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Unter Ausnutzung der Verlustwärme flüssigkeits- oder gasgekühlter, elektrischer Maschinen oder Apparate betriebene Raumheizanlage Zur Rückgewinnung der Verlustwärme elektrischer Maschinen und Apparate mittels Wärmepumpen ist es bekannt, das angewärmte Kühlmittel solcher Apparate, beispielsweise das warme Öl eines Transformators, dem Verdampfer der Wärmepumpe zuzuführen. In diesem Verdampfer tritt ein gewisser Temperaturabfall auf, so dass der verdampfte Wärmeträger eine niedrigere Temperatur als die mittlere Öltemperatur aufweist. Der Kompressor der Wärmepumpe komprimiert den gasförmigen Wärmeträger, wodurch auf höheren Druck und höhere Temperatur kommt. Im Kondensator wird dem komprimierten Wärmeträger (z.
B. Freon) die Verdampfungswärme entzogen, wobei das Kühlmittel (z. B. das Heizwasser einer Zentralheizungsanlage) um den Temperaturabfall im Kondensator unter der Kondensationstemperatur liegt.
Der Kompressor, d. h. die Wärmepumpe, muss somit zwei Temperaturabfälle, nämlich im Verdampfer und im Kondensator, kompensieren und gegebenenfalls dias Temperaturniveau im Heizwasservorlauf über das Temperaturniveau des Öls im Transformator heben. Die Kompressorleistung wird bei gegebener Wärmeleistung um so höher, je grösser die zu überwindende Gesamttemperaturdifferenz zwischen Ver- dampfertemperatur und Verflüssigungstemperatur ist. Diese Gesamttemperaturdifferenz ist nach obigen Ausführungen durch die Temperaturdifferenzen im Verdampfer einerseits und im Kondensator anderseits wesentlich mitbestimmt.
Diese Temperaturdifferenzen lassen sich zwar durch grössere Bemessung von Verdampfer und Kondensator herabsetzen, jedoch nur unter Inkaufnahme zusätzlicher Mehrkosten.
Untersuchungen über die Wirtschaftlichkeit und das Betriebsverhalten von Wärmepumpenanlagen von Transformatoren haben ergeben, dass man etwa gleiche Temperaturen von öl- und Heizwasservorlauf erhält, wenn man bei der Wärmepumpe auf ein Anheben der Heizwassertemperatur über die Öltempe- ratur verzichtet, was im Interesse einer hohen Leistungsziffer, also geringen Energieverbrauches liegt.
Sind als Heizungselemente beispielsweise ausreichend bemessene Deckenstrahlungsheizkörper vorgesehen, so genügen Vorlauftemperaturen des Heizwassers im Bereich von 30-45 C, um die geforderte Heizleistung zu übertragen; d. h. die erforderliche Raumtemperatur von etwa 20 C zu erzielen. Somit ist hierbei ein Anheben der Heizwasser- temperatur über die Öltemperatur nicht erforderlich, wenn diese im Bereich von 50-55 C liegt.
Um nun in solchen Fällen ohne kostspielige Wärmepumpenanlagen, die, wie bereits bekannt, im wesentlichen die drei hintereinandergeschalteten Elemente Verdampfer, Kompressor und Verflüssiger umfassen, auskommen zu können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass zur L7bertragung der Verlustwärme von flüssigkeits- und gasgekühlten, elektrischen Maschinen und Apparaten nur ein Wärmeaustauscher für eine mittlere Temperaturdifferenz von 3-5 C zwischen Kühlmedium und Heizwasser vorgesehen ist.
Bei Verwendung nur eines Wärmeaustauschers kann man somit im Vergleich zur Wärmepumpe auf einen Wärmeaustauscher und den Kompressor verzichten, so dass sich, wie diesbezügliche Untersuchungen bestätigt haben, auf der Basis gleicher thermischer Effekte die Anschaffungskosten des einen Wärmeaustauschers nur auf etwa 1/,4 der Kosten für eine Wärmepumpenanlage belaufen.
Der unmittelbare Wärmeaustausch zwischen Kühlmittel und Wasser wird erreicht, wenn man einerseits das Kühlmittel, beispielsweise das Öl eines
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Transformators, anderseits das Wasser eines Warmwasserspeichers durch den Wärmeaustauscher pumpt. Dabei bemisst man zweckmässigerweise die Wärme- austauschflächen so gross, dass die zu übertragende Wärmeleistung mit einer Temperaturdifferenz von etwa 3-5 C zwischen Kühlmittel und Heizwasser übertragen werden kann.
Bei Verwendung eines idealen Wärmeaustauschers (unendlich grosse Wärme- übergangsflächen) wäre die mittlere Öltemperatur im Wärmeaustauscher gleich der mittleren Heizwasser- temperatur im Wärmeaustauscher.
Die in Transformatoren bei Vollast zulässige Ölgrenztemperatur beträgt nach VDE 95 C, wobei eine Raumtemperatur von 35 C vorausgesetzt ist. Die Öl- temperaturen können daher auch bei Teillast des Transformators so hoch liegen, dass obige Vorlauftemperaturen (30-45 C) erreicht werden, wenn Transformatorenverlustleistung und erforderliche Heizleistung einander entsprechen bzw. die Transfor- matorenverlustleistung grösser ist als die erforderliche Heizleistung. Der Verlustüberschuss kann dann durch Zusatzkühlung des Transformators abgeführt werden.
Ist dies nicht der Fall, so muss der Fehlbetrag durch Zusatzheizung ergänzt werden, um die Nennraum- temperatur zu erreichen.
Dies soll an einem Beispiel erörtert werden: Erfordert die Deckenstrahlungsheizanlage bei BR = 20 C Raumtemperatur und Oa = 0 C Aussentemperatur z. B. 70000 kcal/b bei z. B. 35 C Heizrohrtemperatur und beträgt die Verlustleistung des Transformators z. B. 80 000 kcal/h, so wird bei verlustfreier Wärmeübertragung die Raumtemperatur noch etwas ansteigen, weil die 80000 kcal/h die Temperatur der Heizrohre über den stationär erforderlichen Wert von 35 C hinaus anheben.
Beträgt die Verlustleistung hingegen nur 60000 kcal/h, so kann die vorgesehene Raumtemperatur von & R, = 20 C durch Zusatzheizung gehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der schematisch dargestellten Zeichnung noch näher erläutert. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist als Wärmespender ein Transformator 10 vorgesehen, der beispielsweise mit Rück- sicht auf 100 % ige Reserve mit zwei Kühlern 11 und 12 ausgerüstet ist, von denen jeder für eine Kühlerleistung ausgelegt ist, die seiner Vollastverlustleistung entspricht.
Der Wärmeaustauscher 13 ist so in das Leitungssystem 14 eingeschaltet bzw. die Ölleitungen sind so angeordnet, dass man die Möglichkeit hat, abhängig von der Stellung der Ventilsätze 15, 16 und 17, 18 das von den Ölumwälzpumpen 19, 20 geförderte Öl alternativ oder gleichzeitig durch die transformatoreigenen Kühler bzw. durch den Wärme- austauscher strömen zu lassen.
Dem Wärmeaustau- scher ist ein Warmwasserspeicher 21 nachgeschaltet, und die zwischen den beiden Behältern 13 und 21 angeordnete Umlaufpumpe 22 dient zur Umwälzung des Wassers durch den Wärmeaustauscher und den Warmwasserspeicher, während die Umlaufpumpe 23 erforderlich ist, um dem Heizkreis 24 Warmwasser aus dem Speicher bzw. unmittelbar aus dem Wärmeaustauscher zuzuführen.
Die Heizanlage setzt sich aus Deckenstrahlungsheizkörpern oder aus gross bemessenen Radiatoren 25 zusammen. Ferner ist im Heizkreis ein weiterer Wärmeaustauscher 26 vorgesehen, in dem durch den Leitungsdruck zugeführtes Frischwasser erwärmt wird und dann durch die Zapfstellen 27 Warmwasser entnommen werden kann. Mit 28 ist ein Elektrodurchlauferhitzer bezeichnet, der erforderlichenfalls die Zusatzheizleistung abgibt. An seiner Stelle kann man natürlich auch einen Zentralheizungskessel verwenden, der mit Öl oder Koks befeuert werden kann.
Ferner besteht die Möglichkeit, die Zusatzheizung durch elektrische Heizung des Warmwasserspeichers 21 mittels einer Heiz- patrone 29 oder dergleichen zu erzielen. Diese Anordnung kommt speziell dann in Betracht, wenn mit billigem Nachtstrom gearbeitet werden kann. Schliesslich kommt eine Kombination beider Zusatzheizungen in Betracht, und zwar die erste für rasches Hochheizen der Räume, die zweite für länger dauernde Zusatzheizung.
Mit der beschriebenen Anordnung ergibt sich folgende Wirkungsweise: Wenn keine Heizung erforderlich ist, beispielsweise im Sommer, sind die Ventile 15 und 16 geschlossen und die Ölumwälzpumpen 19 und 20 drücken das Öl über die Ventile 17 und 18 in den Kessel zurück.
Bei Wärmebedarf für die Heizanlage, wie es etwa im Winter der Fall ist, werden die Ventile 17, 18 geschlossen und die Ventile 15 und 16 geöffnet. Nunmehr drücken die Ölumwälzpumpen das warme Öl durch den Wärmeaustauscher 13, der im Keller oder in einem Vorbau eines nicht dargestellten Betriebsgebäudes stehen kann. Die Wasserumlaufpumpe 22 wälzt das Wasser durch den Wärmeaustauscher 13 und durch den Warmwasserspeicher 21, wenn die Dreiweghähne 30 und 31 diesen Kreislauf frei geben. Gleichzeitig kann die Umlaufpumpe 23 über die Dreiweghähne 32 und 33 dem Heizkreis 24 Warmwasser aus dem Speicher zuführen.
Der Heizkreis kann jedoch auch unter Umgehung des Speichers 21 und Ausschaltung der Pumpe 22 unmittelbar vom Wärmeaustauscher 13 mit Warmwasser versorgt werden, wenn die Dreiweghähne 30, 31, 32 und 33 durchgeschaltet sind. Um in diesem Fall eine Umkehrung der Wasserkreislaufrichtung zu vermeiden, können die Leitungen einschliesslich der Dreiweg- hähne entsprechend der in Fig.2 wiedergegebenen Darstellung angeordnet werden.
Der Heizkreis speist den Wärmeaustauscher 26, der gleichzeitig Warmwasserspeicher ist und dessen Grösse sich nach dem voraussichtlichen Warmwasserverbrauch richtet. Mit Rücksicht auf den Warmwasserbedarf im Sommerhalbjahr kann der Wärmeaustauscherkreis durch zusätzliches Öffnen der Ventile 15 und 16 auch während dieser Zeit in Betrieb bleiben.
Im Ölrücklauf ist unmittelbar hinter dem Wärme- austauscher 13 ein Messgerät 34 (Relais) vorgesehen,
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das die Abschaltung des Ölkreislaufes veranlasst, wenn die geringsten Spuren von Wasser infolge des vermutlich höheren statischen Druckes des Heiz- wassers gegenüber dem Öl bei einer an sich äusserst unwahrscheinlichen Undichtigkeit zwischen der Öl- und Wasserseite des Wärmeaustauschers auftreten.
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten des Transformatorkessels isoliert man diesen zweckmässigerweise allseitig durch mit Blech abgedeckte Isolierstoffmatten.