Die Entlüftung von industriellen Prozessen erfordert einen erheblichen Energieaufwand für die Erwärmung der Ersatzluft, welcher bei verschmutzter oder stark befeuchteter Luft mit konventionellen Wärmerückgewinnungs-Anlagen nur in geringem Masse oder nur unwirtschaftlich rückgewinnbar ist.
Auch in anderen Bereichen wie z. B. in Wohn- und Geschäftshäusern und Hallenbädern gehen erhebliche Wärmemengen verloren, welche mit konventionellen Wärmerückgewinnungs-Einrichtungen nicht mehr wirtschaftlich rückgewinnbar sind.
Durch eine vereinfachte und verbesserte Wärmerückgewinnung könnte eine Energieeinsparung erzielt werden und gleichzeitig die erforderliche Kesselleistung der Heizungsanlage reduziert werden oder die konventionelle Brauchwasserwärmung als Kombination mit dem Heizkessel oder als Elektroboiler substituiert werden, was sich günstig auf die Betriebskosten auswirken würde. Es wäre auch möglich natürliche Wärmemengen, wie z. B. aus Grund- und Flusswasser, von der Sonne und auch die Erdwärme nutzbar zu machen.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, durch welches die genannten Ziele realisierbar sind. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass dezentralisiert anfallende Wärmemengen mittels Wärmeaustauscher an einen flüssigen, primären Wärmeträger übertragen werden, welcher in einem kontinuierlichen Kreislauf durch eine Wärmepumpe geführt und dort abgekühlt wird, und dass die frei gewordene Wärme des flüssigen, primären Wärmeträgers mittels des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpe im Carnot-Prozess an wenigstens einen sekundären Wärmeträger abgegeben wird.
Die Erfindung bezweckt weiter, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese Anordnung hebt sich erfindungsgemäss dadurch hervor, dass im kontinuierlichen Kreislauf des flüssigen, primären Wärmeträgers eine Anzahl parallel geschalteter Wärmeaustauscher angeordnet ist, durch welche Wärmeaustauscher die dezentralisiert anfallenden Wärmemengen an den flüssigen, primären Wärmeträger übertragbar sind, und dass die Wärmepumpe einen Verdampfer, einen Kompressor und wenigstens einen Kondensator aufweist, um den durch den Verdampfer strömenden flüssigen, primären Wärmeträger abzukühlen und die frei werdende Wärmemenge mittels des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpe an den den Kondensator durchströmenden sekundären Wärmeträger zu übertragen.
Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung des Verfahrens für Kühlprozesse, wobei die abgeführten Wärmemengen rückgewinnbar sind.
Anhand der Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hallenbades mit dem ersten Teil einer Wärmerückgewinnungsanordnung,
Fig. 2 schematisch den zweiten Teil der Wärmerückgewinnungsanordnung gemäss Fig. 1 und
Fig. 3 eine weitere Wärmerückgewinnungsanordnung.
Bei der Projektausarbeitung für ein Hallenbad wurden eine Aussentemperatur von 100 C und eine Hallentemperatur von 30 C angenommen. Die Oberfläche des Wassers 2 im Hallenbad 1 beträgt 135 m2. Die Hallenabluft 3 wird mittels eines Ventilators 4 durch einen Glasplattenwärmeaustauscher 5 geführt, wo sie im Direktaustausch einen Teil ihrer Wärme an die Hallenzuluft 6 abgibt und mit einer Resttemperatur von 21 C den Wärmeaustauscher 5 verlässt. An einer Mischstelle 7 wird ein Teil 3" der Abluft 3 mit der durch einen weiteren Ventilator 8 angesaugten kalten Zuluft 6 vermischt. Nach Durchströmen des Wärmeaustauschers 5 wird die Zuluft 6 in einem Nachwärmer 9 auf die gewünschte Temperatur von 44" C erwärmt und in die Halle eingeblasen.
Bei bekannten Lüftungsanlagen für Hallenbäder wäre jetzt die Wärmerückgewinnung beendet, und die noch warme Rest abluft würde ins Freie geblasen und ihre Restwärme ginge verloren. Bei der vorliegenden Anordnung wird in einer weite ren Rückgewinnungsstufe sowohl ein Teil der Restwärme der
Restabluft 3' wie auch die Wärmemengen der Luft aus der
Garderobe, dem Heizraum und dem Traforaum teilweise zu rückgewonnen. Zusätzlich wird in dieser Stufe ein Teil der
Wärme des Bassinablaufwassers verwertet.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist in der weiteren Rück gewinnungsstufe ein kontinuierlicher Kreislauf 10 eines einen primären Wärmeträger bildenden Wasserfrostschutzgemisches vorgesehen mit fünf parallel geschalteten Wärmeaustauschern
11-15, und zwar je einen Wärmeaustauscher 11-15 für die
Resthallenabluft 3', die Garderobenluft 16, die Heizraumluft
17, die Traforaumluft 18 und das Bassinablaufwasser 19.
Der Durchfluss des Gemisches durch die einzelnen Wär meaustauscher 11-15 wird durch Drosselventile 20 reguliert.
Das auf etwa 10 C erwärmte Gemisch gelangt nach den
Wärmeaustauschern in einen Speicher 21, welcher als Expan sionsgefäss ausgebildet ist. Von da strömt es durch eine Pumpe
22 in den Verdampfer 24 einer an sich bekannten Wärme pumpe 23. Das Gemisch wird im Verdampfer 24 auf C bis +3" C abgekühlt und fliesst dann zurück zu den Wärmeaus- tauschern 11-15. Für den Frostschutzanteil des Gemisches wird zweckmässig Glykol verwendet.
Die im Verdampfer 24 im Carnot-Prozess freigewordene Wärmemenge des Gemisches wird vom Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 23 aufgenommen und über dessen Kompressor 25 und Kondensator 26 an das einen sekundären Wärmeträger bildende Frischwasser 27 abgegeben, welches sich im Kondensator von 10 auf 55" C erwärmt.
Für die Wiederverwendung der durch den Gemischkreislauf und die Wärmepumpe zurückgewonnene Wärme wird nun das erwärmte Frischwasser 27 in einen ersten Speicher 28 geleitet, von wo aus es für verschiedene Verwendungszwecke 27' abzapfbar ist; zum Beispiel als Ersatzwasser für das Bassin, als Duschenwasser oder als Brauchwasser für eine Abwartwohnung.
Als weitere Verwendungsmöglichkeit wird das erwärmte Frischwasser 27 in einen zweiten Speicher 29 geleitet und durch einen Zusatzerhitzer 30 auf 100" C erwärmt. Dieses Wasser 27" dient dazu, das Bassinwasser 2 innerhalb kurzer Zeit von 27 auf 30 C zu erhöhen, beispielsweise, wenn das Hallenbad durch Rheumakranke benützt wird.
Der Einbau der Speicher und der Wärmepumpe verursachen etwas höhere Investitionskosten als bei konventionellen Lüftungsanlagen. Diesen Mehrkosten steht ein geringerer Energiebedarf mit entsprechenden B etriebskostenreduktionen gegenüber, so dass die Mehrinvestitionen in kurzer Zeit amortisiert sind.
Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren insbesondere für die Wärmerückgewinnung bei einem Hallenbad konzipiert wurde, sind auch andere Anwendungsgebiete möglich. So können mit dem Wasser-Frostschutzgemisch-Kreislaufsystem gleichzeitig wirtschaftliche Kühlprozesse durchgeführt werden, wobei die abgeführten Wärmemengen rückgewinnbar sind, z. B. im Sommer zur Erwärmung des Brauchwassers.
Ebenfalls kann die im Grundwasser, Fluss- und Seewasser enthaltene Wärme sowie die Erd- und Sonnenwärme mit dem Verfahren nach der Erfindung nutzbar gemacht werden, wie in der Anordnung gemäss Fig. 3 dargestellt ist.
Wiederum ist ein kontinuierlicher Kreislauf 10 eines flüssigen Wärmeträgers, beispielsweise eines Wasser-Glykolgemisches vorgesehen. Acht parallel geschaltete Wärmeaustauscher 31-38 dienen der Rückgewinnung von dezentralisiert anfallenden Verlust- und natürlichen Wärmemengen. Der Durch fluss des nach der Wärmepumpe 23 auf -3 C abgekühlten Wärmeträgers durch die einzelnen Wärmeaustauscher 31-38 wird mittels Drosselventile 20 und der Umgehungsleitung 39 reguliert.
Folgende Wärmen sind rückgewinnbar bzw. ausnützbar: Wärmeaustauscher 31: Abluftwärme Wärmeaustauscher 32: Wärme von Luftkühlung Wärmeaustauscher 33: Wärme aus Prozesskühlung Wärmeaustauscher 34: Abluftwärme nach primärer
Rückgewinnung Wärmeaustauscher 35: Abwasserwärme Wärmeaustauscher 36: Grund- und/oder Flusswasserwärme Wärmeaustauscher 37: Sonnenwärme aus einem Kollektor Wärmeaustauscher 38: Erdwärme
Die rückgewonnenen Wärmemengen werden über den Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 23 in drei Kondensatoren 40-42 an sekundäre Wärmeträger übertragen. Im ersten Kondensator 40 wird Frischwasser 27 auf 55 C aufgewärmt und in zwei Speicher 28, 29 geleitet, wobei im einen Speicher 29 das erwärmte Frischwasser durch einen Zwischenerhitzer 30 auf 100" C aufgeheizt wird.
Dadurch steht Brauchwasser 27' von 55" C bzw. 27" von 100" C zur Verfügung. Im zweiten Kondensator 41 wird ein weiterer sekundärer Wärmeträger 43 aufgewärmt und im dritten Kondensator 42 Heizwasser 44 aufgewärmt, welches durch Bodenheizungen 45 eines Gebäudes fliesst.
Durch die vorbeschriebene Erfindung ist es möglich, mit einem Kollektor-Kreislaufsystem auch Verlustwärmemengen, welche mit den bis heute bekannten Systemen und Einrichtungen nur unwirtschaftlich rückgewinnbar waren, einzusammeln und mittels einer Wärmepumpe zu verwerten. Dabei kann weitgehend auf die vielfach komplizierten und teuren Luftkanalanlagen, welche für die konventionelle Wärme-Rückgewinnung notwendig sind, verzichtet werden. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den flüssigen Wärmeträger des Kreislaufsystems in einem Verteilnetz möglichst nahe zu den Wärmequellen heranzuführen, um diese dezentralisiert anfallenden Wärmemengen mit geringstem Aufwand zu verwerten.
Da das Wasserfrostschutzgemisch nach der Wärmepumpe auf -3 C bis +3 " C abgekühlt wird, ist es auch möglich, natürliche, bisher kaum nutzbare Wärmequellen anzuzapfen. Das Verfahren schliesst nicht aus, dass dort, wo wirtschaftlich verantwortbar, eine erste Wärmerückgewinnung in einer vorgeschalteten Stufe mit konventionellen Mitteln durchgeführt wird und erst die Restwärme durch das Kreislaufsystem übernommen wird.
The venting of industrial processes requires a considerable amount of energy to heat the replacement air, which can only be recovered to a small extent or only uneconomically in the case of polluted or highly humidified air with conventional heat recovery systems.
Also in other areas such as B. in residential and commercial buildings and indoor swimming pools, considerable amounts of heat are lost, which can no longer be recovered economically with conventional heat recovery systems.
With a simplified and improved heat recovery, energy savings could be achieved and at the same time the required boiler output of the heating system could be reduced or conventional domestic water heating could be substituted as a combination with the boiler or as an electric boiler, which would have a favorable effect on operating costs. It would also be possible natural amounts of heat, such as. B. from groundwater and river water, from the sun and geothermal energy.
The invention has set itself the task of creating a method by which the stated objectives can be achieved. The method according to the invention is characterized in that decentralized amounts of heat are transferred by means of a heat exchanger to a liquid, primary heat carrier, which is passed in a continuous cycle through a heat pump and cooled there, and that the heat released by the liquid, primary heat carrier by means of the The refrigerant circuit of the heat pump is delivered to at least one secondary heat transfer medium in the Carnot process.
The invention further aims to create an arrangement for carrying out the method. According to the invention, this arrangement is distinguished by the fact that a number of heat exchangers connected in parallel are arranged in the continuous circuit of the liquid, primary heat carrier, through which heat exchangers the decentralized amounts of heat can be transferred to the liquid, primary heat carrier, and that the heat pump has an evaporator, a compressor and has at least one condenser to cool the liquid, primary heat carrier flowing through the evaporator and to transfer the released amount of heat to the secondary heat carrier flowing through the condenser by means of the refrigerant circuit of the heat pump.
The invention also relates to an application of the method for cooling processes, in which the amounts of heat removed can be recovered.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 shows a schematic representation of an indoor swimming pool with the first part of a heat recovery arrangement,
2 schematically shows the second part of the heat recovery arrangement according to FIGS. 1 and
3 shows a further heat recovery arrangement.
When working out the project for an indoor swimming pool, an outside temperature of 100 C and a hall temperature of 30 C were assumed. The surface of the water 2 in the indoor pool 1 is 135 m2. The hall exhaust air 3 is guided through a glass plate heat exchanger 5 by means of a fan 4, where it gives off part of its heat to the hall supply air 6 in direct exchange and leaves the heat exchanger 5 with a residual temperature of 21 ° C. At a mixing point 7, part 3 ″ of the exhaust air 3 is mixed with the cold supply air 6 sucked in by a further fan 8. After flowing through the heat exchanger 5, the supply air 6 is heated in a reheater 9 to the desired temperature of 44 ″ C. Blown in the hall.
With known ventilation systems for indoor swimming pools, the heat recovery would now be ended and the still warm residual air would be blown into the open air and its residual heat would be lost. In the present arrangement, both part of the residual heat is used in a further recovery stage
Residual exhaust air 3 'as well as the amount of heat in the air from the
The cloakroom, boiler room and transformer room have been partially recovered. In addition, part of the
Recovered heat from the basin drainage water.
As can be seen from FIG. 2, in the further recovery stage, a continuous circuit 10 of a water antifreeze mixture forming a primary heat carrier is provided with five heat exchangers connected in parallel
11-15, namely one heat exchanger 11-15 for each
Residual hall exhaust air 3 ', the cloakroom air 16, the boiler room air
17, the transformer room air 18 and the basin drainage water 19.
The flow of the mixture through the individual heat exchangers 11-15 is regulated by throttle valves 20.
The mixture, heated to around 10 C, reaches the
Heat exchangers in a memory 21, which is designed as an expansion vessel. From there it flows through a pump
22 in the evaporator 24 of a known heat pump 23. The mixture is cooled in the evaporator 24 to C to +3 ° C and then flows back to the heat exchangers 11-15. Glycol is expediently used for the antifreeze portion of the mixture.
The amount of heat of the mixture released in the evaporator 24 in the Carnot process is absorbed by the refrigerant circuit of the heat pump 23 and released via its compressor 25 and condenser 26 to the fresh water 27, which forms a secondary heat carrier and which heats up in the condenser from 10 to 55 ° C.
To reuse the heat recovered by the mixture cycle and the heat pump, the heated fresh water 27 is now passed into a first storage tank 28, from where it can be tapped for various purposes 27 '; For example, as replacement water for the pool, as shower water or as service water for a waiting apartment.
As a further possible use, the heated fresh water 27 is fed into a second storage tank 29 and heated to 100 "C by an additional heater 30. This water 27" is used to increase the basin water 2 from 27 to 30 C within a short time, for example when the Indoor swimming pool is used by rheumatism sufferers.
The installation of the storage tank and the heat pump cause slightly higher investment costs than with conventional ventilation systems. These additional costs are offset by a lower energy requirement with corresponding reductions in operating costs, so that the additional investments are amortized in a short time.
Although the method according to the invention was designed in particular for heat recovery in an indoor swimming pool, other areas of application are also possible. In this way, economical cooling processes can be carried out at the same time with the water-antifreeze mixture circulation system, with the amounts of heat dissipated being recoverable, e.g. B. in summer to heat the domestic water.
The heat contained in the groundwater, river and lake water as well as the geothermal and solar heat can also be made usable with the method according to the invention, as shown in the arrangement according to FIG.
A continuous circuit 10 of a liquid heat transfer medium, for example a water-glycol mixture, is again provided. Eight heat exchangers 31-38 connected in parallel are used to recover decentralized losses and natural amounts of heat. The flow of the heat carrier cooled to -3 C after the heat pump 23 through the individual heat exchangers 31-38 is regulated by means of throttle valves 20 and the bypass line 39.
The following heats can be recovered or used: Heat exchanger 31: Exhaust air heat Heat exchanger 32: Heat from air cooling Heat exchanger 33: Heat from process cooling Heat exchanger 34: Exhaust air heat after primary
Recovery heat exchanger 35: waste water heat heat exchanger 36: ground and / or river water heat Heat exchanger 37: solar heat from a collector. Heat exchanger 38: geothermal heat
The recovered amounts of heat are transferred to secondary heat transfer media via the refrigerant circuit of the heat pump 23 in three condensers 40-42. In the first condenser 40, fresh water 27 is warmed up to 55 ° C. and passed into two storage tanks 28, 29, the heated fresh water being heated to 100 ° C. in a storage tank 29 by an intermediate heater 30.
This provides service water 27 'of 55 "C or 27" of 100 "C. Another secondary heat transfer medium 43 is warmed up in the second condenser 41 and heating water 44 is warmed up in the third condenser 42, which flows through the floor heating 45 of a building.
The above-described invention makes it possible to use a collector circuit system to collect heat losses, which could only be recovered in an uneconomical manner with the systems and devices known to date, and to utilize them by means of a heat pump. The often complicated and expensive air duct systems, which are necessary for conventional heat recovery, can largely be dispensed with. It has proven to be expedient to bring the liquid heat transfer medium of the circulatory system in a distribution network as close as possible to the heat sources in order to utilize these decentralized amounts of heat with the least possible effort.
Since the water anti-freeze mixture is cooled to -3 C to +3 "C after the heat pump, it is also possible to tap natural, previously hardly usable heat sources. The process does not exclude the possibility of an initial heat recovery in an upstream where it is economically feasible Stage is carried out with conventional means and only the residual heat is taken over by the circulatory system.