wärmespeicher und -tauschers 100 noch die Temperatur des Erdreichs 230, 232 ausreichend, um die Soll-Temperatur von 25 ⁰ bereitzustellen. Allerdings ist die Temperatur des zweiten Wärmespeicher und -tauschers 210 ausreichend, um die Soll-Temperatur von 25 ⁰ bereitzustellen.

[0362] Somit wählt das Steuergerät 202 den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 und koppelt ihn zum Heizen an das Gebäude 502.

[0363] Bevorzugt wird beim Heizen in einem passiven Betriebsmodus aus einem der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 der dem Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 zugeordnete Erdwärmekollektor 224, 228 dem Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 vorgeschaltet, insbesondere dann, wenn die Temperatur des zugeordneten Erdwärmekollektors 224, 228 oberhalb der Rücklauftemperatur des Fluids aus dem Gebäude 502 liegt.

[0364] Entsprechend wird im dargestellten Beispiel der Erdwärmekollektor 228 dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 vorgeschaltet. Dies resultiert in einem Vorheizen des Fluids aus dem Gebäude, bevor es durch den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 geleitet wird. Das Fluid entnimmt somit einen Teil der Wärme zum Heizen des Gebäudes 502 dem System bei niedrigerer Temperatur (aus dem Erdwärmekollektor 228) statt bei höherer Temperatur (aus dem zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210). Die Wärmeentnahme bei geringerer Temperatur verbessert die Energieeffizienz des Systems weiter.

[0365] Der Fachmann versteht, dass die vorstehenden Beispiele lediglich verschiedene Betriebsweisen des Systems veranschaulichen sollen, ohne dass dabei eine Einschränkung der Lehre beabsichtigt ist. Beispielsweise können in Ausführungsbeispielen unterschiedliche thermische Speicher kombiniert werden, bspw. durch Mischen von flüssigen Wärmeleitmedien, welche mit unterschiedlichen thermischen Speichern thermisch gekoppelt sind, insbesondere mittels eines Mischventils, um eine angefragte Temperatur bereitzustellen.

[0366] Fig. 6a zeigt ein Nahwärmenetz-System 600 mit einem Nahwärmenetz und einem zweiten Nahwärmenetz. Das Nahwärmenetz und das zweite Nahwärmenetz basieren jeweils auf Wärmespeicher und -tauschern 100 bzw. Systemen 200. Die Wärmespeicher und -tauscher 100 können denjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 ähneln. Die Systeme 200 können denjenigen der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. sd, Fig. se, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5i ähneln.

[0367] Das Nahwärmenetz (bzw. das zweite Nahwärmenetz) dient zum Speichern von Wärme oder Kälte mit einer größeren Wärmekapazität als derjenigen, die ein einziger Wärmespeicher und -tauscher 100 oder ein einziges System 200 bereitstellen würde. Das Nahwärmenetz (bzw. das zweite Nahwärmenetz) werden daher im Folgenden auch als Speichersystem (bzw. komplementäres Speichersystem) bezeichnet.

[0368] Das Nahwärmenetz (d. h. Speichersystem) umfasst eine Mehrzahl der Systeme 200. Jedes der Systeme 200 ist einem Gebäude oder Grundstück 602 zugeordnet, z. B. darin oder darauf angeordnet.

[0369] Die Systeme 200 umfassen einen Wärmespeicher und -tauscher 100 sowie optional einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210, z. B. einen zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben.

[0370] Optional umfassen die Systeme 200 Erdwärmekollektoren 224, die einem der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 zugeordnet sind oder zwei Erdwärmekollektoren 224, 228 die den beiden Wärmespeicher und -tauschern 100, 210 zugeordnet sind.

[0371] Die Wärmespeicher und -tauscher 100 sind mittels der Leitungen 604, optional in Reihe mit den Erdwärmekollektoren 224, zu einem Speichersystem verbunden. Somit ist die Wärmespeicherkapazität des Speichersystems gegenüber derjenigen der einzelnen Systeme 200 erhöht. Je nach Ausführungsformen ist das Speichersystem ein Niedertemperatur-Speichersystem (Kälte-Speichersystem) aus Niedertemperatur- Wärmespeichern 100 (Kältespeichern 100), beispielsweise entsprechend der Fig. 2a oder Fig. 2b, oder ein Hochtemperatur- Speichersystem aus Hochtemperatur- Wärmespeichern too, beispielsweise entsprechend der Fig. 3-

[0372] Ein entsprechendes Hochtemperatur-Speichersystem wird, bei einigen Ausführungsformen, als Anergienetz oder als kaltes Wärmenetz betrieben, d.h. bei Temperaturen des thermischen Speichermediums im Bereich von 1°C bis 40°C, bevorzugt im Bereich von io°C bis 25°C.

[0373] Jedes der Systeme 200 weist eine Pumpe (nicht dargestellt) auf, die dazu eingerichtet ist, einen Fluidstrom in den Leitungen 604 und/oder in den Leitungen 606 anzutreiben, beispielsweise eine hydraulische Pumpe. Bevorzugt wird die Pumpe von dem oben beschriebenen Steuergerät 200 gesteuert, d.h. bei Bedarf ein- oder abgeschaltet. Alternativ kann ein separates Steuergerät vorgesehen sein, das an das Steuergerät 200 gekoppelt ist. Das Vorsehen der Pumpen für den Fluidstrom in den Leitungen 604 und/ oder in den Leitungen 606 dezentral in den Systemen 200 ermöglicht die Verwendung vergleichsweise leistungsschwacher, kostengünstiger Pumpen, im Vergleich zu einem konventionellen System, bei dem eine zentrale Pumpstation vorgesehen ist oder einige wenige Pumpstationen vorgesehen sind. Zudem kann die Druckverteilung in dem Nahwärmenetz flächendeckend kontrolliert werden, indem beispielsweise die aktuelle Pumpleistung einer der Pumpen erhöht wird, um einen lokalen Druckabfall in dem Nahwärmenetz (z.B. aufgrund einer lokalen Engstelle, beispielsweise in einer der Leitungen 604, 604) zu kompensieren.

[0374] Somit kann jedes der Grundstücke 602 auch dann mit Wärme (bzw. Kälte) aus dem Nahwärmenetz versorgt werden, wenn aufgrund eines zeitweise auf dem Grundstück 602 erhöhten Wärmebedarfs (bzw. Kältebedarfs) oder aufgrund einer reduzierten Energie- oder Wärmegewinnung (z. B. eines Ausfalls der Solaranlage) auf dem Grundstück 602, die Kapazität des lokalen, auf dem Grundstück 602 angeordneten Wärmespeicher und -tauschers 100 bereits erschöpft wäre.

[0375] Die Erdwärmekollektoren 224, die in der Umgebung der Wärmespeicher und -tauscher 100 angeordnet und thermisch an diese gekoppelt sind, erhöhen die Wärmespeicherkapazität des Speichersystems weiter. Bei einigen Ausführungsformen sind zusätzliche Erdwärmekollektoren 224 , 224“ beabstandet von den Wärmespeicher und -tauschern 100 angeordnet, z. B. zwischen den Grundstücken 602 oder abseits der Grundstücke 602, und mittels der Leitungen 604 an das Speichersystem angekoppelt.

[0376] Der zusätzliche Erdwärmekollektor 224' ist als Abschnitt der Leitung 604 mit reduzierter thermischer Isolierung implementiert, verglichen mit anderen Bereichen der Leitung 604, die mit voller thermischer Isolierung ausgebildet sind, um einen möglichst verlustfreien Transport von Wärme bzw. Kälte zu ermöglichen. Durch die reduzierte thermische Isolierung ist die Leitung 224', 604 thermisch an das umgebende Erdreich gekoppelt und implementiert so den Erdwärmekollektor 224'.

[0377] Der zusätzliche Erdwärmekollektor 224“ ähnelt den im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Erdwärmekollektoren 224, 228. Mithilfe von Ventilen wird er wahlweise an die Leitung 604 gekoppelt, und somit wahlweise an das Speichersystem gekoppelt.

[0378] Entsprechend dem beschriebenen (d. h. Niedertemperatur- oder Hochtemperatur- )Speichersystem sind die zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 mittels der Leitungen 606 zu einem zweiten Nahwärmenetz, d. h. zu einem komplementären (d. h. Hochtemperatur- oder Niedertemperatur-)Speichersystem verbunden, um ein komplementäres Speichersystem mit erhöhter Wärmespeicherkapazität zu verwirklichen. Die zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 können den Wärmespeicher und -tauschern 100 der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 ähneln. Alternativ kann anstelle der zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 jeweils ein System 200 vorgesehen sein, das einem der Systeme 200 der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. sd, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! ähnelt.

[0379] Wie für den Wärmespeicher und -tauscher 100 und den Erdwärmekollektor 224 beschrieben, ist bei einigen Ausführungsformen der zweite Wärmespeicher und -tauscher 210 an einen Erdwärmekollektor 228 gekoppelt. In der Figur 6 ist der Erdwärmekollektor 228 für das Grundstück unten links gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen sind zudem zusätzliche Erdwärmekollektoren (nicht gezeigt) mit dem komplementären Speichersystem verbunden. Dafür sind diese zusätzlichen Erdwärmekollektoren an die Leitungen 606 gekoppelt, entsprechend der oben beschriebenen Kopplung der zusätzlichen Erdwärmekollektoren 224', 224“ an die Leitungen 604.

[0380] Bei einigen Ausführungsformen sind zudem thermisch isolierende Trennwände 608 vorgesehen, um den zweiten Wärmespeicher und -tauscher 210 von dem Wärmespeicher und -tauscher 100 und/oder dem Erdwärmekollektor 224 thermisch zu isolieren, wie für das Grundstück oben rechts in Fig. 6a dargestellt. Alternativ oder zusätzlich sind bei einigen Ausführungsformen zudem thermisch isolierende Trennwände 608 vorgesehen, um den Erdwärmekollektor 228 von dem Wärmespeicher und -tauscher 100 und/ oder dem Erdwärmekollektor 224 thermisch zu isolieren, wie für das Grundstück unten links in Fig. 6a dargestellt. Weitere thermisch isolierende Trennwände 608 isolieren Leitungen 604, 606 der des Nahwärmenetzes und des zweiten Nahwärmenetzes thermisch voneinander, wie in der Fig. 6a für die Leitungen 604, 606 zwischen den beiden linken Grundstücken 602 gezeigt. Bevorzugt sind die thermisch isolierenden Trennwände 608 zumindest teilweise unterirdisch angeordnet, insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 zumindest teilweise unterirdisch angeordnet sind.

[0381] Bei bevorzugten Ausführungsformen werden entsprechende thermisch isolierende Trennwände verwendet, um den Erdwärmekollektor 224 oder den Erdwärmekollektor 228 zu definieren. Bei derartigen Ausführungsformen begrenzt eine seitlich umlaufende thermisch isolierende Trennwand den Erdwärmekollektor 224 (oder den Erdwärmekollektor 228) seitlich. Optional begrenzt eine obere und/ oder untere thermisch isolierende Trennwand den Erdwärmekollektor 224 (oder den Erdwärmekollektor 228) in seiner vertikalen Erstreckung.

[0382] In bevorzugten Ausführungsformen des Systems 200 der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! und des Nahwärmenetz-Systems 600 der Fig. 6a grenzt der Erdwärmekollektor 224 an den Erdwärmekollektor 228 an und ist durch eine in das Erdreich eingelassene thermisch isolierende Trennwand seitlich von dem Erdwärmekollektor 228 abgegrenzt.

[0383] Bei bevorzugten Ausführungsformen weist zumindest eines der Systeme 200 eine Solaranlage 206, 208 auf. Bei einigen Ausführungsformen ist eine lokal begrenzte (z. B. auf einem der Grundstücke 602 oder abseits der Grundstücke 602) Solaranlage 206, 208 vorgesehen, die eine hinreichende Peak- Leistung bereitstellt, um mehrere Grundstücke 602 zu versorgen. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Solaranlagen 206, 208 verteilt, d. h jedes der Systeme 200 weist jeweils eine Solaranlage 206, 208 auf.

[0384] Fig. 6b, Fig. 6c, Fig. 6d und Fig. 6e zeigen die Kopplung eines Wärmespeichers 100 an ein Speichersystem 600 entsprechend verschiedenen Ausführungsformen. Der Wärmespeicher ist bevorzugt ein Wärmespeicher 100 wie zuvor im Zusammenhang mit Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 oder dem System 200 von Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! beschrieben. Das Speichersystem ähnelt demjenigen von Fig. 6a. Der Wärmespeicher 100 kann ein Hochtemperatur- Wärmespeicher 100 oder ein Niedertemperatur-Wärmespeicher too sein; insbesondere ein Hochtemperatur- Wärmespeicher 100, der an ein Hochtemperatur-Speichersystem gekoppelt ist oder ein Niedertemperatur- Wärmespeicher too, der an ein Niedertemperatur -Speichersystem gekoppelt ist.

[0385] In Fig. 6b, Fig. 6c ist der Wärmespeicher 100 rein thermisch an das Speichersystem gekoppelt. Bei einer derartigen Kopplung findet kein Materialaustausch zwischen dem thermischen Speichermedium 108 im Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder einem Medium in der Leitung 604 des Speichersystems) statt. Mit anderen Worten besteht keine Fluidkopplung zwischen dem Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder einer Leitung 604 des Speichersystems). Entsprechende Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die jeweiligen Fluidkreisläufe getrennt sind und in ihrer Zusammensetzung individuell kontrolliert werden können. Eine Verunreinigung eines der Fluidkreisläufe wirkt sich nicht auf den anderen Fluidkreislauf aus.

[0386] Bei einigen Ausführungsformen wird der Erdwärmekollektor 230 selektiv thermisch an das Speichersystem gekoppelt, wie in Fig. 6b, Fig. 6c dargestellt. Die selektive thermische Kopplung zwischen Speichersystem und Erdwärmekollektor 230 kann ebenfalls rein thermisch sein im oben beschriebenen Sinne, insbesondere, wenn die thermische Kopplung zwischen dem Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem rein thermisch ist. Sie ist bei einigen Ausführungsformen in Reihe mit dem Speichersystem und dem Erdwärmekollektor 230 ausgebildet.

[0387] In Fig. 6d, Fig. 6e ist der Wärmespeicher 100 an das Speichersystem fluidgekoppelt. Bei einer derartigen Kopplung findet ein Materialaustausch zwischen dem thermischen Speichermedium 108 im Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder einem Medium in der Leitung 604 des Speichersystems) statt. Mit anderen Worten wird ein Fluid im Betrieb durch den Speicherbehälter 106 und die Leitung 604 geströmt. Mit anderen Worten besteht eine Fluidkopplung zwischen dem Speicherbehälter 106 und dem Speichersystem (oder der Leitung 604 des Speichersystems). Entsprechende Ausführungsformen haben den Vorteil, dass das gesamte Speichersystem nicht nur als thermisches Speichersystem, sondern auch als elektrochemisches Speichersystem operieren kann. Dies wird durch den Austausch des Speichermediums 108 und den darin enthaltenen Elektrolyten im Speichersystem ermöglicht.

[0388] Bei einigen Ausführungsformen wird der Erdwärmekollektor 230 selektiv an das Speichersystem fluidgekoppelt, wie in Fig. 6d, Fig. 6e dargestellt. Die selektive Fluidkopplung zwischen Speichersystem und Erdwärmekollektor 230 kann insbesondere ausgebildet sein, wenn der Speicherbehälter 106 und das Speichersystem fluidgekoppelt sind. Sie ist bei einigen Ausführungsformen in Reihe mit dem Speichersystem und dem Erdwärmekollektor 230 ausgebildet.

[0389] Fig. 7a, Fig. 7b, Fig. 7c, Fig. d und Fig. e zeigen mögliche Anordnungen eines Wärmespeicher und -tauschers 100 relativ zu einem Gebäude 700, dem der Wärmespeicher und - tauscher 100 zugeordnet ist. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 kann denjenigen der Fig. 1, Fig. 2a, Fig. 2b oder Fig. 3 ähneln.

[0390] In Fig. 7a ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 in dem Gebäude 700 angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Installation. Zudem ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 vor Wettereinflüssen geschützt und seine Lebensdauer verbessert.

[0391] In Fig. 7b ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 außerhalb des Gebäudes 700 angeordnet. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher 104 ein Kältemittel enthält, das leicht brennbar oder giftig ist. Die Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers 100 außerhalb des Gebäudes 700 reduziert resultierende Gefahren für die Bewohner des Gebäudes 700.

[0392] In Fig. 7c ist der Wärmespeicher und -tauscher 100 außerhalb des Gebäudes 700 unterirdisch angeordnet. Durch die unterirdische Anordnung wird der Bereich oberhalb des Wärmespeicher und -tauschers 100 nutzbar gemacht. Der Wärmespeicher und -tauscher 100 vor Wettereinflüssen geschützt. Zudem kann der Wärmespeicher und -tauscher 100 effektiv thermisch an das umgebende Erdreich gekoppelt und ein Erdwärmekollektor realisiert werden. Eine (zumindest teilweise) unterirdische Anordnung ist auch unterhalb des Gebäudes 700 möglich.

[0393] Die Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers 100 in der Fig. d entspricht derjenigen in der Fig. 7c. Alternativ ist eine oberirdische Anordnung des Wärmespeicher und -tauschers 100 möglich, wie in der Fig. 7b dargestellt.

[0394] Dem Wärmespeicher und -tauscher 100 der Fig. d ist ein Wärmespeicher 702 zugeordnet, an den der Wärmespeicher und -tauscher 100 (z. B. mittels eines der Wärmetauscher 104, 118, 122, 126) thermisch gekoppelt ist. Der zugeordnete Wärmespeicher 702 ist in dem Gebäude 700 angeordnet. [0395] Fig- 7e zeigt eine besonders vorteilhafte bevorzugte Anordnung mit zwei Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b, die jeweils unterirdisch angeordnet sind. Einer der beiden Wärmespeicher- und tauscher 100a, 100b ist als Niedertemperatur- Wärmespeicher (d. h. Kältespeicher) ausgelegt, beispielsweise wie im Zusammenhang mit dem Wärmespeicher- und tauscher 100 der Fig. 2a oder Fig. 2b beschrieben, der andere als Hochtemperatur- Wärmespeichern 100, beispielsweise entsprechend dem Wärmespeicher- und tauscher 100 der Fig. 3.

[0396] Einer der Wärmespeicher- und tauscher 100a ist an den zugeordnete Wärmespeicher 702 gekoppelt, wie oben beschrieben. Insbesondere ist der Hochtemperatur- Wärmespeicher (bzw. der Niedertemperatur- Wärmespeicher) an den zugeordneten Wärmespeicher 702 gekoppelt, um eine Optimierung für das Heizen (bzw. das Kühlen) des Gebäudes 700 zu gewährleisten.

[0397] Der zugeordnete Wärmespeicher 702 ist in dem Gebäude 700 angeordnet und bevorzugt als Mehrzonen- Wärmespeicher ausgelegt.

[0398] Zwischen den Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b, insbesondere zwischen deren Speicherbehältern 106, ist eine thermisch isolierende Trennwand 608 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die thermisch isolierende Trennwand 608 zwischen den Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b ebenfalls unterirdisch im Erdreich angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt) sind die Wärmespeicher- und tauscher 100a, 100b aneinander anliegend und/ oder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, ohne Erdreich zwischen ihnen. Bei entsprechenden Ausführungsformen ist die thermisch isolierende Trennwand 608 ebenfalls in dem gemeinsamen Gehäuse und somit bevorzugt zumindest teilweise unterirdisch angeordnet. Bei Ausführungsformen, bei denen das System die mit den Wärmespeicher- und tauschern 100a, 100b assoziierten Erdwärmekollektoren 224, 228 aufweist, wie beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben, ist alternativ zu der dargestellten Trennwand 608 oder zusätzlich dazu eine thermisch isolierende Trennwand 608 zwischen den Erdwärmekollektoren 224, 228 angeordnet.

[0399] Die thermisch isolierende Trennwand 608 ermöglicht eine effektive thermische Isolierung der Wärmespeicher- und tauscher 100a, 100b und/ oder der Erdwärmekollektoren 224, 228, selbst bei einem knappen Platzangebot. Dies ist insbesondere in Wohngebieten mit hohen Grundstückspreisen vorteilhaft, zum Beispiel für Einfamilien- oder Reihenhäuser, oder auch im Umfeld kleiner oder mittlerer Gewerbe, da das System mit der thermisch isolierten Trennwand 608 z. B. auch in einem kleineren Hof untergebracht werden kann. [0400]Die Kombination des Wärmespeicher und -tauschers 100 mit dem zugeordneten Wärmetauscher 702 verbessert beispielsweise die abwechselnde Nutzung des Wärmespeicher und -tauschers 100 als Wärmespeicher (z. B. während des Winters) und als Kältespeicher (z. B. am Übergang von Winter zu Sommer), wie oben beschrieben. Im Winter können Wärmespeicher und -tauscher 100 und zugeordneter Wärmetauscher 702 bei einer höchstmöglichen Temperatur gehalten werden. Am Übergang von Winter zu Sommer kann der Wärmespeicher und - tauscher 100 bei einer geringstmöglichen Temperatur gehalten werden, und beispielsweise auch einfrieren (d. h. als Eisspeicher genutzt werden), während der zugeordnete Wärmetauscher 702 bei einer höheren Temperatur gehalten wird, beispielsweise für Brauchwasser und/oder Heizwasser für das Gebäude 700. Bei entsprechenden Ausführungsformen ist die Speicherung von Kälte in dem Wärmespeicher und -tauscher 100 durch die Ausnutzung der latenten Wärme am Phasenübergang verbessert.

[0401] Bei alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) sind der Wärmespeicher und - tauscher 100 und der zugeordnete Wärmespeicher 702 der Fig. d vertauscht, d. h. der Wärmespeicher und -tauscher 100 ist in dem Gebäude 700 angeordnet und der zugeordnete Wärmespeicher 702 außerhalb des Gebäudes 700. Bei entsprechenden Ausführungsformen lässt sich ebenfalls die verbesserte Kältespeicherung, wie oben beschrieben, erzielen, wobei der zugeordnete Wärmespeicher 702 einfrieren (d. h. als Eisspeicher genutzt werden) kann.

[0402] Fig. 8 zeigt ein System 200 mit einem Wärmespeicher- und tauscher 100 und einem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 210. Das System 200 ähnelt demjenigen der Fig. 4, Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c, Fig. 5d, Fig. 5e, Fig. 5t, Fig. 5g, Fig. 5h oder Fig. 5! und kann eines oder alle der dort beschriebenen Elemente aufweisen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich entsprechend auf zusätzliche Elemente.

[0403] Bei einigen Ausführungsformen ähnelt der Wärmespeicher- und tauscher 100 demjenigen der Fig. 2a oder der Fig. 2b, und der zweite Wärmespeicher- und tauscher 210 dem Wärmespeicher- und tauscher 100 der Fig. 3.

[0404] Bei dem System 200 der Fig. 8 handelt es sich bei den thermischen Speichermedien der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 um Elektrolyte für eine Redox-Flow-Batterie, und das System 200 umfasst weiterhin eine elektrochemische Zelle 800.

[0405] Vorzugsweise umfasst das Elektrolyt redox-aktive chemische Verbindungen, insbesondere Ionen einer Metallverbindung, vorzugsweise Ionen einer Vanadium-, Natrium-, Zink-, oder Eisenverbindung, und/oder redox-aktive organische Verbindungen, vorzugsweise Violo- gene, Chinonen, Lignine oder Ligninsulfate.

[0406] Beispielsweise können die Elektrolyte durch in Wasser gelöste Vanadium(oxid)-Ionen oder durch eine Kochsalzlösung in Verbindung mit Aminoxyl-Radikalen, wie 2,2,6,6-Tetrame- thylpiperidinyloxyl (TEMPO), und einem Viologen bereitgestellt werden. Der Fachmann versteht jedoch, dass die vorgenannten Beispiele lediglich exemplarisch sind und grundsätzlich andere Elektrolyte verwendet werden können.

[0407] Pumpen, die in den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210, der elektrochemischen Zelle 800, oder in Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b dazwischen angeordnet sind, strömen die Elektrolyte aus den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210 durch die Elektrolyt- Leitungen 802a, 802b zu der elektrochemischen Zelle 800. Der innere Aufbau (nicht gezeigt) der elektrochemischen Zelle 800 umfasst mehrere elektrochemische Halbzellen, eine Membran dazwischen und den elektrochemischen Halbzellen zugeordnete Elektroden. Die Elektrolytleitungen 802a, 802b führen zu unterschiedlichen elektrochemischen Halbzellen, die durch die Membran getrennt sind, d. h. die Elektrolyte werden mittels der Elektrolytleitungen 802a, 802b durch diese unterschiedlichen elektrochemischen Halbzellen geströmt. Erzeugter Strom kann an den zugeordneten Elektroden entnommen werden.

[0408] Die elektrochemische Zelle 800 ist thermisch an zumindest einen der Wärmespeicherund tauscher 100, 210 gekoppelt. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Kopplung wahlweise mittels der Ventile 806 an die Fluidleitungen 808a, 808b und somit wahlweise an die Wärmespeicher- und tauscher 100, 210. Bei alternativen Ausführungsformen ist jedoch lediglich die Kopplung an einen der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210, insbesondere die Kopplung mittels der Fluidleitung 808b an den Hochtemperatur- Wärmespeicher 210, vorhanden.

[0409] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel koppeln die Fluidleitungen 808a, 808b die elektrochemische Zelle 800 unmittelbar an den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210. Bei alternativen Ausführungsformen erfolgt die Kopplung wahlweise mittels der Wärmepumpe 204, d. h. die Fluidleitungen 808a, 808b werden wahlweise anstatt an den Wärmespeicherundtauscher 100, 210 an die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 gekoppelt. Bei Auswahl der Kopplung an die kalte Seite 214 der Wärmepumpe 204 wird die warme Seite 216 der Wärmepumpe 204 thermisch an den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 gekoppelt. [0410] Im Detail erfolgt die thermische Kopplung mittels eines an die elektrochemische Zelle 800 thermisch angekoppelten Wärmetauschers 804. Dieser kann außenseitig an zumindest eine der elektrochemischen Halbzellen thermisch angekoppelt sein. Bevorzugt ist der Wärmetauscher 804 jedoch in mindestens einer der elektrochemischen Halbzellen angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen sind Teil-Wärmetauscher in mehreren elektrochemischen Halbzellen angeordnet, und die Teil-Wärmetauscher sind zu dem Wärmetauscher 804 zusammen- geschalten, beispielsweise in Reihe.

[0411] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die elektrochemische Zelle 800 räumlich getrennt von den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210 angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen (nicht dargestellt) ist jedoch die elektrochemische Zelle 800 in dem Wärmespeicher- und tauscher 100 oder dem Wärmespeicher- und tauscher 210 angeordnet, so dass ein hochintegriertes System für eine schnelle und kostengünstige Montage bereitgestellt wird.

[0412] Durch die doppelte Kopplung zumindest eines der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 an die elektrochemische Zelle 800, einerseits mittels der Elektrolytleitung 802a, 802b, andererseits mittels der thermischen Kopplung durch die Fluidleitung 808a, 808b, nutzt das System 200 die elektrochemische Zelle 800 doppelt. Einerseits dient sie zur Stromgewinnung mithilfe der Elektrolyte der Wärmespeicher- und tauscher 100, 210. Andererseits wird die in der elektrochemischen Zelle 800 anfallende Abwärme in den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 zur (z. B. späteren) Nutzung eingespeichert. Umgekehrt nutzt das System den Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 bzw. das darin enthaltene thermische Speichermedium doppelt, einerseits als Elektrolyt für die elektrochemische Zelle 800, andererseits als Energiespeicher zur Aufnahme der durch die elektrochemische Zelle 800 erzeugten Abwärme.

[0413] Sollte eine Temperatur des Elektrolyts im Speicherbehälter erwartungsgemäß Temperaturwerte außerhalb optimaler Betriebstemperaturen der elektrochemischen Zelle 800 erreichen, kann auch eine Wärmekopplung zwischen den Elektrolytleitungen und/ oder der Zufuhrleitungen mit Wärmeverbrauchern, wie Heizungsleitungen, erfolgen, um in der elektrochemischen Zelle 800 geeignete Betriebstemperaturen zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich kann eine maximale Speichertemperatur des Speicherbehälters auf eine kompatible Temperatur des Elektrolyts begrenzt werden, beispielsweise falls oberhalb der maximalen Speichertemperatur chemische Prozesse eine effektive Speicherung elektrischer Energie verhindern würden, und die Steuerung kann den Betrieb der Wärmepumpe entsprechend begrenzen. [0414] Alternativ zur elektrolytischen Zelle oder zusätzlich dazu umfasst der oben beschriebene Wärmespeicher- undtauscher oder das oben beschriebe System bei einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt) ferner eine thermoelektrochemische Zelle, welche mit dem (ersten) Wärmespeicher- und tauscher 100 und/oder dem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 210 zur Erzeugung von elektrischer Energie koppelbar ist.

[0415] Eine thermoelektrochemische Zelle kann eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Elektroden nutzen, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Zum Beispiel kann die thermoelektrische Zelle auf einem temperaturabhängigen Redox-Paar basieren, wie auf einem Ferri-/Ferrocyanid Paar, sodass unterschiedliche Temperaturniveaus an den Elektroden, wie 20 °C und 60 °C, zur Stromerzeugung genutzt werden können.

[0416] Eine entsprechende Elektrolytlösung zum Betrieb der thermoelektrischen Zelle kann in dem Speicherbehälter des ersten Wärmespeicher- und tauschers 100 und/oder des zweiten Wärmespeicher- und tauschers 210 gespeichert werden, oder die thermoelektrochemische Zelle kann über Wärmetauscher mit dem ersten Wärmespeicher- und tauscher 100 und/ oder dem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 210 koppelbar sein.

[0417] Zum Beispiel können die Elektroden der thermoelektrochemischen Zelle jeweils mit dem ersten und dem zweiten Wärmespeicher- und tauscher 100, 210 gekoppelt werden, um eine Temperaturdifferenz in der thermoelektrochemischen Zelle zu erzeugen. Die Temperaturdifferenz kann anschließend eine Potentialdifferenz erzeugen, die an den Elektroden abgegriffen werden kann. Somit können die durch das Umspeichern in den Wärmespeicher- und tauschern 100, 210 vorgehaltenen unterschiedlichen Temperaturniveaus in der thermoelektrochemischen Zelle zur Stromerzeugung genutzt werden.

[0418] Ferner kann die gespeicherte thermische Energie in dem (ersten) Wärmespeicher- und tauscher 100 auch zur Regeneration einer Elektrolytlösung genutzt werden, um Strom, bspw. gemäß dem Wirkprinzip von thermisch regenerierbaren elektrochemischen Zyklen (TREC) oder thermisch regenerierbaren Batterien (TRB), zu erzeugen. In anderen Worten kann das System eine TREC-Zelle oder eine thermisch regenerierbare Batterie umfassen und die Steuerung kann eingerichtet sein, um abhängig von einer Verfügbarkeit von elektrischer Energie, die TREC-Zelle oder die thermisch regenerierbare Batterie wahlweise mit der Wärmepumpe oder dem (ersten) Wärmespeicher- und tauscher 100 zu koppeln, um die TREC-Zelle oder die thermisch regenerierbare Batterie zu regenerieren. [0419] Fig- 9a und Fig. 9b zeigen Nahwärmenetze 610a, 610b bzw. ein Nahwärmenetzsystem 600 mit einer elektrochemischen Zelle 800 gemäß zweier Ausführungsformen. Die Nahwärmenetze 610a, 610b bzw. das Nahwärmenetzsystem 600 ähneln dem zuvor in Zusammenhang mit Fig. 6a - Fig. 6e beschriebenen Nahwärmenetz bzw. Nahwärmenetzsystem 600, und können mit weiteren der dort beschriebenen Elemente ausgebildet sein, obgleich diese zur Vermeidung von Wiederholungen in Fig. 9a, Fig. 9b nicht dargestellt sind. Die elektrochemische Zelle 800 ähnelt derjenigen des Ausführungsbeispiels der Fig. 8.

[0420] Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9a sind die Wärmespeicher und -tauscher 100 des Nahwärmenetzes 610a an bzw. durch die Leitung(en) 604a fluidgekoppelt, wie im Detail im Zusammenhang mit den Fig. 6d, Fig. 6e beschrieben. Die Wärmespeicher und -tauscher 100 des Nahwärmenetzes 610b sind in ähnlicher Weise an bzw. durch die Leitung 604b fluidgekoppelt. Die thermischen Speichermedien der Wärmespeicher und -tauscher 100 sind Elekt- rolyte wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben. Die Nahwärmenetze 610a, 610b sind fluidisch voneinander entkoppelt (voneinander separiert) und bevorzugt auch thermisch voneinander entkoppelt.

[0421] Eine elektrochemische Zelle 800 ist durch die Ventile 612 und die Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b selektiv fluidisch an die Leitungen 604a, 604b bzw. an die Wärmespeicher und - tauscher 100 bzw. an die Nahwärmenetze 610a, 610b gekoppelt. Insbesondere ist eine Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 an das Nahwärmenetz 610a (oder an dessen Leitung 604a oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100) selektiv fluidgekoppelt. Eine weitere Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 ist an das Nahwärmenetz 610b (oder an dessen Leitung 604b oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100) selektiv fluidgekoppelt.

[0422] Somit dient jedes der Nahwärmenetze 610a, 610b als elektrochemisches Speichersystem für jeweils eine der Halbzellen, bzw. die Nahwärmenetze 610a, 610b dienen in ihrer Gesamtheit als elektrochemisches Speichersystem für die elektrochemische Zelle 800.

[0423] Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9b sind die Wärmespeicher und -tauscher 100 des Nahwärmenetz-Systems 600 an bzw. durch die Leitung(en) 604 fluidgekoppelt, wie im Detail im Zusammenhang mit den Fig. 6d, Fig. 6e beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen dienen die entsprechenden Wärmespeicher und -tauscher 100 als Hochtemperatur- Wärmespeicher des Nahwärmenetz-Systems 600. Die Wärmespeicher und -tauscher 210 des Nahwärmenetz-Systems 600 sind an bzw. durch die Leitung 606 fluidgekoppelt, wie im Detail im Zusammenhang mit der Fig. 6d, Fig. 6e beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen dienen die entsprechenden Wärmespeicher und -tauscher 210 als Niedertemperatur- Wärmespeicher des Nahwärmenetz- Systems 600. Alternativ dienen die Wärmespeicher und -tauscher 100 als Niedertemperatur- Wärmespeicher und die Wärmespeicher und -tauscher 210 als Hochtemperatur-Wärmespeicher des Nahwärmenetz-Systems 600.

[0424] Eine elektrochemische Zelle 800 ist durch die Ventile 612 und die Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b selektiv fluidisch an die Leitungen 604, 606 bzw. an die Wärmespeicher und - tauscher 100, 210 gekoppelt. Dabei ist eine Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 an die Wärmespeicher und -tauscher 100, eine weitere Halbzelle der elektrochemischen Zelle 800 an die Wärmespeicher und -tauscher 210 selektiv fluidgekoppelt. Im Weiteren entsprechen Funktion und Vorteile den im Zusammenhang mit Fig. 9a beschriebenen, wobei die beiden Nahwärmenetze des Nahwärmenetz-Systems 600 (bzw. ihre entsprechenden Komponenten) an die Stelle der Nahwärmenetze 610a, 610b der Fig. 9a (bzw. ihrer entsprechenden Komponenten) treten.

[0425] Bei den Ausführungsformen der Fig. 9a, Fig. 9b ist die elektrochemische Zelle 800 bevorzugt an ein Nahwärmenetz 610a, 610b oder ein Nahwärmenetz des Nahwärmenetz-Systems 600 (oder an dessen Leitung 604, 604b, 606, 606b oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100, 210) fluidgekoppelt, das frostfrei betrieben wird, beispielsweise bei einer Temperatur von mindestens 1°C, mindestens io°C, mindestens 15°C oder mindestens 20°C. Bei einigen Ausführungsformen sind die beiden im Zusammenhang mit den Fig. 9a, Fig. 9b beschriebenen Halbzellen der elektrochemischen Zelle 800 jeweils an ein entsprechendes Nahwärmenetz (oder eine entsprechende Komponente davon) fluidgekoppelt.

[0426] Bei den Ausführungsformen der Fig. 9a, Fig. 9b ist neben der Fluidkopplung der Elektrolytzelle 800 an zumindest eines der Nahwärmenetze 610a, 610b oder der Nahwärmenetze des Nahwärmenetz-Systems 600 (oder an dessen Leitung 604, 604b, 606, 606b oder an dessen Wärmespeicher und -tauscher 100, 210) optional eine thermische Kopplung (nicht dargestellt) der Elektrolytzelle 800 an zumindest einen der Wärmespeicher und -tauscher 100, 210 des Nahwärmenetzes vorgesehen, wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 beschrieben ist. Diese thermische Kopplung ist räumlich getrennt von der vorgenannten Fluidkopplung, beispielsweise unter Verwendung von mindestens einer gesonderten Fluidleitung 808a, 808b (wie in Fig. 8 beschrieben, in Fig. 9a, 9b nicht dargestellt) die von den Elektrolyt-Leitungen 802a, 802b fluidisch getrennt ist. Bei einigen Ausführungsformen weist die Elektrolytzelle 800 einen Wärmetauscher 804 auf, ähnlich dem in Fig. 8 beschriebenen Wärmetauscher 804, und dieser Wärmetauscher 804 ist thermisch an mindestens einen der Speicherbehälter 100, 210 gekoppelt, und bei einigen Ausführungsformen rein thermisch gekoppelt (d.h. fluidisch getrennt). LISTE DER BEZUGSZEICHEN

100, 100a, 100b Wärmespeicher und -tauscher

102a, 102b erste, zweite Fluidleitung

104 Wärmetauscher

106 Speicherbehälter

108 thermisches Speichermedium

110 gestrichelt hervorgehobener Bereich (mit innerer Struktur des Wärmetauschers)

112 Zu-/Ableitung der ersten Fluidleitung

114 Zu-/Ableitung der zweiten Fluidleitung

116 Sollfüllhöhe des Speicherbehälters für das thermische Speichermedium

118, 122, 126 zusätzlicher Wärmetauscher

120, 124, 128 Zu-/Ableitung des zusätzlichen Wärmetauschers

130a, 130b, 130c Druckausgleichsbehälter obere Mantelbereich

132b unterer Mantelbereich

134, 140 thermische Isolierung

138 zweiter Bereich des Wärmetauschers, Endbereich des Wärmetauschers

142 Dom

144 erster Bereich des Wärmetauschers

146, 148 Strömungskanal, Rohre

150 Umwälzvorrichtung

152 von der Umwälzvorrichtung erzeugte Strömung

200 System

202 Steuergerät 204 Wärmepumpe

206 photovoltaische Anlage (Solaranlage)

208 solarthermische Anlage (Solaranlage)

210 zweiter Wärmespeicher

212a erste Fluidleitung des zweiten Wärmespeichers

212b zweite Fluidleitung des zweiten Wärmespeichers

214 kalte Seite der Wärmepumpe

216 warme Seite der Wärmepumpe

218 zusätzlicher Wärmetauscher des zweiten Wärmespeichers

220 Speicherbehälter des zweiten Wärmespeichers

222 Wärmetauscher des zweiten Wärmespeichers

224, 228 Erdwärmekollektor

230, 232 Erdreich

500a, 500a‘ erster Betriebsmodus

502 Gebäude

504 Fluidleitungen zu/von Gebäude

506a Fluidleitungen zu/von Wärmepumpe

508a, 508b Ventile

500p zweiter Betriebsmodus

512 Ventile

510 dritter Betriebsmodus

520 vierter Betriebsmodus

530, 530‘, 530“, 53o“‘fünfter Betriebsmodus

600 Nahwärmenetz

602 Gebäude, Grundstück 604, 606 Leitungen

6o8 thermisch isolierende Trennwand

224', 224“ zusätzlicher Erdwärmekollektor 700 Gebäude

702 zugeordneter Wärmespeicher

800 elektrochemische Zelle

802a, 80b Elektrolytleitung 804 Wärmetauscher der elektrochemischen Zelle

806 Flusssteuerung (Ventil oder Umwälzpumpe)

808a, 808b Fluidleitung

610a, 610b Nahwärmenetz, weiteres Nahwärmenetz 612 Ventil