DD236444A1 - Verfahren zur energie- und wasserverbrauchsreduzierung in intensiven fischproduktionsanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energie- und Wasserverbrauchsreduzierung in intensiven Fischproduktionsanlagen, die ueber luftbeaufschlagte Kontaktkoerpersaeulen als Reinigungsteilelemente (Tropfkoerper) bzw. offenen Sauerstoffanreicherungselemente verfuegen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch die Angliederung einer luftbeaufschlagten Waermepumpenanlage an o. g. Elemente der intensiven Fischproduktionsanlage geloest, um somit die Luft ueber diesen Anlagenelementen abzusaugen und die in dieser Luft enthaltene Waermeenergie und Feuchtigkeit fuer die Fischproduktionsanlage zurueckzugewinnen, bzw. gezielt abzufuehren. Die erfindungsgemaesse Ausfuehrung dieses technisches Verfahrens sichert eine Minimierung der infolge Verdunstung anfallenden Wasser- und Waermeenergieverluste und verbessert die biologische Reinigung und Sauerstoffanreicherung des Wassers, insbesondere bei geschlossenen Kreislaufanlagen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, daß die Rückgewinnung von Wärmeenergie und Wasser durch Entzug der Luftfeuchtigkeit und Wärme aus der Abluft von Anlagenelementen von Fischproduktionseinrichtungen mittels Abkühlung in Wärmepumpenanlagen ermöglicht.

Das Verfahren ist insbesondere zum Einsatz der intensiven Fischproduktion vorgesehen, in denen bei hoher hydraulischer Belastung vertikal von Luft durchströmte Kontaktkörpersäulen (Tropfkörper und/oder Kaskaden) zur Entfernung unerwünschter Stoffwechselprodukte und Sauerstoffanreicherung, Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die zunehmende Verknappung von Energie und Wasser hat in der industriemäßigen Aufzucht von Fischen zu einer Vielzahl von Veränderungen geführt, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, daß man die Wasserführung teilweise oder gänzlich geschlossen in einem Kreislauf mit Anlagenelementen zur Entfernung von Stoffwechselprodukten und/oder Sauerstoffanreicherung gestaltet und zur Erwärmung des Wassers hauptsächlich Energiequellen fremder Art oder Wärmeaustauscher bzw. Wärmepumpen nutzt. Es sind auch schon Vorschläge aus der Literatur zur Nutzung der Abwärme des teilweise abgeführten Kreislaüfwassers mittels Wärmepumpe zur Anwendung gekommen. Allen bekannten Lösungen zur Aufheizung und Temperaturhaltung bei Fischaufzuchtanlagen ist also die Voraussetzung einerfremden Energiequelle und/oder einer Mindestabwassermenge als Wärmequelle zu eigen, was die Produktionsanlagenrentabilität erheblich senkt und auch hohe Anforderungen an Bedienung und Wartung (Sauberhaltung usw.) stellt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die infolge Verdunstung anlageneigenen Energie- und Wasserverlustquellen selbst sowie die Umgebüngsluft zur Rückgewinnung von Wärmeenergie und Wasser mittels Wärmepumpen, insbesondere bei geschlossenen Kreislaufanlagen zu nutzen und somit den Bedarf an zusätzlicher Wärmeenergie- und Wasserzufuhr (von außen) zum Ausgleich der Ableitungs-, Abstrahlungs-, Verdunstungs-und Leckverluste u.a. auf ein Minimum zu beschränken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energie- und Wasserpotenzen, die in der Abluft von intensiven Fischproduktionsanlagen sowie in der Umgebungsluft derselben enthalten sind, für den Betrieb der Anlage zurückzugewinnen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe prinzipiell dadurch gelöst, daß insbesondere an der oberen Öffnung der vertikal von unten nach oben von Luft und entgegengesetzt von Wasser durchströmten Kontaktkörpersäule (Tropfkörper) einer Fischproduktionsanlage (insbesondere geschlossener Kreislauf) die feuchtwarme Luft abgesaugt und in den Verdampfer einer Wärmepumpenanlage eingeleitet wird.

In dieser Wärmepumpenanlage wird der Luft Wärmeenergie und Wasser entzogen, um anschließend direkt (das Kondensatwasser) bzw. über Wärmeaustauscher der Wärmepumpe (die Wärmeenergie) der Abluft sowie des Kältemittelverdichters und des Ansaugventilators) in die Fischproduktionsanlage zurück- oder gezielt anderweitig abgeführt zu werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Fig. 1: Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in der Betriebsweise mit einer Luft/Luft-Wärmepumpe Fig. 2: Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in der Betriebsweise mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe

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Die Aufzucht und Halterung von Wasserorganismen (Fische) erfolgt in mindestens einem Behälter 1 eines geschlossenen bzw. teilweise geschlossenen Wasserkreislaufsystems, das zwecks Entfernung von Stoffwechselprodukten und/oder Sauerstoffanreicherung über mindestens eine Kontaktkörpersäule 2 (Tropfkörper) verfügt, in der das Kreislaufwasser vertikal von oben nach unten durchrieselt und Luft entgegengesetzt durchströmt.

Das Wasser wird anschließend in einer Tropfkörpertasse 3 aufgefangen und über die Kreislaufwasserleitung 4 dem Behälter 1 zugeführt.

An dem trichterförmig gestalteten oberen Teil der Kontaktkörpersäule 2 wird die den Tropfkörper 2 durchströmende Luft mittels eines Ventilators 5 abgesaugt und über die Luftleitung 6 in den luftbeaufschlagten Verdampfer? einer Wärmepumpenanlage 8 eingeleitet. Am Verdampfer 7 der Wärmempumpe 8 wird die angesaugte Luft durch Wärmeentzug, nach Möglichkeit unter den Taupunkt abgekühlt. Dabei erfolgt eine Auskondensation von der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit und Wärmeabführung (der latenten und fühlbaren Wärme) aus Kältemittel der Wärmepumpenanlage, das mittels dieser Wärme bei niedrigem Temperaturniveau verdampft. Das im Verdampfer 7 anfallende Kondenswasser wird in einer Auffangwanne 9 gesammelt und über die Wasserleitung 10 dem Wasserkreislauf der Fischzuchtanlage wieder zugeführt.

Der Verdichter 11 der Wärmepumpenanlage 8 saugt das dampfförmige Kältemittel an und verdichtet dieses. Durch die Druckerhöhung steigt dessen Temperatur an.

Gemäß Fig. 1 wird nunmehr in der Betriebsweise mit einer Luft/Luft-Wärmepumpenanlage das verdichtete Kältemittelgas durch den luftbeaufschlagten Kondensator 12 geleitet und dort wieder verflüssigt.

Außerdem wird die im Verdampfer 7 abgekühlte und entfeuchtete Luft vom Ventilator 5 durch den luftbeaufschlagten Kondensator 12 gedrückt, wo sie mittels der freiwerdenden Energie aus der Verflüssigung des Kältemittelgases wieder erwärmt wird. Das Kältemittel wird über das Expansionsventil 13 wieder dem Verdampfer zugeführt.

Die getrocknete und wieder erwärmte Luft kann nunmehr wahlweise

— zur Erwärmung der Raumluft der Fischzuchtanlage genutzt,

— zur Erwärmung anderer Räume oder Anlagen genutzt bzw.

— ganz oder teilweise in die Umgebung abgeleitet werden.

Gemäß Fig. 2 wird in der Betriebsweise mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpenanlage das verdichtete Kältemittelgas durch einen vorzugsweise mittels Kreislaufwasser gekühlten Kondensator 14 (wasserbeaufschlagter Rohrbündel- oder Rohrschlangenwärmeaustauscher) geleitet und dort wieder verflüssigt.

Die am Verdampfer? der feuchtwarmen Luft entzogene Wärmeenergie wird somit gemeinsam mit der anfallenden Wärmeenergie aus dem Betrieb des Kältemittelverdichters 11 bei der Verflüssigung zurückgewonnen, um vorzugsweise das Wasser der Fischproduktionsanlage (oder andere Flüssigkeiten) im bivalent alternativen oder bivalent parallelen Betrieb mit einer konventionellen Heizungsanlage aufzuheizen.

Das Kältemittel wird anschließend wieder über das Expansionsventil 13 dem Verdampfer 7 zugeführt.

Die am Verdampfer 7 abgekühlte und entfeuchtete Luft kann wahlweise als trockene „Kaltluft"

— in der kalten Jahreszeit mit ihrer Restwärme plus der Wärme aus dem Ventilator noch zur Erwärmung der Raumluft der Fischzuchtanlage oder anderer Räume herangezogen werden. Sollte die Lufttemperatur unter der der Raumlufttemperatur liegen, so kann die Luft auch teilweise oder vollständig in die Umgebung abgeleitet werden;

— in der warmen Jahreszeit zur Senkung der Raumlufttemperatur der Fischzuchtanlage oder anderweitig zur Kühlung genutzt bzw. teilweise oder vollständig in die Umgebung abgeleitet werden.

Neben diesen einzelnen in Fig. 1 und Fig.2 dargestellten Betriebsweisen sind auch Kombinationen möglich. Aus den beschriebenen Verfahrensvarianten zur Nutzung der Abluft einer intensiven Fischproduktionsanlage mit luftbeaufschlagten Tropfkörpern ergeben sich folgende technisch-ökonomische Vorteile:

1. Einsparung von Heizenergie sowohl für den Kreislauf, als auch für den Raum.

2. Senkung der Wasserverluste infolge Verdunstung (da Rückführung des Kondensatwassers erfolgt).

3. Verbesserung der Luftdurchströmung des Tropfkörpers infolge der Absaugung und damit

— höherer CVEintrag ins durchrieselnde Wasser

— bessere Ölversorgung der Mikroorganismen

— bessere Entfernung von der bei Nitrifikation und Denitrifikation entstehenden Gasen

was schließlich zu einer Reduzierung der Tropfkörperdimensionen oder einer Erhöhung der Fischbestandsmasse in der Anlage führen kann.

4. Senkung der Feuchtigkeitsbelastung der Anlage und des Raumes und damit der Korrosion und anderer Verschleißerscheinungen.

5. Verbesserung des Raumklimas und damit der Arbeits- und Lebensbedingungen.

6. Vermeidung einer permanenten Erhöhung der Salzkonzentration infolge Verdunstung (Verdickung des Kreislaufwassers) bei Verwendung von salzhaltigen Kreislaufwassers, da die Verdunstungsverluste durch Wiedereinspeisung aus dem Wärmepumpenentfeuchtungsteil quasi ständig ausgeglichen werden.

Claims (2)

1. -1- 755 77

   Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Energie- und Wasserverbrauchsreduzierung in intensiven Fischproduktionsanlagen, gekennzeichnet dadurch, daß die Rückgewinnung von Wärmeenergie und Wasser durch Entzug der Luftfeuchtigkeit und Wärme aus der Abluft von Anlagenelementen von vorzugsweise geschlossenen Kreislaufeinrichtungen zur intensiven Fischproduktion mittels Abkühlung in Wärmepumpenanlagen erfolgt, von wo aus das anfallende Kondensatwasser direkt zum Kreislauf zugeführt wird und die anfallende Wärmeenergie aus der Abkühlung der Abluft mit der Wärmeenergie des Kältemittelverdichtersund des Ansaugventilators über Wärmeaustauscher der Wärmepumpe ans Kreislaufwasser zurückgeführt oder gezielt über Wiederaufwärmung der getrockneten Abluft anderweitig abgeführt und verwendet wird.
2. 2. Verfahren zur Verbesserung der Luftdurchströmung desTropfkörpers, gekennzeichnet dadurch, daß saugseitig der Anschluß einer luftbeaufschlagten Wärmepumpenanlage an dessen obere Öffnung und damit eine Optimierung der Tropfkörperdimensionen und Erhöhung der Fischbestandsmasse in der intensiven Fischproduktionsanlage erfolgt.