DE102018116609A1

DE102018116609A1 - Process for operating an integral heating / air conditioning and cooling system as well as integral heating / air conditioning and cooling system with primary and secondary cooling circuit

Info

Publication number: DE102018116609A1
Application number: DE102018116609.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems (10) von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf (1) mit einem ersten Wärmeträgermedium (WT1) zum Bereitstellen von einer Gewerbekälte für Kälteanlagen, insbesondere Kühlmöbel, in dem Gebäude, mit einem sekundären Kältekreislauf (2) mit einem zweiten Wärmeträgermedium (WT2) mit einem wahlweise schaltbaren Heizbetrieb und Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes, welcher mit dem primären Kältekreislauf (1) gekoppelt ist und als Wärmepumpe betreibbar ist, wobei der primäre Kältekreislauf (1) mindestens einen Verdampfer (E), einen Kompressor (G), ein Expansionsventil (F) und einen Verflüssiger in Form eines kombinierten Wärmeübertragers (J) für mehrere Fluide umfasst, welcher mit einem dritten Wärmeträgermedium (WT3), beispielsweise Außenluft, betrieben wird, und wobei zwischen dem primären Kältekreislauf (1) und dem sekundären Kältekreislauf (2) mindestens ein zusätzlicher Wärmeübertrager (I) vorgesehen ist, welcher insbesondere zur Wärmerückgewinnung aus dem primären Kältekreislauf (1) angepasst ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Betreiben des sekundären Kältekreislaufs (2) im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf (1) abfallenden thermischen Leistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager (J) erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums (WT3) oder gemessener Außenlufttemperaturen.Method for operating an integral heating / air-conditioning and cooling system (10) of buildings with a primary refrigeration circuit (1) with a first heat transfer medium (WT1) for providing commercial refrigeration for refrigeration systems, in particular refrigeration units, in the building with a secondary refrigeration circuit (2) with a second heat transfer medium (WT2) with an optionally switchable heating and air-conditioning operation for heating / air-conditioning the interior of the building, which is coupled to the primary cooling circuit (1) and can be operated as a heat pump, the primary cooling circuit (1) at least an evaporator (E), a compressor (G), an expansion valve (F) and a condenser in the form of a combined heat exchanger (J) for several fluids, which is operated with a third heat transfer medium (WT3), for example outside air, and wherein between the primary refrigeration cycle (1) and the secondary refrigeration cycle uf (2) at least one additional heat exchanger (I) is provided, which is particularly adapted for heat recovery from the primary refrigeration cycle (1), the method being characterized by operating the secondary refrigeration cycle (2) in heating mode as a heat pump, at least partially by means of a the primary cooling circuit (1) decreasing thermal output depending on a temperature of the third heat transfer medium (WT3) recorded in the combined heat exchanger (J) or measured outside air temperatures.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf zum Bereitstellen einer Gewerbekälte für Kühlanlagen oder ähnliches sowie einem sekundären Kältekreislauf, welcher wahlweise in einen Heizbetrieb oder einen Klimatisierungsbetrieb zur Kühlung bzw. zum Heizen des Gebäudes umschaltbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein derartiges integrales Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem mit einem primären Kältekreislauf mit einem ersten Wärmeträgermedium sowie einem sekundären Kältekreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium, wobei der primäre und sekundäre Kältekreislauf miteinander über einen zusätzlichen Wärmeübertrager und einen als Verflüssiger dienenden kombinierten Wärmeübertrager für mehrere Fluide miteinander gekoppelt sind.The present invention relates to a method for operating an integral heating / air-conditioning and cooling system of buildings with a primary refrigeration circuit for providing commercial refrigeration for cooling systems or the like, and a secondary refrigeration circuit, which optionally in a heating operation or an air conditioning operation for cooling or for heating of the building is switchable. The invention further relates to such an integral heating / air-conditioning and cooling system with a primary refrigeration cycle with a first heat transfer medium and a secondary refrigeration cycle with a second heat transfer medium, the primary and secondary refrigeration cycle with each other via an additional heat exchanger and a combined heat exchanger serving as a condenser several fluids are coupled together.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines integralen lastangepassten Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems, bei welchem der sekundäre Kältekreislauf als eine Wärmepumpe betrieben werden kann. Derartige integrale Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsysteme von Gebäuden finden beispielsweise in Gewerbebetrieben Anwendung, bei denen gleichermaßen eine Gewerbekälte mittels eines primären Kältekreislaufs für beispielsweise Kühlmöbel erzeugt werden muss und gleichzeitig eine Heizung bzw. Kühlung des Gebäudes mittels eines sekundären Kältekreislaufs erfolgt. Es ist im Stand der Technik bekannt, solch eine kombinierte Heiz-/Klimatisierung und Kühlung von Gebäuden bereitzustellen, wobei verschiedene Wärmeträgermedien bzw. Kältemittel in den Leitungen der Kältekreisläufe strömen. Beispielsweise ist es im Stand der Technik bekannt, bei einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe über einen im Außenbereich aufgestellten Wärmeübertrager primärseitig Wärme über ein Wärmeübertragermedium wie die Außenluft zu entziehen und beispielsweise durch eine Kältemaschine über ein zweites Wärmeträgermedium (Kühlmedium) den Heizkreis mit Hilfe eines weiteren Wärmeübertragers auf der Sekundärseite zum Zwecke der Beheizung von Innenräumen des Gebäudes zu nutzen. Ein solches kombiniertes Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem verwendet dabei die Abwärme aus dem primären Kältekreislauf, um eine Heizleistung im sekundären Kältekreislauf für das Heizen des Gebäudes bereitzustellen. Bei solch einem bekannten Wärmeübertragungsprozess wird die über den Wärmeübertrager geführte Außenluft am kombinierten Wärmeübertrager (Verflüssiger) um mehrere Kelvin abgekühlt in Abhängigkeit von der Größe des Wärmeübertragers. Diese an die Außenluft abgeführte thermische Leistung wird dem primären Kältekreislauf entnommen und ohne weitere Verwendung abgegeben.The invention relates in particular to a method for operating an integral load-adapted heating / air-conditioning and cooling system, in which the secondary cooling circuit can be operated as a heat pump. Such integral heating / air-conditioning and cooling systems of buildings are used, for example, in commercial operations in which commercial refrigeration must likewise be generated by means of a primary refrigeration circuit for, for example, refrigerated furniture and at the same time heating or cooling the building by means of a secondary refrigeration circuit. It is known in the prior art to provide such a combined heating / air-conditioning and cooling of buildings, with different heat transfer media or refrigerants flowing in the lines of the refrigeration circuits. For example, it is known in the prior art to extract heat on the primary side in an air / water heat pump via an external heat exchanger via a heat transfer medium such as the outside air and, for example, by means of a refrigeration machine via a second heat transfer medium (cooling medium) to use another heat exchanger on the secondary side for the purpose of heating the interior of the building. Such a combined heating / air-conditioning and cooling system uses the waste heat from the primary cooling circuit to provide heating power in the secondary cooling circuit for heating the building. In such a known heat transfer process, the outside air passed through the heat exchanger is cooled by several Kelvin on the combined heat exchanger (condenser) depending on the size of the heat exchanger. This thermal power dissipated to the outside air is taken from the primary refrigeration cycle and released without further use.

Ein solcher im Stand der Technik bekannter Betrieb eines kombinierten integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems ist zum Beispiel in der nachfolgenden 1 schematisch dargestellt. Die 1 zeigt einen Sommerbetrieb (Betriebsart 1) des Systems 10, wobei lediglich die Gewerbekälte über den primären Kältekreislauf 1 erzeugt wird, wie es mit den fett hervorgehobenen Strömungspfaden des ersten Wärmeträgermediums WT1 im primären Kältekreislauf 1 veranschaulicht ist. Ein als Verdampfer dienender Wärmeübertrager E ist im primären Kältekreislauf 1 über einen Verdichter in Form eines Kompressors G und ein Drei-Wege-Ventil H so geschaltet, dass in dem im Außenbereich des Gebäudes liegenden Verflüssiger in Form eines kombinierten Wärmeübertragers J die Wärme an die Außenluft abgegeben werden kann. Auf der Rückflussseite im primären Kältekreislauf 1 befindet sich das Expansionsventil F, das den primären Kältekreislauf 1 zur Erzeugung der Gewerbekälte im Sommerbetrieb bzw. Betriebsart 1 vervollständigt.Such an operation of a combined integral heating / air-conditioning and cooling system known in the prior art is, for example, in the following 1 shown schematically. The 1 shows a summer mode (operating mode 1 ) of the system 10 , whereby only the commercial refrigeration via the primary refrigeration cycle 1 is generated as it is with the flow paths of the first heat transfer medium highlighted in bold WT1 in the primary refrigeration cycle 1 is illustrated. A heat exchanger serving as an evaporator e is in the primary refrigeration cycle 1 via a compressor in the form of a compressor G and a three-way valve H switched in such a way that the condenser in the form of a combined heat exchanger located in the outer area of the building J the heat can be given off to the outside air. On the return side in the primary refrigeration cycle 1 is the expansion valve F which is the primary refrigeration cycle 1 to generate commercial refrigeration in summer operation or operating mode 1 completed.

Dieses bekannte kombinierte integrale Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem kann zur Erzeugung von Gewerbekälte und gleichzeitigen Klimatisierung im sekundären Kältekreislauf 2 in einer Betriebsart 2 eingesetzt werden, wie es der nachfolgenden schematischen 2 der Zeichnungen zu entnehmen ist. Im Unterschied zur ersten, in der 1 gezeigten Betriebsart 1 werden bei der 2 (Betriebsart 2) sowohl der primäre Kältekreislauf 1 als auch der sekundäre Kältekreislauf 2 betrieben, und zwar indem im sekundären Kältekreislauf 2 das zweite Wärmeträgermedium WT2 über den als Verdampfer dienenden Wärmeübertrager N zur Klimatisierung, den Verdichter in Form eines Kompressors R, das Drei-Wege-Ventil H und den kombinierten Wärmeübertrager J als Verflüssiger geleitet wird. Auf der Rückflussseite befindet sich ein Expansionsventil O des sekundären Kältekreislaufs 1, so dass zum Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes eine Kälteleistung mittels des sekundären Kältekreislaufs parallel zu der Kälteleistung für die Gewerbekälte im primären Kältekreislauf 1 bereitgestellt werden kann. Der primären Kältekreislauf 1 und der sekundäre Kältekreislauf 2 sind also über den kombinierten Wärmeübertrager J derart gekoppelt, dass beide Fluide mittels der Außenluft bzw. des dritten Wärmeträgermediums WT3 entsprechend gekühlt werden können. Auch bei dieser zweiten Betriebsart 2 gemäß der 2 wird also eine thermische Leistung im kombinierten Wärmeübertrager J ohne weitere Nutzung an die Außenluft übertragen, welche um einige Kelvin dort erwärmt wird.This well-known combined integral heating / air conditioning and cooling system can be used to generate commercial refrigeration and simultaneous air conditioning in the secondary refrigeration cycle 2 in one mode 2 be used as it is the following schematic 2 the drawings can be seen. In contrast to the first, in the 1 shown operating mode 1 are at the 2 (mode 2 ) both the primary refrigeration cycle 1 as well as the secondary refrigeration cycle 2 operated, namely in the secondary refrigeration cycle 2 the second heat transfer medium WT2 via the heat exchanger serving as an evaporator N for air conditioning, the compressor in the form of a compressor R , the three-way valve H and the combined heat exchanger J is passed as a condenser. There is an expansion valve on the return side O of the secondary refrigeration cycle 1 , so that to air-condition the interior of the building, a cooling capacity by means of the secondary cooling circuit parallel to the cooling capacity for commercial cooling in the primary cooling circuit 1 can be provided. The primary refrigeration cycle 1 and the secondary refrigeration cycle 2 are so about the combined heat exchanger J coupled such that both fluids by means of the outside air or the third heat transfer medium WT 3 can be cooled accordingly. Even with this second operating mode 2 according to the 2 becomes a thermal output in the combined heat exchanger J transferred to the outside air without further use, which is warmed by a few Kelvin there.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems von Gebäuden mit primärem und sekundärem Kältekreislauf bereitzustellen, welches eine höhere Ausnutzung von Wärme-/Kälteleistungen aus den Kreisläufen zur Erhöhung der Gesamteffizienz des Systems ermöglicht. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren und ein solches System zum integralen kombinierten Betrieb von mehreren Kältekreisläufen für die Zwecke einer Heizung, Klimatisierung und zum Bereitstellen von Kühlleistung auszubilden, welches eine Verschwendung von erzeugter Kälte/Wärme durch das System effektiv verhindert.In contrast, it is the object of the present invention to provide a method and a system for operating an integral heating / air-conditioning and cooling system of buildings with primary and secondary cooling circuit, which allows a higher utilization of heating / cooling capacities from the circuits to increase the overall efficiency of the system. In particular, it is the object of the present invention to develop such a method and such a system for the integral combined operation of a plurality of refrigeration circuits for the purposes of heating, air conditioning and for providing cooling power, which effectively prevents waste of generated cold / heat by the system ,

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 sowie mit einem Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved with a method with the steps of claim 1 and with a heating / air-conditioning and cooling system with the features of claim 7. Advantageous refinements and developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betrieb eines integralen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems von Gebäuden mit einem primären Kältekreislauf mit einem ersten Wärmeträgermedium zum Bereitstellen einer Kühlleistung für Kälteanlagen in dem Gebäude vorgesehen sowie mit einem sekundären Kältekreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium, welcher zweite bzw. sekundäre Kältekreislauf wahlweise in einen Heizbetrieb oder einen Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren (Kühlen) von Innenräumen des Gebäudes schaltbar ist, wobei der sekundäre Kältekreislauf mit dem primären Kältekreislauf gekoppelt ist und als eine Wärmepumpe betrieben werden kann, wobei der primäre Kältekreislauf mindestens einen Verdampfer, einen Kompressor, ein Expansionsventil und einen Verflüssiger in Form eines kombinierten Wärmeübertragers für mehrere Fluide umfasst, welcher kombinierte Wärmeübertrager mit einem dritten Wärmeträgermedium, vorzugsweise mit Außenluft, betrieben wird, und wobei zwischen dem primären Kältekreislauf und dem sekundären Kältekreislauf mindestens ein zusätzlicher Wärmeübertrager vorgesehen ist, welcher insbesondere zur Wärmerückgewinnung aus dem primären Kältekreislauf angepasst ist, wobei das Verfahren der Erfindung gekennzeichnet ist durch Betreiben des sekundären Kältekreislaufs im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf abfallenden Kälteleistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums oder gemessener Außenlufttemperaturen. Durch die Verwendung der im primären Kältekreislauf abfallenden Kälteleistung in dem sekundären Kältekreislauf für die Zwecke einer Heizung der Innenräume des Gebäudes kann die Gesamteffizienz des Systems deutlich verbessert werden.According to the invention, a method for operating an integral heating / air-conditioning and cooling system of buildings with a primary refrigeration circuit with a first heat transfer medium is provided to provide cooling capacity for refrigeration systems in the building, and with a secondary refrigeration circuit with a second heat transfer medium, which is second or secondary The cooling circuit can optionally be switched to a heating operation or an air conditioning operation for heating / air conditioning (cooling) the interior of the building, the secondary cooling circuit being coupled to the primary cooling circuit and being able to be operated as a heat pump, the primary cooling circuit being at least one evaporator, one compressor , an expansion valve and a condenser in the form of a combined heat exchanger for several fluids, which operated combined heat exchangers with a third heat transfer medium, preferably with outside air ben, and wherein at least one additional heat exchanger is provided between the primary refrigeration cycle and the secondary refrigeration cycle, which is particularly adapted for heat recovery from the primary refrigeration cycle, the method of the invention being characterized by operating the secondary refrigeration cycle in heating mode as a heat pump at least partially by means of a cooling capacity falling from the primary cooling circuit as a function of a temperature of the third heat transfer medium or measured outside air temperatures recorded in the combined heat exchanger. The overall efficiency of the system can be significantly improved by using the cooling capacity falling in the primary cooling circuit in the secondary cooling circuit for the purposes of heating the interior of the building.

Die im primären Kältekreislauf anfallende Kühlleistung, welche im Stand der Technik zu einer Erwärmung von Außenluft um einige Grad bzw. Kelvin geführt hatte, wird erfindungsgemäß nutzbar gemacht für die Zwecke eines Heizens in dem sekundären Kältekreislauf. Der sekundäre Kältekreislauf ist erfindungsgemäß dadurch so integriert und mit dem primären Kältekreislauf bzw. dem kombinierten Wärmeübertrager gekoppelt, dass er als Wärmepumpe zum Verwenden der abfallenden thermischen Leistung betrieben werden kann. Auf der Seite des Verflüssigers wird quasi durch das zweite Wärmeträgermedium, welches in dem sekundären Kältekreislauf strömt, die thermische Leistung verwendet, um die erforderliche Heizleistung in dem Gebäude mit geringerem Aufwand als bisher bereitzustellen. Mit solch einem Verfahren wird auf konstruktiv einfache Art und Weise eine überschüssige thermische Leistung nutzbar gemacht, die zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems führt. Über einfache Wärmeübertragungsprozesse in dem erfindungsgemäßen Verfahren und anhand von ohnehin vorhandenen kombinierten integrierten Komponenten des primären Kältekreislaufs und des sekundären Kältekreislaufs wird durch spezifische Schaltung und einen speziellen Betrieb als Wärmepumpe anhand von überschüssiger thermischer Leistung die Heizleistung zumindest teilweise erbracht. Dabei kann gleichzeitig die erforderliche Kälte in dem primären Kältekreislauf, im Kühlmöbel oder ähnlichem in dem Gebäude bereitgestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich so eine gleichzeitige Bereitstellung von Kälteleistung durch eine Wärmepumpe im Heizfall des Systems realisieren, ohne dass ein deutlich erhöhter Aufwand an Energie für den Betrieb der Kältekreisläufe erforderlich ist.The cooling capacity occurring in the primary refrigeration cycle, which in the prior art had led to a warming of outside air by a few degrees or Kelvin, is used according to the invention for the purposes of heating in the secondary refrigeration cycle. According to the invention, the secondary refrigeration circuit is thus integrated and coupled to the primary refrigeration circuit or the combined heat exchanger in such a way that it can be operated as a heat pump to use the falling thermal output. On the condenser side, the thermal power is used by the second heat transfer medium, which flows in the secondary refrigeration circuit, to provide the required heating power in the building with less effort than before. With such a method, excess thermal power can be used in a structurally simple manner, which leads to a considerable increase in the efficiency of the overall system. Using simple heat transfer processes in the method according to the invention and using already existing combined integrated components of the primary refrigeration circuit and the secondary refrigeration circuit, the heating power is at least partially provided by specific switching and a special operation as a heat pump based on excess thermal power. At the same time, the required cooling can be provided in the primary cooling circuit, in the refrigeration cabinet or the like in the building. With the method according to the invention, a simultaneous provision of cooling power by a heat pump when the system is heating can be realized without a significantly increased expenditure of energy being required for the operation of the cooling circuits.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Heizleistung im sekundären Kältekreislauf über eine aus dem primären Kältekreislauf abfallende thermische Leistung und/oder eine Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Wärmeträgermedium und dem dritten Wärmeträgermedium bzw. Außenluft erzeugt. Die Heizleistung ist somit das Ergebnis einer Temperaturdifferenz an dem kombinierten Wärmetauscher, welcher sowohl vom primären Kältekreislauf als auch vom sekundären Kältekreislauf genutzt wird.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, a heating power is generated in the secondary refrigeration cycle via a thermal power falling from the primary refrigeration cycle and / or a temperature difference between the second heat transfer medium and the third heat transfer medium or outside air. The heating output is therefore the result of a temperature difference on the combined heat exchanger, which is used by both the primary refrigeration cycle and the secondary refrigeration cycle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der sekundäre Kältekreislauf mindestens einen Verdampfer, einen Kompressor, ein Expansionsventil und einen Verflüssiger in Form eines kombinierten Wärmeübertragers auf, wobei zwischen einem Klimatisierungsbetrieb zur Kühlung des Gebäudes und einem Heizbetrieb zum Heizen des Gebäudes mindestens teilweise mittels Wärmepumpe in Abhängigkeit von Außenlufttemperaturen umgeschaltet wird. Die Steuerung des Verfahrens, d. h. der Betrieb des sekundären Kältekreislaufs als Wärmepumpe, erfolgt somit in Abhängigkeit von gemessenen Außenlufttemperaturen. Sobald sich die Außenluft in einem vordefinierten Temperaturbereich befindet, welcher den Betrieb als Wärmepumpe des sekundären Kältekreislaufs erlaubt, wird erfindungsgemäß auf solch einen Wärmepumpenbetrieb im Heizfall umgeschaltet, so dass die zeitgleich geforderte Kühlleistung mindestens zum Teil auf Basis dieser ansonsten nicht nutzbaren thermischen Leistung bereitgestellt wird.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the secondary refrigeration circuit has at least one evaporator, a compressor, an expansion valve and a condenser in the form of a combined heat exchanger, with an air-conditioning operation for cooling the building and a heating operation for heating the building at least partially by means of a heat pump is switched depending on outside air temperatures. The control of the process, ie the operation of the secondary refrigeration cycle as a heat pump, is thus dependent on the measured outside air temperatures. As soon as the outside air is in a predefined temperature range, which one allowing operation as a heat pump of the secondary refrigeration circuit is switched over according to the invention to such a heat pump operation in the heating case, so that the cooling capacity required at the same time is provided at least in part on the basis of this otherwise unusable thermal output.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Mittel zum Erfassen der Temperatur des dritten Wärmeträgermediums bzw. der Außenluft im kombinierten Wärmeübertrager vorgesehen, und es wird bei Unterschreiten einer vordefinierten Schwellentemperatur des dritten Wärmeträgermediums der sekundäre Kältekreislauf in einen Betrieb als Wärmepumpe umgeschaltet. Mit einfachen zusätzlichen technischen Komponenten, nämlich einem Temperatursensor, lässt sich so eine vergleichsweise einfache Steuerung des Verfahrens mit deutlicher Effizienzsteigerung realisieren. Auf effiziente Art und Weise kann so der Gesamtwirkungsgrad des Systems deutlich erhöht werden. Die Umschaltung des sekundären Kältekreislaufs auf den Betrieb als Wärmepumpe erfolgt anhand einer Schwellentemperatur, die beispielsweise voreingestellt in der Steuerung des Systems hinterlegt ist.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, means for detecting the temperature of the third heat transfer medium or the outside air in the combined heat exchanger are provided, and if the temperature falls below a predefined threshold temperature of the third heat transfer medium, the secondary cooling circuit is switched over to operation as a heat pump. With simple additional technical components, namely a temperature sensor, a comparatively simple control of the method with a significant increase in efficiency can be achieved. The overall efficiency of the system can be increased significantly in an efficient manner. The switchover of the secondary refrigeration cycle to operation as a heat pump takes place on the basis of a threshold temperature, which is preset, for example, in the control of the system.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht der kombinierte Wärmeübertrager an der Außenseite des Gebäudes, welcher als Verflüssiger verwendet wird, einen Wärmeaustausch zwischen mindestens drei verschiedenen oder voneinander abgetrennten Wärmeträgermedien. Beispielsweise kann ein erstes Wärmeträgermedium in Form eines Kältemittels in dem primären Kältekreislauf vorgesehen sein. Ein zweites Wärmeträgermedium in Form einer Sole oder eines Heizwassers kann in dem sekundären Kältekreislauf vorgesehen sein. Ein drittes Wärmeträgermedium kann beispielsweise die Außenluft an dem kombinierten Wärmeübertrager sein oder ein anderes Fluid, sofern sich dieses von der in dem primären und sekundären Kältekreislauf herrschenden Temperatur unterscheidet. According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the combined heat exchanger on the outside of the building, which is used as a condenser, enables heat exchange between at least three different or separate heat transfer media. For example, a first heat transfer medium in the form of a refrigerant can be provided in the primary refrigeration cycle. A second heat transfer medium in the form of brine or heating water can be provided in the secondary refrigeration cycle. A third heat transfer medium can be, for example, the outside air on the combined heat exchanger or another fluid, provided that this differs from the temperature prevailing in the primary and secondary refrigeration cycle.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Heizbetrieb des sekundären Kältekreislaufs ein dritter, zusätzlicher Wärmeübertrager mittels eines Umschaltventils und einer Bypassleitung zugeschaltet, so dass ein Betrieb als Wärmepumpe mit geringem Aufwand ermöglicht wird. Die erforderlichen Umbauten des bestehenden, im Stand der Technik bekannten kombinierten Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems sind daher vergleichsweise gering. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich durch ein einfaches zusätzliches Umschaltventil und eine Bypassleitung realisieren.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a third, additional heat exchanger is switched on by means of a changeover valve and a bypass line in the heating operation of the secondary refrigeration circuit, so that operation as a heat pump is made possible with little effort. The necessary conversions of the existing combined heating / air-conditioning and cooling system known in the prior art are therefore comparatively small. The method according to the invention can be implemented by a simple additional changeover valve and a bypass line.

Die Erfindung betrifft ebenso ein integrales Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem von Gebäuden mit einem primären und einem sekundären Kältekreislauf, wobei im primären Kältekreislauf ein erstes Wärmeträgermedium vorgesehen ist und dieser zum Bereitstellen einer Gewerbekälte für Kälteanlagen, insbesondere in Kühlmöbeln, in dem Gebäude dient, wobei der sekundären Kältekreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium mit einem wahlweise schaltbaren Heizbetrieb und Klimatisierungsbetrieb zum Heizen/Klimatisieren von Innenräumen des Gebäudes versehen ist, wobei dieser sekundäre Kältekreislauf mit dem primären Kältekreislauf gekoppelt ist und als Wärmepumpe betreibbar ist, wobei mindestens ein zusätzlicher Wärmeübertrager zu den im primären Kältekreislauf und im sekundären Kältekreislauf vorgesehenen Wärmeübertragern vorgesehen ist, welcher insbesondere zur Wärmerückgewinnung aus dem primären Kältekreislauf angepasst ist. Das erfindungsgemäße System ist dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Kältekreislauf ein Umschaltventil zum primären Kältekreislauf und eine Bypassleitung derart aufweist, dass er im Heizbetrieb als Wärmepumpe mindestens teilweise mittels einer aus dem primären Kältekreislauf abfallenden thermischen Leistung in Abhängigkeit einer im kombinierten Wärmeübertrager erfassten Temperatur des dritten Wärmeträgermediums oder gemessener Außenlufttemperaturen betreibbar ist. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß der sekundäre Kältekreislauf nicht nur über den kombinierten Wärmeübertrager mit dem primären Kältekreislauf gekoppelt. Ein zusätzlicher Schaltzyklus ist in dem sekundären Kältekreislauf in Zusammenwirken mit dem kombinierten Wärmeübertrager derart vorgesehen, dass der sekundäre Kältekreislauf als Wärmepumpe im Heizbetrieb auf Basis von abfallender thermischer Leistung aus dem primären Kältekreislauf bzw. dem kombinierten Wärmeübertrager betrieben werden kann. Die mit solch einem System erfolgte Einsparung an Energie ist überraschend hoch. Durch alleine die Temperaturdifferenz von einigen Kelvin zwischen der als drittes Wärmeträgermedium dienenden Außenluft und dem Wärmeträgermedium in dem sekundären Kältekreislauf lässt sich eine erhebliche Steigerung der Effizienz und Energieeinsparung realisieren. Ein lastangepasster, integraler Betrieb des Systems ist mit vergleichsweise einfachen technischen Mitteln umsetzbar. Lediglich der Betrieb als Wärmepumpe von dem sekundären Kältekreislauf und eine Steuerung zum Umschalten zwischen dem klassischen Betrieb als Kältekreislauf und dem Wärmepumpenbetrieb sind hierfür erforderlich.The invention also relates to an integral heating / air-conditioning and cooling system for buildings with a primary and a secondary cooling circuit, a first heat transfer medium being provided in the primary cooling circuit and used for providing commercial refrigeration for refrigeration systems, in particular in refrigeration units, in the building. the secondary refrigeration circuit is provided with a second heat transfer medium with an optionally switchable heating mode and air conditioning mode for heating / air-conditioning the interior of the building, this secondary refrigeration circuit being coupled to the primary refrigeration circuit and being operable as a heat pump, with at least one additional heat exchanger to the im primary refrigeration cycle and heat exchangers provided in the secondary refrigeration cycle is provided, which is particularly adapted for heat recovery from the primary refrigeration cycle. The system according to the invention is characterized in that the secondary refrigeration circuit has a changeover valve to the primary refrigeration circuit and a bypass line in such a way that in heating operation it is at least partially operated as a heat pump by means of a thermal output dropping from the primary refrigeration circuit as a function of a temperature of the third heat transfer medium recorded in the combined heat exchanger or measured outside air temperatures is operable. For this purpose, according to the invention, the secondary refrigeration cycle is not only coupled to the primary refrigeration cycle via the combined heat exchanger. An additional switching cycle is provided in the secondary refrigeration circuit in cooperation with the combined heat exchanger in such a way that the secondary refrigeration circuit can be operated as a heat pump in heating mode on the basis of decreasing thermal output from the primary refrigeration circuit or the combined heat exchanger. The energy saved with such a system is surprisingly high. Just the temperature difference of a few Kelvin between the outside air serving as the third heat transfer medium and the heat transfer medium in the secondary refrigeration circuit enables a significant increase in efficiency and energy savings. Load-adapted, integral operation of the system can be implemented using comparatively simple technical means. Only the operation as a heat pump from the secondary refrigeration cycle and a control for switching between the classic operation as a refrigeration cycle and the heat pump operation are required for this.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems ist der sekundäre Kältekreislauf als umschaltbarer Kältekreislauf zur Umgehung des als Verdampfer dienenden Wärmeübertragers im konventionellen Betrieb als Kältekreislauf ausgebildet. Der sekundäre Kältekreislauf ist somit in zweierlei Art und Weise betreibbar: als klassischer Kältekreislauf zum Heizen/Klimatisieren des Innenraums von Gebäuden ohne Nutzung von abfallender thermischer Leistung. Alternativ kann er als Wärmepumpe für eine Kühlung als Wärmepumpe im Heizfall betrieben werden, indem die Kälte aus dem primären Kältekreislauf genutzt wird.According to an advantageous embodiment of the heating / air-conditioning and cooling system according to the invention, the secondary cooling circuit is designed as a switchable cooling circuit to bypass the heat exchanger serving as an evaporator in conventional operation as a cooling circuit. The secondary cooling circuit can thus be operated in two ways: as a classic cooling circuit for heating / air-conditioning the interior of buildings without using declining thermal output. Alternatively, it can be operated as a heat pump for cooling as a heat pump in the heating case by using the cold from the primary cooling circuit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems weist der sekundäre Kältekreislauf mindestens ein Drei-Wege-Umschaltventil und eine Bypassleitung auf. Das Drei-Wege-Umschaltventil und die Bypassleitung sind so in den sekundären Kältekreislauf eingebaut, dass ein einfaches Umschalten vom konventionellen Betrieb als Kältekreis zu einem Betrieb als Wärmepumpe ermöglicht wird.According to a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the secondary refrigeration circuit has at least one three-way switch valve and a bypass line. The three-way diverter valve and the bypass line are built into the secondary refrigeration circuit in such a way that simple switching from conventional operation as a refrigeration circuit to operation as a heat pump is made possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist der kombinierte Wärmeübertrager eine Dreifachplatte in Form eines mit drei Fluiden betriebenen integrierten Plattenwärmeübertragers. Durch ein einziges kompaktes Bauteil in Form eines Dreifachplatten-Wärmeübertragers kann so die erfindungsgemäße Nutzbarmachung von abfallender Kälte in dem sekundären Kältekreislauf realisiert werden. Auch kann so auf energetisch effiziente Art und Weise der Wärmeaustausch zwischen dem dritten Wärmeträgermedium bzw. der Außenluft und den beiden verschiedenen Wärmeträgermedien in dem primären und sekundären Kältekreislauf erfolgen. Ein unnötiger Verlust an thermischer Leistung ist dadurch reduziert. Der Energieaufwand ist ebenfalls geringer.According to a further advantageous embodiment of the system according to the invention, the combined heat exchanger is a triple plate in the form of an integrated plate heat exchanger operated with three fluids. Using a single compact component in the form of a triple-plate heat exchanger makes it possible to utilize falling cold in the secondary cooling circuit according to the invention. The heat exchange between the third heat transfer medium or the outside air and the two different heat transfer media in the primary and secondary refrigeration cycle can also take place in an energetically efficient manner. This reduces unnecessary loss of thermal power. The energy consumption is also lower.

Weitere Merkmale und Vorteile sowie Aspekte der Erfindung werden im Folgenden mehr im Detail anhand von einem Ausführungsbeispiel unter einer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem in einem Sommerbetrieb (Betriebsart 1) zur Bereitstellung von lediglich Kälteleistung;
2 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems in einer kombinierten Betriebsart zur Bereitstellung von Kälteleistung im primären Kältekreislauf und zur Klimatisierung bzw. Kühlung im sekundären Kältekreislauf (Betriebsart 2);
3 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems in einer dritten Betriebsart (Betriebsart 3) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kombinierter Bereitstellung von Kälteleistung und gleichzeitiger Heizung des Gebäudes durch Wärmepumpe im sekundären Kältekreislauf ;
4 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems mit einer vierten Betriebsart als Freikühlung (Betriebsart 4) ohne Erfordernis einer Heizung bzw. Kühlung des Gebäudeinneren; und
5 ein Temperatur-/Betriebsarten-Diagramm zur Veranschaulichung von mit dem erfindungsgemäßen System und Verfahren möglichen Betriebsarten 1 bis 4 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur außerhalb des Gebäudes.

Further features and advantages as well as aspects of the invention will be described in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. The drawings show:

1 a schematic representation of an example of a heating / air conditioning and cooling system in a summer mode (operating mode 1 ) to provide only cooling capacity;
2 a schematic representation of an example of a heating / air conditioning and cooling system in a combined operating mode for providing cooling capacity in the primary refrigeration cycle and for air conditioning or cooling in the secondary refrigeration cycle (operating mode 2 );
3 a schematic representation of an example of a heating / air conditioning and cooling system in a third operating mode (operating mode 3 ) according to an embodiment of the invention with combined provision of cooling capacity and simultaneous heating of the building by a heat pump in the secondary cooling circuit;
4 a schematic representation of an example of a heating / air conditioning and cooling system with a fourth operating mode as free cooling (operating mode 4 ) without requiring heating or cooling of the interior of the building; and
5 a temperature / operating mode diagram to illustrate possible operating modes with the system and method according to the invention 1 to 4 depending on the ambient temperature outside the building.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Betriebsart 1, auch bezeichnet als „Sommerbetrieb“, in welcher lediglich eine Gewerbekälte für Kühlmöbel oder ähnliches in dem Gebäude erforderlich ist. Das Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystem 10 gemäß der Erfindung ist mit einem primären 1 und sekundären 2 Kältekreislauf versehen, die miteinander gekoppelt sind. In der Betriebsart 1 („Sommerbetrieb“), welche in der 1 gezeigt ist, wird lediglich im primären Kältekreislauf 1 Gewerbekälte für beispielsweise Kühlmöbel in einem Supermarkt erzeugt. Der primäre Kältekreislauf 1 weist einen Vorlauf A und einen Rücklauf B auf. In den Leitungen des Kältekreislaufs 1 ist ein erstes Wärmeträgermedium WT1 vorhanden, beispielsweise ein Kältemittel wie Propan bzw. R290. In dem daran gekoppelten sekundären Kältekreislauf 2 ist ein zweites Wärmeträgermedium WT2 beispielsweise in Form einer Sole vorhanden, und auch hier gibt es einen Vorlauf K und einen Rücklauf L. Der sekundäre Kältekreislauf 2 dient einer Klimatisierung (Kühlung) oder Heizung eines Innenraums des Gebäudes, in welchem die Gewerbekälte aus dem primären Kältekreislauf 1 genutzt wird. Im primären Kältekreislauf 1 wird bei dieser Betriebsart 1 („Sommerbetrieb“) Sole bzw. ein Glykolgemisch durch eine Zirkulationspumpe C über ein Drei-Wege-Ventil D in einen Wärmeübertrager für die Gewerbekälte E befördert. Ein Kältemittel R290 (Propan) wird auf der rechten Seite des Wärmeübertragers verdampft für den primären Kältekreislauf. Nachdem der Kompressor G das Kältemittel R290 komprimiert hat, strömt es über ein Drei-Wege-Ventil H in Richtung zu einem als Verflüssiger dienenden kombinierten Wärmeübertrager J. Im kombinierten Wärmeübertrager J wird das Kältemittel einem Wärmeaustausch mit Außenluft als drittem Wärmeträgermedium WT3 unterzogen, so dass es abgekühlt und damit kondensiert wird. Das Kältemittel strömt im primären Kältekreislauf 1 weiter über ein weiteres Drei-Wege-Ventil S, welches später beschrieben wird, ein Expansionsventil F für die Gewerbekälte und durch den Wärmeübertrager für die Gewerbekälte E zurück zu dem Vorlauf A. Mit diesem Kältekreislauf in der Betriebsart 1 wird durch das System 10 lediglich Gewerbekälte bereitgestellt. Gemäß der Erfindung ist das System 10 des Weiteren mit einem zusätzlichen Wärmeübertrager I versehen, der zwischen dem sekundären 2 und primären 1 Kältekreislauf geschaltet ist. Dieser Wärmeübertrager I dient unter anderem einer Nutzung von Abwärme im Falle eines Bedarfs und wird erfindungsgemäß in einer speziellen Art und Weise eingesetzt, wie es weiter unten unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben werden wird.The 1 shows an operating mode in a schematic representation 1 , also referred to as "summer operation", in which only commercial refrigeration for refrigerated furniture or the like is required in the building. The heating / air conditioning and cooling system 10 according to the invention is with a primary 1 and secondary 2 Provide refrigeration circuit that are coupled together. In the operating mode 1 ("Summer operation"), which in the 1 is shown, is only in the primary refrigeration cycle 1 Commercial refrigeration for, for example, refrigerated cabinets generated in a supermarket. The primary refrigeration cycle 1 has a lead A and a rewind B on. In the pipes of the refrigeration cycle 1 is a first heat transfer medium WT1 available, for example a refrigerant such as propane or R290. In the secondary refrigeration cycle connected to it 2 is a second heat transfer medium WT2 for example in the form of a brine, and here too there is a lead K and a rewind L , The secondary refrigeration cycle 2 is used for air conditioning (cooling) or heating an interior of the building, in which the commercial refrigeration from the primary refrigeration cycle 1 is being used. In the primary refrigeration cycle 1 in this mode 1 ("Summer operation") Brine or a glycol mixture through a circulation pump C via a three-way valve D in a heat exchanger for commercial refrigeration e promoted. A refrigerant R290 (Propane) is evaporated on the right side of the heat exchanger for the primary refrigeration cycle. After the compressor G the refrigerant R290 has compressed, it flows through a three-way valve H towards a combined heat exchanger serving as a condenser J , In the combined heat exchanger J the refrigerant becomes a heat exchange with outside air as the third heat transfer medium WT 3 subjected so that it is cooled and thus condensed. The refrigerant flows in the primary refrigeration cycle 1 further via another three-way valve S , which will be described later, an expansion valve F for commercial refrigeration and through the heat exchanger for commercial refrigeration e back to the lead A , With this refrigeration cycle in the operating mode 1 is through the system 10 only commercial refrigeration provided. According to the invention, the system is 10 furthermore with an additional heat exchanger I provided, which is connected between the secondary 2 and primary 1 refrigeration cycle. This heat exchanger I is used, inter alia, to use waste heat in the event of a need and is used according to the invention in a special manner, as described below with reference to FIG 3 will be described.

Der sekundäre Kältekreislauf 2 wiederum hat ebenfalls einen Vorlauf L, einen Rücklauf K, einen Wärmeübertrager zur Klimatisierung N, einen Kompressor R und ein Expansionsventil O zur Klimatisierung.The secondary refrigeration cycle 2 again also has a lead L , a rewind K , a heat exchanger for air conditioning N , a compressor R and an expansion valve O for air conditioning.

Wenn die Betriebsart 2, welche in der 2 schematische dargestellt ist, geschaltet wird, wird das System 10 mit sowohl dem primären Kältekreislauf 1 als auch dem sekundären Kältekreislauf 2 kombiniert betrieben. Das Wärmeträgermedium WT1 und das Wärmeträgermedium WT2 werden jeweils in den kombinierten Wärmeübertrager J geleitet, so dass beide zusammen mit der Außenluft als drittes Wärmeträgermedium WT3 einem Wärmeaustausch zum Verflüssigen der Kältemittel bzw. Wärmeträgermedien unterzogen werden. In dieser in 2 gezeigten Betriebsart 2 wird sowohl das Gebäude in den Innenräumen klimatisiert bzw. gekühlt als auch eine Gewerbekälte durch den primären Kältekreislauf 1 bereitgestellt. Die im primären Kältekreislauf 1 anfallende thermische Leistung wird mittels einer Zirkulationspumpe C einem als Verdampfer arbeitenden Wärmeübertrager E zugeführt. Das in dem Wärmeübertrager E durch das Expansionsventil F verdampfende Kältemittel bzw. Wärmeträgermedium WT1, beispielsweise in Form von Propan bzw. R290, gibt in dem verdichteten Zustand eine Abwärme über das Drei-Wege-Ventil H an den kombinierten Wärmeübertrager J und somit an ein drittes Wärmeträgermedium WT3, in der Regel Außenluft, ab. Zusätzlich und parallel dazu wird in dem sekundären Kältekreislauf 2 eine dort anfallende thermische Leistung mittels einer Zirkulationspumpe M einem Wärmeübertrager N, der als Verdampfer arbeitet, zugeführt. Das in dem Wärmeübertrager N durch das Expansionsventil O verdampfende Kältemittel des sekundären Kältekreislaufs 2 (Wärmeträgermedium WT2) gibt im verdichteten Zustand die Abwärme über ein Drei-Wege-Ventil H an den kombinierten Wärmeübertrager J und somit an das dritte Wärmeträgermedium WT3 bzw. die Außenluft ab. Ein kombinierter Wärmeübertrager J hat somit die Möglichkeit, einen Wärmeaustausch zwischen drei verschiedenen Wärmeträgermedien WT1, WT2 und WT3 integriert in einem Bauteil auszuführen.If the operating mode 2 which in the 2 is shown schematically, is switched, the system 10 with both the primary refrigeration cycle 1 as well as the secondary refrigeration cycle 2 operated in combination. The heat transfer medium WT1 and the heat transfer medium WT2 are each in the combined heat exchanger J passed so that both together with the outside air as a third heat transfer medium WT 3 undergo heat exchange to liquefy the refrigerants or heat transfer media. In this in 2 shown operating mode 2 the building is air-conditioned or cooled in the interior as well as commercial refrigeration through the primary refrigeration cycle 1 provided. The one in the primary refrigeration cycle 1 thermal output is generated by means of a circulation pump C a heat exchanger working as an evaporator e fed. That in the heat exchanger e through the expansion valve F evaporating refrigerant or heat transfer medium WT1 , for example in the form of propane or R290, gives off heat in the compressed state via the three-way valve H to the combined heat exchanger J and thus to a third heat transfer medium WT 3 , usually outside air, from. In addition, and in parallel, is in the secondary refrigeration cycle 2 a thermal output generated there by means of a circulation pump M a heat exchanger N , which works as an evaporator. That in the heat exchanger N through the expansion valve O evaporating refrigerants of the secondary refrigeration cycle 2 (Heat transfer medium WT2 ) gives the waste heat in a compressed state via a three-way valve H to the combined heat exchanger J and thus to the third heat transfer medium WT 3 or the outside air. A combined heat exchanger J thus has the possibility of exchanging heat between three different heat transfer media WT1 . WT2 and WT 3 to be integrated in one component.

Die erfindungsgemäße Betriebsart 3, welche auch bezeichnet wird als „Kühlung durch Wärmepumpe im Heizfall“ ist in einer schematischen Darstellung in der 3 gezeigt. Der Aufbau des Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 gemäß der Erfindung entspricht im Wesentlichen demjenigen der vorherigen beiden Darstellungen der 1 und der 2. Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Funktionen des Systems 10 wird bei der sogenannten Kühlung durch Wärmepumpe die im sekundären Kältekreislauf 2 benötigte Heizleistung über eine Verdampfung des zweiten Wärmeträgermediums WT2 durch das Expansionsventil Q in dem kombinierten Wärmeübertrager J, eine anschließende Kompression in dem Kompressor R der Wärmepumpe und eine Kondensation in dem zusätzlichen Wärmeübertrager I zur Verfügung gestellt. Die im kombinierten Wärmeübertrager J aufgenommene kalte thermische Leistung wird durch den primären Kältekreislauf 1 und durch das dritte Wärmeträgermedium WT3 bzw. Außenluft bereitgestellt. Somit wird der primäre Kältekreislauf 1, welcher über die Zirkulationspumpe C eine Abwärme der Gewerbekälte in den kombinierten Wärmeübertrager J einbringt, hier abgekühlt. Durch diese erfindungsgemäße spezifische Anhebung der Verdampfungstemperatur in dem kombinierten Wärmeübertrager J bei niedrigeren Außentemperaturen als den Temperaturen des Mediums im primären Kältekreislauf 1 steigert sich deutlich die Effizienz der Wärmepumpe, die in dem sekundären Kältekreislauf 2 zum Betreiben der Klimatisierung des Gebäudes verwendet wird. Zu diesem Zweck ist, wie in der 3 gezeigt, ein Drei-Wege-Ventil S als ein Umschaltventil zwischen Verflüssigen/Verdampfen eingebaut sowie eine Bypassleitung X, welche für den Betrieb als Wärmepumpe von dem sekundären Kältekreislauf 2 verwendet wird. Durch die Nutzbarmachung der Kälteleistung auf Seiten des kombinierten Wärmeübertragers J kann so effektiv die Wärmepumpe in dem sekundären Kältekreislauf 2 in bestimmten Temperaturbereichen betrieben werden, ohne dass ein zusätzlicher Energiebedarf erforderlich ist. Dies erhöht die Gesamteffizienz des kombinierten integralen lastangepassten Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10.The operating mode according to the invention 3 , which is also referred to as "cooling by heat pump when heating" is shown in a schematic representation in the 3 shown. The construction of the heating / air conditioning and cooling system 10 According to the invention essentially corresponds to that of the previous two representations of the 1 and the 2 , In addition to the system functions described above 10 is the so-called cooling by heat pump in the secondary refrigeration cycle 2 required heating power via evaporation of the second heat transfer medium WT2 through the expansion valve Q in the combined heat exchanger J , a subsequent compression in the compressor R the heat pump and condensation in the additional heat exchanger I made available. The combined heat exchanger J Cold thermal power is absorbed by the primary refrigeration cycle 1 and through the third heat transfer medium WT 3 or outside air provided. Thus, the primary refrigeration cycle 1 which via the circulation pump C waste heat from commercial refrigeration in the combined heat exchanger J brings in, cooled down here. This specific increase in the evaporation temperature in the combined heat exchanger according to the invention J at lower outside temperatures than the temperatures of the medium in the primary refrigeration cycle 1 significantly increases the efficiency of the heat pump in the secondary refrigeration cycle 2 used to operate the air conditioning of the building. For this purpose, as in the 3 shown a three-way valve S installed as a changeover valve between liquefaction / evaporation and a bypass line X , which is used for operation as a heat pump from the secondary refrigeration cycle 2 is used. By utilizing the cooling capacity on the part of the combined heat exchanger J can effectively heat the heat pump in the secondary refrigeration cycle 2 be operated in certain temperature ranges without the need for additional energy. This increases the overall efficiency of the combined integral load-adjusted heating / air conditioning and cooling system 10 ,

Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen kombinierten Wärmeübertrager J ist ein sogenannter Rohr-in-Rohr-Wärmeübertrager. Beispielsweise kann in einem Innenrohr eine Sole als das Wärmeträgermedium WT2 des sekundären Kältekreislaufs strömen, während in einem Außenrohr als Kältemittel Propan oder R290 als Wärmeträgermedium WT1 für den primären Kältekreislauf 1 strömt. Die Wärme kann an das dritte Wärmeträgermedium WT3, beispielsweise an Außenluft, über Lamellen an der Außenseite dieses Rohr-in-Rohr-Wärmeübertragers abgegeben werden. Alternativ kann der erfindungsgemäße kombinierte Wärmeübertrager J auch in Form einer sogenannten Dreifachplatte realisiert werden. Hier werden für mindestens drei verschiedene Wärmeträgermedien WT1, WT2 und WT3 jeweils getrennte Durchlässe in einen Plattenwärmetauscher eingebaut. Bei dieser Art eines Dreifachplatten-Wärmetauschers können auch als drittes Wärmeträgermedium WT3 andere Fluide als Luft oder Gase, wie zum Beispiel Kühlflüssigkeiten, eingesetzt werden.An example of a combined heat exchanger according to the invention J is a so-called pipe-in-pipe heat exchanger. For example, a brine can be used as the heat transfer medium in an inner tube WT2 of the secondary refrigeration circuit flow, while in an outer tube as the refrigerant propane or R290 as the heat transfer medium WT1 for the primary refrigeration cycle 1 flows. The heat can be transferred to the third heat transfer medium WT 3 , for example in outside air, are given off via fins on the outside of this tube-in-tube heat exchanger. Alternatively, the combined heat exchanger according to the invention J can also be realized in the form of a so-called triple plate. Here are used for at least three different heat transfer media WT1 . WT2 and WT 3 separate passages installed in a plate heat exchanger. This type of triple-plate heat exchanger can also be used as a third heat transfer medium WT 3 fluids other than air or gases, such as cooling liquids, are used.

Die 4 zeigt in einer weiteren schematischen Darstellung eine vierte Betriebsart 4 in Form einer sogenannten „Freikühlung“. Wenn keine Kühl- bzw. Heizanforderung seitens der Steuerung der Gebäudeklimaanlage des sekundären Kältekreislaufs 2 besteht und die Temperatur des dritten Wärmeträgermediums WT3 kleiner als eine bestimmte Solltemperatur des primären Kältekreislaufs 1 (Wärmeträgermedium 1) ist, kann der primäre Kältekreislauf 1 auch die Wärme aus der Erzeugung der Gewerbekälte direkt an das dritten Wärmeträgermedium WT3 abgeben, wie es durch die fett hervorgehobenen Strömungspfeile in der 4 gezeigt ist. Diese Form einer Freikühlung ist parallel und unabhängig von der Betriebsart 3, welche den erfindungsgemäßen Betrieb mit Wärmepumpe zeigt, jederzeit mit dem System 10 der Erfindung möglich.The 4 shows a fourth operating mode in a further schematic representation 4 in the form of a so-called "free cooling". If there is no cooling or heating request from the control of the building air conditioning system of the secondary refrigeration cycle 2 exists and the temperature of the third heat transfer medium WT 3 less than a certain target temperature of the primary refrigeration cycle 1 (Heat transfer medium 1 ) is the primary refrigeration cycle 1 also the heat from the generation of commercial refrigeration directly to the third heat transfer medium WT 3 dispense as indicated by the bold flow arrows in the 4 is shown. This form of free cooling is parallel and independent of the operating mode 3 , which shows the operation according to the invention with a heat pump, at any time with the system 10 the invention possible.

Die 5 stellt die verschiedenen Betriebsarten 1 bis 4 des erfindungsgemäßen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10, wie sie oben beschrieben sind, in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur bzw. einer Temperatur an dem kombinierten Wärmeübertrager J dar. In einer ersten Phase bei Temperaturen unter -5° C ist die dritte oder vierte Betriebsart, d. h. die erfindungsgemäße Kühlung durch Wärmepumpe (Betriebsart 3) im Heizfall oder die soeben beschriebene Freikühlung (Betriebsart 4), möglich. In dem Temperaturbereich von -5° C bis 20° C Temperatur von der Außenluft ist die erfindungsgemäße Betriebsart 3 möglich, in welcher die erfindungsgemäßen Vorteile durch eine Effizienzsteigerung mittels Wärmepumpe im sekundären Kreislauf 2 erreicht werden. Darüber, zwischen 20° C und 25° C, ist eine Betriebsart 1, wie oben beschrieben, möglich, d. h. lediglich eine Gewerbekälteerzeugung. In dem Bereich oberhalb von 25° C ist die Betriebsart 2, nämlich die Erzeugung von Gewerbekälte im primären Kältekreislauf 1 und eine konventionelle Klimatisierung in dem sekundären Kältekreislauf 2, realisierbar. Die verschiedenen Betriebsarten 1 bis 4 lassen sich durch eine Steuerung in Abhängigkeit der Last und der herrschenden Außenlufttemperaturen variabel ein- und ausschalten.The 5 represents the different operating modes 1 to 4 of the heating / air conditioning and cooling system according to the invention 10 , as described above, depending on the outside air temperature or a temperature at the combined heat exchanger J In a first phase at temperatures below -5 ° C is the third or fourth operating mode, ie the cooling according to the invention by a heat pump (operating mode 3 ) in the case of heating or the free cooling just described (operating mode 4 ), possible. The operating mode according to the invention is in the temperature range from -5 ° C. to 20 ° C. temperature of the outside air 3 possible, in which the advantages according to the invention through an increase in efficiency by means of a heat pump in the secondary circuit 2 can be achieved. Above, between 20 ° C and 25 ° C, is an operating mode 1 , as described above, possible, ie only commercial refrigeration. The operating mode is in the range above 25 ° C 2 , namely the generation of commercial refrigeration in the primary refrigeration cycle 1 and conventional air conditioning in the secondary refrigeration cycle 2 , feasible. The different operating modes 1 to 4 can be switched on and off variably depending on the load and the prevailing outside air temperatures.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Erfindung umfasst sämtliche mögliche Varianten und Ausgestaltungen eines solchen Heiz-/Klimatisierungs- und Kühlsystems 10 mit Abwandlungen, welche in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche fallen.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described. The invention includes all possible variants and configurations of such a heating / air-conditioning and cooling system 10 with modifications that fall within the scope of the following claims.

Insbesondere können andere Komponenten oder zusätzliche Bauteile oder Komponenten in dem primären Kältekreislauf 1 und dem sekundären Kältekreislauf 2 als in den Beispielen dargestellt vorgesehen werden, solange die erfindungsgemäße Umschaltung auf einen Betrieb als Wärmepumpe mit Nutzung von Abwärme bzw. abfallender Kälteleistung aus dem primären Kreislauf 1 ermöglicht ist. Die Art der Wärmeträgermedien WT1, WT2 und WT3 kann ebenso variieren. Es können unterschiedliche Arten von Kältemitteln oder Kühlflüssigkeiten eingesetzt werden. Es können auch verschiedene Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden, die in den entsprechenden Temperaturbereichen einen Betrieb der Kältekreisläufe 1, 2 in der beschriebenen Form und Betriebsarten 1 bis 4 erlauben. Insbesondere kann die Bauform des kombinierten Wärmeübertragers J (Verflüssiger) an der Außenseite des Gebäudes eine andere sein als die beschriebene Rohr-in-Rohr-Bauform oder die Bauform einer Dreifachplatte. Dem Fachmann des Gebiets sind weitere technische Umsetzungen bekannt, die für die Realisierung der erfindungsgemäßen Funktion eingesetzt werden können.In particular, other components or additional components or components can be in the primary refrigeration cycle 1 and the secondary refrigeration cycle 2 can be provided as shown in the examples, as long as the switchover according to the invention to operation as a heat pump using waste heat or decreasing cooling capacity from the primary circuit 1 is possible. The type of heat transfer media WT1 . WT2 and WT 3 can vary as well. Different types of refrigerants or cooling liquids can be used. It is also possible to use various liquids or gases which operate the cooling circuits in the corresponding temperature ranges 1 . 2 in the described form and operating modes 1 to 4 allow. In particular, the design of the combined heat exchanger J (Condenser) on the outside of the building may be different from the described pipe-in-pipe design or the design of a triple plate. The person skilled in the art is familiar with further technical implementations which can be used to implement the function according to the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

A:A:: Vorlauf primärer Kältekreislauf (Kältemittel, z. B. R290)Primary refrigerant circuit flow (refrigerant, e.g. R290)
B:B:: Rücklauf primärer KältekreislaufReturn primary cooling circuit
C:C:: Zirkulationspumpecirculation pump
D:D:: Drei-Wege-VentilThree-way valve
E:e:: Wärmeübertrager Gewerbekälte (primärer Kältekreislauf)Commercial refrigeration heat exchanger (primary refrigeration cycle)
F:F:: Expansionsventil Gewerbekälte (primärer Kältekreislauf)Expansion valve commercial refrigeration (primary refrigeration cycle)
G:G:: Kompressor Gewerbekälte (R290)Commercial refrigeration compressor (R290)
H:H:: Drei-Wege-Ventil konditionierte Abwärmenutzung (Wasser bzw. Sole)Three-way valve conditioned waste heat use (water or brine)
I:I:: Wärmeübertrager-AbwärmenutzerHeat exchanger waste heat users
J:J:: kombinierter Wärmeübertrager (Seite Außenluft)Combined heat exchanger (outside air side)
K:K:: Vorlauf sekundärer Kältekreislauf (Wasser bzw. Sole)Flow of secondary refrigeration cycle (water or brine)
L:L:: Rücklauf sekundärer Kältekreislauf (Wasser bzw. Sole)Secondary cooling circuit return (water or brine)
M:M:: Zirkulationspumpe (Wasser bzw. Sole)Circulation pump (water or brine)
N:N:: Wärmeübertrager sekundärer KältekreislaufSecondary cooling circuit heat exchanger
O:O:: Expansionsventil sekundärer KältekreislaufExpansion valve secondary refrigeration cycle
P:P:: Umschaltventil Verdampfer N/Verdampfer IChangeover valve evaporator N / evaporator I
Q:Q:: Expansionsventil WärmepumpeExpansion valve heat pump
R:R:: Kompressor Wärmepumpe (R290)Compressor heat pump (R290)
S:S:: Umschaltventil Verflüssigen/VerdampfenLiquefaction / evaporation switching valve

Claims

Method for operating an integral heating / air-conditioning and cooling system (10) of buildings with a primary refrigeration circuit (1) with a first heat transfer medium (WT1) for provision of commercial refrigeration for refrigeration systems, in particular refrigeration units, in the building, with a secondary refrigeration circuit (2) with a second heat transfer medium (WT2) with an optionally switchable heating mode and air conditioning mode for heating / air conditioning the interior of the building, which is connected to the primary refrigeration cycle (1 ) is coupled and can be operated as a heat pump, the primary refrigeration circuit (1) comprising at least one evaporator (E), a compressor (G), an expansion valve (F) and a condenser in the form of a combined heat exchanger (J) for several fluids, which is operated with a third heat transfer medium (WT3), e.g. outside air, and wherein at least one additional heat exchanger (I) is provided between the primary cooling circuit (1) and the secondary cooling circuit (2), which is used in particular for heat recovery from the primary cooling circuit ( 1) is adjusted, characterized by Betre iben of the secondary refrigeration circuit (2) in heating mode as a heat pump at least partially by means of a thermal power falling from the primary refrigeration circuit (1) depending on a temperature of the third heat transfer medium (WT3) recorded in the combined heat exchanger (1) or measured outside air temperatures.

Procedure according to Claim 1 , characterized by generating a heating output in the secondary cooling circuit (2) via a thermal output dropping from the primary cooling circuit (1) and / or a temperature difference between the second heat transfer medium (WT2) and the third heat transfer medium (WT3).

Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the secondary refrigeration circuit (2) comprises at least one evaporator (N), a compressor (R), an expansion valve (O) and a condenser in the form of a combined heat exchanger (J) and between an air conditioning operation for cooling the building and a heating operation for Heating of the building is at least partially switched from outside air by means of a heat pump depending on outside air temperatures.

Method according to one of the preceding claims, wherein means for detecting the temperature of the third heat transfer medium (WT3) are provided in the combined heat exchanger (1) and if the temperature falls below a predefined threshold temperature (Ts) of the third heat transfer medium (WT3), the secondary cooling circuit (2) into one Operation as a heat pump is switched.

Method according to one of the preceding claims, wherein the combined heat exchanger (J) enables heat exchange between at least three different or separate heat transfer media (WT1, WT2, WT3).

Method according to one of the preceding claims, wherein in the heating operation of the secondary refrigeration circuit (2) the third heat exchanger (1) is switched on by means of a changeover valve (S) and a bypass line (X).

Integral heating / air conditioning and cooling system (10) of buildings with a primary refrigeration circuit (1) with a first heat transfer medium (WT1) for providing commercial refrigeration for refrigeration systems, in particular refrigeration units, in the building with a secondary refrigeration circuit (2) a second heat transfer medium (WT2) with an optionally switchable heating and air-conditioning operation for heating / air-conditioning the interior of the building, which is coupled to the primary cooling circuit (1) and can be operated as a heat pump, the primary cooling circuit (1) and the secondary cooling circuit ( 2) comprise at least one evaporator (E, N), a compressor (G, R), an expansion valve (F, O) and a condenser in the form of a combined heat exchanger (J) for several fluids, which is connected to a third heat transfer medium (WT3) , preferably outside air, is operated, and wherein between the primary refrigeration cycle (1) and the secondary ren refrigeration circuit (2) is provided at least one additional heat exchanger (I), which is particularly adapted for recovering heat from the primary refrigerant circuit (1), characterized in that the secondary cooling circuit (2), a reversing valve (S) to the primary refrigerant circuit (1) and has a bypass line (X) such that it can be operated in heating mode as a heat pump at least partially by means of a cooling capacity falling from the primary cooling circuit (1) as a function of a temperature of the third heat transfer medium (WT3) recorded in the combined heat exchanger (1) or measured outside air temperatures ,

Heating / air conditioning and cooling system (10) Claim 7 , characterized in that the secondary refrigeration circuit (2) is designed as a switchable refrigeration circuit to bypass the heat exchanger (N) serving as an evaporator.

Heating / air conditioning and cooling system (10) Claim 7 or 8th , characterized in that the secondary refrigeration circuit (2) has at least one three-way switch valve (P, S) and a bypass line (X).

Heating / air conditioning and cooling system (10) according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the combined heat exchanger (J) is a triple plate in the form of an integrated plate heat exchanger operated with three fluids.