Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erzeugung von Heiz- und Kühlleistungen in einer Behandlungsanlage für Werkstücke, insbesondere einer Lackiererei für Fahrzeugkarosserien, wobei insbesondere saisonale klimatische Verhältnisse berücksichtigt werden.

In der Praxis ist bekannt, dass im Zuge der Bekämpfung der globalen Erderwärmung immer mehr Automobilhersteller die Elektrifizierung ihrer Behandlungsanlagen, wie z.B. ihrer Lackiererei, erwägen. Stammt der hierzu verwendete Strom aus erneuerbaren Energien, so kann die Produktion als CC>2-neutral angesehen werden. Neben der direkten Elektrifizierung von Prozessen, wie z.B. Trocknungsprozessen, werden andere Prozesse über Warm- und/oder Kaltwassernetze versorgt.

Bei der Bereitstellung der Warmwassermengen erfolgt bekanntermaßen der Einsatz von fossilen und/oder elektrischen Erhitzern oder Heizvorrichtungen. Bei elektrischen Erhitzern wird die zugeführte elektrische Energie direkt in Wärmeenergie umgewandelt. Bei fossilen Erhitzern wird die zugeführte Energie bezogen auf den Brennwert mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100 % in Wärme für das Warmwassernetz umgesetzt.

Fossile Erhitzer ermöglichen allerdings keinen CC>2-neutralen Betrieb und werden somit immer geringer nachgefragt. Bei einer alternativen Verwendung von H2-Brennern zur Erhitzung des Warmwassernetzes ist die Verfügbarkeit sehr standortabhängig und zudem sind einige sicherheitstechnische Aspekte zu beachten.

Beim Einsatz von elektrischen Erhitzern ist die Bereitstellung der Anschlussleistung der größte Aufwand. Hier spielt der Aufstellort der Erhitzer in der Behandlungsanlage eine wichtige Rolle. Des Weiteren müssen gegebenenfalls Schwerpunktstationen vorgesehen werden, um die geforderte Betriebsspannung der Erhitzer bereitstellen zu können. Der Gesamtwirkungsgrad einer rein elektrisch betriebenen Beheizung ist außerdem je nach Temperaturniveau bzw. Temperatur um den Faktor drei bis fünf geringer als bei einer wärmepumpenbasierten Beheizung. Bei der Bereitstellung von Kaltwassermengen sind Kompressionskältemaschinen bekannt. Hier wird die zugeführte elektrische Energie zur Verdichtung des Kältemittels benötigt. Die an die Umgebung abgeführte Wärmeleistung entspricht der Kälteleistung zuzüglich der elektrisch aufgenommenen Leistung. Im Mittel können hierbei aus einer Kilowattstunde elektrischer Energie drei bis vier Kilowattstunden Kälteenergie erzeugt werden.

Bei Kompressionskältemaschinen müssen allerdings die installierten elektrischen Leistungen nach dem größtmöglichen benötigten Kältebedarf der angeschlossenen Prozesse ausgelegt werden. So werden teilweise Spitzenleistungen installiert, die nur für wenige Stunden im Jahr benötigt werden. Außerdem ist die Abführung von Wärme an die Umgebung zwingend erforderlich und der Wirkungsgrad sinkt mit steigender Außenlufttemperatur.

In beiden Erzeugungsvorgängen, d.h. bei der Erzeugung von Warm- und Kaltwasser, wird die Vorlauftemperatur des Warm- bzw. Kaltwassernetzes als konstante Zielregelgröße verwendet, um die Betriebsleistung der Erhitzer bzw. Kältemaschinen zu regeln. Daher werden bei geringen Verbräuchen beispielsweise die entsprechenden Aggregate, d.h. die Erhitzer bzw. die Kältemaschinen, abgeschaltet, wobei die Anzahl und Größe der Aggregate durch die maximal benötigte Leistung definiert werden.

Die erforderlichen Kälte- bzw. Wärmeleistungen sind innerhalb eines Jahres oder auch innerhalb eines Tages stark unterschiedlich, da diese von den klimatischen Außenbedingungen abhängig sind. So werden zum Teil Aggregate installiert, welche einen Bruchteil des Jahres im Betrieb sind. Außerdem ist stets zu berücksichtigen, dass aufgrund der Schwankungen der Außenbedingungen innerhalb eines Tages in der Nacht Heizleistungen und am Tag Kühlleistungen benötigt werden.

Aufgrund der bekannten klimatischen Schwankungen werden dementsprechend die Erhitzerleistungen meist nach dem Winterbetrieb und die der Kältemaschinen nach dem Sommerbetrieb ausgelegt, wodurch in der Regel zu keinem Zeitpunkt alle Aggregate ausgelastet sind.

Um u.a. aus Gründen der Nachhaltigkeit und der Effizienz Wärme aus Abluft der Behandlungsprozesse der Anlage zurückzugewinnen, wird diese in ein vorhandenes Warmwassernetz eingespeist. Dies geschieht durch Wärmeübertrager und ist daher nur möglich, wenn der Abluftstrom ein höheres Temperaturniveau als das Warmwassernetz aufweist. Mit anderen Worten limitiert das Temperaturniveau des Warmwassernetzes das Temperaturniveau der Wärmerückgewinnung. Es werden daher höhere Temperaturen der Abluftströme als die des Warmwassernetzes benötigt, damit eine Wärmerückgewinnung aus Ablüften überhaupt möglich ist.

In einer Behandlungsanlage, wie einer Lackiererei für Fahrzeugkarosserien, wird für die Luftkonditionierung in der Regel Warmwasser verwendet. Das Temperaturniveau hierfür wird durch die Luftkonditionierung im Winter (trockene, kalte Luft) bestimmt. Dieses Niveau muss so hoch sein, dass die Außenluft auf das spezifische Enthalpieniveau des Sollzustandes angehoben wird. Durch die anschließende Sprühbefeuchtung (adiabat) wird dann der Sollzustand mit der geforderten relativen Feuchte erreicht. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Winter hohe Temperaturdifferenzen zwischen den Luftströmen, welche die Behandlungsanlage verlassen und denjenigen, welche in die Behandlungsanlage angesaugt werden, entstehen. Dies führt zu einer Enthalpiedifferenz zwischen einströmenden und ausströmenden Luftströmen der Anlage. Diese Enthalpiedifferenz muss für die Luftkonditionierung der Anlage aufgewendet werden.

Die Vorlauftemperatur des Warmwassers, welche als konstante Zielregelgröße verwendet wird, wird durch die Erhitzung der Außenluft im Winter bestimmt. Vor der Befeuchtung der trockenen Außenluft muss diese so weit aufgeheizt werden, bis die Luft die Enthalpie zum Verdampfen des aufzunehmenden Wassers sowie der zu erlangenden Solltemperatur beinhaltet. Die erforderliche Enthalpie der trockenen Luft wird somit durch Erhitzen auf die entsprechende Temperatur eingestellt. Es sind umso höhere Temperaturen der trockenen Luft erforderlich, desto höher die Luftfeuchtigkeit sein soll. Dieser Unterschied ist in kalten Wintermonaten am höchsten.

Im Sommer hingegen hat die Außenluft bereits eine höhere Feuchte, wodurch das erforderliche Temperaturniveau des Warmwasserkreislaufes geringer ist, da die einströmenden Luftströme nicht im gleichen Maße erhitzt werden müssen.

Bei einem konstantem Temperaturniveau des Warmwassernetzes einer Behandlungsanlage wird das Temperaturniveau selbst also durch die trockenste und kälteste Außenluft bestimmt und ist folglich eine lange Zeit des Jahres höher als gefordert. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System bereitzustellen, welches Verbraucherprozesse einer Behandlungsanlage für Werkstücke energieoptimiert und nachhaltig mit Heiz- bzw. Kühlleistungen versorgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.

Das System dient zur Erzeugung und Bereitstellung von Heiz- und Kühlleistungen in einer Behandlungsanlage für Werkstücke, insbesondere einer Lackiererei für Fahrzeugkarosserien.

Das erfindungsgemäße System umfasst vorzugsweise Folgendes: mindestens ein Kaltwassernetz zur Versorgung von Verbraucherprozessen mit Kaltwasser, welches mindestens eine Kaltwasserspeichervorrichtung zum Ausgleich von Prozesslastspitzen und/oder mindestens eine Kaltwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Verbraucherprozessen aufweist; mindestens ein Warmwassernetz zur Versorgung von Verbraucherprozessen mit Warmwasser, welches mindestens eine Warmwasserspeichervorrichtung zum Ausgleich von Prozesslastspitzen und/oder mindestens eine Warmwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Verbraucherprozessen aufweist; und mindestens eine Wärmepumpenvorrichtung, insbesondere mindestens eine erste Wärmepumpenvorrichtung, wobei das mindestens eine Kaltwassernetz mittels der mindestens einen Wärmepumpenvorrichtung mit dem mindestens einen Warmwassernetz verbunden ist, und wobei die Netze unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen.

Es ist vorteilhaft, wenn das System ferner mindestens ein Heißwassernetz zur Versorgung von Verbraucherprozessen mit Heißwasser umfasst, wobei das mindestens eine Heißwassernetz mindestens eine Heißwasserspeichervorrichtung zum Ausgleich von Prozesslastspitzen aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Heißwassernetz mindestens eine Heißwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Verbraucherprozessen aufweist.

Vorzugsweise umfasst das System ferner mindestens eine zweite Wärmepumpenvorrichtung, wobei a) das mindestens eine Warmwassernetz mittels der mindestens einen zweiten Wärmepumpenvorrichtung mit dem mindestens einen Heißwassernetz verbunden ist, oder b) das mindestens eine Heißwassernetz mittels der mindestens einen zweiten Wärmepumpenvorrichtung mit dem mindestens einen Kaltwassernetz verbunden ist.

Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße System insgesamt Folgendes: mindestens ein Kaltwassernetz zur Versorgung von Verbraucherprozessen mit Kaltwasser, welches mindestens eine Kaltwasserspeichervorrichtung zum Ausgleich von Prozesslastspitzen und/oder mindestens eine Kaltwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Verbraucherprozessen aufweist; mindestens ein Warmwassernetz zur Versorgung von Verbraucherprozessen mit Warmwasser, welches mindestens eine Warmwasserspeichervorrichtung zum Ausgleich von Prozesslastspitzen und/oder mindestens eine Warmwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Verbraucherprozessen aufweist; mindestens ein Heißwassernetz zur Versorgung von Verbraucherprozessen mit Heißwasser, welches mindestens eine Heißwasserspeichervorrichtung zum Ausgleich von Prozesslastspitzen und/oder mindestens eine Heißwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Verbraucherprozessen aufweist; mindestens eine erste Wärmepumpenvorrichtung; und mindestens eine zweite Wärmepumpenvorrichtung, wobei das mindestens eine Kaltwassernetz mittels der mindestens einen ersten Wärmepumpenvorrichtung mit dem mindestens einen Warmwassernetz verbunden ist, wobei das mindestens eine Heißwassernetz mittels der mindestens einen zweiten Wärmepumpenvorrichtung mit dem mindestens einen Warmwassernetz oder dem mindestens einen Kaltwassernetz verbunden ist, und wobei die Netze unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Grundidee, dass in einer Behandlungsanlage für Werkstücke vorzugsweise eine zentrale Heiß-, Warm- und Kaltwassererzeugung in drei entsprechenden Netzen mittels mindestens zwei Wärmepumpenvorrichtungen bzw. Wärmepumpen vorgesehen ist, wobei die Netze über die Wärmepumpen miteinander verbunden sind. Dabei sollen die unterschiedlichen saisonalen klimatischen Verhältnisse im Sommer (warme und feuchte Umgebungsluft) und Winter (kalte und trockene Umgebungsluft) berücksichtigt werden, so dass im Sommer die überschüssige Wärme aus der Kaltwassererzeugung dem Warm- und Heißwassernetz zugeführt wird. Ist darüber hinaus Wärme vorhanden, wird diese über Wärmeübertragungsvorrichtungen bzw. Wärmeübertrager in die Abluft gegeben oder der Umgebung der Behandlungsanlage zugeführt. Im Winter hingegen wird das Kaltwassernetz als Wärmesammler durch den Einsatz von Wärmerückgewinnungsmaßnahmen verwendet. Über die Wärmepumpenvorrichtungen wird dann aus dieser zurückgewonnenen Wärme wieder nutzbares Warm- und/oder Heißwasser.

Zudem ist, wie oben erwähnt, durch das Bestreben einer CC>2-neutralen Erzeugung des benötigten Kühl-, Warm- sowie Heizwassers in der Behandlungsanlage eine komplette Elektrifizierung der Aggregate für die Kalt-, Warm- sowie Heißwassererzeugung vorzusehen, wobei die installierten Leistungen der Aggregate so gering wie möglich sein sollen, um den Gedanken der Nachhaltigkeit und Energieeinsparung Rechnung tragen zu können. Der Energieaufwand pro Werkstücke bzw. Fahrzeugkarosserie soll entsprechend auf ein Minimum reduziert werden, wozu u.a. die erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnungsmaßnahmen in das System integriert sind.

Grundsätzlich lässt sich das Verbundsystem der drei Wassernetze in drei funktionelle Bereiche unterteilen: Der erste Bereich stellt die Wärmerückgewinnung dar, dem zweiten Bereich sind die Wärmepumpenvorrichtungen und Speichervorrichtungen zugeordnet und im dritten Bereich befinden sich die Verbraucher bzw. die Verbraucherprozesse der Behandlungsanlage.

Unter dem Begriff "Netz" bzw. "Wassernetz" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Zusammenwirken mehrerer Kreisläufe, welche von dem Wasser des jeweiligen Temperaturniveaus bzw. der jeweiligen Temperatur durchströmt werden, zu verstehen.

Unter dem Begriff "Kreislauf" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Leitungsverbund, welcher aus Rohrleitungen, Schläuchen oder dergleichen ausgebildet sein kann, einen offenen oder geschlossenen Umlauf bildet und in eine Richtung, vorzugsweise in zwei Richtungen, von dem Wasser des jeweiligen Temperaturniveaus durchströmbar ist, zu verstehen, wobei im Kreislauf mittelbar oder unmittelbar weitere Elemente wie z.B. Verbraucherprozesse, Wärmeübertragungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen oder

Wärmepumpenvorrichtungen sein können.

Unter dem Begriff "Verbraucherprozess" oder "Verbraucher" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen jeder Vorgang bzw. jede Anlagenvorrichtung zu verstehen, welcher im Rahmen der Behandlung von Werkstücken der Bereitstellung von Kalt-, Warm- oder Heißwasser bedarf.

Unter dem Begriff "verbunden" ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere auf direkte oder indirekte Art und Weise fluidisch verbunden zu verstehen.

Durch die unterschiedlichen Temperaturniveaus der drei Netze, werden die unterschiedlichsten Verbraucherprozesse bzw. Verbraucher versorgt, wobei eine Vielzahl an Verbraucherprozessen bzw. Verbrauchern an das Kalt- und das Warmwassernetz angeschlossen sein können. Derartige Prozesse oder Verbraucher sind überwiegend Lüftungsvorrichtungen, welche auf die wechselhaften Außenbedingungen geregelt werden müssen. Somit sind vor allem im Kalt- und Warmwassernetz hohe Schwankungen der benötigten Leistungen im Verlauf eines Tages vorzufinden. Die Prozesse oder Verbraucher des Heißwassernetzes, wie im Falle einer Lackiererei für Fahrzeugkarosserien eine oder mehrere Vorbehandlungsstationen und eine oder mehrere Zwischentrockner, hingegen besitzen eine sehr konstante Wärmeabnahme aus dem Netz bzw. Verteilernetz, lediglich zu Anfahrzwecken sind Boiler oder Brenner zu installieren. Mit anderen Worten ist das Heißwassernetz vorzugsweise an kontinuierliche Verbraucherprozesse angeschlossen. Durch die unterschiedlichen Temperaturniveaus der Netze können unterschiedliche Speichervorrichtungen eingesetzt werden. Vorzugsweise ist hier zwischen dem vorhandenen Platz in der Behandlungsanlage und der Komplexität der Speichervorrichtung abzuwägen.

Hinsichtlich der ersten Wärmepumpenvorrichtung zwischen dem Kaltwassernetz und dem Warmwassernetz kann aufgrund des geringen Temperaturniveaus von vorzugsweise maximal 60°C und der vorherrschenden Temperaturspreizung von vorzugsweise 30°C bis 40°C eine oder mehrere herkömmliche Industriewärmepumpenvorrichtungen verwendet werden.

Die Wärmerückgewinnung mittels der Wärmeübertragungsvorrichtungen dient dazu, die die Behandlungsanlage verlassenden Verbraucherprozessströme energetisch wiederverwerten zu können. Mit Hilfe der Wärmepumpenvorrichtungen können diese auf ein nutzbares Temperaturniveau für das jeweilige Netz gehoben werden. Hierbei kann die Abwärme der unterschiedlichen Verbraucherprozesse in das Kaltwassernetz eingespeist werden, um energetisch optimal genutzt zu werden. Allerdings ist darauf zu achten, dass die erste Wärmepumpenvorrichtung nur eine gewisse installierte Leistung besitzt. Diese orientiert sich in der Regel an der maximalen Kälteleistung. Spätestens sobald diese Kühlleistung (inklusive Verbraucherprozesse im Kaltwassernetz) überschritten ist, müssen Wärmerückgewinnungsmaßnahmen in das Warmwassernetz vorgenommen werden. Vor allem Prozessströme, bei welchen der Taupunkt unterschritten wird, sind energetisch bedeutend für eine Wärmerückgewinnung. Beispiele für Prozessströme zur Wärmerückgewinnung in einer Lackiererei für Fahrzeugkarosserien sind Kühlzonenablüfte, Trocknerablüfte, Spritzkabinenablüfte, Abwärme aus der Drucklufterzeugung, Ablüfte aus der Vorbehandlung (VBH) oder aus der kathodischen Tauchlackierung (KTL), Trocknerabwärme usw.

Es ist vorteilhaft, wenn für eine Vielzahl von Prozessströmen eigene Wärmeübertragungsvorrichtungen für die Wärmerückgewinnung installieren werden, wobei der Verrohrungsaufwand dem Nutzen gegenübergestellt werden muss.

Der Fall, dass das Heizwassernetz über die zweite Wärmepumpenvorrichtung direkt mit dem Kaltwassernetz verbunden ist, d.h. also unter Umgehung des Warmwassernetzes und der ersten Wärmepumpenvorrichtung, bietet den Vorteil, dass die Leistung im Heißwassernetz zur Erzeugung von Kälteleistung genutzt werden kann. Außerdem werden Übertragungsverluste durch die Umgehung des Warmwassernetzes minimiert, wodurch die Effizienz zur Erzeugung der Kälteleistung erhöht wird.

Durch die Umgehung der ersten Wärmepumpenvorrichtung zwischen dem Kaltwassernetz und dem Warmwassernetz kann somit der Wirkungsgrad sogar angehoben werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei heißen Umgebungs- /Klimabedingungen (bedingt durch die Klimazone und/oder die Jahreszeit), bei welchen bekanntermaßen ein hohes Maß an Kälteleistung erforderlich ist. So kann die für die Kälteerzeugung erforderliche Abwärme im Heißwassernetz durch die Verbraucher genutzt werden.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die mindestens eine Kaltwasserspeichervorrichtung und/oder die mindestens eine Warmwasserspeichervorrichtung und/oder die mindestens eine Heißwasserspeichervorrichtung an einen Vorlauf und einen Rücklauf des jeweiligen Netzes angeschlossenen sind.

Durch die Speichervorrichtungen, welche vorzugsweise als Pufferspeicher im jeweiligen Netz wirken, lassen sich Prozesslastspitzen, d.h. sowohl Maxima als auch Minima, der an das jeweilige Netz angebundenen bzw. angeschlossenen Verbraucherprozesse ausgleichen. Damit die Größe der jeweiligen Speichervorrichtung ökonomisch attraktiv bleibt, wird die Größe bzw. Kapazität für die Glättung bzw. Nivellierung des Lastganges eines Tages ausgelegt. Der sich daraus ergebene Vorteil ist, dass die Wärmepumpenvorrichtungen einerseits kleiner dimensioniert werden können und andererseits ein kontinuierlicher Betrieb der Wärmepumpenvorrichtungen möglich wird. Zudem können Schwankungen bei der Wärmerückgewinnung bei Änderungen von Verbraucherprozessbedingungen abgefangen werden und dosiert an die Verbraucherprozesse weitergeleitet werden.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass jedes der Netze mindestens einen Verbraucherprozesskreislauf und/oder mindestens einen Wärmepumpenkreislauf umfasst, wobei in jedem der Kreisläufe die mindestens eine Speichervorrichtung des jeweiligen Netzes unmittelbar oder mittelbar eingebunden ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Netze mindestens einen Wärmerückgewinnungskreislauf umfasst, in welchem die jeweilige Speichervorrichtung unmittelbar oder mittelbar eingebunden ist.

Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die mindestens eine erste Wärmepumpenvorrichtung nach mindestens einer Größe aus der Gruppe Kälteleistung, Wärmebedarf, Temperatur, Speicherenergiebeladung und Speicherkapazität regelbar ist.

Durch den Anschluss an das Kalt- und Warmwassernetz erzeugt die erste Wärmepumpenvorrichtung einerseits Kälte und andererseits Wärme bzw. Wärmeenergie für die Verbraucherprozesse. Somit wird eine maximale Effizienz und Auslastung dieser Wärmepumpenvorrichtung erreicht. Die installierte elektrische Leistung für diese Wärmepumpenvorrichtung orientiert sich an der maximalen zu erbringenden Kälteleistung, da diese in der Regel größer als die maximale Wärmeleistung ist. Die maximale Wärme- sowie Kälteleistung der ersten Wärmepumpenvorrichtung reduziert sich durch die Speichervorrichtungen der beiden Netze auf den durchschnittlichen Leistungsbedarf an einem Extremtag.

Der Betrieb der ersten Wärmepumpenvorrichtung wird im Sommer vorzugsweise durch die benötigte Kälteleistung der Verbraucherprozesse bestimmt. Die anfallende Wärmeleistung wird an die Warmwasserspeichervorrichtung abgegeben. Sind die Verbrauchswerte (inklusive der Verbrauchswerte der zweiten Wärmepumpenvorrichtung) größer als die Erzeugung, wird zuerst die gegebenenfalls vorhandene Wärmerückgewinnung nicht mehr vorgenommen. Bei einem weiteren Überschuss (Steigerung der Vorlauftemperatur des Warmwassernetzes) muss die erzeugte Wärme zunächst über Abluftwärmeübertragungsvorrichtungen und, falls das nicht ausreicht, durch einen Freikühlvorrichtung bzw. einen Freikühler aus dem Warmwassernetz gebracht werden.

Wird im Sommer das Temperaturniveau des Warmwassers abgesenkt, wird der Temperaturhub der ersten Wärmepumpenvorrichtung verringert. Hierdurch wird die Effizienz gesteigert. Dies führt zu einer geringeren Wärmeerzeugung im Warmwassernetz. Jedoch wird die Abgabe von überschüssiger Wärmeenergie aus dem Warmwassernetz an die Umgebung bzw. an die Freikühlvorrichtung oder an die Abluft erschwert. Es muss dann eine zusätzliche hydraulische Anbindung des Warmwassernetzes an den Wärmeübertrager der zu erwärmenden Abluft vorgenommen werden, da diese Abluft (geringes Temperaturniveau) im Winterbetrieb ihre Wärmeenergie in das Kaltwassernetz einspeist. Dieser Aufwand ist vorzugsweise dem Nutzen gegenüberzustellen.

Im Winter wird die erste Wärmepumpenvorrichtung vorzugsweise nach dem Wärmebedarf des Warmwassernetzes dimensioniert. Da jedoch der Bedarf an Kälte nicht für die alleinige Erzeugung der Wärmeenergie für das Warmwassernetz ausreicht, muss der Kältebedarf erhöht werden. Dies bedeutet, dass in das Kaltwassernetz Wärme über Wärmerückgewinnungsmaßnahmen eingebracht werden muss, d.h. über die Wärmeübertragungsvorrichtung in der Prozessabluft. So können alle Prozessströme, welche die Behandlungsanlage verlassen, fast bis auf das Temperaturniveau des Kaltwassernetzes heruntergezogen werden, womit die die Behandlungsanlage verlassenden Ströme energetisch maximal verwertet werden.

Die installierte Leistung der ersten Wärmepumpenvorrichtung wird vorzugsweise nach dem durchschnittlichen Tagesbedarf an Kälte eines Extremtages ausgelegt, da dies der Erfahrung nach der für die erste Wärmepumpenvorrichtung größere Wärmestrom im Betrieb darstellt. So stellen die Wärmerückgewinnungsmaßnahmen zur Erzeugung der Wärmeenergie im Winter ein Ausnutzen bereits vorhandener installierter Leistung dar. Wird das Temperaturniveau des Kaltwassernetzes abgesenkt, so kann einerseits mehr Wärme durch Prozesse zurückgewonnen werden, andererseits erhöht sich der Temperaturhub der ersten Wärmepumpenvorrichtung. So wird mehr elektrische, jedoch weniger Wärmeenergie aus dem Kaltwassernetz benötigt, um dieselbe Wärmeenergie in das Warmwassernetz einzubringen.

In den Übergangszeiträumen zwischen Sommer und Winter wird vorzugsweise die erste Wärmepumpenvorrichtung nach den größeren Verbrauchern geregelt, d.h. entweder im Ergebnis nach dem Warm- oder Kaltwassernetz. Infolgedessen werden entweder die Regelmaßnahmen des Sommer- oder Winterbetriebs herangezogen, damit die Temperaturniveaus, insbesondere diejenigen der Vorlauftemperaturen, der beiden Netze konstant gehalten werden. Hier arbeitet die erste Wärmepumpenvorrichtung am effektivsten, da Wärme- und Kälteerzeugung im Vordergrund stehen. Optimalerweise halten diese sich in Hinblick auf die Leistungszahl (Coefficient of Performance, kurz COP) und das Energieeffizienzverhältnis (Energy Efficiency Ratio, kurz EER) der Wärmepumpe die Waage.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die mindestens eine weitere, zweite Wärmepumpenvorrichtung eine Hochtemperatur-Wärmepumpe ist.

Um das Warm- oder Kaltwassernetz mit dem Heißwassernetz zu verbinden, wird eine Hochtemperatur-Wärme-pumpe benötigt, deren primäres Ziel die Erzeugung der Wärmeenergie für das Heißwassernetz ist. Hierbei nutzt sie Wärmeenergie aus dem Warm- oder Kaltwassernetz. Da eine derartige Hochtemperatur-Wärmepumpe an kontinuierliche Verbraucher angebunden ist, muss die Wärmebereitstellung aus dem Netz mit dem geringeren Temperaturniveau garantiert sein.

Im Fall einer Verknüpfung der ersten und der zweiten Wärmepumpenvorrichtung durch das Warmwassernetz ist somit eine Wärmeenergie aus dem Kaltwassernetz im Heißwassernetz mittelbar nutzbar, wobei die Effizienz im Vergleich zur direkten Erzeugung mittels eines elektrischen Boilers als höher anzusetzen ist.

Im Fall der Verknüpfung des Kalt- mit dem Heißwassernetzes mit der zweiten Wärmepumpenvorrichtung ist eine Wärmeenergie aus dem Kaltwassernetz im Heißwassernetz unmittelbar nutzbar, wobei die Übertragungsverluste in das Warmwassernetz und aus diesem zur zweiten Wärmepumpenvorrichtung im Vergleich zum vorher aufgeführten Fall vermieden werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das System mindestens eine Latentwärmespeichervorrichtung aufweist, welche in dem mindestens einen Kühlwassernetz und/oder in dem mindestens einen Warmwassernetz angeordnet ist.

Durch eine ergänzte Latentwärmespeichervorrichtung ist es im erfindungsgemäßen System möglich, die überschüssige Wärmeenergie des Warmwassernetzes im Sommer zu speichern und diese Wärmeenergie im Winter in das Kaltwassernetz zu speisen. So wird diese Wärmeenergie aus dem Kaltwassernetz mit Hilfe der ersten Wärmepumpenvorrichtung auf das Niveau des Warmwassernetzes angehoben. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das System mindestens ein Wärmerad zur Feuchte- und Wärmeübertragung im Warmwassernetz aufweist.

Ein Rotationswärmeübertrager, auch Wärmerad genannt, ist vorzugsweise ein Wärmeübertrager, welcher in zwei Luftströmen eine Feuchte- und Wärmerückgewinnung ermöglicht. Feuchte und Wärme wird von einem Luftstrom auf einen anderen übertragen, indem eine rotierende Speichermasse abwechselnd durch den einen Luftstrom aufgewärmt und durch den anderen abgekühlt wird.

Wegen der Feuchte- und Wärmeübertragung eines Wärmerades ist eine Vorkonditionierung von Frischluft möglich und das Temperaturniveau der Luft vor Befeuchtereintritt kann aufgrund der zurückgewonnenen Wärme gesenkt werden. Wärmeräder werden vorzugsweise zwischen Zu- und Abluft aller Prozesse, die befeuchtete Zuluft benötigen, integriert.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Warmwassernetz mindestens eine Freikühlvorrichtung, vorzugsweise eine Freikühlvorrichtung für einen Sommerbetrieb der Behandlungsanlage, aufweist.

Durch eine Freikühlvorrichtung kann bei einem Wärmeenergieüberschuss, welcher eine Wärmerückgewinnung übersteigt, d.h. nicht mehr mittels Wärmeübertragungsvorrichtung übertragbar ist, die erzeugte Wärme aus dem Warmwassernetz gebracht werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Kaltwassernetz ein Temperaturniveau von 0°C bis 30°C, vorzugsweise 0°C bis 25°C, aufweist, dass das mindestens eine Warmwassernetz ein Temperaturniveau von 20°C bis 65°C, vorzugsweise 25°C bis 60°C, aufweist und dass das mindestens eine Heißwassernetz ein Temperaturniveau von 55°C bis 100°C, vorzugsweise 60°C bis 100°C, aufweist.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Temperaturniveau des mindestens einen Kaltwassernetzes und/oder des mindestens einen Warmwassernetzes an die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur einer Umgebung der Behandlungsanlage anpassbar ist. Vorzugsweise kann ferner vorgesehen sein, dass eine Speicherkapazität der Kaltwasserspeichervorrichtung um 25 % bis 400 %, insbesondere um 50 % bis 300%, größer ist als eine Speicherkapazität der Warmwasserspeichervorrichtung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Speicherkapazität der Heißwasserspeichervorrichtung kleiner ist als eine Speicherkapazität der Kaltwasserspeichervorrichtung und/oder der Warmwasserspeichervorrichtung, vorzugsweise 10 % bis 75 % kleiner, weiter vorzugsweise 25 % bis 50 % kleiner.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Heißwassernetz mit dem mindestens einen Kaltwassernetz mittelbar und/oder unmittelbar verbunden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann ferner durch ein Verfahren zur Erzeugung von Heiz- und Kühlleistungen in einer Behandlungsanlage für Werkstücke, insbesondere in einer Lackiererei für Fahrzeugkarosserien, gelöst werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit dem vorstehend beschriebenen System durchgeführt und umfasst folgende Schritte:

Bereitstellen von Kalt- und/oder Warmwasser an die Verbraucherprozesse der Behandlungsanlage;

Zwischenspeichern von Wärmeenergie in der Kaltwasserspeichervorrichtung und/oder der Warmwasserspeichervorrichtung;

Zurückgewinnen von Wärmeenergie aus der Abluft eines oder mehrerer Verbraucherprozesse; und

Erzeugen von Kälteleistung und/oder Wärmeleistung mittels der ersten Wärmepumpenvorrichtung.

Das Verfahren kann insbesondere einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem System beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen.

Vorzugsweise kann ferner vorgesehen sein, dass das Verfahren weiter folgende Schritte umfasst: Bereitstellen von Heißwasser an die Verbraucherprozesse der Behandlungsanlage; und

Zwischenspeichern von Wärmeenergie in der Heißwasserspeichervorrichtung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, das Verfahren weiter folgenden Schritt umfasst:

Erzeugen von Heizleistung mittels der zweiten Wärmepumpenvorrichtung.

Günstig kann es ferner sein, wenn mittelbar und/oder unmittelbar Wärme von dem Kaltwassernetz in das Heißwassernetz gepumpt wird.

Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung der dritten Ausführungsform aus Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung der vierten Ausführungsform aus Fig. 5; Fig. 7 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.

Gleiche oder funktional gleichwirkende Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen belegt.

Eine in den Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichnetes System 100 dient zur Erzeugung von Heiz- und Kühlleistungen in einer Behandlungsanlage 102 für Werkstücke.

Die Behandlungsanlage 102 ist insbesondere eine Lackiererei 103 für Fahrzeugkarosserien.

Das erfindungsgemäße System 100 umfasst mindestens ein Kaltwassernetz 104, mindestens ein Warmwassernetz 106 und mindestens ein Heißwassernetz 108.

Die Netze 104, 106, 108 weisen vorzugsweise unterschiedliche Temperaturniveaus bzw. unterschiedliche Temperaturen auf, d.h. insbesondere die Temperatur des in dem jeweiligen Netz geführten Wassers weicht von der Temperatur des in den beiden übrigen Netzen geführten Wassers ab.

Das Kaltwassernetz 104 weist vorzugsweise ein Temperaturniveau von 0°C bis 25°C auf, das Warmwassernetz 106 vorzugsweise 25°C bis 60°C und das Heißwassernetz 108 vorzugsweise 60°C bis 100°C.

Das Kaltwassernetz 104 weist mindestens eine Kaltwasserspeichervorrichtung 110 sowie mindestens eine Kaltwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung 112 auf.

Ferner umfasst das Kaltwassernetz 104 mindestens einen Verbraucherprozesskreislauf 114, mindestens einen Wärmepumpenkreislauf 116 und mindestens einen Wärmerückgewinnungskreislauf 118, in welchem die Kaltwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung 112 angeordnet ist. Das Warmwassernetz 106 weist mindestens eine Warmwasserspeichervorrichtung 120 sowie mindestens eine Warmwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung 122 auf.

Ferner umfasst das Warmwassernetz 106 mindestens einen Verbraucherprozesskreislauf 124, mindestens einen ersten Wärmepumpenkreislauf 126, mindestens einen zweiten Wärmepumpenkreislauf 128 und mindestens einen Wärmerückgewinnungskreislauf 130, in welchem die Warmwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung 122 angeordnet ist.

Das Kaltwassernetz 104 und das Warmwassernetz 106 sind mittels einer ersten Wärmepumpenvorrichtung 132 miteinander verbunden, insbesondere sind der Wärmepumpenkreislauf 116 des Kaltwassernetzes 104 und der erste

Wärmepumpenkreislauf 126 des Warmwassernetzes 106 an die erste

Wärmepumpenvorrichtung 132 angeschlossen.

Die erste Wärmepumpenspeichervorrichtung 132 ist vorzugsweise eine herkömmliche Industriewärmepumpe.

Das Heißwassernetz 108 weist mindestens eine Heißwasserspeichervorrichtung 134 sowie mindestens eine Heißwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung 136 auf.

Ferner umfasst das Heißwassernetz 108 auch mindestens einen Verbraucherprozesskreislauf 138, mindestens einen Wärmepumpenkreislauf 140 und mindestens einen Wärmerückgewinnungskreislauf 142, in welchem die Heißwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung 136 angeordnet ist.

Das Warmwassernetz 106 und das Heißwassernetz 108 sind mittels einer zweiten Wärmepumpenvorrichtung 144 miteinander verbunden, insbesondere sind der zweite Wärmepumpenkreislauf 128 des Warmwassernetzes 106 und der Wärmepumpenkreislauf 140 des Heißwassernetzes 108 an die zweite Wärmepumpenvorrichtung 144 angeschlossen.

Die zweite Wärmepumpenvorrichtung 144 ist vorzugsweise eine Hochtemperatur- Wärmepumpe. Die erste und die zweite Wärmepumpenvorrichtung 132, 144 sind elektrisch betriebene Pumpenvorrichtungen mit einer definierten installierten Leistung, wobei sich die definierte Leistung vorzugsweise an der maximal zu erbringenden Leistung für die notwendige Kälte bzw. Wärme im System 100 in Zeiträumen klimatischer Spitzenwerte orientiert.

Die Verbraucherprozesskreisläufe 114, 124, 138 der Netze 104, 106, 108 stellen einem oder mehreren Verbraucherprozessen 146 Kalt-, Warm- und/oder Heißwasser bereit.

Verbraucherprozesse 146, deren Abluft 148 im Wesentlichen der einen oder den mehreren Kaltwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtungen 112 zugeführt werden, sind in einer Lackiererei 103 beispielsweise Kühlzonen oder Vorbehandlungsstationen. Verbraucherprozesse 146, deren Abluft 148 im Wesentlichen der einen oder den mehreren Warmwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtungen 122 zugeführt werden, sind in einer Lackiererei 103 beispielsweise Trockner.

Aus dem einen oder den mehreren Verbraucherprozessen 146 abgeführte Abluft 148 wird über eine Abluftleitung 150 zu einem Abluftausgang über Dach 152 aus der Behandlungsanlage 102 abgeführt.

Die Abluftleitung führt durch die Wärmeübertragungsvorrichtungen 112, 122, 136 der Netze 104, 106, 108, wodurch die Abluft bzw. abgeführten Prozessmedien 148 diese durchströmen und dabei zumindest einen Teil der in der Abluft enthaltenen Wärmeenergie in die Wärmerückgewinnungskreisläufe 118, 130, 142 zurückübertragen.

Die Ablüfte 148 der Verbraucherprozesse 146 werden vor dem Erreichen des Abluftausgangs über Dach 152 in der Kaltwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung 112 mit Kaltwasser abgekühlt, womit die Ablufttemperatur über Dach auf ein Minimum gezogen wird.

Die Speichervorrichtungen 110, 120, 134 sind an den Vor- und Rücklauf des jeweiligen Netzes 104, 108, 108 angeschlossen und dämpfen die Schwankungen im jeweiligen Netz 104, 106, 108 bei der Bereitstellung von Wasser für die Verbraucherprozesse 146, wobei die Kapazität der Speichervorrichtungen 110, 120, 134 vorzugsweise auf die Glättung des Lastganges der Verbraucherprozesse 146 innerhalb eines Tages ausgelegt sind. Infolgedessen können die Wärmepumpenvorrichtung 132, 144 u.a. auf ein Minimum ausgelegt werden.

Insbesondere in einer Lackiererei 103 werden alle Verbraucherprozesse 146, welche von den Außenbedingungen, d.h. den klimatischen Verhältnissen außerhalb der Lackiererei, abhängig sind, fast ausschließlich durch das Kaltwassernetz 104 und das Warmwassernetz 106 versorgt, weshalb die Speicherkapazität der Kaltwasserspeichervorrichtung 110 und der Warmwasserspeichervorrichtung 120 größer als die Kapazität der Heißwasserspeichervorrichtung 134 zu dimensionieren ist.

Durch die Kopplung des Kaltwassernetzes 104 mit dem Warmwassernetz 106 über die erste Wärmepumpenvorrichtung 132 kann die in das Kaltwassernetz 104 eingespeiste Wärmeenergie mittels der ersten Wärmepumpenvorrichtung 132 auf ein für die Verbraucherprozesse 146, welche vom Warmwassernetz 106 versorgt werden, nutzbares Temperaturniveau gehoben werden.

Der Anschluss der ersten Wärmepumpenvorrichtung 132 an das Kaltwassernetz 104 und an das Warmwassernetz 106 erzeugt diese Vorrichtung einerseits Kälte und andererseits Wärme, wodurch eine maximale Effizienz und Auslastung erreicht werden kann. Außerdem ist eine gleichzeitige Erzeugung von Kälte- sowie Wärmeleistung außerhalb der Extremmonate im Winter und Sommer möglich. Die installierte elektrische Leistung orientiert sich vorzugsweise an der maximal zu erbringenden Kälteleistung.

Mittels der zweiten Wärmepumpenvorrichtung 144 können Verbraucherprozesse 146 des Heißwassernetzes 108, welche einen Bedarf eines höheren Temperaturniveaus, d.h. insbesondere einem Wassertemperaturniveau von über 60°C, haben, mit der notwendigen Wärmeenergie versorgt werden.

Ist im Kaltwassernetz 104 und/oder im Warmwassernetz 106 ausreichend Wärmeenergie vorhanden bzw. übrig, kann diese mittels der zweiten Wärmepumpenvorrichtung 144 oder mittels der ersten und der zweiten Wärmepumpenvorrichtung 132, 144 auf das Temperaturniveau des Heißwassernetzes 108 angehoben werden.

Somit sind vorteilhaftweise außer den Wärmepumpenvorrichtungen 132, 144 keine zusätzlichen Aggregate zur Erzeugung der Heiz- und Kühlleistungen während des Regelbetriebs einer Behandlungsanlage 102 wie einer Lackiererei 103 notwendig. Ausgenommen hiervon sind entsprechend der zuvor erwähnten Temperaturniveaus der Netze 104, 106, 108 Verbraucherprozesse 146, welche Temperaturen über 100°C erfordern, wie z.B. Trocknungsprozesse.

Ferner können für eine Verringerung des Temperaturniveaus des Warmwassernetzes 106 Wärmeräder (nicht dargestellt) zwischen Zu- und Abluft aller Verbraucherprozesse 146, welche befeuchtete Zuluft benötigen, integriert werden. Wegen der Feuchteübertragung eines Wärmerades ist eine Vorkonditionierung von zugeführter Frischluft möglich und das Temperaturniveau der Frischluft vor Befeuchtereintritt kann entsprechend gesenkt werden. Eine Konditionierung von Frischluft bis zu einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % ist also auch im Winter bei trockenen und kalten Außenbedingungen möglich.

Im Sommer wird vorzugsweise das Temperaturniveau des Warmwassernetzes 106 abgesenkt, so dass die Effizienz der ersten Wärmepumpenvorrichtung zur Kaltwassererzeugung steigt. Ist allerdings eine Einspeisung von überschüssiger Wärmeenergie aus dem Warmwassernetz 106 an die Außenluft außerhalb der Behandlungsanlage 102 oder an die Abluft 148 der Verbraucherprozesse 146 vorgesehen, so sollte an eine Anhebung des Temperaturniveaus des Warmwassernetzes nachgedacht werden.

Im Winter wird das Temperaturniveau des Kaltwassernetzes 104 abgesenkt, wodurch eine effizientere Wärmerückgewinnung erreicht werden kann. Durch den dadurch verringerten COP kann die erste Wärmepumpenvorrichtung 132 aus gleicher Wärmeenergie aus dem Kaltwassernetz 104 eine höhere Wärmemenge in das Warmwassernetz 106 bereitstellen.

Nachfolgend wird auf die Unterschiede der in den in Fig. 2 bis 7 dargestellten weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems 100 eingegangen, wobei verstanden werden soll, dass sich alle zuvor im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Vorteile und technischen Wirkungen auch mit den nachfolgenden Ausführungsformen erreichen lassen.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 100 dargestellt, bei welcher im Wärmerückgewinnungskreislauf 118 des Kaltwassernetzes 104 mehrere parallele Wärmeübertragungsvorrichtung eingebunden sind. So wird beispielsweise in einer separaten Wärmeübertragungsvorrichtung 154 die in einer Abluft 156 enthaltene Wärmeenergie aus einem separaten Verbraucherprozess 146 auf das Kaltwasser des Wärmerückgewinnungskreislaufs 118 übertragen und in einer weiteren separaten Wärmeübertragungsvorrichtung 158 die in einer Abluft 160 enthaltene Wärmeenergie aus einem weiteren separaten Verbraucherprozess 146. Zudem wird in der Wärmeübertragungsvorrichtung 112 die Wärmeenergie auf das Kaltwasser übertragen, welche in der Abluftleitung 150 geführten Abluft 148 enthalten ist.

Das System 100 umfasst des Weiteren eine Druckluftkompressorvorrichtung 162, deren Abwärme in einem ersten Kreislauf 164 mittels einer weiteren Wärmeübertragungsvorrichtung 166 im Wärmerückgewinnungskreislauf 130 des Warmwassernetzes 106 auf das Warmwasser übertragen wird und in einem zweiten Kreislauf 168 mittels Heißwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung 136 im Wärmerückgewinnungskreislauf 142 des Heißwassernetzes 108 auf das Heißwasser übertragen wird.

Die Abluftleitung 150 führt in der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform des Systems vorzugsweise nicht durch die Heißwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung 136.

In der in den Fig. 3 und 4 dargestellten, dritten Ausführungsform des Systems 100 ist als Ergänzung eine Latentwärmespeichervorrichtung 170 vorgesehen, welche über einen Latentwärmespeicherkreislauf 172 mit dem Kaltwassernetz 104 und dem Warmwassernetz 106 verbunden ist. In die Latentwärmespeichervorrichtung 170 wird die überschüssige Wärmeenergie des Warmwassernetzes 106 im Sommer eingespeichert, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Diese in die Latentwärmespeichervorrichtung 170 eingespeicherte Wärmeenergie kann dann im Winter in dem Kaltwassernetz 104 bereitgestellt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und sodann aus dem Kaltwassernetz 104 mit Hilfe der ersten Wärmepumpenvorrichtung 132 auf das Temperaturniveau des Warmwassernetzes 106 gehoben werden.

In den Fig. 5 und 6 ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 100 dargestellt, wobei der Sommerbetrieb des Systems 100 in der Behandlungsanlage 102 zu sehen ist. Im Sommerbetrieb wird die erste Wärmepumpenvorrichtung durch die benötigte Kälteleistung der Verbraucherprozesse 146 bestimmt. Die anfallende Wärmeleistung wird an die Warmwasserspeichervorrichtung 120 abgegeben. Sind die Verbrauchswerte, inklusive der zweiten Wärmepumpenvorrichtung 144, größer als die Erzeugung, wird zuerst die gegebenenfalls vorhandene Wärmerückgewinnung über den Wärmerückgewinnungskreislauf 130 nicht mehr vorgenommen, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Bei einem weiteren Überschuss, wie z.B. durch die Steigerung der Vorlauftemperatur des Warmwassernetzes 106, muss die erzeugte Wärme zunächst über eine Abluftwärmeübertragungsvorrichtung 174 über den Abluftausgang über Dach 152 aus der Behandlungsanlage 102 abgeführt werden.

Falls dies nicht ausreichen sollte, ist eine Freikühlvorrichtung 176 vorzusehen, welche über einen Freikühlkreislauf 178 in das Warmwassernetz 106 eingebunden ist. Mittels der Freikühlvorrichtung 176 kann die überschüssige Wärmeenergie aus dem Warmwassernetz 106 ausgebracht werden.

Ferner ist in der in den Fig. 5 und 6 dargestellten, vierten Ausführungsform ersichtlich, dass die abgekühlte Abluft 148 eines oder mehrerer Verbraucherprozesse 146 stromabwärts der Heißwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung 136 wieder einem oder auch mehreren Verbraucherprozessen 146, welche die temperaturreduzierte Abluft als Zuluft verwenden können, zugeführt werden kann, wodurch der Wärmerückgewinnungskreislauf 130 nicht zusätzlich mit der Wärmeenergie aus der Wärmerückgewinnung des Heißwassernetzes 108 beaufschlagt wird.

In Fig. 7 ist in einer fünften Ausführungsform des Systems 100 ein Winterbetrieb dargestellt. In dieser fünften Ausführungsform sind, wie im Falle der zweiten Ausführungsform in Fig. 2, im Wärmerückgewinnungskreislauf 118 des Kaltwassernetzes 104 die drei Wärmeübertragungsvorrichtungen 112, 154, 158 vorgesehen, welche parallel Wärmeenergie aus den Verbraucherprozessen 156, 160 und der Abluftleitung 150 in das Kaltwassernetz 104 zurückgewinnen. Zudem weist der Wärmeübertragungskreislauf 130 des Warmwassernetzes 166 ebenfalls die weitere Wärmeübertragungsvorrichtung 166 auf, über welche - nach Übertragung der Wärmeenergie bzw. zumindest eines Teils der Wärmeenergie aus der Abluft 148 eines oder mehrerer Verbraucherprozesse 146 - einem oder mehreren Verbraucherprozessen 146 die temperaturreduzierte Abluft 148 zugeführt wird und damit zunächst in der Behandlungsanlage 102 verbleibt.

Gleiches gilt für das Heißwassernetz 108, in dessen Wärmerückgewinnungskreislauf 142 ebenfalls die temperaturreduzierte Abluft 148 stromabwärts der Heißwassernetz- Wärmeübertragungsvorrichtung wieder einem oder mehreren Verbraucherprozessen 146 zugeführt wird.

In Fig. 8 ist in einer sechsten Ausführungsform des Systems 100 dargestellt, dass im Vergleich zur ersten Ausführungsform aus Fig. 1 alternativ zur Erzeugung von Kälteleistung im Kaltwassernetz 104 direkt die verfügbare Leistung aus dem Heißwassernetz 108 genutzt werden kann. Infolgedessen wird das Warmwassernetz 106 sowie die erste Wärmepumpenvorrichtung 132 umgegangen.

Die zweite Wärmepumpenvorrichtung 144 ist dafür zum einen über den zweiten Wärmepumpenkreislauf 128 des Kaltwassernetzes 104 mit der Kaltwasserspeichervorrichtung 110 und zum anderen über den Wärmepumpenkreislauf 140 des Heißwassernetzes 108 mit der Heißwasserspeichervorrichtung 134 verbunden, wodurch direkt Wärme vom Kaltwassernetz 104 in das Heißwassernetz 108 gepumpt werden kann. So können die Verbraucherprozesse im Heißwassernetz 146 mittels Abwärme aus dem Kaltwassernetz 104 versorgt werden.

Bezugszeichenliste

System

Behandlungsanlage

Lackiererei

Kaltwassernetz

Warmwassernetz

Heißwassernetz

Kaltwasserspeichervorrichtung

Kaltwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung

Verbraucherprozesskreislauf

Wärmepumpenkreislauf

Wärmerückgewinnungskreislauf

Warmwasserspeichervorrichtung

Warmwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung

Verbraucherprozesskreislauf erster Wärmepumpenkreislauf zweiter Wärmepumpenkreislauf

Wärmerückgewinnungskreislauf erste Wärmepumpenvorrichtung

Heißwasserspeichervorrichtung

Heißwassernetz-Wärmeübertragungsvorrichtung

Verbraucherprozesskreislauf

Wärmepumpenkreislauf

Wärmerückgewinnungskreislauf zweite Wärmepumpenvorrichtung

Verbraucherprozess

Abluft

Abluftleitung

Abluftausgang über Dach

Wärmeübertragungsvorrichtung

Abluft

Wärmeübertragungsvorrichtung

Abluft Druckluftkompressorvorrichtung erster Kreislauf Wärmeübertragungsvorrichtung zweiter Kreislauf Latentwärmespeichervorrichtung Latentwärmespeicherkreislauf Abluftwärmeübertragungsvorrichtung Freikühlvorrichtung Freikühlkreislauf