DD297696A5 - Verfahren und anlage zum kombinierten heizen und kuehlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zum kombinierten Heizen und Kuehlen und findet vorzugsweise Anwendung, wo kleine Heizwaermeabnehmer und Kuehlhaeuser benachbart sind. Es ist vorgesehen, atmosphaerische Luft zu verdichten, wobei sie sich stark erwaermt. Diese wird dann durch einen ersten Waermeuebertrager gefuehrt und gibt dort Waerme an einen Heiszwasserkreislauf ab. Dann gelangt die Luft durch eine Entspannungsturbine, was mit einer starken Abkuehlung einhergeht, und danach durch den Waermeuebertrager eines Kuehlsolekreislaufes. In beiden Kreislaeufen sind parallel zu den Verbrauchern Verdraengungsspeicher zuschaltbar. Damit kann mittels billigem Nachtstrom ein staendiger Betrieb gewaehrleistet werden.{Heizen; Kuehlen, kombiniert; atmosphaerische Luft, verdichten/erwaermen, entspannen/abkuehlen; dazwischen Waermeuebertragung; Verbraucher; parallele Verdraengungsspeicher}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren :um Heizen und Kühlen sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens und findet Anwendung, wo insbesondere kleinere Heizwärmeabnehmer und Kühlhäuser benachbart und damit energetisch günstig kombiniert sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, mittels Wärmepumpen sowohl Hochtemperatur- als auch Niedertemperaturverbraucher zu versorgen (beispielsweise EP-OS 283528).

Hierzu ist jedoch eine ständige, insbesondere elektrische Energiezuführung für den durchgehenden Betrieb erforderlich. Dabei auftretende Lastunterschiede können mittels integrierter Puffer- und Speicherbehälter ausgeglichen werden (DO-PS 226351). Jedoch bleibt dabei die Notwendigkeit eines ständigen und verhältnismäßig teuren Grundenergiebedarfes.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt eine umweltfreundliche und aufwandsärmere Kombination zum Heizen und Kühlen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es gestattet, energetisch und kostenmäßig j einstiger Heizung und Kühlung miteinander zu verbinden.

Zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren vorgesehen, wobei zunächst atmosphärische Luft hoch verdichtet wird und sich dabei stark erwärmt. Diese Luft wird dann durch einen Wärmeübertrager geführt und gibt dort Wärme an einen Heißwasserkreislauf ab. Dann wird sie infolge des Durchlaufes durch eine Entspannungsturbine entspannt, was mit einer starken Abkühlung einhergeht. Schließlich durchläuft sie noch einen Wärmeübertrager, in dem sie Wärme von einem

Kühlsolekreislauf aufnimmt, so daß sie dann als Abluft mit etwa der Außentemperatur abgeführt werden kann. Dabei werden Heißwasserkreislauf und Kühlsolekreislauf jeweils so geführt, daß sie wahlweise Verbraucher oder Verdrängungsspeicher oder beides durchlaufen. Außerdem ist es am zweckmäßigsten, wenn das Verdichten der atmosphärischen Luft durch billigen Nachtstrom betrieben wird.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Anlage sieht mindestens einen elektromotorisch betriebenen, mit atmopshärischer Luft gespeisten Verdichter vor, von dem aus eine Luftleitung durch einen Wärmeübertrager für einen Heißwasserkreislauf, weiter durch eine Entspannungsturbine und danach durch einen Wärmeübertrager für einen Kühlsolekreislauf führt. Dabei durchläuft der Heißwasserkreislauf einen Wärmeverbraucher. Außerdem sind in diesem Kreislauf parallel zum Wärmeverbraucher ein oder mehrere Heißwasserverdrängungsspeicher geschaltet, wobei sowohl der Wärmeverbraucher als auch jeder Verdrängungsspeicher mittels Ventilen aus dem Kreislauf abschaltbar sind. Analog dazu ist der Kühlsolekreislauf aufgebaut, also mit Kühlungsverbraucher und parallel dazu Kühlsoleverdrängungsspeicher und Ventilen zum Abschalten der Teilkreise.

Damit ist die Möglichkeit gegeben, mit geringen Kosten durch die Nutzung billigen Nachtstromes den Heiz- bzw. Kühlkreislauf bedarfsgerecht zu speisen, wobei sowohl die Verbraucher bedint werden als auch in den Verdrängungsspeichern Kühl- bzw. Heizenergie gespeichert wird, die dann tagsüber aus don Speichern entnommen wird, wobei mittels der Ventilregelungen kleine Kreisläufe zwischen Speicher und Verbraucher geöffnet werden. Dadurch ist mit effektiv eingesetzter Grundenergie, deren Bernitstellung auch nur zeitweilig erfolgen muß, ein ständiger Betrieb gewährleistet, wodurch sich die Erfindung wesentlich von den Möglichkeiten und Mitteln der Anwenuting von Wärmepumpen unterscheidet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles näher dargestellt und beschrieben. In derZeichnung ist eine schematische Darstellung der Anlage gegeben. Wie daraus hervorgeht, ist ein Motor 1 als Elektromotor antriebsseitig mit einem Verdichter 2 verbunden. In den Verdichter 2 führt eine Luftleitung 4 für atmosphärische Luft. Diese Luftleitung 4 führt dann auch, nun aber für verdichtete Luft, aus dem Verdichter 2 heraus und durchläuft einen Wärmeübertrager 5, dann weiter einen Wasserabscheider 6 und ist dann an dem Eingang einer Entspannungsturbine 3 angeschlossen. Diese Entspannungsturbine 3 ist auch mit dem Verdichter 2 antriebsseitig gekoppelt. Vom Ausgang der Entspannungsturbine 3 aus ist die Luftleitung 4 weitergeführt bis zu einem Wärmeübertrager 7, nach dessen Ausgang die Luftleitung 4 donn in einer nicht näher gezeigten Abluftabführung endet, wobei diese Abluft auch zu Lüftungszwecken nutzbar ist.

Der Wärmeübertrager 5 ist in einen Heißwasserkreislauf 8 eingebunden. In diesem Kreislauf befindet sich auch ein nur als geschlossener Komplex dargestellter Wärmeverbraucher 9, der für ein nicht im einzelnen gezeigtes Heizungssystem steht. Parallel zum Wärmeverbraucher 9 sind zwei Heißwasserverdrängungsspeicher 10 auch parallel zueinander geschaltet. Vor und hinter jedem Heißwasserverdrängungsspeicher 10 sowie dem Wärmeverbraucher 9 und zwischen den Parallelabzweigungen am verbraucherfernsten Heißwasserverdrängungsspeicher 10 und dem Wärmeübertrager 5 ist ein Ventil 11 angeordnet. Außerdem sind zwei Heißwasserpumpen 12 im Heißwasserkreislauf 8 vorgesehen, wovon die eine in der Nähe des Wärmeübertragers 5 angeordnet ist, während sich die zweite in der Nähe des Wärmeverbrauchers 9 befindet. Der Wärmeübertrager 7 ist in einen Kühlsolekreislauf 13 eingebunden, der analog dem Heißwasserkreislauf 8 aufgebaut ist, wobei jedoch entsprechend der thermisch entgegengesetzten Wirkung ein Kühlungsverbraucher 14, beispielsweise als Kühlaggregat eines Kühlhauses, und Kühlsoleverdrängungsspeicher 15 vorgesehen sind und Ventile 16 sowie Solepumpen 17 die funktioneile Ergänzung bilden.

Die Erfindung funktioniert wie folgt:

Mittels billigem Nachtstrom wird der Motor 1 aktiviert, der wiederum den Verdichter 2 antreibt. Von hier aus wird atmosphärische Luft angesaugt und verdichtet, wobei sich deren Temperatur durch den Kompressionsvorgang auf etwa 350⁰C erhöht. Diese verdichtete und erwärmte Luft wird durch die Luftleitung 4 zum Wärmeübertrager 5 geleitet, bei dessen Durchlauf sie an den Wärmeübertragungsflächen War-" - an das Wasser des Heizwasserkreislaufes 8 abgibt. Nach dem Austritt aus dem Wärmeübertrager 5 führt die Luftleitung 4 die noch komprimierte, aber auf etwa 12O⁰C abgekühlte Luft zunächst durch den Wasserabscheider 6, um dort Kondensationsbestandteile, die bei der Abkühlung vorher entstanden waren, abzuscheiden. Danach gelangt diese Luft in die Entspannungsturbine 3. Bei dem hior stattfindenden Entspannungsvorgang kühlt sich die Luft stark ab, so daß sie mit etwa -35°C die Entspannungsturbine 3 verläßt. Zugleich wird die Entspannungsturbine 3 mechanisch so betrieben, daß sie infolge der Kopplung Rotationsenergie an den Verdichter 2 abgibt und dadurch eine Verringerung des Aufwandes an Antriebsenergie für den Motor 1 ermöglicht. Die nunmehr entspannte uniabgekühlte Luft gelangt durch die Luftleitung 4 weiter bis zum Wärmeübertrager 7, den sie durchläuft und dabei Wärme vom Kühlsolekreislauf 13 aufnimmt, wodurch die Kühlsole abgekühlt wird. Nun kann die Luft den Wärmeübertrager 7 wieder verlassen, wobei sio Temperaturen von 5-6°C aufweist und so als Abluft abgeführt wird. Inzwischen wird im Heißwasserkreislauf 8 das erwärmte Wasser mittels der Heißwasserpumpen 12 transportiert, so daß es sowohl den Wärmeverbraucher 9 als auch die Heißwasserverdrängungsspeicher 10 durchläuft. Dabei gibt es im Wärmeverbraucher 9 entsprechend den Verwertungsbedingunyen Wärme ab und fließt dann abgekühlt wieder im Kreislauf in Richtung Wärmeübertrager 5. In den Heißwasserverdrängungsspeichern 10 wird das darin befindliche kühle Wasser verdrängt und die Speicher wieder mit heißem Wasser angereichert. Dabei können durch Steuerung der Ventile 11 die Heißwasserverdrängungsspeicher 10 sowohl zeitlich nebeneinander als auch nacheinander oder auch einzeln in den Umlauf einbezogen werden. Dementsprechend laufen auch die Vorgänge im Kühlsolekreislauf 13 ab, nur daß statt des Wassers hier Kühlsole strömt und die Wärmeaustauschverhältnisse unter entgegengesetzten Vorzeichen erfolgen, wobei im Kühlungsverbraucher 14 die Kühlsole zur Kühlung der Umgebung Wärme aufnimmt, in den Kühlsoleverdrängungsspeichern 15 die erwärmte Kühlsole verdrängt wird, die Solepumpen 17 den Kreislauf aufrechterhalten und die Ventile 16 den freien Zugang steuern.

Bei Abschaltung des Motors 1, also wenn beispielsweise kein billiger Nachtstrom zur Verfugung steht, werden zweckmäßigerweise die den Wärmeübertragern 5 und 7 jeweils nahesten Pumpen 12 und 17 abgeschaltet und auch die ihnen nächsten Ventile 11 und 16 geschlossen. Damit wird im Heißwasserkreislauf 8 ein verkleinerter Kreislauf zwischen einem oder mehreren Heißwasserverdrängungsspeichern 10 und dem Wärmeverbraucher 9 in Gang gehalten, wobei nunmehr das heiße Speicherwasser durch vom Wärmeverbraucher 9 abfließendes kühleres verdrängt wird. Eine entsprechende Speicherbemessung nach Anzahl und Größe sowie deren Zu- und Abschaltung nacheinander gewährleisten, daß so die Zeit bis zur Bereitstellung von erneutem Nachtstrom wirkungsvoll mit der erforderlichen Heizleistung überbrückt werden kann. Entsprechend, nur mit anderem thermischen Vorzeichen, laufen diese Prozesse auch im verkleinerten Kreislauf des Kühlsolekreislaufes 13 ab. Dabei müssen Kühl- und Heizwärmenutzung nicht gleichzeitig abgefordert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum kombinierten Heizen und Kühlen, dadurch gekennzeichnet, daß

- atmosphärische Luft verdichtet wird, wobei sie sich erwärmt,

- die verdichtete und erwärmte Luft durch einen Wärmeübertrager (5) geführt wird und dort Wärme an einen Heißwasserkreislauf (8) abgibt,

- diese Luft dann in einer Entspannungsturbine (3) entspannt wird und sich dabei erheblich abkühlt,

- die abgekühlte und entspannte Luft in einem Wärmeübertrager (7) Wärme von einem Kühlsolekreislauf (13) aufnimmt,

wobei sowohl der Heißwasserkreislauf (8) als auch der Kühlsolekreislauf (13) jeweils wahlweise durch Verbraucher- und/oder Verdrängungsspeicher geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdichten der atmosphärischen Luft durch Nachtstrom betrieben wird.

3. Anlage zum kombinierten Heizen und Kühlen, gekennzeichnet durch mindestens einen elektromotorisch betriebenen, mit atmosphärischer Luft gespeisten Verdichter (2), von dem aus eine Luftleitung (4) durch einen Wärmeübertrager (5) für einen Heißwasserkreislauf (8), weiter durch eine Entspannungsturbine (3) und durch einen Wärmeübertrager (7) für einen Kühlsolekreislauf (13) führt.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißwasserkreislauf (8) einen Wärmeverbraucher (9) durchläuft und parallel dazu ein oder mehrere Heißwasserverdrängungsspeicher (10) geschaltet sind, wobei sowohl der Wärmeverbraucher (10) als auch jeder Heißwasserverdrängungsspeicher (10) mittels Ventilen (11) aus dem Heizwasserkreislauf (8) abschaltbar sind.

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlsolekreislauf (13) einen Kühlungsverbraucher (14) durchläuft und parallel dazu ein oder mehrere Kühlsoleverdrängungsspeicher (15) geschaltet sind, wobei sowohl der Kühlungsverbraucher (14) als auch jeder Kühlsoleverdrängungsspeicher (15) mittels Ventilen (16) aus dem Kühlsolekreislauf (13) abschaltbar sind.