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WO2010049325A2 - Klimasystem für ein gebäude - Google Patents

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Publication number
WO2010049325A2
WO2010049325A2 PCT/EP2009/063794 EP2009063794W WO2010049325A2 WO 2010049325 A2 WO2010049325 A2 WO 2010049325A2 EP 2009063794 W EP2009063794 W EP 2009063794W WO 2010049325 A2 WO2010049325 A2 WO 2010049325A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
air
conditioning system
air conditioning
heat pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/063794
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010049325A3 (de
Inventor
Roland Burk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Priority to BRPI0920086A priority Critical patent/BRPI0920086A2/pt
Priority to CN200980143041.3A priority patent/CN102197268B/zh
Priority to EP09737429A priority patent/EP2352956A2/de
Publication of WO2010049325A2 publication Critical patent/WO2010049325A2/de
Publication of WO2010049325A3 publication Critical patent/WO2010049325A3/de
Priority to US13/095,183 priority patent/US20110259029A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • F25B17/083—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt with two or more boiler-sorbers operating alternately
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2315/00—Sorption refrigeration cycles or details thereof
    • F25B2315/007—Parallel systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/272—Solar heating or cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to a climate system for a building according to the preamble of claim 1.
  • WO 2007/068481 A1 describes a heat pump according to the adsorber / desorber principle, in which a stack of hollow elements each containing a working medium on an adsorption / desorption side of the hollow elements can be flowed through a plurality of flow paths by a heat-transporting fluid.
  • the flow paths are alternately cyclically interconnected by a pair of two rotary valves, the large number of separate flow paths improving overall heat pump efficiency.
  • On an opposite evaporation / condensation side of the hollow elements these are surrounded by a second fluid, for example air, which is likewise guided alternately over the hollow elements by a pair of two rotary valves.
  • a heat pump is based on a climate system according to the invention, while reference is made to detail embodiments of the heat pump, depending on the requirements of the invention.
  • heat pumps were contemplated due to their complex design as a central large-scale systems for air conditioning buildings, the heat pump centrally, for example, in a basement or under the roof of the building is to be arranged and heated or cooled water is conducted via a pipeline network to different heating or cooling points of a building.
  • the heat pump can be provided similar to, for example, a facade or window air conditioner.
  • the heat pump usually only conditions one or a few rooms and is dimensioned accordingly in terms of performance and size.
  • At least two decentralized heat pumps are provided.
  • these decentralized heat pumps may be connected to a fluid management system of the building, similar to a radiator.
  • existing pipelines of a heating system may also be used for this or they may be embedded in the external façade insulation as part of an energy-saving refurbishment measure.
  • the fluid-line system may in particular be a liquid-line system.
  • the decentralized heat pump is designed for a cooling capacity of not more than 10 kilowatts, in particular not more than 5 kilowatts, in normal operating mode.
  • a flexibly installable, in particular retrofittable air conditioning unit is made possible, which is sufficiently dimensioned in particular for individual rooms of average size.
  • the heat sink is designed as a heat exchanger through which air flows.
  • design of the heat exchanger is designed as an integrated unit with the decentralized arranged heat pump. In such a design can be Connect the heat pump to a two-wire system of the building, reducing the cost and expense of an installation.
  • the decentralized heat pump is arranged in an outer wall area of the building, wherein at least one outer wall opening connected to the heat pump allows an exchange of air with a room of the building.
  • This arrangement has the advantage that recirculated air and / or outside air can be supplied to the conditioned area selectively or else mixable, thus for example as recirculation, mixing or fresh air.
  • the heat pump comprises an adjustable mixing element, wherein at least one air stream from the group outside air, building air or conditioned feed air is miscible with another air stream from the group and complementary to a vaporization zone and a condensation zone of the heat pump is divisible.
  • the mixing element is arranged on the input side of the heat pump.
  • the term circulating air in the sense of the present invention is generally to be understood as building air that is taken from the building. After each use of this recirculation / building air can then be supplied to the building again or be discharged to the outside.
  • the fluid is connected via a two-wire system to the heat pump.
  • the two-wire system will generally lead to one of the two, heat source or heat sink, the other one being provided locally or decentrally in the region of the heat pump, for example in the form of an outside-air driven recooler.
  • Fluid connected at least via a three-wire system to the heat pump, wherein one of the conductors to the heat source and another of the conductors to the Heat sink leads and wherein a third conductor forms a medium temperature return of the heat pump.
  • the direction of flow of the fluid preferably extends from the heat source to the heat pump and from the heat sink to the heat pump, with the fluid flow in the center temperature return leading away from that of the heat pump.
  • the third conductor is connected via a branch to the heat source and the heat sink.
  • a spatial separation of the heat pump is provided by both the heat source and the heat sink, which further reduces the size and makes the system more effective. In addition, this can be easily converted from a cooling operation to a heating operation of the heat pump.
  • a fourth conductor is provided, which also forms a central temperature return of the heat pump, in particular, the third conductor is connected to the heat source and the fourth conductor to the heat sink.
  • the different temperature level of the returns to the heat source and the heat sink is taken into account, which adjust with optimized internal heat recovery of the heat pump, which can be achieved with slightly higher heat conditions.
  • the heat ratio of a thermally driven heat pump is the quotient of Nutztude- or cooling capacity and the required drive heat output and is thus a measure of its efficiency.
  • At least the third conductor can be connected to a medium-temperature heat store.
  • the centrally occurring heat of adsorption can be used, which is dissipated via the warm or medium-temperature return of the heat pump.
  • a medium-temperature heat storage in this sense can be any thermodynamically meaningful storage or transfer of this amount of heat.
  • it may be designed as at least one of the group of water heater, hot water tank or low-temperature heating. Under low-temperature heating is in general any type of component activation of the building to understand, for example, floor or wall surface heating.
  • the heat pump is preferably configured to have both a cooling mode for cooling air supplied to the building and a heating mode for heating air supplied to the building.
  • the heating mode is to be understood as meaning that not only is the energy of the heat source discharged into the building, but in fact an additional heat pumping takes place to improve the use of energy.
  • air is led to the outside, which was cooled by the heat pump below the outside temperature by means of the drive through the heat source / heat sink.
  • the amount of heat extracted from the outside air is additionally available according to the building heating.
  • the heat accumulating as Adsorptions 1968 part is transferred via the liquid circuit to the heat storage or the heat consumer of the building and incurred as condensation heat part of the useful air of the building, while the heat of evaporation is removed from the air stream discharged to the outside air.
  • this corresponds to an exhaust air supply air heat recovery with simultaneous increase in temperature by the heat pump effect.
  • an air-flow part of the hollow elements is provided with a water-storing means.
  • condensation water which precipitates out of the cooled air during an evaporator operation of the hollow element can be stored so that it evaporates again in the subsequent inside and thus heat-emitting condensation operation of the same respective hollow element and can thus be released into the air.
  • the condensed water that has precipitated out of the air is led outwards as steam or released to the outside air.
  • an enthalpy transformer is thereby formed for the condensation water formed during the cooling of the useful air, with which an enthalpy exchange between supply air and exhaust air from the room to be conditioned can be realized.
  • the water-storing agent is designed as a rib member having capillary structures and / or as a hydrophilic coating.
  • conventional gill corrugated fins are capable of capping condensed water in the fine gill slots originally intended to better swirl the air flow in heat exchangers.
  • a possible embodiment would therefore be to provide conventional gill ribs in the air-flowed spa between adjacent hollow elements, whereby at the same time the heat transfer between the air and the hollow elements is improved.
  • an air filter for filtering outside air and / or circulating air is formed on the heat pump, so that pollen, dust u.a. be easily filtered out.
  • the heat sink of a climate system may be of any desired design, preferably, for example, as at least one of the group of air-flow heat exchangers, flowing waters, wet cooling tower or ground probe.
  • the heat source can be designed as desired, particularly preferably as at least one of the group solar thermal system, Fem Wean gleich, boilers or combined heat and power plant.
  • the heat sink and / or the heat source can be switched on or off depending on the heating or cooling mode.
  • the decentral heat pump has at least one integrated pump for conveying the fluid.
  • each heat pump an individual amount branch off of fluid without affecting other heat pumps in their operation. This is preferably supported by the fact that coming from the heat source and the heat sink leading to the heat pump central supply lines by means of central pumps in relation to the return pressure differential pressure-controlled.
  • the heat pump has an electronic control, wherein in particular a rotational speed of the rotary valve and a volume flow of the fluid can be controllably controlled.
  • the volume flow and the rotational speed are related via a fixed characteristic curve.
  • the underlying heat pump electronic control is particularly suitable, since it depends particularly on the optimization of the efficiency under changing operating conditions.
  • At least one fluid-side part of the heat pump has only exactly one rotary valve.
  • the size, number of moving components and production costs of a heat pump can be reduced.
  • at least 6 separate flow paths are alternately connected by the exactly one rotary valve.
  • the document WO 2007/068481 A1 describes in detail only heat pumps which have pairs of two opposite rotary valves both on the fluid side and on the air side.
  • an embodiment is given below, in which at least the fluid side, only one rotary valve is needed with otherwise analogous overall function.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Fig. 2 shows a detailed view of a heat pump of the embodiment of Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an air-side part of
  • FIG. 4 shows a second embodiment of an inventive
  • FIG. 5 shows a detailed representation of a heat pump of the exemplary embodiment from FIG. 4.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of an air-side part of
  • FIG. 7 shows a schematic longitudinal section through the heat pump from FIG. 5 or also FIG. 2.
  • FIG. 8 shows a schematic cross section through the heat pump from FIG. 5 or also FIG. 2 in the outlet plane.
  • FIG. 9 shows a schematic cross section through the heat pump from FIG. 5 or also FIG. 2 in the inlet plane.
  • FIG. 10 shows a variant of a rotary valve for a heat pump which is suitable for all embodiments.
  • Fig. 11 shows a development of the rotary valve of Fig. 10 in a first position.
  • FIG. 12 shows the rotary valve of Fig. 11 in a second position.
  • FIG. 13 shows a detailed illustration of the rotary valve from FIGS. 11 and 12 in longitudinal section.
  • Fig. 14 shows the view of a section along the line XXIX-XXIX in
  • Fig. 13 shows the view of a section along the line XXX-XXX in FIG.
  • FIG. 16 shows a development of a modified embodiment of the invention
  • FIG. 11 shows the rotary valve of FIG. 11 in a first position.
  • Fig. 17 shows the rotary valve of Fig. 16 in a second position.
  • the air conditioning system according to FIG. 1 comprises a heat source 1 arranged in a building, in the present case in the form of a solar thermal system with one Solar collector 1a and a heat storage 1 b (eg insulated fluid tank) and a plurality of decentralized in the building arranged heat pumps 2.
  • the attached, for example, in broken outer walls heat pumps 2 each have an integrated decentralized heat sink 3 in the form of an air-cooled recooler.
  • This recooler integrated into the decentralized units 2 comprises a fluid-flowed heat exchanger 3a and a blower fan 3b for efficient removal of the heat to the outside air (FIG. 2).
  • the description of the operation of the air conditioning system in all embodiments basically relates to a cooling mode in which cooled air is introduced into the building.
  • the fluid which in the present case is a water-glycol mixture, is connected via a two-pipe system 4 to a first conductor 4a leading from the heat source and a second conductor 4b returning to the heat source to the heat pumps are connected parallel to each other to the conductor system 4.
  • a circulating pump 5 pressurizes the conductor system 4 with a pressure, but each of the heat pumps 2 connected in parallel also has its own delivery pump 6 (see FIG. 2). In this way, a fluid volume flow can be set individually for each heat pump 2, without this being influenced by the operation of the other heat pumps.
  • the decentralized heat pumps 2 are each dimensioned so that they provide a cooling capacity between 1 kW and 5 kW in a typical cooling mode. They correspond in their design to a heat pump according to WO 2007/068481 A1 or else a heat pump modified for this purpose with only a single fluid-side rotary valve. Such a rotary valve is described below by way of example and shown schematically in FIGS. 10 to 17.
  • the decentralized heat pumps 2 shown in detail in FIG. 2 comprise not only the aforementioned feed pump 6 but also an air-side or air-flow 7 and a flow-through area 8 or a regenerative adsorption module in which the adsorption / desorption process takes place.
  • the regions 7, 8 are in fluid communication via closed hollow elements (not shown), in which hollow elements methanol is displaced as working medium between an adsorber side with activated carbon as adsorbent and an evaporator / condenser side with capillary means for receiving a liquid phase of the working medium (see WO 2007/068481).
  • the fluid lines of the heat pump overlap the air-side area 7 only for the sake of illustration, but are not in direct thermal exchange with this.
  • the air-side region is subdivided into an evaporator region 9 and a condenser region 10.
  • a condenser region 10 Via two fans 11, 12, circulating air (building air) L1 and / or fresh air L2 is supplied to region 7 for conditioning depending on requirements and operating conditions.
  • an air flow L3 On the output side of the region 7, an air flow L3 is discharged to the outside (exhaust air) and another, desired conditioned air flow L4 (useful air) supplied to the building.
  • the air flows L1 out of the building and L4 into the building are guided locally via wall or ceiling openings (see, for example, FIGS. 7 to 9), and the heat pumps 2 are arranged on the building facade or also on the building roof.
  • the heat pumps are attached to the outside or integrated into the masonry or facade insulation.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the individual air streams L1-L4 and their interconnection in the air-conducting area in two modes.
  • an electromechanically adjustable mixing element 15 is arranged, can be mixed by the supplied circulating air L1 and outside air L2.
  • a first extreme of the setting is selected, in which the evaporator 11 is only flowed through by outside air and the condenser 10 exclusively by circulating air. In this mode, a particularly large condensation usually occurs due to the higher humidity of the outside air.
  • the opposite extreme mode is selected, in which exclusively circulating air L1 is led over the cold evaporator region 9 and only outside air L2 over the hot condenser area 10. In this mode, most effective cooling of the building air is achieved, but no air renewal by outside air.
  • the hollow elements of the heat pump 2 are provided on the air side with a water-storing agent, in the present case in the form of soldered gill corrugated fins (not shown).
  • a water-storing agent in the present case in the form of soldered gill corrugated fins (not shown).
  • condensation water from the conditioned air initially accumulates and is held capillary by the gill ribs, whereupon, in the condensation mode, the hollow elements are recirculated by means of the continued air be dried.
  • the total cycle can take up to 20 minutes or more.
  • the heat pumps 2 are connected via a three-wire system with three lines 4a, 4b and 4c.
  • the heat sink 3 is not arranged in each case decentralized to the heat pumps 2, but centrally in or on the building. Accordingly, there is only a single large heat exchanger 3a with fan 3b, which is also connected to the three-wire system. Instead of a heat exchanger 3a with fan 3b could also be a heat dissipation via a running water, wet cooling tower, geothermal probe or the like.
  • connection of the heat pump 2 to the three-wire system is such that both a hot fluid line 4a from the heat source 1 and a cold fluid line 4c lead from the heat sink to the heat pump, wherein according to an additional circulation pump 5 'is provided in the conduit 4c.
  • a middle temperature line 4b continues from the adsorption module 8 and flows via a respective T-piece 13 in a common return line, wherein a first branch 4d leads back to the heat source and a second branch 4e back to the heat sink.
  • the heat pump 2 comprises two separate feed pumps 6, 6 ', by means of which in each case an adsorption-side fluid flow 8b and a desorption-side fluid flow 8a of the adsorption module 8 are conveyed separately.
  • the volumetric flows 8a, 8b may vary considerably depending on the operating conditions. Downstream of the two pumps 6, 6 ', the streams 8a, 8b combine to form a stream which opens into the returning center temperature line 4b (see FIG. 5). Due to the distributing branch 13 in the three-pipe system, any desired ratio of leading fluid streams 8a, 8b to each other can be set for each heat pump 2.
  • Fig. 4 also schematically an inner building wall 14 is shown, which is intended to symbolize the climatic separation of two rooms within a building.
  • recessed or retrofitted wall surface heaters, floors or in general parts of the concrete core of the building can be flowed through by at least one heating operation of the heat pump from the returning medium temperature line 4b.
  • the return line can also be connected to a hot water tank, a swimming pool or the like, for which heating in the summer or during a cooling operation of the heat pumps 2 is generally desired.
  • Fig. 6 shows the air-side region with the mixing member 15 analogous to FIG. 3, wherein the heat pump is in a heating mode.
  • the regulation is extremal with the exclusive supply of heated circulating air.
  • the control is extreme with the exclusive supply of heated outside air.
  • FIG. 7 to Fig. 9 schematically show the installation situation of the heat pump 2 according to any one of the above embodiments on a facade of the building.
  • the present heat pump corresponds in its design to WO 2007/068. It also has two cooperating rotary valves 2a, 2b in the adsorption / desorption 8 and two cooperating rotary valves 2c, 2d in the air duct 7. Also shown are openings 16, 19 of a facade 17 of the building, the lower opening 19 circulating air L1 leads to the heat pump and the upper opening 16 carries useful air into the building. Furthermore, an air filter 18 is shown, are filtered by the particles and / or pollutants from the supplied outside air L2.
  • a four-wire system is provided to improve the efficiency.
  • a rotary valve 100 the switching task of a rotary valve 100 is shown according to a deviating from WO 2007/068481 A1 embodiment of a heat pump as a 2-D scheme for the case of the four-wire system, in which the heat sink 118 and the heat source 120 via two conductors 128th or 129 is connected to the heat pump.
  • the illustrated rotary valve replaces the two rotary valves arranged opposite one another on the adsorber / desorber side, so that only a single rotary valve is provided at least on this side.
  • the rotary valve 100 comprises a plurality of feeders 101 to 112 and discharges 201 to 212, which can be individually assigned to the feeders 101 to 112 via connecting lines 126 or 128 and 129.
  • the additions and removals are z. B. with thermally active modules (adsorber / desorber hollow elements) 301 to 312 connected.
  • the rotary valve 100 comprises a switching member 114, which in turn comprises a rotary body 115, which, as indicated by an arrow 116, is rotatable.
  • a first heat exchanger in the form of a cooler 118 is shown, to which a pump 119 is connected downstream.
  • a second heat exchanger is designed as a heater 120.
  • the rotary valve 100 shown in FIG. 10 serves to control the flow of twelve thermally active modules with a heat transfer fluid.
  • the twelve thermally active modules 301 to 312 can be flowed through serially by a heat transfer fluid.
  • the heat source in particular the heater 120
  • the heat sink in particular the recooler 118
  • the purpose of the rotary valve 100 is to gradually shift the location of the interposition of the heater 120 and the recooler 118 without having to co-rotate them, as would be required if the schematic circuit were implemented directly.
  • the radiator 118, the pump 119 and the heater 120 are therefore arranged in a stationary manner outside the rotary valve 100 in the following figures of an exemplary design implementation.
  • the rotary valve 100 of FIG. 10 is initially shown in a schematic development.
  • the rotary valve 100 comprises twelve feeders 101 to 112, which are also referred to as inputs and are combined to form a feed region 81.
  • the rotary valve 100 comprises twelve discharges 201 to 212, which are also referred to as outputs and are combined to form a discharge region 82.
  • the feeders 101 to 112 can be connected in a different manner to the drains 201 to 212 by means of the switching element 114, which comprises the rotary body 115, when the rotary body 115 in the direction of arrow 116 rotates.
  • the radiator 118 and the heater 120 are disposed outside of a housing 125.
  • Each supply 101 to 112 and each discharge 201 to 212 is associated with an opening in an end face of the housing 125, which has substantially the shape of a hollow circular cylinder.
  • the feeds and discharges open into the end faces of the housing 125.
  • Each opening in the housing 125 is an opening in the rotary body 115 can be assigned.
  • each of the feeders 101 to 112 can be connected to the associated discharge 201 to 212 in a defined manner.
  • the feeders 102 to 106 and 108 to 112 are each connected via a through-passage 126 to the associated outlets 202 to 206 and 208 to 212.
  • the through-channels 126 extend in a straight line through the rotary body 115.
  • the feeders 101 and 107 are connected via interrupted connecting channels 128, 129 respectively to the associated discharge 201, 207.
  • the connection channels 128, 129 are subdivided by means of dividing walls or the like into subchannels 128a, 128b or 129a, 129b such that they force a flow diversion via the radiator 118 or the heater 120.
  • four annular chambers 131 to 134 are provided within the housing 125, which are shown in the development of FIGS. 11 and 12 as straight channels.
  • the supply 101 is connected via the interrupted connection channel 129 with the annular chamber 133, which in turn is connected to the heater 120.
  • the heater 120 is connected via the annular chamber 134 with the discharge 201.
  • the feed 107 is connected via the annular chamber 131 to the cooler 118, which in turn is connected via the annular chamber 132 and the interrupted connecting channel 128 with the discharge 207.
  • the through channels 126 and the broken connection channels 128, 129 are assigned to other feeders and discharges. This displacement preferably takes place in steps such that the rotational body 115 always comes to a halt when the mouth openings of the channels 126, 128, 129 provided in the rotary body 115 overlap with the corresponding openings in the housing 125.
  • the rotational body 114 is rotated by one step with respect to the illustration of FIG. 11.
  • the feeder 102 is connected to the associated discharge 202 via the heater 120.
  • the feed 108 is connected via the cooler 118 with the associated discharge 208.
  • the remaining feeds 101, 103 to 107, 109 to 112 are connected via the through-channels 126 directly to the associated outlets 201, 203 to 207, 209 to 212.
  • FIGS. 13 to 15 the rotary valve 100 shown in simplified form in FIGS. 11 and 12 is shown in somewhat greater detail.
  • the rotary body 115 is rotatably driven by means of a mounted drive shaft 150 which is sealed to the environment.
  • two ceramic sealing plates 151, 152 are provided on each end face of the housing 125.
  • the ceramic sealing plate 151 is fixedly assigned to the housing 125.
  • the ceramic sealing plate 152 is associated with the rotary body 115 and rotates with this relative to the ceramic sealing plate 151 and the housing 125.
  • the two plate pairs can be resiliently biased against each other via a (not shown) spring means.
  • annular chambers or annular spaces 131 to 134 are in each case via a radial opening 141 to 144 with the associated connecting channel 128, 129 in connection.
  • the radial openings 141 to 144 constitute a radial through-opening window which creates a fluid connection between the annular chambers 131-134 and the radially inner axial connection channels 128, 129 which, in contrast to all other connection channels 126, are provided by at least one partition wall 128c 129c are divided into two subchannels 128a and 128b and 129a and 129b, respectively.
  • the assignment between the subchannels 128a, 128b or 129a, 129b and the annular chambers 131 to 134 are preferably selected so that each two adjacent ring chambers 131, 132 and 133, 134 with corresponding, so aligned feeds 101; 107 and discharges 201; 207 are connected. Thereby, depending on the position or rotation of the rotary body 115, always a fluid path through the heater 120 and another of the total of twelve existing fluid paths through the cooler or recooler 118 out.
  • the fluid passes from the supply 101 via the radial opening 143 and the annular chamber 133 to the heater 120, as indicated by an arrow 121.
  • a further arrow 122 is indicated that the fluid passes from the heater 120 via the annular chamber 134 and the radial opening 144 to the discharge 201.
  • the fluid passes from the supply 107 via the radial opening 141 and the annular chamber 131 in the radiator 118, as indicated by an arrow 123.
  • By a further arrow 124 is indicated that the fluid passes from the radiator 118 via the annular chamber 132 and the radial opening 142 to the discharge 207.
  • Fig. 13 it can be seen that the rotor axis is mounted with the bearings 155, 156 in the cylindrical housing and the entire inner volume is sealed by a sealing element 154 from the environment.
  • a sealing element 154 apart from the two preferably ceramic surface seal pairs 151, 52 only three further sealing elements 157, 158, 159 required to seal the four annular chambers 131 to 134 in the axial direction against each other.
  • FIGS. 14 and 15 two sections through the rotary valve 100 of FIG. 13 are shown.
  • Fig. 14 is indicated by arrows 161 and 162, as the fluid passes from the heater 120 to the radial opening 144.
  • further arrows 163, 164 indicate how the fluid passes from the cooler 118 to the radial opening 142.
  • the sections show the rotational body 115 subdivided into 12 axial chambers, which are preferably stacked from plastic injection-molded elements on a common shaft 150 with positive locking.
  • the reference numerals 128 and 129 designate the passageways by means of partitions 128c or 129c are subdivided into two subchannels 128a, 128b and 129a, 129b, respectively.
  • the rotary body 115 has only interrupted passage channels of the type of reference numerals 128 and 129, which are subdivided again by partition walls 128c and 129c into subchannels 128a, 128b and 129a, 129b and radial aperture windows to the annular spaces 131 to 134, which in turn communicate in pairs with two heat exchangers, which are referred to as "heat sink” and "recooler".
  • heat sink and "recooler"
  • Fig. 17 shows the rotary valve in the following position.
  • This modified embodiment allows a dependent of the switching position of the rotary valve assignment thermally active modules 301 to 312 to at least two separate driven with their own funding fluid circuits within which the associated modules are flowed through in parallel.
  • a plurality of radial aperture windows are required, which produce a flow connection in each case one common of the four required annular chambers.
  • the partitions within a group of passage channels can be omitted in the rotary body, which then only one large radial aperture window is required per annular chamber, which is not illustrated here in detail.
  • the respective last channel of a group of parallel channels eg 102/202 and 108/208 has no radial breakthrough to an annular chamber, whereby a flow is prevented. In this way, the connected modules are not flowed through. This can bring advantages in the process change between the condensation and evaporation phase, since it does not pass through any further intermediate temperatures.
  • FIGS. 11, 12 and 16, 17 represent only two examples of the division of the through-channels according to the categories 126, 128 and 129. Further distributions of the through-channels to these categories are of course possible and also useful for particular applications.
  • the rotary valve 100 has, among other things, the following advantages: High integration of switching functions replaces two conventional rotary valves; reduced effort for drive and control; compact, material-saving construction; simple, cost-effective producibility, for example made of plastic injection-molded parts; easily realizable, low-wear surface seal over ceramic discs or ceramic plates 151, 152; short flow paths with low heat exchange between the individual flow paths; low friction and required drive torque; low bypass losses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimasystem für ein Gebäude, umfassend eine Wärmesenke (3), eine Wärmequelle (1 ) und eine Wärmepumpe (2), wobei die Wärmepumpe (2) eine Mehrzahl von insbesondere ein Adsorptionsmittel umfassenden Hohlelementen aufweist, und wobei ein wärmetransportierendes und mit der Wärmequelle (1 ) und/oder der Wärmesenke (3) in Wärmeaustausch stehendes Fluid mittels eines Rotationsventils (2a, 2b, 100) veränderlich auf eine Mehrzahl von den Hohlelementen zugeordneten Strömungswegen verteilbar ist, wodurch die Hohlelemente mit dem Fluid unter veränderlicher Temperatur in thermischen Kontakt gebracht werden, und wobei durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle (1 ) und der Wärmesenke (3) mittels der Hohlelemente eine Konditionierung von dem Gebäude zuführbarer Luft bewirkbar ist, wobei die Wärmepumpe als räumlich von zumindest einem der beiden, Wärmequelle (1 ) oder Wärmesenke (3), getrennte und dezentral angeordnete Baueinheit ausgebildet ist.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Klimasystem für ein Gebäude
Die Erfindung betrifft ein Klimasystem für ein Gebäude nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
WO 2007/068481 A1 beschreibt eine Wärmepumpe nach dem Adsor- ber/Desorber-Prinzip, bei der ein Stapel von jeweils ein Arbeitsmittel beinhaltenden Hohlelementen auf einer Adsorptions/Desorptionsseite der Hohlelemente über eine Mehrzahl von Strömungswegen von einem wärmetranspor- tierenden Fluid beströmbar ist. Die Strömungswege werden durch ein Paar von zwei Rotationsventilen wechselnd zyklisch verschaltet, wobei die große Anzahl von getrennten Strömungswegen einen Gesamtwirkungsgrad der Wärmepumpe verbessert. Auf einer gegenüberliegenden Verdamp- fungs/Kondensationsseite der Hohlelemente werden diese von einem zwei- ten Fluid, zum Beispiel Luft, umströmt, welches ebenfalls durch ein Paar von zwei Rotationsventilen wechselnd über die Hohlelemente geführt wird. Eine solche Wärmepumpe liegt einem erfindungsgemäßen Klimasystem zugrunde, dabei wird je nach Anforderungen der Erfindung auf Detailausführungen der Wärmepumpe Bezug genommen.
Bisher wurden solche Wärmepumpen bedingt durch ihre aufwendige Bauart als zentrale Großanlagen für die Gebäudeklimatisierung erwogen, wobei die Wärmepumpe zentral, zum Beispiel in einem Keller oder unter dem Dach des Gebäudes anzuordnen ist und erwärmtes bzw. abgekühltes Wasser über ein Leitungsnetz zu verschiedenen Heiz- bzw. Kühlstellen eines Gebäudes geführt wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Klimasystem für ein Gebäude anzuge- ben, das kleinbauend, insbesondere nachrüstbar ausgebildet und bedarfsgerecht einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Klimasystem erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ausbildung als dezentrale Baueinheit kann die Wärmepumpe ähnlich zum Beispiel einem Fassaden- oder Fenster-Klimagerät vorgesehen werden. Dabei konditioniert die Wärmepumpe meist nur einen oder wenige Räume und ist in ihrer Leistung und Baugröße entsprechend dimensioniert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei dezentral angeordnete Wärmepumpen vorgesehen. Diese dezentralen Wärmepumpen können zum Beispiel ähnlich einem Heizkörper an ein Fluid- Leitungssystem des Gebäudes angeschlossen sein. Im Fall von Nachrüstungen lassen sich eventuell auch vorhandene Rohrleitungen eines Hei- zungssystems hierfür verwenden oder diese im Rahmen einer energetischen Sanierungsmaßnahme in die außenliegende Fassadenisolierung einbetten. Bei dem Fluid-Leitungssystem kann es sich insbesondere um ein Flüssigkeits-Leitungssystem handeln.
In bevorzugter Detailgestaltung ist die dezentral angeordnete Wärmepumpe für eine Kälteleistung von nicht mehr als 10 Kilowatt, insbesondere nicht mehr als 5 Kilowatt, in normaler Betriebsart ausgelegt. Hierdurch wird eine flexibel installierbare, insbesondere auch nachrüstbare Klimatisierungseinheit ermöglicht, die insbesondere für einzelne Räume durchschnittlicher Größe ausreichend dimensioniert ist.
Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmesenke als luftdurchströmter Wärmetauscher ausgebildet. In möglicher Detailgestaltung ist der Wärmetauscher dabei als integrierte Baueinheit mit der dezentral an- geordneten Wärmepumpe ausgebildet. Bei einer solchen Bauform lässt sich die Wärmepumpe an ein Zweileiter-System des Gebäudes anschließen, so dass Aufwand und Kosten einer Installation reduziert werden.
Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform ist die dezentral angeord- nete Wärmepumpe in einem Außenwand bereich des Gebäudes angeordnet, wobei zumindest ein mit der Wärmepumpe verbundener Außenwanddurchbruch einen Luftaustausch mit einem Raum des Gebäudes ermöglicht. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Umluft und / oder Außenluft wahlweise oder auch mischbar, also zum Beispiel als Um-, Misch- oder Frischluft, dem kon- ditionierten Bereich zugeführt werden können. Besonders bevorzugt umfasst die Wärmepumpe dabei ein einstellbares Mischglied, wobei zumindest ein Luftstrom aus der Gruppe Außenluft, Gebäudeluft oder konditionierte Zuführluft mit einem anderen Luftstrom aus der Gruppe mischbar ist und komplementär auf eine Verdampfungszone und eine Kondensationszone der Wär- mepumpe aufteilbar ist. Hierdurch lassen sich einerseits Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Lufterneuerungsrate im Raum auf einfache Weise beeinflussen und der Betrieb und Wirkungsgrad der Wärmepumpe weiter optimieren und andererseits eine Zuluft-/Fortluft-Wärmerückgewinnung realisieren. Bei einer vorteilhaften Detailgestaltung ist dabei das Mischglied ein- gangsseitig der Wärmepumpe angeordnet. Unter dem Begriff Umluft im Sinne der vorliegenden Erfindung ist allgemein Gebäudeluft zu verstehen, die dem Gebäude entnommen wird. Nach einer jeweiligen Verwendung kann diese Umluft/Gebäudeluft dann dem Gebäude wieder zugeführt oder auch nach außen abgeführt werden.
Bei einer besonders einfachen und kostengünstigen Installationsart des Klimasystems ist das Fluid über ein Zweileiter-System mit der Wärmepumpe verbunden. Dabei wird das Zweileiter-System im Allgemeinen zu einer von beiden, Wärmequelle oder Wärmesenke, führen, wobei die jeweils andere lokal bzw. dezentral im Bereich der Wärmepumpe vorgesehen ist, zum Beispiel in Form eines außenluftbetriebenen Rückkühlers.
In alternativer und je nach Anforderungen bevorzugter Ausgestaltung ist das
Fluid zumindest über ein Dreileiter-System mit der Wärmepumpe verbunden, wobei einer der Leiter zu der Wärmequelle und ein anderer der Leiter zu der Wärmesenke führt und wobei ein dritter Leiter einen Mitteltemperatur- Rücklauf der Wärmepumpe ausbildet. Die Strömungsrichtung des Fluids verläuft bevorzugt von der Wärmequelle zu der Wärmepumpe und von der Wärmesenke zur Wärmepumpe, wobei die Fluidströmung im Mitteltempera- tur-Rücklauf von der der Wärmepumpe weg führt. In bevorzugter Detailgestaltung ist dabei der dritte Leiter über einen Abzweig mit der Wärmequelle und der Wärmesenke verbunden. Weiterhin bevorzugt wird dabei eine räumliche Trennung der Wärmepumpe sowohl von der Wärmequelle als auch von der Wärmesenke vorgesehen, was die Baugröße weiter verkleinert und die Anlage effektiver macht. Zudem kann hierdurch auf einfache Weise von einem Kühlbetrieb auf einen Heizbetrieb der Wärmepumpe umgestellt werden. Zur Optimierung des Wirkungsgrads der Wärmepumpe kann zudem vorgesehen sein, dass ein vierter Leiter vorgesehen ist, der ebenfalls einen Mitteltemperatur-Rücklauf der Wärmepumpe ausbildet, wobei insbesondere der dritte Leiter mit der Wärmequelle und der vierte Leiter mit der Wärmesenke verbunden ist. Hierdurch wird dem unterschiedlichen Temperaturniveau der Rückläufe zur Wärmequelle und zur Wärmesenke Rechnung getragen, die sich bei optimierter interner Wärmerückgewinnung der Wärmepumpe einstellen, womit etwas höhere Wärmeverhältnisse erreicht werden können. Das Wärmeverhältnis einer thermisch angetriebenen Wärmepumpe ist der Quotient aus Nutzwärme- bzw. Kälteleistung und der benötigten Antriebswärmeleistung und ist damit ein Maß für dessen Effizienz.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit zumindest drei Leitern ist vorge- sehen, dass zumindest der dritte Leiter mit einem Mitteltemperatur- Wärmespeicher verbindbar ist. Somit lässt sich die zentral anfallende Adsorptionswärme nutzen, die über den warmen bzw. mitteltemperierten Rücklauf der Wärmepumpe abgeführt wird. Ein Mitteltemperatur-Wärmespeicher in diesem Sinne kann jede thermodynamisch sinnvolle Speicherung oder Übergabe dieser Wärmemenge sein. Insbesondere kann er als zumindest eines aus der Gruppe Brauchwasserspeicher, Warmwasserspeicher oder Niedertemperaturheizung ausgebildet sein. Unter Niedertemperaturheizung ist dabei generell jede Art von Bauteilaktivierung des Gebäudes zu verstehen, zum Beispiel Fußboden- oder Wandflächenheizung. Ganz allgemein ist die Wärmepumpe bevorzugt so ausgelegt, dass sie sowohl eine Kühlbetriebsart zur Kühlung von dem Gebäude zugeführter Luft als auch eine Heizbetriebsart zur Erwärmung von dem Gebäude zugeführter Luft aufweist. Unter der Heizbetriebsart ist dabei bevorzugt zu verstehen, dass nicht nur Energie der Wärmequelle in das Gebäude abgegeben wird, sondern tatsächlich eine zusätzliche Wärmepumpung zur Verbesserung der Energienutzung stattfindet. Im Ergebnis wird in einem solchen Betrieb zum Beispiel Luft nach außen geführt, die von der Wärmepumpe mittels des Antriebs durch die Wärmequelle / Wärmesenke unter die Außentemperatur ge- kühlt wurde. Die der Außenluft entnommene Wärmemenge steht entsprechend der Gebäudeheizung zusätzlich zur Verfügung.
In einer bevorzugten Ausführung und Betriebsart wird im Heizmodus der als Adsorptionswärme anfallende Teil über den Flüssigkeitskreislauf an den Wärmespeicher oder den Wärmeverbraucher des Gebäudes und der als Kondensationswärme anfallende Teil auf die Nutzluft des Gebäudes übertragen, während die Verdampfungswärme dem an die Außenluft abgegebenen Luftstrom entzogen wird. Bei der Verwendung von Gebäudeluft als Wärmeträger entspricht dies einer Fortluft-Zuluft-Wärmerückgewinnung mit gleichzeitiger Temperaturanhebung durch den Wärmepumpeneffekt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein luft- umströmter Teil der Hohlelemente mit einem wasserspeichernden Mittel versehen. Hierdurch kann Kondenswasser, das während eines Verdampferbet- riebs des Hohlelements aus der gekühlten Luft ausfällt, flächig verteilt gespeichert werden, so dass es im nachfolgenden innenseitigen und damit Wärmeabgebenden Kondensationsbetrieb des gleichen jeweiligen Hohlelements wieder verdunstet und damit an die Luft abgegeben werden kann. In üblicher Betriebsart wird das aus der Luft ausgefällte Kondenswasser wieder als Dampf nach außen geführt bzw. an die Außenluft abgegeben. Insgesamt wird hierdurch ein Enthalpieübertrager für das bei der Abkühlung der Nutzluft gebildete Kondenswasser gebildet, mit dem ein Enthalpieaustausch zwischen Zuluft und Fortluft aus dem zu konditionierenden Raum realisiert werden kann. Zudem besteht der erhebliche Vorteil, dass sich an keiner Stelle der luftseitigen Wärmepumpe eine Wassermenge über einen längeren Zeit- raum sammelt, was die Bildung von Mikroorganismen bzw. deren geruchsintensive Stoffwechselprodukte verhindert. Typische Zykluszeiten einer solchen Wärmepumpe liegen bei 10 Minuten, so dass die luftumströmte Fläche eines Hohlelements der Erfindung vereinfacht gesagt im Wechsel 5 Minuten feucht und 5 Minuten trocken ist.
In einfacher und bevorzugter Detailgestaltung ist das wasserspeichernde Mittel als Rippenglied mit kapillarischen Strukturen und/ oder als hydrophile Beschichtung ausgebildet. So sind zum Beispiel herkömmliche Kiemen- Wellrippen dazu geeignet, in den feinen Kiemenschlitzen, die ursprünglich zur besseren Verwirbelung des Luftstroms in Wärmetauschern vorgesehen wurden, Kondenswasser kapillarisch zu halten. Eine mögliche Ausführungsform bestünde also darin, herkömmliche Kiemenrippen in dem luftdurchströmten Spait zwischen benachbarten Hohlelementen vorzusehen, wodurch zugleich der Wärmeübergang zwischen der Luft und den Hohlelementen verbessert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist an der Wärmepumpe ein Luftfilter zur Filterung von Außenluft und/oder Umluft ausgebildet, so dass Pollen, Staub u.a. auf einfache Weise ausgefiltert werden.
Allgemein kann die Wärmesenke eines erfindungsgemäßen Klimasystems beliebig ausgebildet sein, bevorzugt zum Beispiel als zumindest eines aus der Gruppe luftdurchströmter Wärmetauscher, Fließgewässer, Nasskühlturm oder Erdsonde. Ebenso kann die Wärmequelle beliebig ausgebildet sein, insbesondere bevorzugt als zumindest eines aus der Gruppe Solarthermie- Anlage, Femwärmeanschluss, Heizkessel oder Blockheizkraftwerk.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wärmesenke und/oder die Wärmequelle je nach Heiz- oder Kühlungsbetriebsart um- oder zuschaltbar.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung hat die dezentrale Wärmepumpe zumindest eine integrierte Pumpe zur Förderung des Fluids. Somit kann bei einer parallelen Aufschaltung mehrerer Wärmepumpen auf ein Fluidleitersystem des Gebäudes jede Wärmepumpe eine individuelle Menge von Fluid abzweigen, ohne dass andere Wärmepumpen in ihrem Betrieb beeinträchtigt werden. Dies wird bevorzugt dadurch unterstützt, dass die von der Wärmequelle und der Wärmesenke kommenden zu den Wärmepumpen führenden zentralen Vorlaufleitungen mittels zentraler Pumpen in Relation zum Rücklaufdruck Differenzdruck-geregelt sind.
Allgemein besonders bevorzugt hat die Wärmepumpe eine elektronische Steuerung, wobei insbesondere eine Drehgeschwindigkeit des Rotationsventils und ein Volumenstrom des Fluids ansteuerbar regelbar sind. Insbesonde- re hängen Volumenstrom und Drehgeschwindigkeit dabei über eine feste Kennlinie zusammen. Gerade bei einer der Erfindung zugrunde liegenden Wärmepumpe ist eine elektronische Regelung besonders geeignet, da es in besonderem Maße auf die Optimierung des Wirkungsgrads unter wechselnden Betriebsbedingungen ankommt.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest ein fluidseitiger Teil der Wärmepumpe nur genau ein Rotationsventil aufweist. Hierdurch lassen sich Baugröße, Anzahl der bewegten Bauteile und Herstellungskosten einer Wärmepumpe re- duzieren. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads werden durch das genau eine Rotationsventil dabei zumindest 4, insbesondere zumindest 6 separate Strömungswege wechselnd verschaltet. In der Druckschrift WO 2007/068481 A1 sind im Einzelnen nur Wärmepumpen beschrieben, die sowohl fluidseitig als auch luftseitig Paare von jeweils zwei gegenüberliegen- den Rotationsventilen aufweisen. Nachfolgend wird darüber hinaus ein Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem zumindest fluidseitig nur genau ein Rotationsventil bei sonst analoger Gesamtfunktion benötigt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfol- gend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Klimasystems.
Fig. 2 zeigt eine Detaildarstellung einer Wärmepumpe des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines luftseitigen Teils der
Wärmepumpe aus Fig. 2 in einem Kühlbetrieb. Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Klimasystems.
Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung einer Wärmepumpe des Ausfüh- rungsbeispiels aus Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines luftseitigen Teils der
Wärmepumpe aus Fig. 5 in einem Heizbetrieb. Fig. 7 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Wärmepumpe aus Fig. 5 oder auch Fig. 2. Fig. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Wärmepumpe aus Fig. 5 oder auch Fig. 2 in der Auslassebene. Fig. 9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Wärmepumpe aus Fig. 5 oder auch Fig. 2 in der Einlassebene.
Fig. 10 zeigt eine für sämtliche Ausführungsformen geeignete Variante eines Rotationsventils für eine Wärmepumpe.
Fig. 11 zeigt eine Abwicklung des Rotationsventils aus Fig. 10 in einer ersten Stellung.
Fig. 12 zeigt das Rotationsventil aus Figur 11 in einer zweiten Stellung. Fig. 13 zeigt eine detaillierte Darstellung des Rotationsventils aus den Fig. 11 und 12 im Längsschnitt.
Fig. 14 zeigt die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XXIX-XXIX in
Fig. 13. Fig. 15 zeigt die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie XXX-XXX in Fig.
13. Fig. 16 zeigt eine Abwicklung einer modifizierten Ausführungsform des
Rotationsventils aus Fig. 11 in einer ersten Stellung. Fig. 17 zeigt das Rotationsventil aus Figur 16 in einer zweiten Stellung.
Das Klimasystem gemäß Fig. 1 umfasst eine in einem Gebäude angeordne- te Wärmequelle 1 , vorliegend in Form einer Solarthermie-Anlage mit einem Solar-Kollektor 1a und einem Wärmespeicher 1 b (z.B. isolierter Fluidtank) sowie mehreren dezentral im Gebäude angeordneten Wärmepumpen 2. Die zum Beispiel an durchbrochenen Außenwänden angebrachten Wärmepumpen 2 haben jeweils eine integrierte dezentrale Wärmesenke 3 in Form eines luftgekühlten Rückkühlers. Dieser in die dezentralen Einheiten 2 integrierte Rückkühler umfasst einen fluiddurchströmten Wärmetauscher 3a und einen Gebläselüfter 3b zur effizienten Abfuhr der Wärme an die Außenluft (Fig. 2). Insofern nicht abweichend darauf hingewiesen wird, betrifft die Beschreibung des Betriebs des Klimasystems in sämtlichen Ausführungsbeispielen grund- sätzlich einen Kühlmodus, bei dem gekühlte Luft in das Gebäude geführt wird.
Das Fluid, bei dem es sich vorliegend um ein Wasser-Glykol-Gemisch handelt, wird über ein Zweileitersystem 4 mit einem ersten, von der Wärmequel- Ie hinführenden Leiter 4a und einem zweiten, zu der Wärmequelle rückführenden Leiter 4b mit den Wärmepumpen verbunden, welche parallel zueinander an das Leitersystem 4 angeschlossen sind. Eine Umwälzpumpe 5 beaufschlagt das Leitersystem 4 mit einem Druck, wobei aber jede der parallel angeschlossenen Wärmepumpen 2 zudem eine eigene Förderpumpe 6 (siehe Fig. 2) umfassen. Auf diese Weise kann für jede Wärmepumpe 2 ein Fluidvolumenstrom individuell eingestellt werden, ohne dass dieser vom Betrieb der anderen Wärmepumpen beeinflusst wird.
Die dezentralen Wärmepumpen 2 sind jeweils so dimensioniert, dass sie in einer typischen Kühl-Betriebart eine Kälteleistung zwischen 1 kW und 5 kW erbringen. Sie entsprechen in ihrer Bauart einer Wärmepumpe gemäß der WO 2007 / 068481 A1 oder auch einer hierzu modifizierten Wärmepumpe mit nur einem einzigen fluidseitigem Rotationsventil. Ein solches Rotationsventil ist beispielhaft unten beschrieben und in den Fig. 10 bis Fig. 17 sche- matisch abgebildet.
Die in Fig. 2 detailliert dargestellten dezentralen Wärmepumpen 2 umfassen neben der erwähnten Förderpumpe 6 einen luftseitigen bzw. luftdurchströmten 7 und einen fluiddurchströmten Bereich 8 bzw. ein regeneratives Adsorp- tionsmodul, in dem der Adsorptions/Desorptionsprozess stattfindet. Die bei- den Bereiche 7, 8 stehen über geschlossene Hohlelemente (nicht dargestellt) in fluidischer Verbindung, wobei in den Hohlelementen Methanol als Arbeitsmittel zwischen einer Adsorberseite mit Aktivkohle als Adsorptionsmittel und einer Verdampfer/Kondensatorseite mit kapillarischen Mitteln zur Aufnahme einer flüssigen Phase des Arbeitsmittels verlagert wird (siehe WO 2007/068481 ). Die Fluidleitungen der Wärmepumpe überschneiden den luft- seitigen Bereich 7 nur aus Gründen der Darstellung, stehen aber nicht in unmittelbarem thermischen Austausch mit diesem.
Der luftseitige Bereich unterteilt sich je nach momentaner Betriebsart der einzelnen Hohlelemente in einen Verdampferbereich 9 und einen Kondensatorbereich 10. Über zwei Lüfter 11 , 12 wird dem Bereich 7 je nach Anforderungen und Betriebsbedingungen Umluft (Gebäudeluft) L1 und/oder Außenluft L2 zur Konditionierung zugeführt. Ausgangsseitig des Bereichs 7 wird ein Luftstrom L3 nach außen abgeführt (Fortluft) und ein weiterer, gewünscht konditionierter Luftstrom L4 (Nutzluft) dem Gebäude zugeführt.
Die Luftströme L1 aus dem Gebäude und L4 in das Gebäude sind dabei lokal über Wand- oder Deckendurchbrüche (siehe etwa Fig. 7 bis Fig. 9) ge- führt und die Wärmepumpen 2 sind an der Gebäudefassade oder auch dem Gebäudedach angeordnet. Bevorzugt sind die Wärmepumpen dabei an der Außenseite angebracht oder in das Mauerwerk oder die Fassadenisolierung integriert.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Luftströme L1-L4 und deren Verschaltung im luftführenden Bereich in zwei Betriebsarten. Ein- gangsseitig des luftführenden Bereichs 7 ist dabei ein elektromechanisch verstellbares Mischglied 15 angeordnet, durch das zugeführte Umluft L1 und Außenluft L2 mischbar sind. In der oberen Darstellung ist ein erstes Extrem der Einstellung gewählt, bei dem der Verdampfer 11 ausschließlich von Außenluft durchströmt wird und der Kondensator 10 ausschließlich von Umluft. Bei dieser Betriebsart fällt meist eine besonders große Kondensation aufgrund der höheren Feuchte der Außenluft an. In der unteren Darstellung der Fig. 3 ist die entgegengesetzt extremale Betriebsart gewählt, bei der aus- schließlich Umluft L1 über den kalten Verdampferbereich 9 geführt wird und ausschließlich Außenluft L2 über den heißen Kondensatorbereich 10. Bei dieser Betriebsart wird zumeist eine besonders effektive Kühlung der Gebäudeluft erzielt, aber keine Lufterneuerung durch Außenluft.
Es versteht sich, dass sämtliche Mischungsverhältnisse zwischen den vorstehend beschriebenen extremalen Einstellungen je nach Anforderungen einstellbar sind.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrads sowie zur Unterdrückung von Mikro- Organismen sind die Hohlelemente der Wärmepumpe 2 luftseitig mit einem wasserspeichernden Mittel versehen, vorliegend in Form von aufgelöteten Kiemen-Wellrippen (nicht dargestellt). Da die Hohlelemente innerhalb eines Gesamtzyklus, der typisch etwa 10 Minuten dauert, je einen Verdampferund Kondensatormodus durchlaufen, lagert sich im ersten Fall zunächst Kondenswasser aus der konditionierten Luft an und wird von den Kiemenrippen kapillarisch gehalten, wonach im Kondensationsmodus die Hohlelemente mittels der fortgeführten Luft wieder getrocknet werden. Je nach Ausgestaltung kann der Gesamtzyklus auch bis zu 20 Minuten oder mehr dauern.
Bei dem in Fig. 4 bis Fig. 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen folgende Unterschiede zum ersten Beispiel vor:
-Die Wärmepumpen 2 sind über ein Dreileiter-System mit drei Leitungen 4a, 4b und 4c angeschlossen.
-Die Wärmesenke 3 ist nicht jeweils dezentral an den Wärmepumpen 2 angeordnet, sondern zentral in oder an dem Gebäude. Entsprechend liegt nur ein einzelner großer Wärmetauscher 3a mit Lüfter 3b vor, der ebenfalls an das Dreileiter-System angeschlossen ist. Anstelle eines Wärmetauschers 3a mit Lüfter 3b könnte auch eine Wärmeabfuhr über ein Fließgewässer, Nass- kühlturm, Erdsonde oder ähnliches erfolgen.
Der Anschluss der Wärmepumpe 2 an das Dreileiter-System erfolgt so, dass sowohl eine heiße Fluidleitung 4a von der Wärmequelle 1 als auch eine kalte Fluidleitung 4c von der Wärmesenke zu der Wärmepumpe hinführen, wobei entsprechend eine zusätzliche Umwälzpumpe 5' in der Leitung 4c vorgesehen ist. Eine Mitteltemperatur-Leitung 4b führt von dem Adsorptionsmodul 8 fort und mündet über je ein T-Stück 13 in eine gemeinsame Rückführleitung, wobei ein erster Zweig 4d zurück zu der Wärmequelle und ein zweite Zweig 4e zurück zu der Wärmesenke führt.
Die Wärmepumpe 2 umfasst zwei separate Förderpumpen 6, 6', mittels derer jeweils ein adsorptionsseitiger Fluidstrom 8b und ein desorptionsseitiger Fluidstrom 8a des Adsorptionsmoduls 8 separat gefördert werden. Die Vo- lumenströme 8a, 8b können je nach Betriebsbedingungen durchaus unterschiedlich ausfallen. Stromabwärts der beiden Pumpen 6, 6' vereinigen sich die Ströme 8a, 8b zu einem in die rückführende Mitteltemperaturleitung 4b mündenden Strom, (siehe Fig. 5). Aufgrund des verteilenden Abzweigs 13 im Dreileitersystem kann für jede Wärmepumpe 2 ein beliebiges Verhältnis von hinführenden Fluidströmen 8a, 8b zueinander eingestellt werden.
In Fig. 4 ist zudem schematisch eine innere Gebäudewand 14 dargestellt, die die klimatische Trennung zweier Räume innerhalb eines Gebäudes symbolisieren soll. Generell können eingelassene oder nachträglich aufgesetzte Wandflächenheizungen, Fussböden oder ganz allgemein Teile des Betonkerns des Gebäudes zumindest in einem Heizbetrieb der Wärmepumpen von der rückführenden Mitteltemperatur-Leitung 4b durchströmt werden. Auf diese Weise wird auch die im rückgeführten Fluid enthaltene Wärmemenge zu Heiz- und Speicherzwecken genutzt, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Anlage verbessert wird. Alternativ oder ergänzend kann die Rückführleitung auch mit einem Brauchwasserspeicher, einem Swimmingpool oder dergleichen verbunden sein, für die im Allgemein eine Beheizung auch im Sommer bzw. während eines Kühlbetriebs der Wärmepumpen 2 gewünscht ist.
Fig. 6 zeigt den luftseitigen Bereich mit dem Mischglied 15 analog Fig. 3, wobei die Wärmepumpe sich jedoch in einem Heizbetrieb befindet. In der oberen Darstellung ist die Regelung extremal unter ausschließlicher Zuführung von geheizter Umluft. In der unteren Darstellung ist die Regelung ex- tremal unter ausschließlicher Zuführung von geheizter Außenluft. Es wird darauf hingewiesen, dass auch in dem ersten Ausführungsbeispiel mit dezentralen Wärmesenken ein Heizbetrieb möglich ist. Dabei ist eine einstellbare Luftumleitung vorzusehen, so dass im Heizbetrieb die Nutzluft über den Wärmetauscher 3a des Rückkühlers 3 geführt wird.
Die Zeichnungen Fig. 7 bis Fig. 9 zeigen schematisch die Einbausituation der Wärmepumpe 2 gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ausführungsbeispiele an einer Fassade des Gebäudes. Die vorliegende Wärme- pumpe entspricht in ihrer Bauart der WO 2007/068. Sie hat je zwei zusammenwirkende Rotationsventile 2a, 2b im Adsorptions/Desorptionsbereich 8 und zwei zusammenwirkende Rotationsventile 2c, 2d im Luftführungsbereich 7. Dargestellt sind zudem Durchbrüche 16, 19 einer Fassade 17 des Gebäudes, wobei der untere Durchbruch 19 Umluft L1 zu der Wärmepumpe führt und der obere Durchbruch 16 Nutzluft in das Gebäude führt. Weiterhin ist ein Luftfilter 18 gezeigt, durch den Partikel und/oder Schadstoffe aus der zugeführten Außenluft L2 gefiltert werden.
Bei einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Verbes- serung des Wirkungsgrads ein Vierleitersystem vorgesehen. Im Unterschied zum Dreileitersystem liegen dabei separate rückführende Leitungen anstatt einer Sammelleitung 4b vor. Der kältere Austritt aus dem Adsorptionsmodul 8 wird dabei zu der Wärmesenke und der wärmere Austritt zu der Wärmequelle rückgeführt.
In Fig. 10 ist die Schaltaufgabe eines Rotationsventils 100 gemäß einem von der WO 2007/068481 A1 abweichenden Ausführungsbeispiel einer Wärmepumpe als 2-D-Schema für den Fall des Vierleitersystems dargestellt, bei dem die Wärmesenke 118 und die Wärmequelle 120 über je zwei Leiter 128 bzw. 129 mit der Wärmepumpe verbunden ist. Dabei ersetzt das dargestellte Rotationsventil die beiden auf der Adsorber/Desorber-Seite gegenüberliegend angeordneten Rotationsventile, so dass zumindest auf dieser Seite nur ein einziges Rotationsventil vorgesehen ist. Das Rotationsventil 100 umfasst eine Mehrzahl von Zuführungen 101 bis 112 sowie Abführungen 201 bis 212, die den Zuführungen 101 bis 112 über Verbindungsleitungen 126 bzw. 128 und 129 einzeln zuordenbar sind. Die Zu- und Abführungen sind z. B. mit thermisch aktiven Modulen (Adsor- ber/Desorber-Hohlelementen) 301 bis 312 verbunden. Das Rotationsventil 100 umfasst ein Schaltglied 114, das wiederum einen Rotationskörper 115 umfasst, der, wie durch einen Pfeil 116 angedeutet ist, drehbar ist. In dem Rotationskörper 115 ist ein erster Wärmetauscher in Form eines Kühlers 118 dargestellt, dem eine Pumpe 119 nachgeschaltet ist. Ein zweiter Wärmetau- scher ist als Heizer 120 ausgeführt.
Das in Fig. 10 dargestellte Rotationsventil 100 dient dazu, die Durchströmung von zwölf thermisch aktiven Modulen mit einem Wärmeträgerfluid zu steuern. Mit dem in Fig. 10 dargestellten Rotationsventil 100 können die zwölf thermisch aktiven Module 301 bis 312 seriell von einem Wärmeträgerfluid durchströmt werden. Zwischen je zwei der Module ist die Wärmequelle, insbesondere der Heizer 120, und die Wärmesenke, insbesondere der Rückkühler 118, geschaltet. Das Rotationsventil 100 hat die Aufgabe, den Ort der Zwischenschaltung des Heizers 120 und des Rückküh- lers 118 schrittweise zu verschieben, ohne dass diese mitrotiert werden müssen, wie es bei direkter Umsetzung der schematischen Schaltung erforderlich wäre. Abweichend von der Darstellung der Fig. 10 sind der Kühler 118, die Pumpe 119 und der Heizer 120 daher bei den nachfolgenden Figuren einer beispielhaften konstruktiven Umsetzung ortsfest außerhalb des Rotationsventils 100 angeordnet.
In den Fig. 11 und 12 ist das Rotationsventil 100 aus Fig. 10 zunächst in einer schematisierten Abwicklung dargestellt. Das Rotationsventil 100 umfasst zwölf Zuführungen 101 bis 112, die auch als Eingänge bezeichnet werden und zu einem Zuführbereich 81 zusammengefasst sind. Analog umfasst das Rotationsventil 100 zwölf Abführungen 201 bis 212, die auch als Ausgänge bezeichnet werden und zu einem Abführbereich 82 zusammengefasst sind. Die Zuführungen 101 bis 112 können mit Hilfe des Schaltglieds 114, das den Rotationskörper 115 umfasst, auf unterschiedliche Art und Weise mit den Abführungen 201 bis 212 verbunden werden, wenn sich der Rotationskörper 115 in Richtung des Pfeils 116 dreht. In den Fig. 11 und 12 sind der Kühler 118 und der Heizer 120 außerhalb eines Gehäuses 125 angeordnet.
Jeder Zuführung 101 bis 112 und jeder Abführung 201 bis 212 ist eine Öff- nung in einer Stirnseite des Gehäuses 125 zugeordnet, das im Wesentlichen die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders aufweist. Die Zuführungen und Abführungen münden in den Stirnseiten des Gehäuses 125. Jeder Öffnung in dem Gehäuse 125 ist eine Öffnung in dem Rotationskörper 115 zuordenbar. Durch diese Zuordnungen kann jede der Zuführungen 101 bis 112 definiert mit der zugehörigen Abführung 201 bis 212 verbunden werden. Bei dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zuführungen 102 bis 106 und 108 bis 112 über jeweils einen Durchgangskanal 126 mit den zugehörigen Abführungen 202 bis 206 und 208 bis 212 verbunden. Die Durchgangskanäle 126 erstrecken sich geradlinig durch den Rotationskörper 115 hin- durch.
Die Zuführungen 101 und 107 sind über unterbrochene Verbindungskanäle 128, 129 jeweils mit der zugehörigen Abführung 201 , 207 verbunden. Die Verbindungskanäle 128, 129 sind mittels Trennwänden oder dergleichen derart in Teilkanäle 128a, 128b bzw. 129a, 129b unterteilt, dass sie eine Strömungsumleitung über den Kühler 118 bzw. den Heizer 120 erzwingen. Zu diesem Zweck sind innerhalb des Gehäuses 125 vier Ringkammern 131 bis 134 vorgesehen, die in der Abwicklung der Fig. 11 und 12 als gerade Kanäle dargestellt sind. Die Zuführung 101 ist über den unterbrochenen Ver- bindungskanal 129 mit der Ringkammer 133 verbunden, die wiederum mit dem Heizer 120 verbunden ist.
Der Heizer 120 ist über die Ringkammer 134 mit der Abführung 201 verbunden. Analog ist die Zuführung 107 über die Ringkammer 131 mit dem Kühler 118 verbunden, der wiederum über die Ringkammer 132 und den unterbrochenen Verbindungskanal 128 mit der Abführung 207 verbunden ist. Durch Drehung des Rotationskörpers 115 in Richtung des Pfeils 116 werden die Durchgangskanäle 126 und die unterbrochenen Verbindungskanäle 128, 129 anderen Zuführungen und Abführungen zugeordnet. Diese Verschie- bung findet vorzugsweise schrittweise so statt, dass der Rotationskörper 115 immer dann zum Stehen kommt, wenn sich die Mündungsöffnungen der in dem Rotationskörper 115 vorgesehenen Kanäle 126, 128, 129 mit den entsprechenden Öffnungen in dem Gehäuse 125 überdecken.
In Fig. 12 ist der Rotationskörper 114 um einen Schritt verdreht gegenüber der Darstellung der Fig. 11 dargestellt. In Fig. 12 ist die Zuführung 102 über den Heizer 120 mit der zugehörigen Abführung 202 verbunden. Analog ist die Zuführung 108 über den Kühler 118 mit der zugehörigen Abführung 208 verbunden. Die übrigen Zuführungen 101 , 103 bis 107, 109 bis 112 sind über die Durchgangskanäle 126 direkt mit den zugehörigen Abführungen 201 , 203 bis 207, 209 bis 212 verbunden.
In den Fig. 13 bis 15 ist das in den Fig. 11 und 12 vereinfacht dargestellte Rotationsventil 100 etwas detaillierter dargestellt. In dem längs aufgeschnit- ten dargestellten zylindrischen Gehäuse 125 ist der Rotationskörper 115 mit Hilfe einer gelagerten und zur Umgebung hin abgedichteten Antriebswelle 150 drehbar angetrieben. Zur axialen Lagerung des Rotationskörpers 115 sind an jeder Stirnseite des Gehäuses 125 jeweils zwei keramische Dichtplatten 151 , 152 vorgesehen. Die keramische Dichtplatte 151 ist dem Ge- häuse 125 fest zugeordnet. Die keramische Dichtplatte 152 ist dem Rotationskörper 115 zugeordnet und dreht sich mit diesem relativ zu der keramischen Dichtplatte 151 und dem Gehäuse 125. Die beiden Plattenpaare können über eine (nicht dargestellte) Federeinrichtung elastisch gegeneinander vorgespannt sein.
Vier Ringkammern oder Ringräume 131 bis 134 stehen jeweils über eine radiale Öffnung 141 bis 144 mit dem zugehörigen Verbindungskanal 128, 129 in Verbindung. Die radialen Öffnungen 141 bis 144 stellen ein radiales Durchbruchsfenster dar, das eine Fluidverbindung zwischen den Ringkam- mern 131-134 und den radial innerhalb angeordneten axialen Verbindungskanälen 128, 129 schafft, die im Gegensatz zu allen anderen Verbindungskanälen 126 durch mindestens je eine Trennwand 128c bzw. 129c in zwei Teilkanäle 128a und 128b bzw. 129a und 129b unterteilt sind. Die Zuordnung zwischen den Teilkanälen 128a, 128b bzw. 129a, 129b und den Ring- kammern 131 bis 134 sind vorzugsweise so gewählt, dass je zwei benach- barte Ringkammern 131 , 132 und 133, 134 mit korrespondierenden, also miteinander fluchtenden Zuführungen 101 ; 107 und Abführungen 201 ; 207 verbunden sind. Dadurch wird, abhängig von der Stellung bzw. Verdrehung des Rotationskörpers 115, immer ein Fluidweg durch den Heizer 120 und ein anderer der insgesamt zwölf vorhandenen Fluidwege durch den Kühler oder Rückkühler 118 geführt.
In Fig. 13 gelangt das Fluid von der Zuführung 101 über die radiale Öffnung 143 und die Ringkammer 133 zum Heizer 120, wie durch einen Pfeil 121 angedeutet ist. Durch einen weiteren Pfeil 122 ist angedeutet, dass das Fluid von dem Heizer 120 über die Ringkammer 134 und die radiale Öffnung 144 zur Abführung 201 gelangt. Analog gelangt das Fluid von der Zuführung 107 über die radiale Öffnung 141 und die Ringkammer 131 in den Kühler 118, wie durch einen Pfeil 123 angedeutet ist. Durch einen weiteren Pfeil 124 ist angedeutet, dass das Fluid von dem Kühler 118 über die Ringkammer 132 und die radiale Öffnung 142 zu der Abführung 207 gelangt.
In Fig. 13 sieht man, dass die Rotorachse mit den Lagern 155, 156 in dem zylindrischen Gehäuse gelagert ist und das gesamte innere Volumen durch ein Dichtelement 154 gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Darüber hinaus werden abgesehen von den beiden vorzugsweise keramischen Flächendichtungspaaren 151 , 52 nur drei weitere Dichtelemente 157, 158, 159 benötigt, um die vier Ringkammern 131 bis 134 in axialer Richtung gegeneinander abzudichten.
In den Fig. 14 und 15 sind zwei Schnitte durch das Rotationsventil 100 aus Fig. 13 dargestellt. In Fig. 14 ist durch Pfeile 161 und 162 angedeutet, wie das Fluid von dem Heizer 120 zu der radialen Öffnung 144 gelangt. In Fig. 15 ist durch weitere Pfeile 163, 164 angedeutet, wie das Fluid von dem Küh- ler 118 zu der radialen Öffnung 142 gelangt. Darüber hinaus zeigen die Schnitte den in 12 axiale Kammern unterteilten Rotationskörper 115, der vorzugsweise aus Kunststoff-Spritzgusselementen auf einer gemeinsamen Welle 150 mit Formschluss aufgestapelt sind. Die Bezugszeichen 128 und 129 kennzeichnen die Durchgangskanäle die mittels Trennwänden 128c bzw. 129c in je zwei Teilkanäie 128a, 128b bzw. 129a, 129b unterteilten sind.
Im Falle einer indirekten Luftkühlung über einen ebenfalls flüssigen Wärme- träger ist zur Steuerung der Fluidkreisläufe der als Zonen B bezeichneten Ver-dampfungs-/Kondensationszonen die Verwendung eines geringfügig modifizierten Ventiles vorteilhaft, dessen Abwicklung in den Fig. 16 und 17 in zwei Stellungen dargestellt ist.
Wie in Fig. 16 dargestellt, weist der Rotationskörper 115 in einer hier dargestellten ersten Ausführungsform nur noch unterbrochene Durchgangskanäle nach Art der Bezugszeichen 128 und 129 auf, die jeweils wieder durch Trennwände 128c und 129c in Teilkanäle 128a, 128b bzw. 129a, 129b unterteilt sind und radiale Durchbruchsfenster zu den Ringräumen 131 bis 134 aufweisen, die ihrerseits paarweise mit zwei Wärmeübertragern in Verbindung stehen, die mit „Kühlkörper" und „Rückkühler" bezeichnet sind. In der dargestellten Ausführungsform gibt es damit keine reinen Durchgangskanäle der Kategorie entsprechend Bezugszeichen 126 mehr.
Die Fig. 17 zeigt das Rotationsventil in der nachfolgenden Stellung.
Diese modifizierte Ausführungsform ermöglicht eine von der Schaltstellung des Rotationsventils abhängige Zuordung thermisch aktiver Module 301 bis 312 zu mindestens zwei getrennten mit eigenen Fördereinrichtungen ange- triebenen Fluidkreisläufen innerhalb derer die zugeordneten Module parallel durchströmt werden.
Durch die jeweilige Parallelführung zweier Gruppen von Durchgangskanälen 128 und 129 im Rotationskörper 115 werden mehrere radiale Durchbruchs- fenster benötigt, die eine Strömungsverbindung in je eine gemeinsame der insgesamt vier benötigten Ringkammern herstellen. Bevorzugt können im Rotationskörper die Trennwände innerhalb einer Gruppe von Durchgangskanälen entfallen, wodurch dann pro Ringkammer nur noch ein großes radiales Durchbruchsfenster benötigt wird, was hier bildlich nicht näher ausgeführt ist. In einer weiteren hier bildlich nicht dargestellten Ausführungsform besitzt der jeweils letzte Kanal einer Gruppe parallel geführter Kanäle (z. B. 102/202 sowie 108/208) keinen radialen Durchbruch zu einer Ringkammer, wodurch ein Durchfluss unterbunden wird. Auf diese Weise werden die angeschlossenen Module nicht durchströmt. Dies kann Vorteile beim Prozesswechsel zwischen Kondensations- und Verdampfungsphase mit sich bringen, da dabei nicht weiter verwertbare Zwischentemperaturen durchlaufen werden.
Die beiden Ausführungsformen nach Fig. 11 , 12 bzw. 16, 17 stellen nur zwei Beispiele für die Aufteilung der Durchgangskanäle entsprechend der Kategorien 126, 128 und 129 dar. Weitere Aufteilungen der Durchgangskanäle auf diese Kategorien sind selbstverständlich möglich und für besondere Anwendungen auch sinnvoll.
Das Rotationsventil 100 hat unter anderem die folgenden Vorteile: Hohe Integration von Schaltfunktionen ersetzt zwei herkömmliche Rotationsventile; reduzierter Aufwand für Antrieb und Steuerung; kompakte, materialsparende Bauweise; einfache, kostengünstige Herstellbarkeit, zum Beispiel aus Kunst- stoff-Spritzgussteilen; einfach realisierbare, verschleißarme Flächendichtung über Keramikscheiben beziehungsweise Keramikplatten 151 , 152; kurze Strömungswege mit geringem Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Strömungswegen; geringe Reibung und erforderliches Antriebsdrehmoment; geringe Bypassverluste.
Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen sinnvoll miteinander kombiniert werden können. Insbesondere ist es vorteilhaft, bei der direkten Verwendung von Luft zur Übertragung der Verdampfungs- und Kondensationswärmen bei der Lösung mit zwei kommunizierenden Rotationsventilen entsprechend der WO 2007/068481 A1 zu bleiben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Klimasystem für ein Gebäude, umfassend eine Wärmesenke (3), eine Wärmequelle (1 ) und eine Wärmepumpe (2), wobei die Wärmepumpe (2) eine Mehrzahl von insbesondere ein Adsorptionsmittel umfassenden Hohlelementen aufweist, und wobei ein wärmetransportierendes und mit der Wärmequelle (1) und/oder der Wärmesenke (3) in Wärmeaustausch stehendes Fluid mittels eines Rotationsventils (2a, 2b, 100) veränderlich auf eine Mehrzahl von den Hohlelementen zugeordneten Strömungswegen verteilbar ist, wodurch die Hohlelemente mit dem Fluid unter veränder- licher Temperatur in thermischen Kontakt gebracht werden, und wobei durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle (1) und der Wärmesenke (3) mittels der Hohlelemente eine Konditionierung von dem Gebäude zuführbarer Luft bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe als räumlich von zumindest einem der beiden,
Wärmequelle (1 ) oder Wärmesenke (3), getrennte und dezentral angeordnete Baueinheit ausgebildet ist.
2. Klimasystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumin- dest zwei dezentral angeordnete Wärmepumpen (2) vorgesehen sind.
3. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentral angeordnete Wärmepumpe (2) für eine Kälteleistung von nicht mehr als 10 Kilowatt, insbesondere nicht mehr als 5 Kilowatt, in normaler Betriebsart ausgelegt ist.
4. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) als luftdurchströmter Wärmetauscher (3a, 3b) ausgebildet ist.
5. Klimasystem nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3a) als integrierte Baueinheit mit der dezentral angeordneten Wärmepumpe (2) ausgebildet ist.
6. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentral angeordnete Wärmepumpe (2) in einem Außenwandbereich (17) des Gebäudes angeordnet ist, wobei zumindest ein mit der Wärmepumpe (2) verbundener Außenwanddurchbruch (15, 16) einen Luftaustausch mit einem Raum des Ge- bäudes ermöglicht.
7. Klimasystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (2) ein einstellbares Mischglied (15) umfasst, wobei zumindest ein Luftstrom aus der Gruppe Außenluft (L2), Gebäudeluft (L1) oder konditionierte Zuführluft (L4) mit einem anderen Luftstrom aus der Gruppe mischbar ist.
8. Klimasystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischglied (15) eingangsseitig der Wärmepumpe (2) angeordnet ist.
9. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid über ein Zweileiter-System (4) mit der Wärmepumpe (2) verbunden ist.
10. Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid zumindest über ein Dreileiter-System (4) mit der Wärmepumpe (2) verbunden ist, wobei einer der Leiter (4a) zu der Wärmequelle (1) und ein anderer der Leiter (4c) zu der Wärmesenke (3) führt und wobei ein dritter Leiter (4b) einen Mitteltemperatur- Rücklauf der Wärmepumpe (2) ausbildet.
11. Klimasystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Leiter (4b) über einen Abzweig (13) mit der Wärmequelle (1 ) und der Wärmesenke (3) verbunden ist.
12. Klimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitungen in Relation zur gemeinsamen Rücklaufleitung mittels je einer zentralen Pumpe Differenzdruck- geregelt sind.
13. Klimasystem nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Wärmesenke (3) als auch die Wärmequelle (1 ) räumlich separiert von der Wärmepumpe (2) angeordnet sind.
14. Klimasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Leiter vorgesehen ist, der ebenfalls einen Mitteltemperatur-
Rücklauf der Wärmepumpe (2) ausbildet, wobei insbesondere der dritte Leiter mit der Wärmequelle (1 ) und der vierte Leiter mit der Wärmesenke (3) verbunden ist.
15. Klimasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der dritte Leiter (4b) mit einem Mitteltemperatur-Wärmespeicher (14) verbindbar ist.
16. Klimasystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteltemperatur-Wärmespeicher als zumindest eines aus der Gruppe
Brauchwasserspeicher, Niedertemperaturheizung (14) oder Fluidka- nalsystem einer Bauteil- oder Betonkernaktivierung ausgebildet ist.
17. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (2) sowohl eine Kühlbetriebsart zur
Kühlung von dem Gebäude zugeführter Luft als auch eine Heizbetriebsart zur Erwärmung von dem Gebäude zugeführter Luft aufweist.
18. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein luftumströmter Teil der Hohlelemente mit einem wasserspeichernden Mittel versehen ist.
19. Klimasystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserspeichernde Mittel als Rippenglied mit kapillarischen Strukturen und/ oder als hydrophile Beschichtung ausgebildet ist.
20. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftfilter (18) zur Filterung von Außenluft und/oder Umluft an der Wärmepumpe (2) ausgebildet ist.
21. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (3) als zumindest eines aus der Gruppe luftdurchströmter Wärmetauscher, Fließgewässer, Nassoder Hybridkühlturm oder Erdsonde ausgebildet ist.
22. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (1 ) als zumindest eines aus der Gruppe Solarthermie-Anlage, Nah- oder Femwärmeanschluss, Heizkessel, Blockheizkraftwerk oder Brennstoffzelle ausgebildet ist.
23. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (2) zumindest eine integrierte
Pumpe (6, 6') zur Förderung des Fluids aufweist.
24. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe eine elektronische Steuerung umfasst, wobei insbesondere eine mittlere Drehgeschwindigkeit des
Rotationsventils und ein Volumenstrom des Fluids ansteuerbar regelbar sind.
25. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein fluidseitiger Teil der Wärmepumpe nur genau ein Rotationsventil (100) aufweist.
26. Klimasystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass durch das genau eine Rotationsventil (100) zumindest 4, insbesondere zu- mindest 6 separate Strömungswege wechselnd verschaltet werden.
27. Klimasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je nach einer Heiz- oder Kühlungsbetriebsart verschiedene Wärmequellen und/oder Wärmesenken über einen Fluidkreislauf mit der Wärmepumpe verschaltet werden können.
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