具有在输入侧和输出侧耦联的热泵装置的热泵系统的制作方法

本发明涉及用于冷却的热泵或用于热泵的其他应用的热泵。

背景技术：

图8a和图8b示出了如在欧洲专利ep2016349b1中描述的热泵。图8a示出了热泵，其首先具有水蒸发器10，用于蒸发作为制冷剂或制冷介质的水，以便在输出侧在工作蒸汽管路12中产生蒸汽。蒸发器包括蒸发室(在图8a中未示出)并且构成为，在所述蒸发室中产生小于20hpa的蒸发压力，使得水在蒸发室中温度低于15℃的情况下蒸发。水优选为地下水，在泥土中自由地或在收集管中循环的卤水，即具有一定盐含量的水、河水、湖水或海水。因此，可以使用所有类型的水，即含钙的水、无钙的水、含盐的水或无盐的水。这是因为所有类型的水即所有这些“碳氢化合物”具有有利的水特性，也称为“r718”的水具有可用于热泵过程的、为6的焓差比，这对应于例如r134a的典型可用的焓差比的两倍以上。

水蒸气通过抽吸管路12被输送给压缩机/液化器系统14，该压缩机/液化器系统14具有流体机械，如例如离心式压缩机，例如呈涡轮压缩机形式，其在图8a中用16表示。流体机械构成为，将工作蒸汽压缩到至少大于25hpa的蒸汽压力。25hpa对应于约22℃的液化温度，这至少在比较暖和的日子已经可以是地板采暖的足够的加热始流温度。为了生成更高的始流温度，可以通过流体机械16产生大于30hpa的压力，其中30hpa的压力具有24℃的液化温度，60hpa的压力具有36℃的液化温度，以及100hpa的压力对应于45℃的液化温度。地板采暖设计为，即使在非常冷的日子也能够以45℃的始流温度充分加热。

流体机械与液化器18耦联，该液化器构造成，将被压缩的工作蒸汽液化。通过液化，在工作蒸汽中所包含的能量被输送到液化器18，以便随后经由前置部20a输送给供热系统。经由回流部20b，工作流体又流回液化器中。

可行的是，直接通过较冷的供热水从高能的水蒸气中提取热(能)，使得所述供热水发热，所述热由供热水吸收。在此情况下，从蒸汽中提取能量多到使得所述蒸汽液化并且同样参与供热循环回路。

由此，将材料引入液化器和/或供热系统中，该材料引入通过出流口22调节，即液化器在其液化器空间中具有如下水位，尽管持续输送水蒸气和由此冷凝但该水位始终保持在最大液位之下。

如已经介绍，可以采取开放式的循环回路。即，为热源的水可以在无热交换器的情况下直接蒸发。然而替选地，也可以首先经由热交换器由外部热源加热待蒸发的水。然而在此要考虑的是，该热交换器又意味着损耗和设备方面的成本。

也为了避免在液化器侧上目前为止必须存在的第二热交换器的损耗，也可以在那里直接使用该介质。当考虑到具有地板采暖装置的房屋时，来自蒸发器的水可以直接在地板采暖装置中循环。

然而，替选地也可以在液化器侧上设置热交换器，其利用前置部20a馈给并且该热交换器具有回流部20b，其中该热交换器冷却在液化器中的水并由此加热单独的地板采暖流体，其通常是水。

基于如下事实：水被用作工作介质，并且基于如下事实：只有已经从地下水蒸发的那部分被馈送到流体机械中，因此水的纯度没有任何影响。流体机械如同液化器或可能直接耦联的地板采暖装置一样始终以蒸馏水供给，即该系统与目前的系统相比具有降低的维护成本。换言之，该系统是自清洁的，因为该系统始终只被输送蒸馏水，并且水在出流口22中因此是未污染的。

此外，应指出的是，流体机械具有如下特性，即它们——类似于航空涡轮机——不使被压缩的介质与诸如油之类的有问题的物质接触。相反，水蒸气仅由涡轮机和/或涡轮压缩机压缩，但不与油或其他损害纯度的介质接触，并且由此不会受污。

因此，通过出流口排出的蒸馏水可以很容易地再次供给地下水，如果不违反其他法规的话。然而替选地，水这里例如也可以渗入花园中或开放空间中，或者只要这是法规要求的，则水经由通道输送给污水处理厂。

作为工作介质的水与两倍于r134a的可用的更好的焓差比的组合，和由于由此降低的对系统的封闭性要求(更确切而言优选开放式系统)，和由于流体机械的使用，提出了高效的和环境中性的热泵过程，其中通过所述流体机械高效地且无纯度损害地实现所需的压缩因数，所述热泵过程在液化器直接液化水蒸气时才变得更高效，因为随后在整个热泵过程中不再需要唯一的热交换器。

图8b示出了用于阐明不同压力和与所述压力相关联的蒸发温度的表格，据此得到：尤其是针对水作为工作介质可以在蒸发器中选择相当低的压力。

为了实现具有高效率的热泵，重要的是，所有部件即蒸发器、液化器和压缩机是有利设计的。

此外，ep2016349b1说明了，使用液化器出流口来加速蒸发过程，使得出流管的壁起到用于泡核沸腾的核的作用。此外，出流口本身也可用于增强气泡形成。为此，液化器出流口与喷嘴管连接，该喷嘴管在一端上具有密封部并且包括喷嘴开口。现在将热的液化器水馈送到蒸发器中，从该液化器经由出流口以例如每秒4ml的速率输送该液化器水。由于已经在蒸发器水的水表面下方对于出流水的温度而言过低的压力，该液化器水在其至喷嘴管中的喷嘴开口的路径上或直接在喷嘴的排出口处被蒸发。在那里产生的蒸汽泡将直接起到用于通过入流口运送的蒸发器水的沸腾核的作用。由此，可以在没有较多的附加措施的情况下蒸发器中触发高效的泡核沸腾。

de4431887a1公开了一种热泵系统，其具有重量轻的、大体积的高性能离心压缩机。离开第二级的压缩机的蒸汽具有饱和温度，该饱和温度超过环境温度或超过可用的冷却水的温度，由此能够实现散热。经压缩的蒸汽从第二级的压缩机转送到液化器单元中，该液化器单元由填料床构成，所述填料床在冷却水喷射装置之内设置在通过水循环泵供给的上侧上。经压缩的水蒸气在冷凝器中穿过填料床上升，水蒸气在那里与向下流动的冷却水直接逆流接触。蒸汽冷凝并且通过冷却水吸收的冷凝潜热经由冷凝物和冷却水排出给大气，冷凝物和冷却水一起从系统中移除。连续地利用不能冷凝的气体借助真空泵经由管道冲刷液化器。

wo2014072239a1公开了一种液化器，其具有冷凝区，所述冷凝区用于冷凝在工作流体中要冷凝的蒸汽。冷凝区构成为体积区并且在冷凝区的上端与下端之间具有侧向的限界部。此外，液化器包括蒸汽引入区，该蒸汽引入区沿着冷凝区的侧向端部延伸，并且构成，将要冷凝的蒸汽侧向经由侧向的限界部输送到冷凝区中。由此，在不增大液化器体积的情况下，实际冷凝变成体积冷凝，因为待液化的蒸汽不仅从一侧正面引入冷凝体积中或引入冷凝区中，而且从侧面并且优选从所有侧引入。由此不仅确保了，在外部尺寸相同的情况下与直接的逆流冷凝相比增大可供使用的冷凝体积，而且确保了同时也改善液化器的效率，因为在冷凝区中待冷凝的蒸汽具有横向于冷凝液的流动方向的流体方向。

商业制冷设备，如其例如在超市中用于对待售商品和食品进行保鲜和低温冷冻那样，在较冷的区域中在这期间通常使用co2作为制冷剂。co2是天然制冷剂并且与在低于30℃的冷凝温度的情况相比以合理的技术耗费可以亚临界地良好使用，即在制冷剂在两相区中的临界点之下液化的情况下，并且在能量方面相对于目前为止所使用的以氟化的碳水化合物工作的f气体设备也是有利的。在中欧，co2并不能够整年亚临界地使用，因为在夏季高的温室外温度以及发生的热传递损耗于是不允许亚临界的运行。为了在这种co2制冷设备中确保在亚临界运行中足够的能量过程质量，花费极大的技术耗费。在超临界运行中，该过程的热输出在如下压力下进行，所述压力高于临界点。因此，也指的是气体冷却，因为制冷剂的液化不再可能。在超临界运行中，气体冷却器压力升高到超过100巴，并且包括其换热器在内的co2制冷设备的高压部件必须针对高压力确定尺寸。此外，更大和性能强的压缩机或多个压缩机必须并联连接或串联连接。最后，使用诸如收集器和喷射器之类的附加部件，这些部件部分仍处于概念开发阶段中并且设备的效率在超临界运行中应升高。

图9示出了co2级联设备20。在这种具有制冷剂co2的级联设备中，针对低温度级22使用co2作为制冷剂，而针对高温度级24使用具有高的温室效应潜能值的制冷剂，如例如nh3、f气体或碳水化合物。co2过程的全部再冷却热在此被高温度级24的过程的蒸发器吸收。

通过高温度级24的过程，于是提高温度水平，使得可以通过液化器将热释放给环境。co2设备的单独运行在这种布线中不可行并且高温度级24的制冷回路受部件所限不能实现任意小的温度升高。

此外，图9中描述的概念的缺点是：第二热泵级的工作介质具有高的温室效应潜能值。

此外同样有问题的是，由于图9中的两个热泵装置的级联连接，co2循环回路的整个制冷功率被nh3循环回路进一步运输。由此需要：通过具有co2作为工作介质的第一热泵装置提供的整个功率还必须被具有nh3作为工作介质的第二热泵装置消耗一次。

因此，如已经解释，尽管存在涉及临界温度的问题，但常常指望使用单级的co2设备。所述co2设备在超过60巴的非常高的压力下工作。当例如在超市中考虑制冷设备时，这意味着：热耗散，即产生制冷，在蒸发器中进行，所述蒸发器例如与压缩机一起放置在工程室中。然而，经压缩的co2工作气体随后穿过整个超市在高压管路中传导到再冷器，该再冷器同样必须耐高压。在那里，来自经压缩的co2气体的能量释放给环境，使得进行液化。然后，仍旧处于高压下的经液化的co2随后典型地又经由高压管路从再冷器向回引到工程室中，在工程室中经由节流器发生弛豫，并且经弛豫的co2工作介质回引到同样处于相当大的压力下的蒸发器中，在蒸发器中随后又进行蒸发，以便重新冷却超市的冷却系统的co2回流。

因此，制冷工程相对耗费，更确切而言，不仅在工程室中的热泵设备方面而且由于穿过超市的管路工程和由于再冷器而相对耗费，所述再冷器必须针对非常高的压力构成。另一方面，该设施的优点如下，co2仅具有与其他介质相比小的气候影响并且同时至少在可掌控的量上对于人而言是无毒的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种改进的热泵系统。

所述目的通过根据权利要求1所述的热泵系统或根据权利要求24所述的用于制造热泵系统的方法或通过根据权利要求25所述的用于运行热泵系统的方法来实现。

根据本发明，消除了现有技术的上述缺点中的至少一个缺点。在第一方面，co2热泵装置与具有水作为工作介质的热泵装置耦联。所述耦联通过耦联器进行，以将这两个热泵设备热耦联。使用水作为工作介质具有多个优点。一个优点在于，水不需要高压，以便在热泵循环回路中工作，所述热泵工作循环回路针对上述温度构成。替代于此，发生相对低的压力，然而根据实施方式仅在以水作为工作介质运行的热泵装置之内所述压力必须处于主导，而可以容易地使用至冷却系统的再冷器的独立的循环回路，该循环回路可以在其他压力上并且利用不同于co2或水的工作介质工作。

另一个优点在于，借助使用水作为工作介质的热泵装置能够以有限的能量耗费始终确保：co2热泵装置在临界点之下工作。为此所需的低于30℃或甚至低于25℃的温度可以容易地通过第二热泵装置提供，该第二热泵装置以水进行工作。典型地，在压缩机下游的co2热泵中出现大约70℃的温度。从70℃冷却到例如25℃或22℃是能够非常高效地利用热泵实现的温度范围，所述热泵以水作为工作介质进行工作。

根据一个替选的或附加的方面，第二热泵装置到第一热泵装置的耦联通过耦联器进行，以将这两个热泵装置热耦联。这里，耦联器包括第一热交换器和第二热交换器。第一热交换器与第二热泵装置的输入端部段连接，并且第二热交换器与第二热泵装置的输出端部段连接。

与在第一热泵装置中是否使用co2作为工作介质无关，并且与在第二热泵装置中是否使用水作为工作介质无关，这种双倍联接导致从第一热泵装置至环境的更为有效的热传递，其中该热传递例如经由具有再冷器的另一循环回路实现。已经实现在第二热泵装置的在输出侧的循环回路中第一热泵装置的被压缩的工作蒸汽温度水平下降。那么，首先经冷却的介质被馈送到第二热泵装置的在输入侧的回路中并且在那里最终冷却到目标温度。所述两级的耦联引起某种程度地进行自调节。由于热耦联器首先包括与第二热泵装置的输出端回路连接的第一热交换器，所以第一热泵装置的被压缩的工作介质冷却了特定量，对于所述量而言还必须由第二热泵装置基本上不消耗能量。仅仅对于热能的还未被第一热交换器耗散的剩余部分，第二热泵装置必须消耗能量以便随后经由第二热泵装置的在输入侧的热交换器将第一热泵装置的工作介质置于目标温度。

在实施方式中，与第二热泵装置的输出端部段连接的热交换器附加地与再冷器优选经由第三工作介质循环回路耦联。由此，对于再冷器循环回路可以选择有利的工作压力，即例如1巴和5巴之间的相对低的压力，并且该循环回路中的介质可以与特定需求匹配，即例如可以具有水/乙二醇混合物，以便即使在冬天也不结冰。同时，所有在健康或构造上关键的过程在例如超市的工程室内进行，而不必在超市本身中铺设高压管路。此外，如果将有问题的物质用于第一热泵装置和第二热泵装置或用于两个热泵装置中的一个，则也只是在工程室中包含所有潜在有危险的物质。所述有问题的物质并不从工程室离开进入流体循环回路中，所述流体循环回路例如通过超市伸展至再冷器并从那里返回。

在特定的实施方式中，具有涡轮压缩机的热泵装置用于第二热泵装置，该涡轮压缩机例如借助径向叶轮运行。通过相对无级地设定径向叶轮的转速，可以设定第二热泵装置的制冷功率，第二热泵装置自动地精确与实际需求匹配。如果使用co2作为工作介质，或者如果使用任何其他介质作为工作介质，这种方式不能利用如例如能够使用在第一热泵装置中的常规活塞式压缩机容易地实现。相反，一定程度上可无级地设定的热泵装置，如例如具有优选带有径向叶轮的涡轮压缩机的热泵装置，允许最优且特别高效地匹配于实际所需的制冷需求。例如，如果与再冷器相关的环境温度低到使得第一热泵设备已经足够并且在co2的情况下在亚临界范围中运行，则第二热泵装置在一个实施例中不必产生制冷功率并且因此也不消耗电功率。相反，如果再冷器所处的室外温度处于中间范围中，则因联接引起自动地将按百分比所需的热功率从第二热交换器转移第一热交换器，即转移到第二热泵装置的输入侧。根据可以作为带有或不带自由冷却模式的多级热泵装置运行的第二热泵装置的实施方案，因此总是能够如下进行最优匹配：第二热泵装置始终只消耗如实际所需的那么多能量，以便支持第一热泵装置，并且以co2为例，在亚临界范围中运行。

然而，输入侧和输出侧上的布线不仅对于一方面作为工作介质的co2与另一方面作为工作介质的水的组合是有用的，而且也可用于使用其他工作介质的任何其他应用，这些其他工作介质可以在所需的温度范围中变为超临界。此外，当第一热泵装置被设计和构成为使得其不是可控的或仅可粗控的时，自适应的第二热泵装置与第一热泵装置的特定耦联才是特别有利的，即当其始终产生同样多的热功率时最佳和最高效地工作。在热泵装置要产生实际可变的热功率的应用中，与第二热泵装置在输入侧和输出侧上进行最优耦联，使得第二热泵装置始终只须消耗实际所需的负荷，第二热泵装置相较于第一热泵装置可更精细地调节或控制并且优选可无级地调节或控制。由此，基本负荷或恒定负荷或只能粗略设定的负荷由第一热泵装置提供，并且由此得到的可变的部分以可变地受控制的方式由第二热泵装置提供，与第一热泵装置或第二热泵装置是以co2还是以水作为工作介质运行无关。

优选地，第一热泵装置中的工作流体具有co2或者第二热泵装置中的工作流体具有水。此外优选地，第一热泵装置中的工作流体具有co2并且第二热泵装置中的工作流体具有水。此外优选地，第一热泵装置中的工作流体基本上由co2构成和/或第二热泵装置中的工作流体基本上由水构成。优选地，至少90％和更优选至少98％或至少99％的工作流体由水和/或co2构成。

此外，应指出的是，在一个特别优选的实施例中，第一热泵装置以co2运行，第二热泵装置以水作为工作介质运行，并且这两个热泵装置的耦联经由第一热交换器和第二热交换器进行，即在输入侧和输出侧进行。

附图说明

在下文中参照所附的附图详细阐述了本发明的优选实施例。附图示出：

图1a示出了根据第一方面的热泵系统的方框图，该热泵系统包括具有co2的第一热泵装置和以水作为工作介质的第二热泵装置；

图1b示出了根据一个替选的或附加的第二方面的热泵系统，其中第一热泵装置和第二热泵装置经由耦联器耦联，所述耦联器具有第一热交换器和第二热交换器；

图2a示出了第一热泵装置的详细视图；

图2b示出了第二热泵装置的详细视图；

图2c示出了一个实施例的方框图，该实施例以co2作为第一工作介质和以水作为第二工作介质并且具有输入侧和输出侧的布线；

图2d示出了用于热耦联的耦联器结合用于再冷器循环回路的在液化器侧的热交换器的详细视图；

图3a示出了具有链式连接的第一和另外的热泵级的热泵设备的示意图；

图3b示出了两个固定地链式连接的热泵级的示意图；

图4a示出了与可控的选通开关耦联的链式连接的热泵级的示意图；

图4b示出了具有三个输入端和三个输出端的可控的选通模块的示意图；

图4c示出了用于描绘用于不同运行模式的可控的选通模块的各种连接的表格；

图5示出了图4a的热泵设备连带在热泵级之间的附加的自调节的液体平衡的示意图；

图6a示出了具有两级的热泵设备的示意图，所述热泵设备以高功率模式(hlm)运行；

图6b示出了具有两级的热泵设备的示意图，所述热泵设备以中等功率模式(mkm)运行；

图6c示出了具有两级的热泵设备的示意图，所述热泵设备以自由冷却模式(fcm)运行；

图6d示出了具有两级的热泵设备的示意图，所述热泵设备以低功率模式(lpm)运行；

图7a示出了用于描绘在不同运行模式下的各种部件的运行状态的表格；

图7b示出了用于描绘两个耦联的可控的2×2选通开关的运行状态的表格；

图7c示出了用于描绘运行模式所适合的温度范围的表格；

图7d示出了一方面为关于运行模式的粗/精控而另一方面为转速控制的示意图；

图8a示出了已知的热泵系统的示意图，其中以水为工作介质；

图8b示出了用于描绘作为工作流体的水的不同压力/温度情况的表格；和

图9示出了具有co2热泵装置和nh3热泵装置的级联的制冷设备。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的第一方面的热泵系统，其包括第一热泵装置101，其构成为，以具有co2的第一热泵介质工作。此外，热泵系统包括第二热泵装置，该第二热泵装置构成为，以具有水(h2o)的第二热泵介质工作。第二热泵装置用102表示。第一热泵装置101和第二热泵装置102经由耦联器103耦联，用以将第一热泵装置101和第二热泵装置102热耦联。

耦联器可以任意地设计，即如图9的热交换器那样，第一热泵装置101的液化器与第二热泵装置102的蒸发器经由热交换器耦联。可替选地，视实施方式而定，也可以进行其他方式和方法的耦联，例如输出侧的耦联，即第一热泵装置的压缩机输出端与第二热泵装置的液化器输出端耦联。在其他实施例中，也可以使用输入侧的和输出侧的耦联，如例如在图1b中针对任意热泵介质所示。

根据第二方面，图1b示出了第一热泵装置111，其包括具有压缩机输出端的压缩机，其中压缩机例如在图2a中的112处示出，并且其中压缩机输出端在图2a中的113处示出。此外，图1b的热泵系统包括第二热泵装置114，其包括输入端部段114a和输出端部段114b。此外，设有耦联器115，以便将第一热泵装置111和第二热泵装置114彼此耦联。在图1b所示的方面中，耦联器115包括第一热交换器115a和第二热交换器115b。第一热交换器115a与第二热泵装置的输入端部段114a连接。此外，第二热交换器115b与第二热泵装置的输出端部段114b连接。在一个实施方式中，两个热交换器115a、115b也可以彼此连接，如在115c处所示。

图2a示出了第一热泵装置101或111的更详细的视图。尤其是，第一热泵装置在图2a所示的视图中包括蒸发器116和节流器117。在后面再次示出的液化过程中，经液化的工作流体被馈入节流器117中，并且其压力水平被置于在蒸发器116的输入端处的较低的压力水平上。

此外，蒸发器包括蒸发器入流口116a，第一热泵装置的待冷却的工作流体经由蒸发器入流口馈入蒸发器116中。此外，蒸发器116包括蒸发器出流口116b，经冷却的工作流体经由所述蒸发器出口从蒸发器116置于待冷却的区域中，所述区域例如是在超市中的冷藏区。根据实施方式，蒸发器入口或入流口116a和蒸发器出口或出流口116b可以直接与待冷却的区域连接，抑或经由热交换器与待冷却的区域耦联，使得以co2为例，液态的co2并不直接在冷冻货架中在相应的管路中循环，而是经由热交换器冷却其他液态的介质，所述介质随后在超市中的冷冻货架或冷冻柜的相应的管路中循环。

图2b示出了第二热泵装置的实施方式，该第二热泵装置包括蒸发器120、压缩机121和液化器122。蒸发器120包括蒸发器入口120a和蒸发器出口120b。此外，液化器122包括液化器入口122a和液化器出口122b。在图2b的热泵装置的在蒸发器侧的端部上存在输入端部段114a，该输入端部段与图1b的耦联器115的第一热交换器115a耦联。此外，示例性地在图2b右侧示出，第二热泵装置的在液化器侧的端部是输出端部段114b。此外，液化器122和蒸发器120经由节流器123彼此连接，以使经液化的工作流体又返回到蒸发器120中。

在优选实施例中，第二热泵装置还包括控制装置124，控制装置124构成检测输入端部段114a中的温度和/或输出端部段114b中的温度。为此，检测可以在蒸发器入流口120a中进行，如在124a处所示，或者检测可以在蒸发器出流口120b中进行，如在124b处所示，温度检测可以在液化器入流口122a中进行，如在124c处所示，或者温度检测可以在液化器出口中进行，如在124d处所示。根据检测到的温度，控制装置124构成为，控制压缩机121，压缩机121优选地是具有径向叶轮的涡轮压缩机。为此目的，在单级的第二热泵装置中，在存在需要更多冷却功率的情况时，压缩机121中的径向叶轮的转速经由控制线路125提高，或者如还参照图3a-7d所示，进行运行模式切换，以便在功率升高时从低功率模式(nlm)进入自由冷却模式(fcm)，和在功率进一步升高时，进入中等功率模式(mlm)，和在功率再进一步升高时进入高功率模式(hlm)，反之亦然，如借助图7d所示和之后还要予以阐述。

图2c示出了热泵系统，其中在第一热泵装置101/111中co2用作工作介质，而在第二热泵装置102/114中水用作工作介质。在热泵技术中，水也被称为r718。

第一热泵设备101/111，在图2c中称为“co2制冷设备”，经由耦联器与第二热泵设备102/114耦联。在图2c所示的实施例中，耦联器由第一热交换器115a和第二热交换器115b组成。

此外，在图2c所示的优选实施例中，设有第三循环回路，其包括输出侧的热交换器130和再冷器131。在观察超市的示例性应用场景中，再冷器131设置在超市建筑物的背阴处的屋顶或北侧。在那里典型地设置通风机，其对液体-空气-热交换器鼓风，以实现从再冷器131到环境的良好热传递。

图2c示出了示例性温度。将已被压缩并且例如处于70巴的压力和70℃的温度下的co2气体馈送到第二热交换器115b中。第二热交换器115b的示例性的在输出侧的温度可以在大约48℃的范围。经由第二热交换器115b和第一热交换器115a之间的在图2c和图1b中用115c表示的连接管路，已经冷却但仍然为气态的co2流入第一热交换器115a中，然后在第一热交换器处以大约22℃的温度输出该co2。这意味着：在图2c中所示的运行温度下co2气体的实际液化首先在第一热交换器115a中进行，而在第二热交换器115b中已经进行超过20℃的气体的冷却。

在第二热泵装置102/114中，使用水作为介质。在输入侧通过第一热交换器115a和在输出侧通过另一热交换器130进行水循环回路对外的分离。这能够实现，在第三循环回路中或在再冷器循环回路中又可以使用另一压力，即在1巴和5巴之间的可良好操作的压力。此外，在第三循环回路中优选以水/乙二醇混合物作为介质。第二热交换器115b在热交换器115b的次级侧上的输出端与再冷器131的输入端131a连接。再冷器的输出端，其由于热排放到环境而仅处于例如40℃的温度并且用131b表示，通过另外的热交换器130进入第二热交换器115b的次级侧输入端。由于第二热泵装置的废热，在再冷器循环回路中循环的流体介质在热交换器130中被带到例如46℃的温度。在此情况下，图2b的液化器122，其在图2c中未具体示出，例如与另外的热交换器130耦联。替选地和参考图6a至6d，图2c中的热交换器130对应于图6a至6d的热交换器wtw214。

由此，由第二热泵装置102/114和第一热泵装置101/111为再冷器循环回路供给废热。

图2d示出了图1b或2c的热交换器的更详细的视图。第一热交换器包括初级侧，初级侧包括初级侧的输入端115c和初级侧的输出端132。此外，第一热交换器115a的次级侧与单级热泵的蒸发器连接抑或与在热泵的输入侧上的相应的切换器连接，以便能够执行如图6a至6d所示的各种模式。因此，在单级热泵的情况下，第二热泵装置的输入端部段包括蒸发器出流口120b和蒸发器入流口120a，如其在图2d中所绘，在单级热泵的情况下仅压缩机的转速是可控的，但不能实现模式切换。然而，如果使用优选两级的热泵装置，其具有第一级和第二级并且所述热泵装置例如可以以两种或更多种并且例如直至四种模式运行，如参考图7a-7d所示，输入端部段包括与在图6a-6d中用212表示的“wtk”或“热交换器-冷”连接的管路401、230。此外，输出端部段于是包括与在图6a-6d中用214表示的“wtw”或“热交换器-热”连接的管路402、340。

尤其是在一个优选的实施方式中，图6a-6d中的热交换器-冷212是图2d中的热交换器115a，而图6a至6d的第二热交换器“wtw”214是图2d的另外的热交换器130。

然而，在一个实施方式中，在图6a至6d的热交换器wtk212与第一热交换器115a之间能够容易地设置另一热交换器，或在图6a至6d的热交换器wtw214与另一热交换器130之间可以设置另一热交换器，以便进一步将内部的热泵装置与第一热交换器和/或该另一热交换器或在该另一热交换器130与图2c的再冷器131之间的第三循环回路脱耦。

这意味着：与第一热交换器不一定必须连接有蒸发器出流口120b和蒸发器入流口120a，而是替选地连接有图6a至6d的管路401、230，所述管路根据开关421、422的位置与对应的接头/其他管路连接，以实现不同的运行模式。

第二热泵装置的输出端部段114b类似地构成。输出端部段不一定必须与液化器入流口和液化器出流口连接，而是可以与图6a至6d的管路402、340连接，所述管路于是根据状态/开关模式经由切换器421、422与对应的其他部件耦联，如从图6a至6d所获悉。

此外，第二热交换器115b同样包括初级侧，初级侧具有优选与第一热泵装置的压缩机输出端113耦联的初级侧输入端113和与第一热交换器115a的初级侧的输入端耦联的初级侧的输出端115c。

第二热交换器的次级侧包括与另一热交换器130的初级侧的输出端耦联的次级侧的输入端134。第二热交换器115b的次级侧的输出端131a又与再冷器131的输入端131a连接。再冷器的输出端131b又与另一热交换器130的在初级侧的输入端连接，如在图2d中所示。

如已经阐述，根据这两个方面的本发明的热泵系统实现了，尤其制冷设备，即用于冷却的热泵系统，在构造上设计得尽可能简单，使得环境损害性、危险性、性能效率或设备方面的结构的缺点至少部分地单独或组合地得以消除。

为此，使用根据第一方面的关于co2和水的级联的制冷设备，或根据第二方面的热泵系统，其中实现两个热泵级的在输入侧和在输出侧耦联，所述两个热泵级以任意工作介质运行，其中优选将两个方面组合地使用，即co2热泵和水热泵的耦联通过输入侧的热交换器和输出侧的热交换器进行。

本发明的实施例实现了，在例如高于30℃的高环境温度下实现co2制冷设备的高效运行，更确切而言不同于现有技术提出的方案，不需要技术上耗费的解决方案。替代于此，在高室外温度的情况下，使用可不耗费地实现的预冷却。

为此，根据一个方面，为了热耗散，co2制冷设备与以水作为制冷剂的冷却系统热耦联。co2制冷设备借助传热器与冷却系统热耦联。由此，可以以在构造上简单的方式实现co2制冷设备的热耗散并因此实现有效的预冷却。

由此，实现了，冷凝温度可以总是降低到25℃以下，使得co2过程全年以亚临界并因此同时高效地实现。这样可以省去技术上耗费的解决方案，如例如附加的或高性能的压缩机或者其他使co2制冷设备复杂的部件，并且整个设备的再冷却在如在这种设备中通常在具有水的再冷却回路中或在水再冷却混合物中根据安装地点的温度所存在的压力下整年地进行。因此，整个设备可紧凑地且以小的co2填充量实现。

该解决方案形成紧凑的整个系统，其中全部再冷却热量通过水或水-卤水混合物释放给环境。co2过程的冷却器由两个热交换器115a、115b组成；其中在低的室外温度下，全部再冷却功率首先例如由co2穿流的传热器，即第二传感器115b，例如传递给具有图2c的再冷器131的再冷却循环回路。随着再冷却循环回路中的温度升高，在第一传热器中，即在与第二热泵装置102/114耦联以进行预冷却的第一热交换器115a中，来自co2循环回路的热量释放，使得绝不超过在第一传热器下游的例如22℃的温度，如示例性在图2c中所示。

随着再冷却循环回路中的温度升高，再冷却功率从被穿流的第二传热器移到第一传热器。在再冷却循环回路中实现已经在第二传热器下游达到22℃温度的温度情况下，用于预冷却的第二热泵级102/114完全关断。这意味着：由于这里所提出的预冷却的整合始终可以以最小的能耗能量最优地运行整个设备。

在优选的实施例中提出，冷却系统经由热耦联器和尤其经由第二热交换器115b与co2制冷设备的压缩机热耦联，使得第一热泵设备的被压缩的和由此过热的co2蒸汽被冷却，并且最后例如由图2c的热交换器液化。

因此，与标准过程相比，在co2压缩机级，例如图2c的级112下游预冷却过热的蒸汽。在如夏季出现的高室外温度的情况下，co2过程的再冷却热量的约50％作为降温热释放给水回路或水/乙二醇回路，在所述回路中设置有再冷器131，并且释放给散热器，即例如释放到环境。所提出的制冷设备的再冷却管路可以与通过co2过程进行馈送并行地或在此之前进行。

如果在水/乙二醇回路中的温度因天气而降低，则在预冷却中co2过程的释放的再冷功率或降温功率增加，并且第一热泵装置的所需的功率增加。相应地，制冷机的吸热侧和散热侧之间的温度馈给也降低。为此，如例如在图2b中的121处所示的涡轮压缩机的使用是特别有利的，因为转速同时影响制冷功率和压力/温度差。随着转速升高，不仅功率而且温度差增加。

为了能够在较小的制冷功率即在30kw至300kw之间的制冷功率的情况下使用在预冷却的使用领域中的涡轮压缩的优点，制冷剂，即水(r718)，在理想情况下是适合的。由于低容积制冷功率，已经可以在低于50kw的较小的功率的情况下使用流体机械。第二热泵装置优选地构成为，提供低于100kw的热功率。

图2c示意性地示出了第二热泵级102/114作为预冷却，其成为制冷设备，该制冷设备使用水作为制冷剂。优选地，例如使用firmaefficientenergygmbh的echiller用作制冷设备。所使用的echiller在扩张级中具有40kw的最大制冷功率，并且在引入用于排放冷凝热的co2过程中时能够实现如下co2过程，该co2过程能够全年以亚临界方式运行并且该co2过程具有达到80kw的总的再冷却功率。通过将多个制冷设备并联连接来预冷却可以实现更高的功率。为了将制冷设备102/114热耦联到co2制冷设备101/111，设有传热器或热耦联器115，传热器或热耦联器包括第一热交换器115a和第二热交换器115b，其优选地与co2制冷设备的压缩机112耦联。由此，来自co2过程的过热的蒸汽被预冷却。根据所描述的实施例的本发明的优点在于：同样可以容易地实现热量回收，其方式是：co2过程的降温热并不经由再冷器131经由环境释放，而是释放到有用散热器中。在此情况下，再冷器将会设置在能够有利地使用废热的环境中。

在下文中探讨了图3a-7d，这些图示出了两级或更多级的热泵装置，如其例如在echiller中实现。在后续的附图说明中，图1a至2c中的第二热泵装置也称作热泵设备。

图3a示出了这种热泵设备，其中热泵设备或第二热泵装置102、114可以具有任意布置的泵或热交换器。

尤其是，如在图3a中所示的热泵设备包括热泵级200，即级n+1，其具有第一蒸发器202、第一压缩机204和第一液化器206，其中压缩机202经由蒸汽通道250与压缩机204耦联，并且一旦压缩机204经由蒸汽通道251与液化器206耦联就如此。变得优选的是，再次使用交错布置，但也可以将任何布置使用在热泵级200中。进入蒸发器202的输入端222和离开蒸发器202的输出端220根据实施方式与待冷却的区域或热交换器，如例如至待冷却的区域的热交换器212，或者与先前设置的另一热泵级n连接，其中n为大于或等于零的整数。

此外，图3a中的热泵设备包括另一热泵级300，即级n+2，所述另一热泵级具有第二蒸发器302、第二压缩机304和第二液化器306。尤其是，第一液化器的输出端224与第二蒸发器320的蒸发器输入端322经由连接管路332连接。该另一热泵级300的蒸发器302的输出端320根据实施方式可以与进入第一热泵级200的液化器206中的入口连接，如通过虚线的连接管路所示。然而还如借助图4a、6a至6d和5所示，蒸发器302的输出端320也可以与可控的选通模块连接，以实现替选的实施方式。然而，通常由于第一热泵级的液化器输出端224与另一热泵级的蒸发器输入端332固定连接，所以实现了链式连接。

所述链式连接确保：每个热泵级必须以尽可能小的温度散布范围工作，即以在被加热的工作流体和被冷却的工作流体之间有尽可能小的差。通过相继地连接，即通过将这样的热泵级链式连接由此实现了，仍达到了足够大的总散布范围。因此，总散布范围划分成多个单个散布范围。因此链式连接由此是特别有利的，因为由此可以显著更高效地工作。针对两个分别必须胜任较小的温度散布范围的级的压缩机功率的消耗小于针对必须达到大温度散布范围的唯一的热泵级的压缩机功率。此外，从技术角度看，在两个级链式连接的情况下对各个部件的要求更松。

如在图3a中所示，另外的热泵级300的液化器306的液化器输出端324可以与待加热的区域耦联，如例如参照图3b借助热交换器214所示。然而替选地，第二热泵级的液化器306的输出端324可以再次经由连接管与另一热泵级的蒸发器即(n+3)热泵级耦联。因此，图3a根据实施方式示出了在取n＝1时例如四个热泵级的链式连接。然而，如果n任意取值，则图3a示出了任意多的热泵级的链式连接，其中尤其是用200表示的热泵级(n+1)和用(n+2)表示的另外的热泵级300的链式连接予以更详细地介绍，并且n热泵级与(n+3)热泵级一样也不可以构成为热泵级，而是可以分别构成为热交换器或待冷却的或待加热的区域。

优选地，如例如在图3b中所示，第一热泵级200的液化器设置在第二热泵级的蒸发器302上方，使得工作流体由于重力而流过连接管路332。尤其是在图3b所示的各个热泵级的特定实施方式中，液化器本来就设置在蒸发器上方。所述实施方式是特别有利的，因为甚至在热泵级彼此朝向的情况下流体已经从第一级的液化器穿过连接管路332流入第二级的蒸发器中。然而，附加优选的是实现高度差，该高度差包括在第一级的上边缘和第二级的上边缘之间的至少5cm。然而，在图3b中在340处所示的尺寸优选地为20cm，因为随后对于所描述的实施方式出现从第一级200经由连接管路332到第二级300的最优的水管路。此外以此方式实现了，在连接管路332中不需要特定的泵。因此，该泵被省去。仅需要中间回路泵330，以使工作流体从设置得低于第一级的第二级300的蒸发器的输出端320返回到第一级的冷凝器，即进入输入端226。为此，输出端320经由管道334与泵330的吸入侧连接。泵330的泵送侧经由管336与冷凝器的输入端226连接。在图3b示出的这两级的链式连接对应于具有连接装置334的图3a。优选地，中间回路泵330与两个另外的泵208和210一样设置在下部，因为随后在中间回路管路334中也可以防止空化，因为由于中间回路泵330放置在直落管334中而实现了泵的足够的动压力。

尽管在图3b中示出了根据第一方面的配置，即热交换器212、214设置在泵208、210和330下方，也可以使用泵208、210设置在热交换器212、214旁，如根据第二方面所解释。

如在图3b中所示，第一级包括膨胀元件207，而第二级包括膨胀元件307。然而，由于工作流体本来就经由连接管路332从第一级的液化器206排出，所以膨胀元件207是非必要的。而膨胀元件307优选被使用在下部级中。这样，在一个实施例中，第一级可以在没有膨胀元件的情况下构建，并且将仅仅一个膨胀元件307设置在第二级中。然而，由于优选将所有级相同构建，则在热泵级200中也设有膨胀元件207。当同样实施以便支持泡核沸腾时，则尽管膨胀元件207可能没有将经液化的工作流体而是将仅仅经加热的蒸汽导入蒸发器中，但该膨胀元件同样是有用的。

因此，已证明的是，在图3b所示的布置中，工作流体积聚在第二热泵级300的蒸发器302中。因此，如在图5中所示，采取措施以将工作流体从第二热泵级300的蒸发器302引入第一级200的蒸发器回路中。为此，溢流装置502设置在第二热泵级的第二蒸发器302中，以便从第二蒸发器302中预定的最大工作流体液位开始导出工作流体。此外，设有流体管路504、506、508，其一方面与溢流装置502耦联，而所述流体管路另一方面与第一泵208的吸入侧在耦联部位512处耦联。在耦联部位512处存在减压器510，所述减压器优选构成为根据伯努利的减压器，即构成为管或软管狭窄部位。流体管路包括第一连接部段504、u形部段506和第二连接部段508。优选地，u形部段506在运行位置中具有竖直高度，该竖直高度至少等于5cm并且优选为15cm。由此，获得了自调节系统，该系统在没有泵的情况下工作。在下部容器300的蒸发器302中的水位过高时，工作流体经由连接管路504流入u形管506中。u形管经由连接管路508在减压器上的耦联部位512处与泵208的吸入侧耦联。由于在泵上游的流动速度由于狭窄部位510提高，使压力下降，并且来自u形管506的水可以被接收。在u形管中形成稳定的水位，该水位满足较低的容器的蒸发器中和狭窄部位中在泵上游的压力。然而，同时u形管506是蒸汽屏障，即没有蒸汽能够从蒸发器302进入泵208的吸入侧。膨胀机构207或307优选地同样构成为溢流装置，以便在超过相应液化器中的预定的液位时将工作流体引入相应的蒸发器中。由此，自动地无需耗费和无需泵地但自调节地设定两个热泵级中的所有容器的，即所有液化器和蒸发器的填充位。

这尤其是有利的，因为由此热泵级可以根据运行模式运行或停止。

图4a和5已经示出了基于上部的2×2选通开关421和下部的2×2选通开关422的可控的选通模块的详细视图。图4b示出了可控的选通模块420的一般实施方式，该选通模块可以通过两个串联连接的2×2选通开关421和422实施，但所述2×2选通开关也可以替选地实施。

图4b的可控的选通模块420与控制装置430耦联，以便由控制装置经由控制线路431来操控。控制装置接收传感器信号432作为输入信号并在输出侧提供泵控制信号436和/或压缩机马达控制信号434。压缩机马达控制信号434通向压缩机马达204、304，如其例如在图4a中所示，并且泵控制信号436通向泵208、210、330。然而，根据实施方式，泵208、210可以固定地，即不受控地构成，因为它们本来就在每个根据图7a、7b所描述的运行模式下运行。因此，仅中间回路泵330可以通过泵控制信号436控制。

可控的选通模块420包括第一输入端401、第二输入端402和第三输入端403。如例如在图4a所示，第一输入端401与第一热交换器212的出口241连接。此外，可控的选通模块的第二输入端402与第二热交换器214的回流部或出口243连接。此外，可控的选通模块420的第三输入端403与中间回路泵330的泵送侧连接。

可控的选通模块420的第一输出端411与进入第一热泵级200中的输入端222耦联。可控的选通模块420的第二输出端412与进入第一热泵级的液化器206的输入端226连接。另外，可控的选通模块420的第三输出端413与进入第二热泵级300的液化器306中的输入端326连接。

通过可控的选通模块420实现的不同的输入端/输出端连接在图4c中示出。

在一模式，即高功率模式(hlm)中，第一输入端401与第一输出端411连接。此外，第二输入端402与第三输出端413连接。此外，第三输入端403与第二输出端412连接，如在图4c的行451中所示。

在中等功率模式(mlm)中，其中仅第一级有效且第二级无效，即第二级300的压缩机马达304关断，第一输入端401与第一输出端411连接。此外，第二输入端402与第二输出端412连接。此外，第三输入端403与第三输出端413连接，如在行452中所示。行453示出自由冷却模式，在该自由冷却模式下第一输入端与第二输出端连接，即输入端401与输出端412连接。此外，第二输入端402与第一输出端411连接。最后，第三输入端403与第三输出端413连接。

在行454所示的低功率模式(nlm)中，第一输入端401与第三输出端413连接。此外，第二输入端402与第一输出端411连接。最后，第三输入端403与第二输出端412连接。

优选的是，通过两个串联设置的2通开关421和422实施可控的选通模块，如例如在图4a中所示，或者如也在图6a至6d中所示。在此情况下，第一2通开关421包括第一输入端401、第二输入端402、第一输出端411和第二输出端414，所述第二输出端经由中间连接406与第二2通开关422的输入端404耦联。2通开关具有第三输入端403作为附加输入端并且具有第二输出端412作为输出端，并且还具有第三输出端413同样作为输出端。

在图7b中以表格方式描绘了2×2选通开关421的位置。图6a示出了处于高功率模式(hlm)中的开关421、422的两个位置。这对应于图7b中的第一行。图6b示出了在中等功率模式下这两个开关的位置。上部的开关421在中等功率模式下恰好与在高功率模式下一样。仅仅下部的开关422已被切换。在图6c所示的自由冷却模式下，下部的开关与中等功率模式下一样。仅仅上部的开关已被切换。在低功率模式下，与自由冷却模式相比，下部的开关422最后是切换的，而上部的开关在低功率模式下与其在自由冷却模式下的位置相同。由此确保了：始终必须将仅仅一个开关从一个相邻模式切换到下一个模式，而另一开关可以保持在其位置上。这简化了从一个运行模式到下一运行模式的所有切换措施。

图7a示出了处于各个模式下的各个压缩机马达和泵的活动。在所有模式下，第一泵208和第二泵210都是有效的。中间回路泵在高功率模式、中等功率模式和自由冷却模式下是有效的，但在低功率模式下被停用。

第一级的压缩机马达204在高功率模式下、在中等功率模式下和在自由冷却模式下是有效的，而在低功率模式下被停用。此外，第二级的压缩机马达仅仅在高功率模式下是有效的，但在中等功率模式下、在自由冷却模式下和在低功率模式下被停用。

应指出的是，图4a描绘了低功率模式，在低功率模式下两个马达204、304被停用，而在低功率模式下中间回路泵330被激活。而图3b示出了某种固定耦联的高功率模式，在高功率模式下两个马达和所有泵都是有效的。图5又示出了高功率模式，在高功率模式下开关位置使得精确地获得根据图3b的配置。

此外，图6a和6c示出了不同的温度传感器。传感器602测量第一热交换器212的输出端处的温度，即待冷却的侧的回流部处的温度。第二传感器604测量待加热的侧的回流部处的温度，即第二热交换器214的回流部处的温度。另外，另一温度传感器606测量第一级的蒸发器的输出端220处的温度，其中该温度典型地是最冷的温度。此外，设置另一温度传感器608，其测量连接管路332中的温度，即第一级的冷凝器的输出端处的温度，该输出端在其他图中用224表示。此外，温度传感器610测量第二级300的蒸发器的输出端处的温度，即例如在图3b的输出端320处的温度。

最后，温度传感器612测量第二级300的液化器306的输出端324处的温度，其中所述温度在全功率模式下是系统中的最热的温度。

在下文中参照图7c和7d介绍了热泵设备的不同的级或运行模式，如例如借助图6a至6d所示，并且也借助其他附图示出。

de102012208174a1公开了一种热泵，其具有自由冷却模式。在自由冷却模式下，蒸发器入口与待加热的区域的回流部连接。此外，液化器入口与待冷却的区域的回流部连接。通过自由冷却模式，已经实现显著的效率升高，更确切地说针对小于例如22℃的室外温度。

所述自由冷却模式或(fkm)在图4c中在行453中示出并且尤其是在图6c中示出。这样尤其是，冷侧的热交换器的输出端与进入第一级的冷凝器的输入端连接。另外，离开热侧的热交换器214的输出端与第一级的蒸发器输入端耦联，并且进入热侧的热交换器214的输入端与第二级300的冷凝器出口耦联。然而，第二级停用，使得图6c的冷凝器出流口338具有与冷凝器入流口413相同的温度。另外，第二级的蒸发器出流口334也具有与第二级的冷凝器入流口413相同的温度，使得第二级300在热力学上一定程度地“短路”。尽管压缩机马达停用，但所述级被工作流体穿流。因此，第二级仍然用作基础结构，但由于关断的压缩机马达而停用。

例如，现在如果要从中等功率模式切换到高功率模式，即从第二阶段停用而第一阶段有效的模式切换到两个级都有效的模式，则优选的是，在将开关442从图6b所示的开关位置切换到图6b所示的开关位置之前，首先允许压缩机马达运行一定时间，该时间例如大于一分钟且优选为五分钟。

第二热泵装置102/114中的热泵包括：蒸发器，该蒸发器具有蒸发器入口和蒸发器出口；以及液化器，该液化器包括液化器入口和液化器出口。另外，提供了一种切换装置，以便使热泵在一个运行模式下或在另一运行模式下运行。在其中一个运行模式下，即在低功率模式下，热泵被完全跨接，即待冷却的区域的回流部直接与待加热的区域的进流部连接。此外，在所述跨接模式或低功率模式下，待加热的区域的回流部与待冷却的区域的进流部连接。典型地，蒸发器与待冷却的区域相关联，而液化器与待加热的区域相关联。

然而，在跨接模式下，蒸发器并不与待冷却的区域连接，并且液化器也并不与待冷却的区域连接，但是两个区域都一定程度上“短路”。然而，在第二替选的运行模式下，热泵并不跨接，而是典型地在仍然相对低的温度下在自由冷却模式下运行抑或在具有一个级或两个级的正常模式下运行。在自由冷却模式下，切换装置构造成，将待冷却的区域的回流部与液化器入口连接并且将待加热的区域的回流部与蒸发器入口连接。相反，在正常模式下，切换装置构造成，将待冷却的区域的回流部与蒸发器入口连接，并将待加热的区域的回流部与液化器入口连接。

根据实施形式，热交换器可以设置在热泵的输出端处，即在液化器侧，或者在热泵的输入端处，即在蒸发器侧，以便将内部热泵循环回路与外部循环回路在流体上脱耦。在这种情况下，蒸发器入口是与蒸发器耦联的热交换器的入口。此外，在这种情况下，蒸发器出口是又与蒸发器固定耦联的热交换器的出口。

与此类似，在液化器侧，液化器出口是热交换器出口，而液化器入口是热交换器入口，更确切地说在热交换器的未与实际的液化器固定耦联的一侧上。

然而，替选地，热泵可以在没有输入侧或输出侧的热交换器的情况下运行。于是在这种情况下例如在进入待冷却的区域中的输入端处或在进入待加热的区域中的输入端处可以分别设有一个热交换器，其于是包括至冷却的区域或待加热的区域的回流部或进流部。

在优选实施例中，热泵用于冷却，使得待冷却的区域例如是建筑物的房间、计算机房或者通常是冷藏室或超市设施，而待加热的区域例如是建筑物的屋顶或类似的部位，在其上可以放置散热装置，以便将热量释放到环境中。但是，如果热泵对此替选地用于加热，则待冷却的区域是要从中提取能量的环境，并且待加热的区域是“有用应用”，即例如建筑物的、房屋的或要调温的房间的内部。

因此，热泵能够从跨接模式切换到自由冷却模式，或者如果没有构成这样的自由冷却模式，则切换到正常模式。

通常，热泵的优点在于，在室外温度小于例如16℃时所述热泵变得特别高效，这至少在远离赤道的北半球和南半球中常常情况如此。

由此实现了，针对室外温度，在所述室外温度下直接冷却是可行的，热泵可以完全停止运行。在具有在蒸发器和液化器之间的离心式压缩机的热泵的情况下，叶轮可以停止，并且不再需要将能量输入到热泵中。然而替选地，热泵仍然可以在待机模式下或例如类似模式下运行，所述类似模式由于其仅仅为待机模式而仅引起少量的电流消耗。尤其，在无阀的热泵中，如其优选使用，与自由冷却模式相比，可以通过完全跨接热泵来避免热短路。

此外，优选的是，切换装置在第一运行模式下，即在低功率模式下或在跨接模式下，将待冷却的区域的回流部或待冷却的区域的进流部与蒸发器完全分开，使得在蒸发器的入口或者出口与待冷却的区域之间不再存在流体连接。所述完全分开同样在液化器侧上变得是有利的。

在实施方式中，设有温度传感器装置，其检测关于蒸发器的第一温度或关于液化器的第二温度。此外，热泵具有控制装置，该控制装置与温度传感器装置耦联并且构成为，根据一个或多个在热泵中检测到的温度来控制切换装置，使得切换装置从第一运行模式切换到第二运行模式，反之亦然。切换装置的实施可以通过输入端开关和输出端开关实现，输入端开关和输出端开关分别包括四个输入端和四个输出端，并且根据模式可以开关。然而，替选地，切换装置也可以由多个单独的、级联地设置的切换器实现，所述切换器分别具有一个输入端和两个输出端。

此外，作为用于将跨接管路与进入待加热的区域中的进流部耦联的耦联元件或用于将跨接管路与进入待冷却的区域中的进流部耦联的耦联器，可以构成为简单的三接头组合，即构成为流体加法器。然而，在实施方式中，优选的是，为了具有最佳的脱耦，耦联器同样构成为切换器或构成为集成在输入端开关或输出端开关中。

此外，作为特定的温度传感器，第一温度传感器使用在蒸发器侧上，而作为第二温度传感器，第二温度传感器使用在液化器侧上，其中优选更为直接的测量。蒸发器侧的测量尤其用于进行控制温度提升器的转速控制，即例如进行第一和/或第二级的压缩机的转速控制，而使用液化器侧的测量抑或还有环境温度测量来执行模式控制，即，当温度不再处于非常冷的温度范围中但处于中等冷的温度范围中时，例如将热泵从跨接模式切换到自由冷却模式。然而，如果温度进一步回升，即在温暖的温度范围中，则切换装置将使热泵置于具有有效的第一级或具有有效的第二级的正常模式下。

然而，在两级热泵的情况下在对应于中等功率模式的正常模式下仅仅第一级是有效的，而第二级仍是无效的，即，不被供电流并且因此不需要能量。直到温度进一步升高，更确切而言在非常温暖的范围中，除了第一热泵级之外或者除了第一压力级之外，还将第二压力级激活，该第二压力级又具有蒸发器、典型地呈离心式压缩机形式的温度提升器和液化器。第二压力级可以与第一压力级串联或并联或串/并联连接。

为了确保在跨接模式下，即当室外温度已经相对冷时，来自外部的寒冷不会完全侵入热泵系统中并且此外也不侵入待冷却的空间，即待冷却的空间比其实际应该是的温度更冷，优选的是，借助在进入待冷却的区域中的进流部处的或在待冷却的区域的回流部处的传感器信号提供控制信号，所述控制信号可以由安置在热泵之外的散热装置使用，以便控制散热，即，当温度变得过冷时才减少散热。散热装置例如是液体/空气热交换器，其具有泵，用于使被引入待加热区域中的流体循环。此外，散热装置可以具有通风机，以便将空气输送到空气热交换器中。附加地或替选地，还可以设有三通混合器，以使空气热交换器部分或完全短路。根据进入待冷却的区域中的进流部，其在该跨接模式下并不与蒸发器出口连接而是与离开待加热的区域的回流部连接，散热装置，即例如泵、通风机或三通混合器，被控制，以不断进一步减少散热，以便保持温度水平，更确切地说在热泵系统中和在待冷却的区域中，所述区域在这种情况下可以处于高于室外温度水平。由此，当室外温度过冷时，废热甚至可以用于加热“待冷却”的空间。

在另一方面中，实现对热泵的总体控制，使得根据蒸发器侧上的温度传感器的温度传感器输出信号，进行热泵的“精控”，即在不同的模式下进行转速控制，即例如自由冷却模式、具有第一级的正常模式和具有第二级的正常模式，以及在跨接模式下对散热装置进行控制，而模式切换根据在液化器侧上的温度传感器的温度传感器输出信号作为粗控进行。由此，即仅仅基于液化器侧的温度传感器将运行模式从跨接模式(或nlm)切换到自由冷却模式(或fkm)和/或正常模式(mlm或hlm)，其中蒸发器侧的温度输出信号不用于判断是否发生切换。然而，为了离心式压缩机的转速控制和/或为了散热装置的控制，再次仅使用蒸发器侧的温度输出信号，而不使用液化器侧的传感器输出信号。

应指出的是，本发明的不同的方面关于布置和两级构架以及关于跨接模式的使用、在跨接模式或自由冷却模式下对散热装置的操控和在自由冷却模式或正常运行模式下对离心式压缩机的操控或关于两个传感器的使用可以彼此独立的使用，其中一个传感器用于运行模式切换，而另一个传感器用于精控。然而，所述方面也可以成对或以更大的组或甚至彼此组合。

图7a至7d示出了关于不同模式的概览，根据图1、图2、图8a、9a的热泵可在所述不同模式下运行。如果待加热的区域的温度非常低，如例如小于16℃，则运行模式选择激活第一运行模式，在第一运行模式下热泵被跨接并且产生用于在待加热的区域16中的散热装置的控制信号36b。如果要加热的区域(即图1的区域16)的温度处于中等寒冷的温度范围中，即例如在16℃和22℃之间的范围中，则运行模式控制装置激活自由冷却模式，在自由冷却模式下热泵的第一级由于小的温度散布范围可低功率工作。然而，如果待加热的区域的温度处于温暖的温度范围中，即例如在22℃和28℃之间，则热泵在正常模式下运行，然而在具有第一热泵级的正常模式下运行。然而，如果室外温度非常温暖，即在28℃和40℃之间的温度范围中，则激活第二热泵级，该第二热泵级同样在正常模式下工作并且所述第二热泵级已经连续地支持第一级。

优选地，离心式压缩机的转速控制或“精控”在图1的温度提升器34内在“中等寒冷”、“温暖”、“非常温暖”的温度范围中进行，以便始终仅仅以当前实际前提条件恰好所要求的加热/冷却功率运行热泵。

优选地，模式切换由液化器侧的温度传感器控制，而用于第一运行模式的精控和/或控制信号取决于蒸发器侧的温度。

应指出的是，“非常冷”、“中等寒冷”、“温暖”、“非常温暖”的温度范围代表不同的温度范围，其各自从非常冷到中等寒冷、到温暖、到非常温暖的平均温度相应变大。如借助图7c所示的范围可以彼此直接邻接。然而，在实施方式中，这些范围也可以重叠并且处于所提及的温度水平或不同的总体更高或更低的温度水平上。此外，热泵优选以水作为工作介质运行。然而，根据要求也可以使用其他手段。

这在图7d中以表格方式描绘。如果液化器温度处于非常冷的温度范围中，则作为反应由控制装置430设定第一运行模式。如果在该模式下确定：蒸发器温度小于期望温度，则通过控制信号在散热装置处实现散热的减小。然而，如果液化器温度处于中等寒冷范围中，则作为对此的反应可预期由控制装置430切换到自由冷却模式下，如通过线路431和434所示。如果这里蒸发器温度大于期望温度，则这在反应中引起经由控制线路434提高压缩机的离心式压缩机的转速。如果又确定液化器温度处于温暖的温度范围中，则作为对此的反应，将第一级置于正常运行中，这通过线路434上的信号实现。如果又确定，在压缩机的特定转速的情况下，蒸发器温度仍然大于期望温度，那么这导致又通过线路434上的控制信号提高第一级的转速。如果最后确定液化器温度处于非常温暖的温度范围中，则作为对此的反应，第二级在正常运行中被接通，这又通过在线路434上的信号实现。根据蒸发器温度是大于还是小于期望温度，如通过线路432上的信号所示，于是对第一和/或第二级进行控制，以便对变化的情况作出反应。

因此，实现了透明且高效的控制，其一方面基于模式切换实现“粗调”，而另一方面基于与温度相关的转速设定实现“微调”，即始终只须消耗如恰好实际所需的能量。这种不像例如在已知的具有滞后的热泵中那样在热泵中会出现持续开关切换的方法也确保了，由于连续的运行而不产生启动损耗。

优选地，图1的压缩机马达内的离心式压缩机的转速控制和/或“精控”在“中等寒冷”、“温暖”、“非常温”的温度范围中进行，以便始终仅仅以由实际前提条件恰好所需的加热/制冷功率运行热泵。

优选地，模式切换由液化器侧的温度传感器控制，而精控或第一运行模式的控制信号取决于蒸发器侧的温度。

在一种模式切换的情况下，控制装备430构成为，检测从中等功率模式过渡到高功率模式的条件。然后，在另一热泵级300中的压缩机304启动。直到在经过大于一分钟的并且优选甚至大于四分钟或甚至五分钟的预定时间之后，才将可控的选通模块从中等功率模式切换到高功率模式。由此实现了，可以简单地从静止切换；其中在切换之前使压缩机马达运行确保了蒸发器中的压力变得小于压缩机中的压力。

应指出的是，图7c中的温度范围可以变化。尤其，在非常冷的温度和中等寒冷的温度之间的阈值温度，即图7c中的值16℃，以及在中等寒冷的温度和温暖的温度之间的阈值温度，即图7c中的值22℃，和在温暖的和非常温暖的温度之间的值，即图7c中的值28℃，仅是示例性的。优选地，在温暖和非常温暖之间的阈值温度，其中以该阈值温度进行中等功率模式切换到高功率模式，在25到30℃之间。此外，在温暖和中等寒冷之间的阈值温度，即在自由冷却模式与中等功率模式之间进行切换时，在18℃至24℃的温度范围中。最后，阈值温度，在该阈值温度下进行中等寒冷模式和非常冷模式之间切换，在12和20℃之间的范围中，其中值优选地选择为，如其在图7c的表格中所示，但如所述，在所述的范围中可以不同地设定。

然而，根据实施方式和要求曲线，热泵设备也可以以四种运行模式运行，这四种运行模式也彼此不同，但都处于不同的绝对水平，即名称“非常冷”、“中等寒冷”、“温暖”、“非常温暖”只能理解为相对彼此，但不应表示任何绝对温度值。

尽管特定元件描述为设备元件，但应指出的是，所述描述可同等地视为方法步骤的描述，反之亦然。例如，图6a至6d中所描述的框图类似地表示相应的根据本发明的方法的流程图。

此外应指出的是，控制装置例如可以通过图4b中的元件430实现为硬件或软件，其中这也适用于图4c、4d或7a、7b、7c、7d中的表格。控制装置的实现可以在非易失性存储介质、数字或其他存储介质上进行，尤其是在具有电子可读控制信号的磁盘或cd上进行，其可以与可编程计算机系统协作，使得执行相应的用于泵送热量和/或运行热泵的方法。一般而言，本发明因此也包括计算机程序产品，该计算机程序产品具有存储在机器可读载体上的程序代码，用于在计算机程序产品在计算机上运行时执行该方法。换言之，本发明因此也可以实现为具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机上运行计算机程序时执行该方法。